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海盗无敌(上)——沃特F4U战斗机

发布时间:2013-04-28  原作者:Chyvalries   点击数:

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  钱斯沃特公司的试飞员邦尼•盖顿(Boone Guyton),当时正低空飞行在康涅狄格州黄绿相间的田野上空。他的双手紧握操纵杆,眼光不时扫过油料表,然后望着座舱外雨水模糊的天幕。处处是七月的雨云,盖顿不由暗暗吃惊,这架新式原型机的速度比估计得还高,高速巡航差不多一个小时后,燃料已经所剩无几,不够飞回公司专用的斯特拉福德机场,而他也没有与附近任何机场取得联络。

邦尼•盖顿与其所著的《呼啸死神:F4U 海盗试飞员的故事》

   盖顿不安的四下张望,突然眼睛一亮,一片宽阔的草地出现在眼前,那是诺瑞奇市郊外的高尔夫球场。他感到微微得意,作为一名海军出身的飞行员,在这种短距离的空地上降落简直是家常便饭。放下全部襟翼后,新型战斗机的头部上仰,慢慢减速接近地面,他想象着列克星顿号 866 英尺的飞行甲板正在眼前展开。对地速度 80 节,盖顿把节流阀一把收到底,长鼻子的原型机用一个完美的三点着陆降到刚修整过的草地上。前海军飞行员充满信心的踩下刹车,很快脸色大变,一点都没有减速,被雨水浸透的草皮滑得像块油毡!眼看草坪尽头的灌木丛越来越近,他狠狠一脚踩下脚蹬,打算让飞机在草地上打个跟斗强行减速,依然什么都没有发生!银色的试验机继续向草地尽头冲去,剩下的瞬间里盖顿凭着多年积累的飞行本能关掉所有电气线路,切断燃料供应,松开保险带,拉开座舱盖,双手抱头。然后就是一片巨大的撞击喧哗声,空中飞舞着树枝和铝片,飞机一头拱到地上,然后一个倒栽葱,尾部翻过来砸在地上,残骸带着巨大惯性在地上犁出一条深深的壕沟,直到撞上一个大树桩才骤然停下。手脚发软的试飞员从打开的座舱里翻身滚出来,看到刚才还很漂亮的 XF4U-1 已经面目全非,右翼不知去向,垂尾断裂,机身后段皱成一团,这架原型机算是完了。

XF4U-1 在初期的试飞中,其显眼的倒海鸥翼和巨大的螺旋桨令人耳目一新。原型机机身未涂装,机翼黄色

  纵横 38 年的伟大战斗机以这种磕磕碰碰的方式开始了一生的传奇。

  故事从 1917 年说起,前怀特公司的工程师钱斯•沃特创立了他自己的沃特飞机公司,到 30 年代,沃特公司已经是美国第二大的军用飞机制造商(第一是波音公司),为海军设计过多款双翼观察机,在业界小有名气。美国海军第一次从航母上起飞的飞机就是沃特公司的 VE-7SF 单座战斗机,该公司的产品同时在海军和海军陆战队服役,以其坚固的结构和可靠的性能而著称。沃特很早就注意到空冷发动机在海军用机身上可以发挥出巨大潜力,1928 年问世的 O2U 系列飞机是第一种采用普惠公司黄蜂引擎的军用飞机,一问世就可以创下速度、航程、升限好几项世界纪录;而且用途广泛,既可以装上轮子在航母上起飞作为防空战斗机,也可以用战列舰和巡洋舰的弹射器发射,这也是第一代用海盗作为绰号的舰载机。1929 年,由于国内经济不景气的原因,为了节省成本,几个大的航空公司不得不联合起来研发飞机,这就组成了联合飞机与运输公司,首任总裁伦特舒勒同时也是普惠公司的总裁。1930 年,沃特本人死于败血症,年仅 42 岁,伦特舒勒同时兼任沃特公司总裁,当时的联合公司旗下拥有数家最大的飞机制造商和航运公司,包括波音、沃特、普惠、哈密尔顿标准、诺斯罗普、西科斯基,可谓盛极一时。同年,钱斯沃特将主厂搬到康涅狄格州的哈特福德,与普惠和哈密尔顿相邻,从此两家企业开始数十年的密切合作。沃特公司此时的产品还是以侦查/观察机和轻型轰炸机为主,第一代的 O2U 系列海盗总产量上千架,被销往十四个国家,此外还有 SB2U 守护者俯冲轰炸机和 OS2U 翠鸟水上飞机。

