直冲云霄的“弹簧高跷”

让飞机垂直起降一直是飞机设计师们追求的目标,第二次世界大战结束后,通过对战争中空中力量使用的总结,各国都开始对垂直起降飞机展开研究,其中航空技术最为发达的美国再次走在了各国的前面。

二战结束后的50年代是航空技术的发展最为迅速的时代,各种新技术,新理念层出不穷,涌现出许多新的设计思想。在这些奇思妙想中,康维尔XFY-1“Pogo”和洛克希德XFV-1 显得非常另类,它们是上世纪50年代美国对垂直起降飞机的早期探索。

上世纪50年代美国海军想寻求一种能在军舰的小甲板上垂直起降的战斗机以保护舰队。这种飞机可以利用狭小的军舰甲板起飞,作战结束后又可以垂直降落在军舰甲板。共有6家公司提出了8项建议,1951年3月,海军挑选了两种相似的设计方案,一个是位于圣迭戈的康维尔公司的XFY-1,另一个是位于加州伯班克的洛克希德公司的XFV-1。康维尔公司接到了三架XFY-1原型机的合同,机号138648的用于静力试验,138649/50则用于飞行试验;洛克希德也得到了两架用于飞行的原型机的单子:型号先是XFO-1然后改成XFV-1,机号为138657/138658。不久后康维尔公司的飞机被称为“Pogo”,这个名字取自当时流行的孩子们玩的弹簧高跷。而洛克希德公司的飞机则根据其首席试飞员的名字(Salmon),被取名为“鲑鱼”。

这些飞机的共同点就是有十字形的尾翼,尾翼尖端有机轮,飞机都是尾部着地竖直朝向天空,可以使飞机“站立”起飞。康维尔公司的飞机是无尾三角布局,洛克希德公司的飞机则是小平直机翼和巨大的十字型尾部。当然,它们都是全金属蒙皮结构,蒙皮表面上布满了平头铆钉。它们的机身都很短,仅能容纳长为4.27米(14英尺)的发动机,发动机的上方是座舱和一个简易弹射座椅(这个座椅比美国海军的马丁.贝克型弹射座椅出现得还要早)。

康维尔公司的XFY-1

康维尔公司的XFY-1

洛克希德公司的XFV-1

洛克希德公司的XFV-1

这两种飞机都安装了Allison公司的YT40型发动机。这种发动机通过两个T38型2减速齿轮传动特制的柯蒂斯(Curtiss)双桨反转螺旋桨,这种螺旋桨由两具用薄钢板制成的直径4.88米(16英尺)的三叶螺旋桨串列组成。机头整流罩和涡轮轴的尺寸完全依照飞机机身的直径而制造,这么做的目的是在未来的拦截机改进计划中可以把雷达天线放在机头整流罩里面。

康维尔的XFY-1型飞机有一个宽大的三角形机翼,前缘后掠角为52度。机翼为固定前缘结构,从上方切入发动机进气口,进气道则从机翼下方经过;机翼后缘后掠角不大,并安装了全后缘升降副翼。发动机下方是一个紧凑型油箱,动力部分的排气管延伸至机身末端。不知何故,康维尔公司的设计师们在他们的头头R.C.“迪克”塞勃德的带领下,绞尽脑汁一定要在又高又窄的机身上找出能够放置580美国加仑(2196升)燃料的空间。

康维尔公司的XFY-1

为了使飞机能够在地面上竖起来,XFY-1飞机安装了一对外形奇异且面积巨大的垂直安定面,上下各一片。它们外形基本一样,上面安装着方向舵。下面的安定面(可简称为腹鳍)可以在飞行时被弹射抛弃掉,因此,理论上讲在紧急情况下XFY-1可以做常规着陆,至少在水面上可以利用推进器进行软着陆。垂直安定面顶端附近是起落架,起落架为4根防震杆,每根杆下面带了一个小轮子。翼尖可安装新型吊舱,安装好的吊舱和机翼呈平滑椭圆过渡,为该机的拦截型提供容纳机载武器的空间。预计被采用的武器包括两门到四门20mm机炮或48枚“巨鼠”折叠翼火箭。

为了维护方便,康维尔还制造了一个由两“瓣”组成的“垂直维护机库”,每一“瓣”都有很多层和楼梯以便技术人员进行操作,当两“瓣”合起来时,其构造就像后来为运载火箭设计的巨大地面发射架。

垂直维护机库

垂直维护机库

洛克希德公司的XFV-1项目一开始由资深工程师豪尔.L.赫博德(Hall L.Hibbard)负责,面对这个垂直起降涡轮螺旋桨飞机计划赫博德并没有表现出很大的兴趣,而是在很大程度上把它委托给主管工程师埃特.弗洛特(Art Flock)。洛克希德公司首选的机翼为平直型小展弦比薄机翼,就像在F-104飞机上使用的那样。XFV-1的机翼面积比F-104的机翼略微大一些,但是仍然比对手康维尔公司的要小。

