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影之传奇——亨克尔He 100战斗机探秘

发布时间:2013-04-23  原作者:Ludas Matyi   点击数:

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德国空军中的“影子部队”

简介

  1939 年 3 月 30 日,一架 He 100 的原型机在试飞中达到了 746.6 公里/小时的最高速度——一举打破了国际航空联合会原来的平飞速度世界纪录。更让人吃惊的是,这个挑战者的所装配的引擎马力竟然只有前冠军的一半,但却比后者足足快了 40 公里/小时。可以说,亨克尔公司在开发这种飞机时倾注了所有的心血,把其长久以来所累积的空气动力学知识设全部运用到了该机的设计上。这样做的结果是,一种性能远远超过同时代竞争者的飞机提早出世了,可惜却生不逢时。

  目前,关于 He 100 的资料大半已经湮灭,残留下来的也往往互相矛盾,这就更为这种飞机披上了一层神秘的面纱。我们所能确定的唯一一件事便是——亨克尔公司制造了这种速度为当时之冠的优秀战斗机,但在只生产了二十五架后便匆匆关闭了生产线;其余的真相全部被时光的迷雾所笼罩。不过,正是这份神秘感反倒为这种宛如黄鹤惊鸿一瞥的飞机平添了无限魅力,让现代的航空爱好者望着悠悠千载的青空白云浮想联翩。

基本资料

  制造厂家:恩斯特.亨克尔飞机公司(Ernst Heinkel Flugzeugwerke GmbH )
设计人:沃尔特.冈特(Walter Günter)工程师,齐格弗利特.冈特(Siegfried Günter)工程师
设计年代:1938 年
类型:昼间战斗机
乘员:一人
外观:常规布局的下单翼战斗机
机身:机身截面为两侧较扁平(尤其是在引擎部分)的蛋型,前部机身的线条比较平直,但后机身却收缩得很厉害。如果我们沿着座舱罩画一条水平线的话,可以看到在靠近机尾的地方整架飞机的背脊几乎已经降到了这条线以下。
机翼:采用有着半圆形翼尖的长方形机翼。内翼段与机身水平,约占总长三分之一的外翼段则向上折起,看起来有点像倒鸥翼。内翼段较厚,前后缘基本平行,不过外翼段的机翼前缘却有点后掠,而后缘又明显有个前掠角,整个形状更接近梯形。襟翼布置在内翼段的后方,副翼则被安排在外翼段的后缘,从外翼段的二分之一处一直延伸到翼尖。
其他细节:该机的座舱罩非常类似于后期型“喷火”所使用的“马尔康(Malcolm)”型泡泡座舱。座舱罩的中间部分可以向后滑动到座舱后部的固定段上,前方的风挡设计则显得浑圆饱满,只有正前方为了安装瞄准仪而留下了一个平面。主起落架可以向内侧收入机翼中段,尾轮在飞行时同样可以收起并加以完全覆盖,整架飞机的气动外形称得上是无懈可击。

开发背景

  He 100 的故事始于 1933 年 RLM 提出新型战斗机的研制计划,在当时共有四家公司交出了自己的设计,他们分别是福克.武尔夫公司的 Fw 159,阿拉道公司的 Ar 80,BFW 公司的 Bf 109 以及亨克尔公司的 He 112。所有四种设计的原型机均在 1936 年早期使用过渡型引擎进行了测试,其中前两者很快便被淘汰,而对于 He 112 及 Bf 109 则需要进一步测试来做出选择。于是 RLM 向这两家公司发出分别制造十五架原型机的合同。

  尽管许多人看好亨克尔公司的设计,但性能更加优越且更为摩登的 Bf 109 却赢得了更多的支持。空军最终在 1936 年三月底宣布梅塞施密特博士的作品雀屏中选,虽然这时亨克尔公司已经重新设计了 He 112 的许多部分,在此基础上推出了性能胜于 Bf 109 的 He 112B 型战斗机,但却已无回天之力,眼睁睁看着花落别家。

  He 112 在竞争中的败北确实也有它自己的原因,主要便是机体结构太复杂,而且热衷于采用曲线构形,制造起来费工费时,不利于大量生产。另外,He 112 的原型机在试飞时出了几次不大不小的事故,虽然不全是飞机设计上的问题,但毕竟让 RLM 的心中藏了个疙瘩。不过英国已经开始投产先进的“喷火”式战斗机这一传闻才对 He 112 计划带来了最大的打击,RLM 急着要将新战斗机设计马上定型投产。亨克尔如果能在 1936 年前半年推出 He 112B 系列的话似乎仍有可能力压 Bf 109 夺得竞标的胜利,但实际上 He 112B 直到 1936 年下半年才姗姗来迟,这时的 Bf 109 早就已经定型并投入批量生产了。