沃特公司创始人 Chance Milton Vought

  1938 年 2 月 1 日,海军航空局开始招标,要求得到一种新型的高空、高速舰载战斗机,要求失速速度不得低于每小时 70 英里,而航程要达到 1,000 英里以上。这里顺便交待一下,在那个年代,美国海航和陆航对军用发动机持有两种不同的看法。液冷发动机的好处是体积小,但是液冷系统本身增加了维护的复杂性,而且在战斗中只要液冷装置受损,引擎就会在短时间停转,从而使飞机失去战斗力。海航认为,发动机的可靠性对于海上飞行来说尤为重要,因此毫不犹豫的选择了空冷发动机;而陆航则认为,驱逐机(战斗机的前身)的速度是最重要的,正面体积较小的液冷发动机可以保障飞机整体流线的外形,从而取得更高的速度。其实陆航此时也有一些机型在使用空冷发动机(如波音公司的 P-26,塞维尔斯基公司的 P-35,寇蒂斯公司的 P-36),但随着阿立逊公司 V-1710 液冷发动机的问世,美国陆航的主力战斗机几乎全部采用这种引擎(如 P-38、P-39、P-40,实际上,此时在洛克希德公司和寇蒂斯公司内部,也有技术人员试着把空冷引擎装上 P-38 和 P-40 的。一架使用 R-1830 发动机的 P-40B 曾经在 22,000 英尺达到 389mph 的高速,远远超过标准型号的 350mph)。此时共和公司的雷电尚未问世,同样采用 R-2800 的 P-47J 将是陆航速度最高的飞机。实际上,采用气冷发动机的飞机只要配合良好的引擎盖形状,完全可以利用喷出的高温热空气产生更大的推力,从某种程度上抵消正面截面积大造成的阻力。此时还没有人能预见,液冷发动机仅仅只在二战中昙花一现,尽管从今天的眼光来看液冷和空冷发动机最终都将被涡轮所取代,但至少在战后 15 年内空冷发动机还存在了很长一段时间,直到越南战争依然活跃在一线。

1943 年 11 月,共和首席试飞员布拉伯罕姆正在开动 XP-47J 的发动机

  在这次竞标中,出于对陆军高速战斗机的羡慕,海军同意新战斗机也可以采用阿立逊 V-1710 发动机,当然还有普惠的空冷发动机,包括老式的 R-1830 和新研制的 R-2600、R-2800。贝尔公司为此将 P-39 眼镜蛇改装成舰载型号(XFL-1,Airabonita)也参加竞标,这种发动机后置的方案天生短腿,无法满足航程要求,格斗性能也不如其他方案,得到分数最低,首先出局;布鲁斯特公司推出了采用 R-2600 发动机的方案,但由于公司本身当时经营状况不善,无法进一步完善设计,同样出局;格鲁曼公司在 F4F-3 的基础上改用 R-2600 发动机,从性能上说提高不大,而此时他们刚刚赢得了海军双发战斗机的竞标(F5F 空中火箭),主要精力都放到那边去了。当然后来换用 R-2800 以后格鲁曼推出了 F6F 地狱猫的设计,终于修成正果;还有寇蒂斯公司的 P-36 方案,采用 R-1830 发动机,注定是种过时的设计。最后来看看沃特公司的方案,主设计师雷克斯•巴塞尔(Rex Biesel)推出了两种方案,第一种是 V-166A,采用正在生产中的普惠 R-1830 孪黄蜂发动机;第二种是 V-166B,采用的普惠 XR-2800 双黄蜂发动机此时还在绘图板上,这种新发动机一旦问世,将是当时世界上最强劲的活塞发动机,钱斯沃特将新战斗机的命运完全与邻居家的新发动机捆绑在一起。

