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二戰(zhàn)末期的螺旋槳-噴氣混合動(dòng)力戰(zhàn)斗機(jī)

 咸臨 2014-05-16

 FR-1“火球”是由美國瑞恩航空公司(Ryan Aeronautical Company)研制的一種裝有螺旋槳和噴氣式兩套發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力戰(zhàn)斗機(jī)。二戰(zhàn)進(jìn)行的如火如荼之際,戰(zhàn)爭雙方都在加緊研制著自己的噴氣式或火箭發(fā)動(dòng)機(jī),誰先擁有新動(dòng)力作戰(zhàn)飛機(jī),誰就將在空戰(zhàn)中占有優(yōu)勢。

FR-1“火球”三視圖

   在正式開發(fā)完全依靠噴氣式發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力的作戰(zhàn)飛機(jī)之前,美國海軍想先擁有一種既有傳統(tǒng)螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)又有噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力戰(zhàn)斗機(jī),以便可選擇地對兩種動(dòng)力方式進(jìn)行測試。1942 年 12 月,美國海軍上將約翰.S.麥凱恩(John S. McCain)向包括瑞恩航空公司在內(nèi)的美國國內(nèi) 9 家飛機(jī)制造商發(fā)布了具體設(shè)計(jì)標(biāo)書。其設(shè)計(jì)要求是先依靠螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)從航母上起飛,然后在空中打開噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)使得飛行速度大大提高,待到要降落在航母時(shí)關(guān)閉噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī),最后用螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)低速降落。這其實(shí)反映出了當(dāng)時(shí)人們普遍對噴氣式飛機(jī)的不信任,尤其是擔(dān)心其能否在航母上安全的起飛和著艦。1943 年 2 月 11 日,在所有備選方案中,瑞恩公司的 FR-1 方案最終獲勝,美國海軍訂購了 3 架原型機(jī)和 1 架用于靜態(tài)測試的模型。

  1944 年 6 月 25 日,首架 FR-1 原型機(jī)完工并開始試飛,但于同年 10 月的一次試飛中墜毀,事后調(diào)查結(jié)果顯示原因在于機(jī)翼的鉚接牢度不夠。但到 FR-1 機(jī)翼鉚接牢度加強(qiáng)之前,又有兩架原型機(jī)因?yàn)橥瑯釉蚨鴫嫐АS纱?,美國海軍飛行員給予其“火球”的謔稱,以譏諷其易于墜毀的毛病。

   隨著太平洋戰(zhàn)爭進(jìn)入白熱化階段,越來越多的日本“神風(fēng)”特攻機(jī)給美國海軍帶來了巨大的損失。于是,美國海軍向位于加利福尼亞州圣地亞哥的瑞恩公司簽訂了購買 700 架 FR-1 戰(zhàn)斗機(jī)的合同,以希望用這種高速戰(zhàn)斗機(jī)來擊落進(jìn)行自殺式攻擊的日軍飛機(jī)。但隨著美軍對日本的不斷轟炸以及后來的 2 次原子彈攻擊,日本迅速投降,整個(gè)二戰(zhàn)結(jié)束。戰(zhàn)爭結(jié)束前,瑞恩公司生產(chǎn)出 66 架 FR-1“火球”戰(zhàn)斗機(jī)。美國海軍特意成立了 VF-66 中隊(duì),專門裝備 FR-1,但該中隊(duì)沒有來得及在戰(zhàn)爭結(jié)束前參加實(shí)戰(zhàn)。隨著對戰(zhàn)時(shí)政策的調(diào)整,原本價(jià)值 $103,000,000 的 FR-1 戰(zhàn)斗機(jī)采購合同就此中止。

一架正在航母上起飛的 FR-1“火球”,請注意其機(jī)尾尾噴口

  瑞恩公司研制的 FR-1“火球”戰(zhàn)斗機(jī)具有許多獨(dú)特之處。它能夠僅僅依靠兩套發(fā)動(dòng)機(jī)中的任何一套進(jìn)行飛行,當(dāng)然如果想取得最佳的飛行效果還是需要同時(shí)利用兩套發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)僅依靠噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),F(xiàn)R-1“火球”可以達(dá)到每小時(shí) 300 英里的最高速度;只靠傳統(tǒng)螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)能達(dá)到每小時(shí) 320 英里的最高速度(原文如此);當(dāng)兩套發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)使用的最高速度為每小時(shí) 426 英里。其常規(guī)螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)在低空起降時(shí)極為安全有效,而噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)又可在高空中提供較高的速度,兩套發(fā)動(dòng)機(jī)的切換十分靈活。因此,F(xiàn)R-1“火球”幾乎能在所有時(shí)候保持最佳飛行狀態(tài)。

