法蘭西戰鷹（四）勒杜克的“飛行子彈”：法國沖壓發動機驗證飛機

文/Armstrong

法國航空工程師雷內·勒杜克的名字總是與沖壓發動機聯系在一起，他在20世紀40年代末～50年代設計制造了一系列的沖壓發動機驗證飛機，為沖壓發動機的實用化做出了卓越的貢獻。

艱難的起步

1913年法國發明家雷內·洛林在《Aérophile》技術綜論雜志上發表文章，提出了沖壓發動機的基本概念。洛林為自己的發明申請了專利。沖壓發動機結構十分簡單，僅由進氣道、燃燒室、尾噴管三部分組成，唯一的活動部件就是為燃燒室供油的渦輪泵。氣流從進氣口進入，在截面積逐漸收小的進氣道內壓縮降速，從而提高溫度和壓力；高壓高溫氣流進入燃燒室與燃料混合燃燒后，燃氣膨脹從尾噴管高速噴出從而產生推力。

雷內·勒杜克

沖壓發動機的問題之一，是在靜止狀態時無法起動，必須要獲得一個起動速度才能點火。沖壓發動機的精髓就在于“沖壓”二字，進氣速度越高，進氣道對氣流的壓縮率就越高，推力就越大。遺憾的是限于當時的技術條件，這位富于遠見的發明家無法獲得足夠的起動速度使沖壓發動機運轉起來，沒能證明其理論的可行性。

1929年法國航空工程師雷內·勒杜克對沖壓發動機著了迷。勒杜克在路易斯·布雷蓋的飛機工廠開始了職業生涯，主要為布雷蓋27項目工作。這位自學成才的工程師在職業生涯的早期就意識到了螺旋槳飛機在速度上的限制，并試圖找到解決方案。一開始他設計了一種脈沖噴氣發動機，通過一個閥門系統完成進氣、燃燒、排氣循環。1930年他為這種發動機申請了專利，比德國工程師保羅·施密特早了3個月。保羅·施密特在德國政府的幫助下發明了類似的發動機。其實早在19世紀，法國人夏爾·德·盧夫里耶就提出了脈沖噴氣發動機的概念。

勒杜克O.10結構圖

但勒杜克還是覺得脈沖噴氣發動機缺點太多，于是又設計了一種能以連續氣流完成進氣、壓縮、燃燒、排氣的噴氣發動機。1933年他申請了專利，并命名為“熱力推進噴管”。實際上該發動機與雷內·洛林的沖壓發動機如出一轍，也就是在此時他讀到了雷內·洛林的文章，勒杜克試圖聯系洛林，卻得知他已在幾個月前去世的消息。

勒杜克O.10的進氣錐

雷內·勒杜克的“熱力推進噴管”引起了法國軍方興趣，1934年雷內·勒杜克獲得了法國空軍部的資助，設計并制造了一臺直徑僅30毫米的微型沖壓發動機，這臺原型機實際上就是一根帶燃油噴嘴和燃燒室的金屬圓管。1935年在風洞試驗中原型機在300米/秒的風速下成功點火并產生了4千克力（約0.039千牛）的推力。在接下來的一年里雷內·勒杜克實現了原型機的穩定燃燒，1936年6月他在航空技術部門的官方代表面前進行了正式演示，當天這臺噪聲機器在代表們面前持續運行了3分鐘，證明了沖壓發動機的可行性。

勒杜克O.10/O.16

1937年5月26日空軍部與勒杜克簽署No.407/7號合同（最后一位數字代表合同于1937年簽署），制造一臺實用化的沖壓發動機和一架與之配套的驗證飛機，該機編號為勒杜克O.10。勒杜克當時還只是一個受雇于路易斯·布雷蓋的小工程師，在布雷蓋先生的幫助下他接受挑戰，在布雷蓋的維拉庫布萊工廠開始制造法國的第一架噴氣式飛機。

勒杜克O.10的機身采用奇特的雙層殼體結構，外觀就像是一顆飛行子彈。彈頭就是包含座艙的進氣錐，彈殼就是外部桶狀機身，內外殼體間是沖壓發動機的進氣口與進氣道，進氣口與進氣錐間有加強片連接以避免在高速飛行中產生顫振。該機為全金屬半硬殼結構，懸臂式中單翼。機翼為雙翼梁結構的平直梯形翼，帶上反角，相對厚度10%，展弦比6.5，后緣安裝有常規襟翼和副翼，機翼內部采用了先進的整體結構油箱，總載油量1000升。垂尾和懸臂式平尾前緣根部都有向前的延伸段。所有翼面都采用半圓形翼尖。勒杜克O.10采用后三點式起落架，略有外傾的主起落架向后收入翼根，固定滑橇在尾噴口下，降落前飛行員需要搖動手柄放下主起落架。

