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末日獵鷹:最后的納粹猛禽(3)借尸還魂的Me 209II/Bf 109L

2014-02-26 22:47:54云中子
航空世界 2014年1期
關鍵詞:博士發動機設計

云中子

在經歷了Bf 109TL這個意外插曲后,Bf 109輔線發展脈絡又一次回到了活塞動力上來。這次卻是一個借尸還魂之作,甚至于連型號也被改稱為Me 209II。之所以稱其為“借尸還魂之作”,是因為這架飛機的編號似乎是1938年那架引人注目的創紀錄機Me 209的后繼型號,但事實上Me 209II與Me 209之間卻毫無瓜葛。前者是Bf 109的正宗血脈延續,而后者則是一架沒有實用價值的試驗機。

Me 209是梅塞施米特公司,在戰前為創造飛行速度世界紀錄而專門設計的競速試驗機,與Bf 109系列在設計上并沒有任何傳承性,屬于全新設計。不過德國航空部在其中看到了潛在的軍事用途,于是對梅塞施米特公司進行資金上的鼎力支持。

就這樣,裝備額定功率1175馬力(876千瓦)DB 601M發動機的Me 209V1原型機很快于1938年8月1日進行了首飛。然而結果卻令人失望,試飛中Me 209V1飛行品質惡劣,試飛員在報告中居然一口氣指出了該機存在的17處設計、制造缺陷。隨后,經過了大量修改的Me 209V2于1938年12月21日出廠,并開始正式承擔創紀錄飛行任務。但不幸的是,該機在1939年4月因著陸事故墜毀前,僅僅飛出了705千米/小時的閉合航線平均航速。

而在此之前的1939年3月30日,一架He 100V8原型機卻在試飛中達到了746.6千米/小時的最高速度,一舉打破了國際航空聯合會原來正式承認的平飛速度世界紀錄。巧合的是,這個挑戰者所裝配的發動機竟然與專為競速而建造的Me 209完全相同,而速度卻比Me 209V2足足快了40千米/小時。可以說,He 100V8取得的成就是亨克爾公司在開發中傾注了所有的心血,把其長久以來所累積的空氣動力學知識設全部運用到了該機設計中的結果,但同時卻也令梅塞施米特博士大失顏面。

在He 100V8的刺激之下,梅塞施米特博士開始對唯一的那架Me 209V 1進行精心修改,特別是在動力裝置方面。梅塞施米特博士為Me 209V 1選擇了DB 601A發動機的一種特殊改型——DB601ARJ。該發動機是戴姆勒·奔馳公司為了沖擊世界飛行速度紀錄,特別為梅塞施密特的Me 209制造的。通過向發動機的渦輪增壓器注入強氧化劑(后來這種強化噴射裝置被正式稱為MW 50),使發動機在瞬間爆發出2300馬力(11691千瓦)的驚人力量,而最大持續輸出功率也可達1800馬力(1323千瓦)。不過DB 601ARJ 壽命極短,散熱困難,與Me 209一樣并沒有什么實用價值。但也正是在DB 601ARJ的驅動下,1939年4月26日,Me 209V1創造了3千米直線航線海平面平均平飛速度755.138千米/小時的飛行速度世界紀錄,打破了老對手亨克爾公司的He 100在僅僅27天前創下的紀錄,并將這一紀錄保持了30年。

隨后,戈培爾博士控制下的納粹德國宣傳機器開足馬力對這一成就大肆宣傳,并在新聞中將Me 209稱為Me 109R以混淆視聽,企圖造成是一種德國空軍制式戰斗機締造了這一紀錄的錯覺。此后,梅塞施米特博士又相繼制造了Me 209V3/V4 2架原型機,其中Me 209V4是打算作為制式戰斗機進行批生產的武裝型號,除了安裝有2挺MG 17機槍及1門MG FF 20毫米機炮外,還將機翼翼展延長了1.2米,以降低翼載,提高機動性。1939年5月12日,被寄予了厚望的Me 209V4飛上了天空。然而,隨著試飛的深入,德國航空部逐漸認識到競速機出身的Me 209V4由于航程太短、可維護性差、制造工序復雜及成本高昂等缺陷,并不合適作為制式戰斗機服役,于是終止了該項目的進一步發展。