FR-1 安裝噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的尾段

  1945 年 11 月 6 日,一架 FR-1“火球”在即將進(jìn)行著艦時(shí),飛行員突然發(fā)現(xiàn)其活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大大下降,出于時(shí)間緊迫他迅速啟動(dòng)了噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)并依靠其提供的動(dòng)力成功地進(jìn)行了著艦。不過,由于速度過快,這架 FR-1“火球”的著艦距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)長過平常,好在最后一道攔阻索最終將其攔住。這位飛行員的靈機(jī)一動(dòng)不僅挽救了他自己的生命和座機(jī),而且還創(chuàng)下了首次依靠噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力成功著艦的記錄。

  早期的噴氣式飛機(jī)在降低速度時(shí)效率也隨之而大大降低,但 FR-1“火球”戰(zhàn)斗機(jī)則能憑借其雙重的發(fā)動(dòng)機(jī)而彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。并為其帶來了良好的作戰(zhàn)半徑以及爬升速度。盡管 FR-1“火球”戰(zhàn)斗機(jī)從未參加實(shí)戰(zhàn),但是在其之上獲得的諸多經(jīng)驗(yàn)被美國海軍后來開發(fā)的一系列新型的噴氣式作戰(zhàn)飛機(jī)所借鑒。

  FR-1“火球”戰(zhàn)斗機(jī)在機(jī)頭安裝有一臺(tái)萊特(Wright)R-1820-72W 星型螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī),在機(jī)尾安裝有一臺(tái)通用電氣(General Electric)J31 型渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。其速度隨著高度的變化而產(chǎn)生劇烈的改變,這在追擊敵機(jī)時(shí)會(huì)帶來很大的不便。火力方面,F(xiàn)R-1“火球”戰(zhàn)斗機(jī)安裝有 4 挺 0.5 英寸(12.7毫米)機(jī)槍,每挺機(jī)槍備彈量 300 發(fā)。每側(cè)機(jī)翼下可以分別掛載 1 顆 1,000 磅的航空炸彈,機(jī)翼外側(cè)還能安裝可拆卸式的火箭彈發(fā)射架。飛行員四周有防彈鋼板和防彈座艙玻璃提供的良好保護(hù)。

空中飛行的 FR-1“火球”,其正在依靠噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力,螺旋槳葉是停止的

  FR-1“火球”是一種下單翼、單座、采用前三點(diǎn)式起落架的戰(zhàn)斗機(jī)。咋一眼看上去會(huì)把 FR-1“火球”當(dāng)成是普通的活塞螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)戰(zhàn)斗機(jī)。只有仔細(xì)觀察才會(huì)發(fā)現(xiàn)其噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口位于機(jī)翼前緣靠近機(jī)身處。噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)被安置于機(jī)身后半段,其尾噴口開在機(jī)尾。為了平衡前后兩套發(fā)動(dòng)機(jī)并維持前三點(diǎn)式起落架的重心,F(xiàn)R-1“火球”的座艙稍許位于機(jī)翼前方,從而使飛行員能夠擁有良好的前向視野。座艙內(nèi)部的空間極為狹小,以至于飛行員甚至無法伸展四肢。FR-1“火球”備有一套供氧系統(tǒng)以便在高空飛行時(shí)幫助飛行員克服急速拉升時(shí)出現(xiàn)“黑視”現(xiàn)象。

J31 渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)

  前三點(diǎn)式起落架使得 FR-1“火球”在起飛時(shí)能夠有效地應(yīng)付側(cè)風(fēng)。由于座艙位置靠機(jī)翼之前,飛行員只需抬頭和低頭便可以看見上方和下方的情況。而這對于在航母上起降而言,具有極大的優(yōu)點(diǎn)。盡管 FR-1“火球”的重量略大于一般的單螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)戰(zhàn)斗機(jī),但其帶來的高安全性是無可比擬的。前后設(shè)置的兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)全被命中的概率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通的雙發(fā)動(dòng)機(jī)作戰(zhàn)飛機(jī)。

  1946 年 3 月,部分 FR-1“火球”戰(zhàn)斗機(jī)由“中途島”(Midway)號航母搭載,參與了“霜凍行動(dòng)”(Operation Frostbite)。FR-1“火球”在嚴(yán)寒下與當(dāng)時(shí)新式的格魯曼 F-8F“勇士”(Bearcat)戰(zhàn)斗機(jī)和西科爾斯基 HNS-1 型直升機(jī)一起執(zhí)行了多次任務(wù)。

