美戰鬥機發展史對中國的啟示之一,噴氣時代

 

美國是飛機的誕生地,但美國航空技術曾長期落後於歐洲,直到二戰後才一躍而領先於世界,至今依然雄踞於世界航空技術之巔。磨礪70年,其中自有很多春秋,更有很多啟示。

飛機是美國的萊特兄弟發明的。但在20世紀初,美國的工業和科技基礎還不及歐洲老牌強國,航空技術的桂冠不久就被歐洲拿過去了。更要命的是,美國航空工業陷入專利戰交叉火力的絞殺。萊特兄弟的貢獻是橫滾控制,這使得有動力飛機不僅能升空,還首次能在空中穩定飛行。萊特兄弟的方法是捲動翼尖,但專利上申請的是差動升力。雖然沒錯,但過於寬泛,把所有產生差動升力的方法一網打盡了。

格蘭·寇蒂斯隨後發明了副翼,用機翼後緣的氣動控制面產生差動升力,與萊特兄弟的效果一樣(實際上更好),但用的是不同的方法。要命的是,寇蒂斯也獲得了專利,而且襟翼理所當然地比卷翼更受歡迎。萊特兄弟不甘心,到處打官司,甚至拒絕授權,寇蒂斯則反訴,雙方弄得美國航空工業烏煙瘴氣,發展陷入呆滯。

儘管美國是發明飛機的地方,在一戰中,美軍只有從英法購買作戰飛機,這是法國的SPAD S.13

Nieuport 17是另一種美軍序列中的法國飛機

在第一次世界大戰中,美軍不多的作戰飛機都是歐洲設計,比如戰鬥機就是法國的SPAD S.13和Nieuport 17。後來擔任總統的富蘭克林·羅斯福這時是海軍部負責軍備的副部長,主持制定新法,用戰時權力強制把所有航空專利收為國家代管,所有公司都有權使用,由國家按照統一標準收費和轉交。這樣的強制專利制度一直持續到一戰結束。有人認為,今日事關民生的專利也應該如此,尤其是藥品,避免個別公司謀取暴利,但這是題外話了。

在兩次大戰中間的20-30年代,歐洲航空技術繼續領先,尤以德國和英國為突出。美國雖然在1915年組建了國家航空諮詢委員會(NACA,今NASA的前身),也發明了發動機圍護罩和變距螺旋槳,但在作為航空技術的前沿的戰鬥機領域,美國航空技術甚至落後於日本,以至於珍珠港事件時,美國拿不出能匹敵日本「零」式的戰鬥機。在20-30年代時,美國的國內戰鬥機市場很小,飛機公司的戰鬥機批量只有幾十架。1924年時,美國陸軍航空隊的1400多架飛機中,只有80架是戰鬥機。20-30年代的美國戰鬥機市場基本上被寇蒂斯和波音瓜分,以雙翼、像敞篷汽車一樣的開放式座艙、不可以收放的固定起落架的構型為標準模式。寇蒂斯「隼」式雙翼戰鬥機還在中國空軍服役,用於抗戰前期抗擊日本飛機的作戰。高志航的座機就是「隼」式。