  不过 He 112 还是在欧洲的其他国家及日本赢得了一些合同,日本人订购了三十架,其中十二架在苏台德危机时被德国人征用。西班牙则得到十九架 He 112,在内战后还使用了很长一段时间。另外有三十架卖给了罗马尼亚,不过 FARR 只用这些飞机在东线服务了短短几年就将其撤出了一线任务,改由罗马尼亚自制的 IAR-80 代替。此外还有三架 He 112B 型被送到了匈牙利,准备在该国按许可生产这种战斗机时当作生产样本,不过最终匈牙利人还是放弃了该计划,转而生产由意大利设计的 Re.2000 战斗机。

  到 1939 年,所有 He 112 的生产已经全部终止,一时间老牌军用机生产厂家亨克尔公司似乎就此淡出了战斗机生产和制造领域。

He 100 的开发

  让我们再把画面倒回 1936 年初,就在 RLM 宣布将 Bf 109 作为次时代主力战斗机的当儿,德国军方的注意力已经转向研制一种性能更加优越的战斗机。这次的目标更是显得野心勃勃,要求计划中的新飞机在性能上能够象 Bf 109 超越双翼战斗机那样超越 Bf 109!尽管 RLM 并没有为此计划正式立项,但仍相当重视地邀请福克乌尔夫公司和亨克尔公司加盟,请他们各自交出一个设计用于评估。

  由于这是个秘密进行的战斗机研制项目,为了免受不知情人士的干扰,亨克尔公司对外严密封锁消息。在公司内部一份编号为 No.3657 的档案里记载着“在五月初,我们制作了一架实物模型……准备将其交给 RLM 做项目评估……在此之前 RLM 内没有几个人知道这一战斗机项目的存在……”。

  亨克尔公司内最有天分的设计师沃尔特.冈特负责整个计划的实施,他觉得在 He 112 的基础上继续加以改良并不能大幅提高飞机的性能,要想达到空军部苛刻的要求,只有大胆破旧立新才有可能。在这种情况下,沃尔特开始了一个全新的设计,暂时定名为“1035 计划”。亨克尔公司给自己定下了极高的目标,要求新飞机的最高时速达到 700 公里/小时(435 英里/小时);而通过分析 He 112 的失败,更将易于大量生产作为设计时的首要参考因素。(在这里要请大家注意的是,直到 1944 年才有时速达到 700 公里的战斗机出现在战场上!)

  沃尔特为了简化生产在设计新飞机时为自己定了两条原则。第一,尽量减少飞机的部件数;第二,在设计时尽可能多地用直线构形,就算不是最佳选择也在所不惜。相较于他在设计 He 112 时为了提高性能宁可牺牲生产性的做法,这次冈特博士似乎是从一个极端走到了另一个极端。通过这样的努力,新飞机比起 He 112 来可说是“平民化”了许多。He 112 共由 2,885 个零件组成,用 26,864 个铆钉加以连接;而新飞机的零件数下降到了 969 个,所需的铆钉也只有 11,543 个,仅仅是制造 He 112 所需的一小半。而放弃椭圆形的机翼给简化工作带来的好处最大,平均下来光在这一个环节上就可以节省 1,150 个工时!

  为了最大限度地提升飞机性能,所有可能的减阻措施都被加了上去。现在看来,许多措施都可说是开当时风气之先河,如采用完全符合空气动力学的泡泡座舱,不在水平尾翼下装设可能带来一定阻力的结构补强支柱,以及在飞行时完全可收入机身的后三点式起落架……;其中的后两者后来更被德国空军的主力战斗机 Bf 109F 型所采用,使其性能在 Bf 109E 的基础上又有了极大的飞跃,平飞极速一口气提高了 50 公里/小时。还有,新飞机的引擎直接安装在加固的前部机身上,省略了发动机支架。得益于此,He 100 的发动机罩可以设计得分外瘦削紧凑,机身截面也相应变窄,进一步减少了飞行时的阻力。同时,亨克尔公司在新飞机上甚至采用了比 Bf 109 更短的机翼,在适度牺牲高空和盘旋性能的情况下全力追求高速度!