Me 209II的來龍去脈其實既簡單又復雜:眼睜睜看著Ta 152輕易搶走本應屬于自己的訂單,這種事顯然不符合梅塞施米特博士的性格。于是在Me 209II這個編號下,此前被德國航空部拋棄的Bf 109H又一次復活了。當然,這個Me 209II既與戰前那架速度快得令人有些目瞪口呆的Me 209沒有什么血緣關系,也不是Bf 109H的簡單重復,而是梅塞施米特博士傾注了很大的心血對Bf 109H的重構。

同Bf 109H-1一樣,重新打鼓另開張的Me 209II依然從Bf 109G-5身上繼承了將近65%的部件,其機身可以分成前、后、尾三部分。前部包括發動機支架、發動機防火墻和駕駛艙。發動機防火墻呈梯形,但并沒有將發動機和駕駛艙完全分隔開,而是為了容納一些輔助部件不得不在防火墻上開口,使之能延伸到駕駛艙。在駕駛艙地板的下面是工字形主梁,由一根硬鋁板和兩根橫梁鉚接而成。硬鋁于1909年由德國的杜拉公司研制,所以也稱為杜拉鋁,它是由純鋁摻入少量銅、鎂、錳等制成的輕質高硬度合金,最初用于“齊柏林”飛艇上,之后用在容克公司的飛機上,由于不能焊接,所以只能通過鉚接的方式連接。

考慮到Bf 109H正是因為發動機的羸弱導致在性能上與Ta 152拉下了不小的差距,才最終讓對手鉆了空子。于是為了避免煮熟的鴨子又飛走的事情再次上演,梅塞施米特博士為Me 209II精心挑選了帶有2級2速渦輪增壓器的DB 603A發動機作為其強有力的心臟。該發動機在4000米高度持續輸出功率達1610馬力(1183千瓦),也不再單靠GM-1這種“強心針”在高空苦苦支撐了。由于DB 603A連同增壓器的總重達到了950千克,體積與重量幾乎比DB 605E-1超出三分之一,梅塞施米特博士還挖空心思的為之設計了一個環狀散熱器,這使Me 209II的氣動外形依然保持了緊湊洗練的一貫風格。endprint

然而,發動機只是Me 209II相對Bf 109H所作的改進之一。事實上,梅塞施米特博士幾乎打算將一架高空重火力截擊機所需要的一切都塞入Me 209II那狹窄的機體內——從西門子公司的K23自動駕駛儀、FuG125無線電導航著陸裝置、電熱防霧防彈玻璃,到RKS12自動駕駛儀、FuG125無線電導航著陸裝置等。這使Me 209II成為了Bf 109系列有史以來最完備的型號之一。

作為一架重新設計的Bf 109H,機翼與起落架設計是Me 209II的另一亮點。Me 209II的主翼以單根翼梁為承力中心,但為了給主輪騰出空間,這根翼梁并不在機翼最厚的地方,而是在機翼的 45% 弦長處。翼梁與上翼面鉚接在一起,并由相對較少的翼肋和桁條加固。下翼面則由若干可以輕易拆卸的翼板組成,并在中部開有一個很大的艙口,以容納起落架和散熱器。主翼通過 3個連接點與機身相連接,2個在主梁突出部的兩側,另一個在機翼前部,主要用來傳遞扭轉載荷。

這些設計使得機翼的制造過程十分簡單,而且大幅降低了重量,但卻犧牲了結構強度。所以在試飛中發現Me 209II在高速機動時,副翼的偏轉會使機翼變形,這不但影響了操縱效率,而且使滾轉速率降低。一個不為人知的細節是,由于垂尾和水平安定面的面積很小,所以Me 209II采用了非對稱的機翼曲面用以抵消螺旋槳扭矩。

此外,梅塞施米特博士在將翼展加大到15.1米的同時,還為Me 209II在兩翼各增設了3個燃料箱,其中左翼內側70升燃料箱裝載MW50用的水/甲醇混合液,右翼的3個和左翼外側的2個都是燃料。這樣就可以使Me 209II同時攜帶GM1的一氧化二氮85升和MW50的水甲醛混合液70升,以便靠這兩個輔助裝備達到讓發動機高低通吃的目的。不過,雖然這個設計確實是非常別出心裁,但也可以看出德國航空發動機工業在渦輪增壓器上發展失誤與技術儲備不足所造成的影響是如此的嚴重。