該機的座艙設置在進氣錐內，飛行員通過前機身右上方的圓形艙門進出。飛行員呈半臥姿坐在座椅上，座艙周圍安裝了一圈環形有機玻璃作為風擋，卻又正好被進氣口遮擋，為此勒杜克又在進氣口側壁和頂部開設了6個圓形舷窗以改善飛行員視界，但還是非常可憐。由于座艙被進氣道整個包住，所以飛行員如何逃生成了難題。所以勒杜克設計了新穎的整體逃生艙，前機身在緊急情況下可以整體彈射分離，安裝在座艙后部的降落傘隨后打開，機頭朝下緩緩降落。

勒杜克O.10的桶狀機身就是沖壓發動機，內部容納著直徑1.5米的沖壓發動機燃燒室。環形燃燒室從內到外、從前向后被五個同心環分為3個燃燒室。整個燃燒室共有500個細小的燃油噴嘴，每個噴嘴后方還有一片小擾流葉片以實現航空煤油的最佳霧化。發動機的最大推力估計可達2000千克力（約19.6千牛），在飛行中飛行員可以通過控制噴油嘴打開的數量來調節發動機推力。由于該機沒有自行起飛的能力，所以雷內·勒杜克設計了SE-1600和SE-1910火箭助推軌道滑車，架設在滑車上的勒杜克O.10可在助推滑跑中達到沖壓發動機的起動速度，點火后起飛。

勒杜克O.10采用了前三點式起落架

勒杜克O.10的模型在1938年的巴黎航展上公開露面，法國人夸下海口說該機的最大速度可達1000千米/小時，最大高度30000米！

勒杜克O.10的進度很快，到1940年維拉庫布萊工廠已經完成了機身的制造，同時也準備開始進行沖壓發動機的地面測試。但德軍的入侵打破了一切，布雷蓋工廠被迫遷離巴黎，勒杜克的飛機也轉移到自由區的圖盧茲蒙圖德蘭工廠。德軍已經掌握了勒杜克O.10的情報，隨后接管了整個項目。德國人提出放棄助推滑車，改為Do 217馱載勒杜克O.10起飛，在達到起動速度后釋放飛機，這樣更加方便安全。但由于法國工程師和工人的消極怠工，再加上盟軍轟炸了蒙圖德蘭工廠，勒杜克O.10嚴重受損，二戰中德國人根本沒有機會進行該機的試飛。

二戰結束后雷內·勒杜克繼續進行O.10項目，由于物資短缺，項目進展緩慢。雷內·勒杜克借鑒了德國人的方案，準備用運輸機馱載的方式進行勒杜克O.10的試飛，為此專門改裝了4架SE-161“朗格多克”四發運輸機。他們在“朗格多克”的背部安裝了三副三角支架，前兩副與勒杜克O.10的翼根固定點連接，后一副尾部支架中有一根用于調節飛機迎角的液壓支柱，與勒杜克O.10尾部固定點連接。當組合體達到啟動速度后，勒杜克O.10開始點火，“朗格多克”隨后進行小角度俯沖，尾部支架的液壓支柱縮短使勒杜克O.10仍保持一定的迎角，然后斷開連接點雙方脫離。

1946年第一架驗證機勒杜克O.10-01終于完工，同年11月19日勒杜克O.10/“朗格多克”6號機組合體在布拉尼亞克機場進行了首飛。當時勒杜克O.10的試飛員是讓·戈諾爾，運輸機的飛行員是讓·佩蘭上校（他后來成為此類任務的專家）。首飛只持續了幾分鐘，坐在勒杜克O.10座艙中戈諾爾基本上無所事事。

成功進行了幾次組合體試飛后，1947年10月21日勒杜克O.10脫離載機進行了首次無動力滑翔飛行。整個脫離過程非常順利，證明了馱載方案的可靠性。但戈諾爾在著陸時沖出了跑道，導致起落架爆胎。政府專家試圖暫停試飛以策安全，但被讓·戈諾爾說服繼續開展試驗。隨后試飛團隊又進行了幾次組合體飛行試驗和兩次滑翔試飛。由于勒杜克O.10還沒有安裝沖壓發動機的高速燃油泵和燃油流量監控系統，并且也沒有現成的設備可以采購，所以雷內·勒杜克只能自行研制。從1948年初該機開始停止試飛等待設備的到位。