20-30年代的美國戰鬥機被寇蒂斯和波音瓜分,寇蒂斯P-6「隼」式還在中國空軍服役過,高志航的座機就是這個

波音P-26「射豆槍」(Peashooter)是二戰前最重要的波音戰鬥機,也是最後的波音戰鬥機,直到買入麥道後「改嫁」的F-15和F-18E

格魯曼從一開始就專業於海軍戰鬥機,FF-1採用封閉式座艙和可收放起落架,大大降低了阻力

寇蒂斯P-40「戰隼」是另一架著名的戰前戰鬥機,二戰中也是「飛虎隊」的主力戰鬥機

在美軍中,塞維爾斯基P-35更受歡迎

布魯斯特F2A「水牛」則相如其名,但還是挺靈巧的

洛克希德P-38「閃電」是美國唯一從戰前一直生產到戰後而且在歐洲和亞太戰場同時使用的戰鬥機,這也是擊落山本五十六的戰鬥機

貝爾P-39「空中眼鏡蛇」採用不同尋常的中置發動機,機動性好,但操控暴烈,在美軍中不受歡迎,但蘇聯紅軍飛行員非常欣賞

1929年,格魯曼公司成立,專業研製海軍戰鬥機,其FF-1採用封閉式座艙和收放式起落架,大大降低了飛行阻力。格魯曼的技術革新象徵了新航空技術革命的開始。從30年代開始,全金屬構造、硬殼式機身、翼內機槍、封閉式座艙、收放式起落架成為潮流,寇蒂斯和波音的雙翼戰鬥機落伍了,美國航空工業開始了大洗牌。塞維爾斯基(後改名為共和)的P-35擊敗了寇蒂斯的P-40「戰鷹」,布魯斯特的F2A「水牛」擊敗了格魯曼的設計,洛克希德的P-38「閃電」、貝爾的P-39「空中眼鏡蛇」都脫穎而出。

亞歷山大·塞維爾斯基的名氣沒有老鄉伊戈爾·西科斯基大。他也來自俄國,1935年創立了公司,以製造教練機為主。詹姆士·布魯斯特以馬車和汽車起家,艾倫·洛克希德的公司以民航客機為專長,萊瑞·貝爾的公司也是在1935年成立的,不過和發明電話的亞歷山大·貝爾沒有關係。還有一個無名的小公司,由前馬丁飛機公司的總設計師詹姆士·麥克唐納建立,這時也開始尋求美國海軍的合同,但尚未獲得任何成功。

珍珠港事件前後,貝爾P-39、寇蒂斯P-40、布魯斯特「水牛」、格魯曼F4F「野貓」都在技術上比日本的三菱「零」式戰鬥機落後,在二戰中早早停產也就不奇怪了。洛克希德P-38是一個例外,在速度、火力上都相當優秀,機動性也不差,成為從二戰開始到結束一直在生產的唯一一種美國戰鬥機。共和P-47「雷霆」成為二戰中產量最大的美國戰鬥機,北美P-51「野馬」被公認為二戰中美國最優秀的戰鬥機,格魯曼F6F「地獄貓」使美國海軍終於有了超過「零」式的戰鬥機,沃特F4U「海盜」直到戰後還維持生產了一段時間,在1969年薩爾瓦多和宏都拉斯之間的「足球戰爭」期間還發揮了一把餘熱,打了最後一場活塞式螺旋槳戰鬥機之間的空戰。

戰前占美國戰鬥機工業領導地位的寇蒂斯由於跟不上新技術而被取而代之。波音在戰時的主要精力集中在轟炸機上,也失去了在戰鬥機領域的位子。布魯斯特也在曇花一現之後淡出了。共和、格魯曼、沃特在戰前就進行了相當的戰鬥機研究,洛克希德和北美則屬於臨時抱佛腳。

這個時代的改朝換代是由戰前航空技術的急速發展促成的,原有經驗的重要性下降,新面孔的准入門檻降低,加上戰時的大量需要,促成了二戰中美國戰鬥機工業百花齊放的結果。

二戰對美國航空工業的影響不是一窩蜂這樣簡單。戰前美國的眾多飛機公司(如格魯曼、道格拉斯、馬丁)大多是作坊式運作,規模不大,產品批量只有幾十架,創始人身兼設計、經營、製造管理、推銷,一抓到底。但二戰改變了這一切,飛機公司成為科學管理、分工協作的大企業,形成分散協調的網絡式整體,戰時產量動輒幾千、上萬架。

勿庸諱言,戰時美國航空工業是以量取勝,在航空技術上依然沒有達到世界前沿。為了使戰時生產更加高效,美國政府甚至精選了少數型號,指令各飛機公司跨公司集中生產標準化的飛機,在一定程度上甚至抑制了各公司對技術前沿的追求。即使相對於在技術上停滯不前的日本「零」式戰鬥機,美國也是到1943年才積聚起足夠數量的P-38、F4U和F6F,才在太平洋戰場上壓倒了「零」式。相比於德國、英國航空技術在戰時的進一步發展,美國航空技術的落後更加明顯。