至于Me 209II的起落架設計雖然繼承了Bf 109H將起落架支柱承力于機翼中段主梁的作法,但卻一改Bf 109系列的向外收起的風格,這使Me 209II的起落架間距擴大到了前所未有的5.6米。再加上帶有前后緣襟翼的大翼展所帶來的低進場速度,這使Me 209II成為了當時起降性能最佳的單座戰斗機之一。至于Me 209II的尾翼結構則很標準,垂尾和水平安定面是全金屬結構的,方向舵和升降舵采用的是由沖壓合金翼肋組成的輕型框架結構,布質蒙皮。

1943年11月3日,Me 209V5也就是首架Me 209IIV1原型機(軍用注冊號SP+LJ)順利地飛上了天空。不過在第二次試飛中,飛行員發現專為高空作戰而設計的Me 209V5在設計上出了大紕漏:設計在外翼上的MW50&GM-1燃料箱爬上9000米高空后會凍結,結果該機無法該高度上使用MW50&GM-1維持功率。計劃中出色的高空性能頓時變成廢物點心,于是只得返回工廠為MW50&GM-1燃料箱安裝加熱設備。在此后的試飛中,修改后的Me 209V5表現開始一如預計中那般搶眼——最大升限達到了13500米,最大平飛速度則達到了701千米/小時(4000米高度)。在1943年11月27日,Me 209II還換裝了更為強悍的DB 603G發動機。該發動機可以在6000米高度維持1680馬力(1235千瓦)的最大持續功率30分鐘,這使Me 209II的試飛成績得到了進一步提升。

但當梅塞施米特博士自信滿滿地認為Me 209II定會被批準投入批生產時,德國航空部卻提出,鑒于DB 603G生產庫存不足,要求梅塞施米特為Me 209II嘗試改裝容克斯的Jumo 213發動機。與DB 603系列相比,德國航空部更加青瞇于結構相對簡單、成本低廉的Jumo 213系列,并企圖將德國活塞式戰斗機的動力向該型號統一。當然,Jumo 213系列的性能也的確出色。即便是使用87號辛烷值的低標號合成汽油,Jumo 213E-1的最大起飛功率還可以達到1750馬力(1286千瓦)。而使用MW50后更可以在低空維持2050馬力(1507千瓦)的最大輸出功率約30分鐘。

雖然對德國航空部的要求多少有點惱火,但梅塞施米特博士還是很快在一架Bf 109F-1上測試了Jumo 213及與之配套的新型前置環狀散熱器。并依據試驗結果,于1943年12月底開始建造裝備Jumo 213發動機的第二架Me 209II原型機——Me 209V6(Me 209IIV-2)。這架飛機是按照預生產型標準建造的,在每側機翼上分別裝有一門MK 108與一門MG 131,以求兼顧火力性能上的威力與射速。1944年3月,Me 209V6(Me 209IIV-2)開始試飛。然而不幸的是,使用同一型號發動機的Fw 190D-9“多拉”也同樣處于測試階段。雖然在絕大多數性能指標上兩個競爭對手完全是仲伯之間,但后者卻在速度上比Me 209V6領先了約12千米/小時,這自然使德國航空部的橄欖枝又一次搖向了福克·沃爾夫。

失落之余,梅塞施米特博士只得將Me 209V6的編號改回了其原本的真名實性——Bf 109L,以求整個項目能夠在Bf109這個響亮的金字招牌下繼續生存下去,他日再覓時機東山再起。雖然隨著時間的推移,Bf 109的基本設計日趨落伍,但對于戰時的德國空軍而言,由于不可能讓規模龐大的生產線一下子轉產其他全新型號,所以Bf 109仍是像面包與水一樣不可或缺的必需品。

盡管Bf 109L只是一個存在于紙面上的型號,但這個伏筆卻為Me P.1091的最終出場作了一個很好的鋪墊。不過,Me P.1091的歷史要遠遠早于Bf 109H這種臨時抱佛腳的應急產物。幾乎是在1942年初,受東線空戰中遭遇的世界上第一種真正意義上專門設計的高空截擊機——蘇聯米格-3戰斗機的啟發,梅塞施米特博士敏銳的意識到德國空軍早晚也會需要類似的東西。endprint