飛行員從右上方圓形艙門進入勒杜克O.10

勒杜克O.10-03的翼尖配重艙

直到1949年4月21日，勒杜克O.10才進行首次動力飛行。組合體從布拉尼亞克機場起飛爬升至4000米高度，當速度達到360千米/小時后，讓·戈諾爾起動了沖壓發動機。讓·佩蘭駕駛“朗格多克”做了一個小角度俯沖，在3200米高度以430千米/小時的速度釋放了勒杜克O.10。沖壓發動機以半推力狀態持續運行了9分鐘，使勒杜克O.10加速到680千米/小時，并爬升至5400米。勒杜克O.10成為世界上首架只靠沖壓發動機完成飛行的飛機，從而在航空史上占據了一席之地。

在這次成功的鼓舞下，勒杜克O.10開始進行發動機最大推力試飛。沖壓發動機最大推力時整機推重比達到0.71，使該機具有突出的爬升性能。讓·戈諾爾發現在短短幾分鐘內，勒杜克O.10就能爬升到11000米高空，其40米/秒的爬升率是F-86戰斗機的兩倍。在另一次試飛中，戈諾爾在11000米加速至馬赫數0.85時遭遇聲障，飛機突然自動上仰急速爬升了600米，把戈諾爾驚出一身冷汗，這也是法國飛機首次遭遇聲障。

為了獲得更大的發展，雷內·勒杜克辭去在布雷蓋公司擔任的職務并創立了自己的公司。新生的勒杜克公司坐落在巴黎大區的阿讓特伊，在此雷內·勒杜克制造了第二架驗證機勒杜克O.10-02。由于巴黎大區的氣象條件對試飛非常不利，所以在1951年雷內·勒杜克把試飛工作轉移到法國南部普羅旺斯地區的伊斯特爾空軍基地，還在伊斯特爾建造了一段沖壓發動機的測試滑軌，人稱“勒杜克鐵道”。

勒杜克O.10-02加入后讓·戈諾爾忙不過來了，于是飛行員伊凡·利托爾夫在工程師讓·科里奧爾的指導下加入了試飛工作。隨后法國試飛中心（CEV）也參加試飛，派出了試飛員讓·薩拉伊。

在法國航宇博物館展出的勒杜克O.10-03。注意舷窗下方寫上了雷內·洛林的名字，以紀念這位沖壓發動機先驅。

在前兩架驗證機的基礎上勒杜克設計了勒杜克O.16，與勒杜克O.10不同，該機在兩側翼尖各安裝一臺推力250千克力（2.45千牛）的透博梅卡“瑪波爾”I渦噴發動機，以試圖改善降落性能。1951年2月1日勒杜克O.16進行了首次馱載試飛，2月8日進行了首次滑翔試飛，5月2日進行了首次動力試飛。1952年10月9日CEV還使用繳獲的He 274作為載機，馱載勒杜克O.16進行了分離試飛。

在試飛中勒杜克O.16暴露了翼尖發動機在工作時會導致機翼變形，并且由于推力不同步產生偏航問題。飛行員在降落時需要同時操作三臺發動機，還要修正偏航，簡直是手忙腳亂。所以幾個月后勒杜克O.16的翼尖發動機就被拆除，取而代之的是流線型配重吊艙，編號也改為勒杜克O.10-03。

1951年9月美國空軍派出阿爾伯特·博伊德和查克·耶格爾在伊斯特爾基地試飛了勒杜克O.10，證實該機的性能的確優于F-86。

1951年11月27日讓·薩拉伊駕駛勒杜克O.10-02進行第44次試飛時，沖壓發動機突然熄火，薩拉伊立即進行緊急迫降，因接地速度過大，前機身在沖擊中脫離。飛機全毀，讓·薩拉伊拉也受重傷。噩運繼續籠罩，1952年7月25日伊凡·利托爾夫駕駛勒杜克010-01試飛，點火后未能與載機成功分離，與“朗格多克”載機相撞。讓·戈諾爾駕機緊急降落，在機腹迫降中受重傷，飛機也嚴重受損。

出于安全因素，唯一幸存的勒杜克O.10-03的最大速度被限制在馬赫數0.84。1954年1月19日該機進行了第83次也是最后一次試飛，隨后進入布爾歇機場的法國航宇博物館展出。