二戰結束時,航空技術中最主要的潮流是噴氣化。德國Me262是歷史上第一架噴氣式戰鬥機,在戰爭後期的表現給美國陸軍航空隊(1947年才獨立出來,組建為單獨的美國空軍)以極其深刻的印象。

Me262隻是第一種實戰化的噴氣戰鬥機,德國還將阿拉多234噴氣轟炸機投入了實戰,這還不算亨克爾He162噴氣式戰鬥機、Me163火箭推進戰鬥機。德國還在研究後掠翼、前掠翼、三角翼、飛翼、飛盤、垂直起落等科幻級技術,這些在戰後也都不同程度地成為現實。

德國航空技術的先進沒有能夠挽救第三帝國覆亡的命運,但美國航空專家被繳獲的德國航空技術所震驚,這成為戰後美國航空技術發展的催化劑。美國航空工業在戰時所形成的規模和組織優勢加上政府-工業界的有效合作,使美國航空工業擺脫了一盤散沙的單兵作戰形式,而是轉入系統對抗,不光在研發上達到高效,在將新技術轉化為新產品上也達到高效,終於在60年代躍居世界航空技術的領導地位。

美國開始噴氣發動機和噴氣式飛機的研究較晚。英國的弗蘭克·惠特爾和德國的漢斯·馮·奧海恩在各自獨立的情況下分別發明了噴氣發動機。奧海恩的設計最終用於Me262,但惠特爾的設計慢了一步,而且英國擔心惠特爾和他的發動機落入德國之手,考慮過把團隊和研發搬到加拿大,但最後交給了美國。

美國陸軍航空隊為了避免干擾戰時生產,特意避開老字號普拉特-惠特尼和萊特,於是把惠特爾的設計交給通用電氣,責令仿造。噴氣發動機也與當時主流的活塞式發動機的差別也太大,反而與發電用的汽輪機和活塞式發動機的渦輪增壓更接近,這些正好是通用電氣所擅長的。但通用電氣在試製成功後,也因為無力從渦輪增壓和其他戰時生產分身,把設計轉交給通用汽車屬下的艾里遜發動機公司製造。

與此同時,美國陸軍航空隊責成貝爾飛機公司著手研製噴氣式飛機,在1943年再責成洛克希德公司也參加研發噴氣式飛機。首先選中貝爾是一個很有意思的決定。貝爾的資格不算很老,但顯示出很強的創新精神。貝爾P-39「空中眼鏡蛇」戰鬥機很有創意地採用中置發動機,空出來的機頭空間正好安裝中線機槍,避免了常見的兩側機翼機槍的射擊線與瞄準線的匯聚問題。更重要的是,中置發動機使得飛機重心後移,大大改善了機動性,但也帶來了操控容易失穩的問題。

貝爾P-59「空中彗星」是美國第一種噴氣式戰鬥機,但不成功

洛克希德P-80「流星」要成功得多,成為第一代美國噴氣戰鬥機

共和F-84「雷電」同為第一代噴氣戰鬥機

但北美F-86「佩刀」(右)無疑是第一代美國噴氣戰鬥機中最成功的,並且在朝鮮戰場上與米格-15(左)廝殺得難解難分

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P-39不受美國陸軍航空隊的歡迎,只為英國和蘇聯生產了一些,貝爾因此相對來說戰時生產任務不多。創新精神和相對空閒使貝爾獲選研製噴氣式飛機。但貝爾XP-59「空中彗星」不成功,速度、航程、載荷都離軍方的要求很遠,軍方要求洛克希德也參加,作為備選方案。