   隨著戰(zhàn)后噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)時(shí)代的全面來臨,螺旋槳-噴氣動(dòng)力和混合動(dòng)力戰(zhàn)斗機(jī)很快明顯落后了。美國海軍對其逐漸失去了興趣,后來又在 FR-1“火球”的基礎(chǔ)上開發(fā)了安裝渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的 F2R“黑鯊”(Dark Shark)戰(zhàn)斗機(jī)。后者安裝有通用電氣公司的 T-31 型渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī),外形與 FR-1“火球”有所不同。螺旋槳沒有采用 FR-1 的 3 槳葉,而是增加為 4 槳葉。

F2R“黑鯊”的 1/48 模型

XF2R 原型機(jī)

  FR-1“火球”戰(zhàn)斗機(jī)沒有趕上在二戰(zhàn)最后的戰(zhàn)斗中一展身手,隨后又迅速被更為先進(jìn)的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)淘汰。但它是世界上的一種螺旋槳-噴氣混合動(dòng)力戰(zhàn)斗機(jī),也是美國海軍第一種投入實(shí)用的帶有噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的作戰(zhàn)飛機(jī)。而且,對于瑞恩航空公司而言,正是 FR-1“火球”戰(zhàn)斗機(jī)的成功,使其后來又被美國海軍選中為其開發(fā) X-13 型垂直起降(VTOL)噴氣式試驗(yàn)機(jī)。

附:主要參數(shù)

  機(jī)組成員:1 人
  首次試飛:1944 年 6 月 25 日
  開始服役時(shí)間:1945 年 3 月
  機(jī)長:9.75m
  翼展:12.19 m
  機(jī)高:4.15 m
  機(jī)面積:25.55 m2
  空機(jī)重:3,590 kg
  滿載重:4,806 kg
  最高航速:686 km/h
  最大航程:1,658 km
  升限: 13,135 m
  武備:機(jī)槍4 × 0.50 in
     炸彈 2 × 1,000 lb
     火箭發(fā)射架4 ×

主要參考資料

  THE AIRCRAFT YEARBOOK FOR 1946, p370-374

蘇聯(lián) I-250(米格-13)螺旋槳-噴氣混合動(dòng)力戰(zhàn)斗機(jī)

  為了對付納粹德國研制的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī),蘇聯(lián)國防委員會(huì)于 1944 年 5 月 22 日著手開發(fā)一種螺旋槳-噴氣混合動(dòng)力的戰(zhàn)斗機(jī)。1945 年 2 月,首架原型機(jī)完成,代號為 I-250,由試飛員 A.P.Deev 負(fù)責(zé)進(jìn)行試飛,工程師 V.N.Sorokin 負(fù)責(zé)測試。

I-250(米格-13)的四視圖

  盡管 I-250 的外形布局與傳統(tǒng)螺旋槳飛機(jī)沒有太大差異,但它卻安裝有獨(dú)特的雙重動(dòng)力系統(tǒng)。機(jī)頭安裝有 Klimov VK-107R V-12 型活塞螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī),它通過一根延長軸與后部的一臺(tái) 7 缸 VRDK 型壓縮機(jī)相連。它實(shí)際上是一種沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),在機(jī)尾開有尾噴口。在同時(shí)使用兩套推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)時(shí),I-250 能夠的最高飛行速度可達(dá)每小時(shí) 825 公里。但 VRDK 型壓縮機(jī)僅僅只能連續(xù)工作 10 分鐘。

I-250 原型機(jī)側(cè)視

  需要指出的是,與美國瑞恩 FR-1“火球”混合動(dòng)力戰(zhàn)斗機(jī)不同,I-250 必須依靠活塞螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力,在必要的時(shí)候結(jié)合噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。因此,它不具備單獨(dú)靠噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的能力。在武備方面,I-250 安裝有 3 門 B-20 型20毫米航炮。

  1945 年 3 月 3 日,首架 I-250 原型機(jī)在進(jìn)行首次試飛時(shí)墜毀,試飛員 A.P.Deev 不幸遇難。事后調(diào)查顯示,原因在于水平尾翼由于承受不了巨大的過載而斷裂。盡管試飛員跳出了坐艙,但因?yàn)楫?dāng)時(shí)飛行高度較低,沒有來得及打開降落傘便墜地身亡。