作為米格-1的改進型,米格-3在1940 年 10 月 29 日首飛,很快便成為二戰初期蘇聯空軍的主力戰斗機之一。“巴巴羅薩”作戰時米格-3已經列裝了1200 架以上,幾乎占現裝備的新一代戰斗機的一半。作為事實上伊-16的血脈傳承,米格-3的操控性能有所改善,但依然十分暴烈,縱向穩定性不佳,操縱性靈敏得一塌糊涂。當然,反過來也可以說機動性很好,就看從哪個角度去理解了。如果在優秀飛行員的手里用于對付預定中的理想目標——德國高空偵察機,米格-3的出色表現會閃光得令人眩暈。

在東線戰爭爆發之前,德國空軍已經開始對蘇聯境內進行偵察飛行。德國空軍認為其容克86P偵察機可以在蘇聯戰斗機的升限之上安全飛行。當一架容克 86P在蘇聯境內失蹤的時候,德國空軍依然盲目樂觀地認為這只是機械故障導致失事。當更多的容克86P消失后,德國空軍終于不情愿地意識到,它們是被打下來的。事實上,最后一架容克 86P是被米格-3迫降的。迫降后,德國飛行員只來得及破壞機上的偵察照相機,但至此蘇聯最新的米格-3戰斗機可以上升到 12000 米高空作戰的驚人事實也終于傳到了德國。可想而知,當這樣的事情傳到梅塞施米特博士耳中時會產生何等的震撼效果,不久后在他的繪圖板上出現了與米格-1/-3類似的東西也就不難想象了。

不過需要指出的是,當時梅塞施米特博士腦海中存在的,并不是那種可以在1萬米的高空將盟軍4發重型轟炸機幾炮轟掉的兇悍猛禽,而是用來在差不多高度上驅逐敵人偵察機的特別戰斗機,即同伊-200的設計意圖完全一致。這其中的原因很簡單,此時的德國無論是在空中還是地面似乎都穩操勝券。但也正因為如此,梅塞施米特博士雖然很早便有了制造一種高空型Bf 109的想法,甚至還為其賦予了Me P.1091的公司內部項目編號,不過整個項目在實質上卻進展甚微,可以說是一個僅僅存在于概念中的項目。畢竟很少有人會為了趕走幾只討厭卻又無關痛癢的蚊子而真正下大力氣。

在1942年春,作為對米格-1/-3的回應,梅塞施米特博士開始設計Me P.1091。按照的博士基本設想,Me P.1091項目將是一架根據Bf 109ST艦載戰斗機的基本設計、進一步拉伸機身與翼展后的Bf 109。為了應付加大翼展后可能出現的剪切破壞,Me P.1091(Me 155A)的翼根段被制造得異常堅固。所謂剪切破壞,顧名思義就是一上一下的力把構件剪斷。飛機重落地時,機體重量(向下)與起落架接地受到的沖擊力(向上)齊齊地沿起落架座對機翼施加剪切力。主翼與機身結合的連接銷如果不夠堅固,這個剪切力很可能將銷子剪斷。這時機翼與機身分家,機身很快墜地;機翼比較輕,大概還要好幾秒才觸地。由于剪切破壞一般都發生在兩邊機翼接合處,所以機翼翼根處應力大的地方都要特別加強。為了抵抗大翼展產生的彎矩,梅塞施米特設法加大了大梁的橫截面積,并使上下大梁的距離增加。Me P.1091以戴姆勒·奔馳DB 605B發動機為動力,裝備3門MG 151 20毫米機炮。但此時該項目可以說還相當粗糙,在最初的熱情過去之后,梅塞施米特便將這個并沒有多少現實需求的項目拋諸腦后不再理睬。

然而,僅僅一年之后,戰局的發展便超出了梅塞施米特博士的預料。隨著盟軍的戰略轟炸開始對第三帝國造成實質性威脅,真正擁有高空攔截能力的重火力戰斗機就不再是可有可無的奢侈品,而是實實在在的迫切需求了。德國空軍急需Me P.1091這樣的東西從紙面變為現實。但尷尬的是,到了1943年春Me P.1091仍然只是一個空殼式的項目,完全沒有任何進展,反倒是作為應急項目的Bf 109H卻進展順利,已經進入了原型機建造階段。更令人沒想到的是,此后這個臨時設計居然還被不斷完善,進而演化出了更為完備的Me 209II(Bf 109L)。于是事情很自然地變成了下面的情形:抱著爭奪德國航空部高空截擊戰斗機訂單的最后一線希望,梅塞施米特博士決定利用在Bf 109H與Me 209II項目中取得的成果充填Me P.1091這個空殼,以舊瓶裝新酒的方式在競爭中同Ta 152作一次真正的較量。(未完待續)