洛克希德P-38在二戰之初是一個異類。雙發可以達到更大的速度,更大的起飛重量有利於裝載更多的武器和獲得更大的航程,發動機艙有機地與球門架式尾翼相結合,既增加舵效,也減輕重量。裝在機翼上的雙發騰出了機身中線,所以同樣採用中線機槍。洛克希德的技術創新精神也是獲得軍方授予噴氣式飛機研製合同的主要原因。

洛克希德XP-80比貝爾XP-59成功,作為P-80「流星」(以後改名為F-80)投產,成為美國第一架噴氣式戰鬥機。以後共和XP-84和北美XP-86也相繼研製成功,分別按F-84「雷電」和F-86「佩刀」投產,其中F-86成為美國最成功的第一代噴氣戰鬥機,在朝鮮戰場上和蘇制的米格-15大打出手。

相對於剛從美國陸軍航空隊獨立出來的美國空軍,美國海軍對噴氣化的潮流比較遲鈍。美國海軍也沒有「打攪」忙於戰時生產的傳統海軍戰鬥機主力公司格魯曼,而是找上了沃特。但沃特的F6U「海盜」噴氣機失敗得一塌糊塗,美國海軍轉而找上麥克唐納。

沃特F6U「海盜」是美國海軍得第一代噴氣戰鬥機,失敗得一塌糊塗

麥克唐納在戰時沒有多少建樹,但對新技術比較放得開,比如有創意的螺旋槳-噴氣混合動力的XP-67「月蝠」

最終麥克唐納FH1「鬼怪」成為美國海軍的第一代具有實戰意義的噴氣戰鬥機

但在後掠翼已經開始流行的時候,麥克唐納FH2「女妖」依然是古風的平直翼

格魯曼F9F「黑豹」也是一樣

只有三年半歷史的麥克唐納在戰後初期屬於「二流」公司,在噴氣時代之前沒有得到過任何海軍訂單,因此也相對沒有歷史負擔,對新技術比較放得開。戰時的採用螺旋槳加原始形式的加力噴氣推進的高速雙發戰鬥機XP-67「月蝠」有創意,但沒有投產,不過顯示出了麥克唐納的創新精神。

麥克唐納的FH1「鬼怪」戰鬥機(以後的麥克唐納-道格拉斯F-4常被稱為「鬼怪」式戰鬥機,其實嚴格地說是「鬼怪II」式戰鬥機)成為美國海軍的第一架實戰型噴氣戰鬥機,但也只是勉強達到實戰程度,美國海軍只少量裝備,主力裝備還是依賴螺旋槳戰鬥機。緊接著推出的F2H「女妖」在FH1的基礎上改進,但也是一樣,只少量裝備。有意思的是,北美F-86最早是為海軍設計的,但海軍沒有要,被空軍拿去發揚光大了。

麥克唐納FH1「鬼怪」(上)和F2H「女妖」是美國海軍最早的噴氣式戰鬥機,都不成功,只少量生產

這也是後掠翼初出茅廬的時代。美國空軍以最快的速度擁抱後掠翼技術,後掠翼帶來的高空高速性能是F-86在朝鮮戰場上得以和同樣採用後掠翼的米格-15一較高下的本錢,採用平直翼的F-80、F-84很難與米格-15匹敵。然而美國海軍還是死抱著低空低速性能良好但高空高速性能糟糕的平直翼不放,麥克唐納FH-2「女妖」、格魯曼F9F「黑豹」、道格拉斯F3D「天空騎士」都是平直翼,以至於在朝鮮戰場上沒有可以和米格-15匹敵的戰鬥機,只得臨時抱佛腳,將格魯曼F9F改裝後掠翼,但要到1954年才完成,沒有趕上在停戰前部署,最後轉作技術驗證,沒有投產。在整個韓戰期間,美國海軍沒有可以在技術上抗衡米格-15的噴氣戰鬥機。

美國海軍還試圖將後掠翼的F-86海軍化,但上艦改裝增加了500公斤的重量,性能大跌,直到1954年底換裝更大推力的發動機後,性能才恢復到一年前已經首飛的F-86H的水平。