XFV-1飞机机翼的前后缘都非常锐利。在机翼上并没有安装副翼,但在机翼后方喷了一条横贯机翼的直线,看上去似乎同副翼一样,但实际上这个“副翼”并不能移动。整个飞机的配平和控制由飞机尾部完成,同康维尔公司的飞机类似,XFV-1的尾部由4片完全相同并垂直交叉的后掠翼面组成,在每个翼面的顶端有一个整流罩,整流罩里安装着抗震起落架及机轮,每个翼面上都有一个舵面。

洛克希德公司的XFV-1

XFV-1飞机的动力系统与XFY-1飞机基本一致,飞机为两侧进气。与XFY-1略有不同,XFV-1的进气口紧贴在机头整流罩后方,从正面看对称的排列在机身两侧,进气道融合进机身。由于发动机及相关机械系统的滑油系统散发出相当可观的热量,因此两种飞机都有一套冷却系统,不过XFV-1的冷却系统比XFY-1要明显得多,在XFV-1的机腹上有一个明显突出的冷却系统进气口和进气道。XFV-1的两个排气管比XFY-1的短得多,排列在机腹下方,距离冷却系统进气口不远,洛克希德的工程师认为这种设计或许会有助于飞机的空中悬停飞行。XFV-1飞机为钢结构机体。

XFV-1飞机翼尖吊舱比XFY-1的大得多,在吊舱后部有一对水平安定面。实际上这是一对固定的油箱,但是同XFY-1一样,这个吊舱里也能安装2-4门机炮或者48枚折叠翼“巨鼠”火箭。不过即使当成油箱使用,XFV-1的机内载油量(508美制加仑、1923升)还是比康维尔的XFY-1少。

这两种飞机在起飞方面涉足了一个完全崭新的领域,比如说,这些飞机有机翼,但是在悬停状态时这些机翼除了增加额外重量外毫无作用;此外,两架飞机都安装了巨大的尾部交叉翼,这些翼面都处在螺旋桨的强大气流场作用中,其操作之复杂也是前所未有的。为了帮助两家公司完成设计,国家航空顾问委员会(简称NACA,为NASA的前身)承担了很多研究工作。

1953年12月23日,萨尔曼驾驶飞机滑行超过了起飞速度,并实际飞行了几秒钟。 “鲑鱼”于1954年6月16日开始常规起降飞行。

“鲑鱼”于1954年6月16日开始常规起降飞行。

康维尔公司的XFY-1首次垂直起飞和降落于1954年8月1日。试飞员科尔曼在机库外的停机坪进行了一次具备历史意义的垂直起降试飞,他操纵XFY-1飞机垂直上升了12米(40英尺),然后又平安落地,紧接着他又进行了第二次试飞,这次的高度达到了45.7米(150英尺);10月,科尔曼驾驶XFY-1进行了首次全过程飞行,飞机由垂直起飞开始,然后转为平飞,最后安全降落。类似的试飞共进行了70次,到了1954年11月2日,科尔曼的努力已经足以让布朗海军辅助航空基地的人们对Pogo具备信心。很快,康维尔公司向公众展示了一张照片,在照片上Pogo飞机以垂直的姿态高高悬挂在圣迭戈上空。

Pogo飞机以垂直的姿态高高悬挂在圣迭戈上空

然而,1955年6月,美国海军把两个项目全部取消了,仅留下两架原型机。虽然这两种飞机在动力、飞控等方面取得了令人瞩目的进步,但是这也掩盖不了各个子系统上存在的问题,比如T40发动机始终存在很多隐患。相对于传统飞机,这两种飞机的技术跨越实在太大,各种限制决定了这两种飞机丧失了作为战斗机所需要的最根本的空战性能能力。由于布局限制了气动外形,因此当一些先进的喷气战斗机不断在速度和机动上取得进步的时候,POGO和“鲑鱼”在作战性能上就越差越远了,这是它们最终下马的根本原因。

康维尔公司的XFY-1在平飞

最终XFY-1和XFV-1都坠毁了, XFY-1和XFV-1飞机逐渐被人们淡忘,它们只是在简氏《世界飞机》年刊上被简单的记录下来,不过这两架飞机的试飞纪录并没有消失,它们分别被保存在圣迭戈航空纪念馆和马里兰州的国家航空航天博物馆中,人们可以在那儿了解到这两架航空史上最早的固定翼垂直起降飞机。

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