勒杜克O.21

受到勒杜克O.10的鼓舞，法國空軍咨詢雷內·勒杜克是否能研制一種沖壓發動機截擊機，盡管不要求該機具備超聲速能力，但卻要求具有驚人的275米/秒的海平面爬升率。雷內·勒杜克為此提出了勒杜克O.20方案。該機可從火箭滑車上起飛，總重4.5噸，內置兩門20毫米機炮并可掛載空空火箭。與勒杜克O.16相同，勒杜克O.20在機翼兩端也各安裝一臺小型渦噴發動機。軍方訂購了一架勒杜克O.20原型機，但很快以性能過時為由將該機轉為驗證機。1951年12月雷內·勒杜克收到了修改后的勒杜克O.21驗證機訂單。

勒杜克O.21結構圖

勒杜克O.21三視圖

乘員：1機長：10.25米高度：3.45米翼展：10.52米翼面積：16.0平方米空重：1700千克最大起飛重量：2900千克發動機：單臺勒杜克沖壓發動機，推力2000千克力（19.6千牛）最大速度：900千米/小時實用升限：12000米

勒杜克O.21的頭錐與座艙

1953年勒杜克O.21和試飛團隊

勒杜克O.21與“朗格多克”運輸機分離

勒杜克O.21與“朗格多克”運輸機分離

勒杜克O.21沿用了勒杜克O.10的基本設計，針對勒杜克O.10在試飛中所暴露的缺點進行了改進。該機尺寸放大了30%，雙翼梁平直機翼的相對厚度降低至8%，并在翼尖增加了副油箱，載油量增加到2865升。勒杜克O.21還沿用了勒杜克O.10的整體逃生艙設計，與勒杜克O.10不同的是，勒杜克O.21的單座座艙具有增壓功能。鑒于勒杜克O.10座艙視界糟糕，勒杜克O.21的座艙前移至進氣口前方，進氣錐除了頭部一小段為金屬蒙皮外，其余部分都被環形有機玻璃風擋覆蓋，大大改善了飛行員的視界；頭錐可整體向前滑動以便飛行員進出座艙。為了使飛行員在降落時能夠看到跑道，在風擋正上方還安裝了潛望鏡。座艙后部的空間安裝有無線電、氧氣設備、航電系統,以及逃生艙的降落傘。

因為勒杜克O.10的人力收放起落架設計不夠可靠，勒杜克O.21改用液壓收放的自行車式起落架，串列雙輪主起落架向上收入機腹，尾部安裝了固定式并列雙輪尾起落架，在兩側翼尖副油箱中還有一對單輪起落輔助架，向上收入油箱。

勒杜克O.21最大的改進在于發動機，沖壓發動機直徑增加到2.3米，環形燃燒室也由五層結構進化為六層結構，預計推力達9600千克力（94.14千牛），整機推重比超過了1.6！該機的環形燃燒室中心安裝了一臺280軸馬力（約206千瓦）的透博梅卡“阿都斯特”I渦軸發動機，用于驅動液壓伺服機構、發電機和燃油泵，這在當時是一大創新。渦軸發動機從座艙后的一圈環形槽狀進氣口引氣，燃氣排入沖壓發動機燃燒室。由于渦軸發動機并不產生推力，所以勒杜克O.21仍需要馱載起飛。盡管該機是驗證機，還是預留了機炮的安裝空間。雷內·勒杜克希望該機能實現超聲速飛行，但該機的主要任務是研究沖壓發動機的自動控制油門。

1953年第一架勒杜克O.21-01驗證機完工。5月16日的一個晴朗的早上，“朗格多克”馱載勒杜克O.21-01進行了首次試飛，8月7日進行了首次動力試飛。讓·薩拉伊和伊凡·利托爾共同承擔勒杜克O.21和勒杜克O.10-03的試飛任務。1954年3月1日第二架勒杜克O.21-02加入試飛，兩架勒杜克O.21共進行了385架次試飛，其中248架次是分離后的自由飛行。由于勒杜克O.21仍是亞聲速設計，在試飛中的最大速度才飛到馬赫數0.9，實用升限20000米，海平面爬升率為驚人的200米/秒，在9000米高度仍能維持在40米/秒。因為勒杜克O.21仍是驗證機，所以沒有精確的航程數據，在點火后沖壓發動機能持續運行12分鐘。

1955年6月CEV在巴黎航展公開展示了兩架勒杜克O.21驗證機，兩架“朗格多克”馱載著勒杜克O.21在航展的顯著位置進行了靜展。隨后CEV試飛員伯納德·威特駕駛勒杜克O.21進行了飛行表演，“朗格多克”/勒杜克O.21組合體在350米高度分離，威特進行了一次低空高速通場，轟鳴的“飛行子彈”震撼了全場觀眾。