  为了彻底发挥 DB 601 发动机的性能,He 100 采用了推力排气管争取任何一点形式的推力,增压器的进气口也从引擎罩的一侧移到了左翼前缘以提高空气的压缩效率。

  为了全面提升飞机性能,沃尔特博士决定兵行险着,采用了独特的翼面蒸发冷却方式(亨克尔公司在制作 He 119 高速轰炸机时已经取得了关于这种技术的一些经验)。其主要工作原理是:对引擎内的冷却液增压使其能在达到沸点时仍旧保持液态,直到注入翼面下的常压空腔时才迅速蒸发,通过金属翼面将热量释放到空中。失去热量后冷却液重新变成液态,通过管道回到发动机内进行循环。由于在相同的温度下蒸气可以携带较多的热量,这种散热方式比起传统的冷却液散热的效率更高。同时由于整个系统不需要在机体表面做文章,因此不会为飞机带来额外的阻力。

  当然该系统也有其不足之处,首先是太过复杂且不易维护修理,更糟的是,这种冷却方式使得飞机在战场上十分脆弱,一旦该部位(面积远远大于传统的散热器)中弹整架飞机便丧失了继续飞行的任何可能。因此虽然当时不少设计曾考虑采用这种布置,不过最后还是因为其明显的弊端而是回到了通常的设计上。

  He 100 所使用的这套冷却系统由 Jahn 和 Jahnke 所设计,在使用该装置的情况下引擎的运转温度可以达到摄氏 110 度。超热的冷却液被注入离心式空气压缩机中,籍由压力的下降,冷却液迅速变成蒸汽,循管道进入机翼前缘内部的冷却空腔内,靠热传导迅速将所携带的热量经流经机翼表面的气流带走,失去热量后的蒸汽变为液态的水回流向发动机。与此同时,较重的水则依靠离心力被分离开来并重新进入发动机的冷却循环系统。先后尝试了不少设计方案,最终的选择却是采用多达二十二个小型的电动泵分担工作。有趣的是,每个泵对应地在座舱内都有一个故障指示灯……一点也不错,座舱内因此共安有二十二个指示灯!

  润滑油不象冷却液,必须避免让其温度达到沸点。这给 DB 601 系列发动机在 He 100 上的实际使用带来了一个难题,因为根据该发动机的工作原理,大部分热量直接传给了润滑油而不是冷却液。为了解决这个问题,不得不在两侧机翼下各设置了一个半收放式的滑油散热器。

  在某几架原型机上,还尝试着用一种更复杂的方式达到这一目的。先是在热交换器中用甲基酒精吸收润滑油的热量,随后则同样通过蒸发冷却的办法再给酒精降温。不过其专用管路却被安排在机身后部和水平尾翼的前缘。

  沃尔特工程师在 1937 年五月 25 日因车祸丧生后,他的兄弟齐格弗利特接手进行 He 100 的研制工作,并赶在当年年底前完成了全部的设计。与以前相比,设计上主要的变动有:机翼的外段(约全长的 1/3 处)改成了略微上折,内侧翼段出于容纳向内侧收起的起落架的原因而显得较厚。当主起落架放下时轮间距极大,使得该机在地面的运动性比起 Bf 109 来要好得多。虽然座舱后缘仍收入机脊,但机背线条在接近机尾处却降到了座舱罩底部的水平线下,保障了飞行员的后方视野。由于 He 100 在地面滑跑时,翼面散热系统还不能真正发挥作用,因此齐格弗利特工程师又在机身下增添了一个可收放的小型常规散热器应付这种情况。总的来看,He 100 的尺寸要比它的前辈----He 112 略小一些,重量也更轻。

  十月末,该设计被交到了 RLM,还在附件中详细列明了原型机的设计细节,交货日期及三架原型机的单机价格。官方将其命名为 He 113,不过亨克尔博士显然对这个数字有很强的抵触情绪。在他的一再要求下,该机的编号终于被改成了 He 100(其实 100 这个编号已经给费塞勒(Feiseler)公司使用了)。

  十一月,梅塞施密特用一架修改过的 Bf 109 破了陆上飞机的速度纪录。作为回应,亨克尔立刻决定用 He 100 的第四号原型机来向新纪录挑战。由于 He 100 的机体已经在气动外形上下了相当大的功夫,所以需要做的修改也就非常有限,主要是集中在缩短机翼及修改驾驶员座舱上。

  就在当年年底,亨克尔同恩斯特.乌戴特等人见了次面,稍稍修改了原先的计划。决定将 V-1 和 V-2 号原型机用于各种性能测试,而将 V--3 装上专用的竞赛机翼(比标准型的翼展略为缩短)用于打破世界速度纪录;至于 V-4,则计划作为批量生产的先导验证型号。乌戴特对计划中的创纪录飞行非常感兴趣,并以此为理由终于说动了 RLM 认可这一方案。

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