  1945 年 5 月,第二架 I-250 原型機(jī)進(jìn)行試飛。該機(jī)吸取前一次失敗的教訓(xùn),水平尾翼自身強(qiáng)度以及與機(jī)身連接牢度大大增強(qiáng),足以應(yīng)付高速飛行。由蘇聯(lián)飛行研究中心試飛員 A.P.Yakimov 和米格設(shè)計(jì)局試飛員 A.N.Chernoburov、I.T.Ivashchenko 3 人先后駕駛其成功地進(jìn)行了試飛。期間,I-250 的最高飛行速度達(dá)到了每小時(shí) 825 公里,大大超過了以前所有的蘇聯(lián)戰(zhàn)斗機(jī)。在起飛時(shí),如果結(jié)合使用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),最短起飛距離僅為 400 米。在蘇聯(lián)國防委員會(huì)的授意下,由第 381 號工廠于 1945 年夏季開始小批量生產(chǎn) 16 架 I-250 戰(zhàn)斗機(jī),與此同時(shí)繼續(xù)對原型機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步飛行測試。原計(jì)劃讓 I-250 戰(zhàn)斗機(jī)參加在 1945 年 11 月的蘇聯(lián)閱兵儀式,但后來由于天氣條件過于惡劣而作罷。

  同年末,首批 I-250 的量產(chǎn)工作基本完成。然而,對于原型機(jī)的測試卻遲遲尚未結(jié)束。這是由于 I-250 的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)遲遲沒有決定。1946 年上半年間,I-250 原型機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)幾經(jīng)更換。在 1946 年 7 月 12 日的一次試飛中,I-250 原型機(jī)的 VK-107 型發(fā)動(dòng)機(jī)突然起火,于 Lubertsy 機(jī)場緊急迫降,受到一定程度的損傷。因?yàn)榈?381 號工廠已經(jīng)開始量產(chǎn) I-250,有關(guān)監(jiān)督 I-250 試飛的機(jī)關(guān)決定不再對原型機(jī)進(jìn)行維修,而是直接對量產(chǎn)的 I-250 進(jìn)行測試。1947 年 5 月,I-250 終于在 GK NII VVS 通過了所有測試,其中發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間達(dá)到了 35 小時(shí)。

  1946 年 12 月,首架生產(chǎn)序列號為 3810102 的 I-250 量產(chǎn)機(jī)完工,并于 1947 年 9 月 19 日開始接受測試。與之前的原型機(jī)不同,這架量產(chǎn)機(jī)的機(jī)翼油箱容量增加了 190 公斤。由于蘇聯(lián)空軍越來越傾向于完全噴氣式的戰(zhàn)斗機(jī),蘇聯(lián)海軍開始接手 I-250 戰(zhàn)斗機(jī)。從同年 10 月 9 日開始,到 1948 年 4 月 3 日為止,16 架 I-250 量產(chǎn)機(jī)裝備了一個(gè)蘇聯(lián)海軍的航空兵中隊(duì),在位于里加(Riga)的 Skulte 機(jī)場進(jìn)行了廣泛的測試飛行。TSIAM 的首席工程師 A.V.Komissarov 領(lǐng)導(dǎo)對 I-250 進(jìn)行了最終的改進(jìn)和測試,VK-107R 型活塞螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和 VRDK 型壓縮機(jī)在后來的測試中再未出現(xiàn)異常狀況。這些測試的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)為后來蘇聯(lián)渦輪噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的開發(fā)提供了重要參考。

  1946 年,第 381 號工廠生產(chǎn)了 8 架標(biāo)準(zhǔn)化的 I-250,被正式定型為“米格-13”。直到 1950 年,這批米格-13 戰(zhàn)斗機(jī)裝備了蘇聯(lián)波羅的海艦隊(duì)和蘇聯(lián)空軍北方的戰(zhàn)斗機(jī)部隊(duì),接受服役測試。然而,隨著 1948 年早期,米格-9 和雅克-15 噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的面世,別具特色的 I-250(米格-13)螺旋槳-噴氣混合動(dòng)力戰(zhàn)斗機(jī)就此停止了發(fā)展。

米格-13

米格-13(與 1-250 略有不同)主要參數(shù)

  機(jī)組成員:1 人
  發(fā)動(dòng)機(jī):Klimov VK-107R V-12 型活塞螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)x1;Khalshchevnikov VRDK 沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)x1
  機(jī)長:8.20 米
  翼展:9.5 米
  翼面積:15.0 平方米
  空機(jī)重量:3,028 公斤
  滿載重量:3,931 公斤
  翼載:262 公斤/平方米
  最高速度:825 公里/小時(shí)
  升限:11,900 米
  最大航程:1,820 公里
  武備:20 毫米 B-20 型航炮x3

主要參考資料

  《Wings of Russia》, 1999;《History of designs of airplanes in USSR (1938-1950)》 ,V.B.Shavrov著, 1988

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