美國海軍的遲鈍不完全是出於一貫的保守傳統,還由於第一代噴氣式飛機在技術上的局限,比如推重比不足,航程不足,可靠性不足等。後掠翼飛機的起飛、著陸速度太快,低空低速機動性不足,對航母上的使用也很不利。後掠翼成功上艦是彈射起飛和攔阻索著陸之後的事情。

美國海軍在技術上也激進過,但無尾三角翼的沃特F7U「彎刀」失敗得一塌糊塗,使得美國海軍此後再也不碰無尾三角翼

麥克唐納F3H「惡魔」是美國海軍第一種從設計時就採用後掠翼的戰鬥機,但沒有趕上韓戰

美國海軍不是沒有嘗試過創新,沃特F7U「彎刀」採用繳獲的德國思路,大膽採用無尾布局,但由於缺乏對這一全新技術的深刻理解,設計上有很多技術問題沒有解決,投產後有1/4損失於飛行事故。從此,對可靠性要求特別高的海軍對較冒險的先進技術的胃口大減,但這也使美國海軍錯過了噴氣革命的第一波。

道格拉斯F4D「天空射線」在研發過程中問題多多,最後下馬。接替的麥克唐納F3H「惡魔」是美國海軍第一種從設計時就是後掠翼的噴氣戰鬥機,但進度也是嚴重拖延,沒有趕上韓戰。

戰後初期,美國軍費開支急劇縮減,軍火訂單大幅度削減。是美國空軍對噴氣式飛機的熱情把各飛機公司的注意力轉向這項新技術。由於噴氣技術的革命性,很多在螺旋槳時代積累的經驗突然變得無關緊要,准入門檻大大降低,老資格公司和新興公司突然可以公平競爭了,人人都有機會。

50年代的美國基本戰略是「大規模報復」,一切圍繞著核戰爭。對於戰鬥機而言,首要任務就是通過高空高速性能來攔截入侵的核轟炸機,機動性優秀的輕巧的格鬥戰鬥機不再是重點,重型、高速、遠程的截擊機才是王道。美國空軍招標「遠程全天候雙發截擊機」時,傳統的戰鬥機公司沒有入選,反而是名不見經傳的諾思羅普和過氣的寇蒂斯入選,參加最終竟標。

戰時的諾思羅普P-61「黑寡婦」是相當獨特的雙發遠程夜間戰鬥機,裝備雷達,在技術上和戰後的電子化潮流相容性較好。戰時的寇蒂斯除了在政府的指派下按照別人的圖紙造飛機,沒有多少事干,所以花了很多時間把螺旋槳和噴氣推進結合起來,既提高速度,又降低技術風險。但寇蒂斯的混合動力戰鬥機設計都不成功,入選或許有安慰獎或者「最後機會」的因素。諾思羅普XP-89最後入選,寇蒂斯XP-87「黑鷹」再次落選。寇蒂斯解決不了新技術帶來的新問題,徹底跟不上時代,從此再也沒有染指戰鬥機領域。諾思羅普的設計最終成為F-89「蠍子」戰鬥機,從XP-79噴氣飛翼開始的技術創新傳統得以保存,使諾思羅普在以後的幾十年裡一直保持技術創新的活力。

戰後到50年代末,這是美國航空技術發展最為迅速的年代。各大航空公司都大發了一筆戰爭財,也在為過剩的戰時產能尋找出路,公司科研如火如荼。另一方面,戰爭經驗使得美國空軍對噴氣技術熱情高漲,而且高度關注所有和高速有關的航空技術,繳獲的德國航空技術更是錦上添花。

這是美國空軍在航空科研上最捨得花錢的時代,同時上8個戰鬥機項目和7個轟炸機項目。同時,NASA擔負起航空科研的領導責任,用巨大的能量與空軍和各大飛機公司合作,推動了一系列X飛機計劃,極大地促進了美國航空技術的發展。