紧凑、强大的海盗之心——普惠 R-2800 发动机

  说到 R-2800,以 1939 年的标准来看,这种 2,000 马力的发动机毫无疑问是个怪物。两排总共 18 个汽缸的总排量达到2804立方英寸,使得同时代的其他空冷发动机相形见绌。性能出众,安全可靠,维护方便,奇怪的是这种大马力发动机从未用于轰炸机。三种著名的战斗机采用这种发动机,包括共和公司的 P-47 雷电,格鲁曼公司的 F6F 地狱猫和钱斯特沃 F4U 海盗,前两种机身横截面都是椭圆形,除了发动机正面进气口外,还要在进气口下方安排单独的通风口供机身后部的涡轮增压器使用(格鲁曼试验过涡轮增压的 R-2600)。而 V-166B 设计方案用最小的体积来容纳这种发动机,机身横截面是圆形,滑油冷却器和增压器进气口都布置在翼根。为了充分利用巨大的引擎功率,它的哈密尔顿螺旋桨直径达到 13 英尺 4 英寸,这就势必提高起落架高度,才能使螺旋桨不至于垂到地上。巴塞尔匠心独具,推出了独特的倒海鸥翼布局,这种设计可以一举解决四个问题:首先,根据 NACA(国家空气动力委员会,NASA 的前身)提供的风洞数据,从侧下方插入机身的上段机翼与机身几乎 90 度垂直,这样从机翼上下分离的气流打到后部机身上时,产生的诱导阻力最小,这种布局很好的结合了中翼布局低阻的优点;其次,这种设计可以使用较短的起落架,而不像直翼战斗机那样需要长长的起落架;第三,较短的起落架向后收起,然后机轮转过 90 度收入机翼中,不会占用太多空间,可以在机翼中加装油箱,容纳更多的燃料以增大航程;最后,作为一种舰载机,倒海鸥翼的设计使得机翼即便向上折叠后,也具有比较低矮的外形,可以省出航母机库顶部的空间。

1939 年 2 月沃特向海军展示了 XF4U 全尺寸木制模型

  V-166B 获得了海军打出的最高分——86.4 分(总分 100)。1938 年 6 月 11 日,钱斯沃特公司赢得这笔订单,开始试制 XF4U-1 原型机;1939 年 2 月 10 日,全尺寸模型完成,立即送去做风洞试验。从 XF4U-1 开始的战斗机采用了新的点焊技术,这使得新飞机可以采用更坚固更重的全铝蒙皮,可以更有效的承受在航母上急速起降带来的冲击,经受战斗中的伤害。全硬壳结构的飞机机体都很坚固,采用点焊技术后机身更是光滑,工程师们花了很大力气设计飞机的引擎盖,最大限度的利用 R-2800 发动机那种相对小的正面面积,尽量使得机头流线外形。机头的结构很紧凑,但是引擎盖可以很方便的拉开维护,发动机产生的巨大热量通过整流罩周围一圈通风片散发出来,很快被迎面吹来的气流带走,而不是集中吹向某个特定的方向。另外一个问题是后排的汽缸得到的冷却不够,温度很容易升高,既要散热,又不能增加发动机总体积,美国人高超的铸造工艺解决了这个问题。R-2800 汽缸头是整体铸造的,外壁的散热片排布得相当紧密(比 1830 发动机增加了近一倍散热片)。在技术验证和测试阶段,XF4U-1 最初计划采用的是 XR-2800-2 型引擎,而最终装到机体上的是 R-2800-4 型,可以在起飞时提供 1,850 马力,在 15,000 英尺高度,转速 2,400rpm 时功率 1,600 马力;最大功率 2,000 马力,同样出于开发阶段的最强发动机就这样结合到最强的机体上。

R-2800 的一个汽缸体,注意这些密集的散热鳍片都是铸造成型

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