1956年12月4日，在勒杜克O.22投入試飛之后，兩架勒杜克O.21正式退役。

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勒杜克O.22

勒杜克O.10和O.21給法國空軍留下了深刻印象，他們希望雷內?勒杜克能研制出一種馬赫數2.0的截擊機，可在短時間起飛并快速爬升以截擊來犯的蘇聯轟炸機。在勒杜克O.21的試飛步入正軌后，雷內?勒杜克開始了勒杜克O.22的研制。

即使以今天的眼光來看，勒杜克O.22的外形仍然相當科幻，帶座艙的頭錐更加尖銳，桶狀機身更加筆直。為了實現超聲速飛行，勒杜克O.22終于采用了后掠翼設計，由于相對厚度更薄導致整機載油量下降到2500升。同時該機還采用了帶下反角的全動平尾，在超聲速時可以提供更好的俯仰控制。此外所有的操縱翼面都配備了勒杜克專利的伺服系統。勒杜克O.22的尾翼翼尖都有配重棒用于除顫，機翼的細長翼尖副油箱也可以起到相同的作用。

勒杜克O.22結構圖

勒杜克O.22三視圖

勒杜克O.22側視線型圖

勒杜克O.22的機頭錐，包含有座艙。

勒杜克O.22的頭錐可以整體前移，供飛行員進出座艙。

勒杜克O.22最大進步是具備了自主起飛的能力，無需“朗格多克”運輸機的馱載。該機在沖壓發動機的環形燃燒室中心安裝有一臺3000千克力（29.42千牛）的斯納克瑪“阿塔”101D3渦噴發動機，為此加大了座艙后的環形槽狀進氣口。渦噴發動機可在起降時使用并負責把飛機加速至啟動速度。勒杜克O.22采用了前三點式起落架，前起落架向前收入頭錐，主起落架向后收入翼根。勒杜克O.22的沖壓發動機直徑2米，環形燃燒室為更復雜的七層六燃燒室結構，估計最大推力達到16000千克.雷內·勒杜克樂觀地預計勒杜克O.22在16000米高空能飛到馬赫數2.0，海平面爬升率達到驚人的370米/秒。

1956年12月26日讓·薩拉伊駕駛勒杜克O.22-01進行了首飛，不過只使用了渦噴發動機。1957年6月18日在第34次試飛中勒杜克O.22首次開動沖壓發動機。1957年12月21日勒杜克在第141次試飛中達到了馬赫數1.15的速度。12月23日該機在一次地面測試中尾噴管起火損壞。

盡管勒杜克O.22是作為超聲速截擊機設計的，但在試飛中的最大速度始終未能超過馬赫數1.15，因為機身沒有根據面積律進行修形，跨聲速阻力過大。此外沖壓發動機耗油量過大，勒杜克O.22的2500升燃油只夠沖壓發動機消耗30分鐘，發動機在高空的表現也不夠穩定。

勒杜克O.22試飛時的尾焰

假想中的法國空軍勒杜克O.22，機腹下掛載兩枚馬特拉R.530空空導彈。

法國航宇博物館的勒杜克O.10-03與勒杜克O.22

法國此時已經陷入阿爾及利亞戰爭的泥潭，大幅削減了新武器研制項目的撥款，法國空軍對沖壓發動機的熱情開始消退。1957年10月20日勒杜克O.22項目正式終止，此時第二架勒杜克O.22-02已經完工了80%，唯一的勒杜克O.22驗證機同樣進入法國航宇博物館永久保存。同樣遭此命運的還有諾德N.1500三角翼沖壓/渦噴混合動力截擊機（詳見本刊2013年第8期“‘幻影’三角翼傳奇的引領者——諾德超聲速三角翼截擊機”一文），后者在1958年飛出了馬赫數2.0的最大速度，比勒杜克O.22更加成功。最終法國空軍選擇了更簡單和廉價的達索“幻影”III截擊機，成就了“幻影”家族的傳奇。

在勒杜克O.22失敗后，雷內·勒杜克再也沒有涉足飛機制造業。勒杜克公司搬遷到法國東部的默爾特-摩澤爾省，主業是制造液壓元器件。不過雷內·勒杜克的研究為法國積累了大量的寶貴經驗，為沖壓發動機的實用化做出了卓越的貢獻，法國從50年代起在沖壓發動機領域就一直保持領先地位。

勒杜克O.22數據：乘員：1機長：18.21米高度：4.86米翼展：9.95米翼面積：22.1平方米空重：6830千克最大起飛重量：8995千克發動機：一臺勒杜克沖壓發動機，推力6500千克力（63.74千牛），一臺“阿塔”101D3渦噴發動機，推力3000千克力（29.42千牛）最大速度：1200千米/小時實用升限：20000米