鏈接1:伊-200

雖然伊-200名義上是米高揚和格列維奇的作品,但她的實際締造者卻是戰斗機之王波利卡爾波夫。波利卡波夫從一開始就為伊-200 制定了“最小的機身、最大的發動機”的原則。所以后來的米格-1/-3 簡直就像插上翅膀的發動機,一切都為了速度和高度。在1940年5 月31 日一次性通過國家驗收后,伊-200以米格-1的正式編號投入了生產。盡管生產型的最大速度比伊-200原型機稍低,但也達到了 630 千米/小時,比當時先進的英國 “噴火” Mk5的604千米/小時和德國梅塞施米特Bf 109E的560千米/小時都快得多,在12000米高度的有效作戰能力更不是前二者可能比擬的。可惜蘇聯空軍沒能很好的領會伊-200的設計意圖,在大多數情況下將其作為普通的前線戰斗機使用,而不是用作高空截擊,以至該機在服役后廣受惡評。但另一方面,在蘇聯人手中并沒有成功使用的這種高空高速截擊機,卻給德國人、尤其是梅塞施米特博士留下了深刻印像,以至于Me P.1091項目的出現都多少帶有些不服氣的味道。

鏈接2:Bf 109T/ST

1938年7月,為了給正在建造中的“齊柏林伯爵號”航空母艦提供一款性能優秀的艦載戰斗機,德國航空部指示巴伐利亞飛機公司以Bf 109E為基礎進行適合艦載使用的改進,這便是Bf 109T的由來。與 Bf 109E相比,Bf 109T將翼展由9.80米延伸到了11.08米,并加大前緣縫翼與后緣襟翼的行程以提高起降性能;對主翼梁進行修改,以便機翼可以在艦上停放時進行折疊,節省寶貴的機庫空間;對體機主框架結構的17處位置(包括起落架)進行結構強化,以適應大大高于陸上使用環境的著艦沖擊,同時安裝艦載機特有的必需品——尾鉤。

1939年冬,菲斯勒公司受命按照巴伐利亞飛機公司的設計將10架Bf 109E-1改裝為Bf 109T-0用于飛行試驗。此后,生產型Bf 109T-1開始投產。Bf 109T-1裝備DB 601N發動機及ECT 250火箭助推器,而Bf 109T-0裝備的是DB 601A發動機。在“齊柏林伯爵”號航空母艦的建造被終止前,Bf 109T-1共完成了60架。后來,這批飛機被拆除了艦載機專用設備后改稱為Bf 109T-2,并于1941年春被轉交給I/JG 77以及IV/JG 5作為普通的陸基戰斗機使用。直至1944年底,仍有大約20架Bf 109T-2在服役。

至于Bf 109ST,則是在1939年底,為了進一步提高Bf 109T的艦上起降性能而出現的一種改進設計。主要改進為將翼展伸長1.5米;換裝帶有廢氣渦輪增壓器的DB 628液冷發動機;將起落架支柱承力于機翼內側約1/3處以擴大輪距;相對于Bf 109T采用彈簧固定式的收放尾輪,Bf 109ST的尾輪被干脆鎖死在放下的位置。不過,雖然Bf 109ST的本意是改善Bf 109T的艦上起降性能,但再次延伸后已經達12.58米的翼展顯然對提高高空性能同樣有利。這也是為什么Me P.1091要以Bf 109ST為基礎的原因。盡管Bf 109ST本身僅僅停留在繪圖板階段。Bf 109ST的詳細設計在1942年10月完成,但由于種種原因(主要是要集中力量生產更多的潛水艇),“齊柏林伯爵”號航空母艦的下水將推遲到兩年后(最后被完全終止了),Bf 109ST項目被暫時擱置。由于已花費了大量人力和物力,梅塞施米特博士并未將Bf 109ST項目完全放棄。1942年11月,根據空軍需要一種高速單座轟炸機的要求,將Bf 109ST被改為可攜帶一枚1000千克級別的SC1000炸彈對目標進行精確轟炸的高速轟炸機——Bf 109STA。甚至于超重型的BT 1400魚雷或SD 1400穿甲彈也被要求能夠承載,但遺憾的是該方案未能被德國航空部采納。endprint

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