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铁翼沧桑(二战)

血色顶峰——二战期间的军机大发展

  尽管早有战争预感,各主要航空强国在 30 年代初即开始加速空军装备发展,但相对于他们的对手而言,这一动作实在开始得太晚了。战争比预期的更早降临——1939 年 9 月1  日,德军闪击波兰,第二次世界大战爆发,军用飞机进入了一个佳作辈出的大发展时代,但惨重的伤亡却给这一时期的辉煌抹上一片刺眼的血色。

闪击波兰的 He 111 机群

  自 Bf 109 出现以来,活塞式战斗机发展迅速。短短数年间,发动机功率迅速提高,涡轮增压技术逐步成熟,在结构上完全取消撑杆结构、包括尾轮在内全部改为可收放式起落架,座舱密封增压技术开始得到应用……一系列的技术进步使得战斗机飞得越来越快、越来越高。到二战末期,活塞式战斗机的最大速度竟然达到了 750 公里/时,升限超过 1 万米。涌现出一大批经典名机,如 Bf 109、Fw 190、喷火、P-51、雅克-3、拉-5、零战等,都堪称航空史上的杰作。有意思的是,美国的经典战斗机多系“歪打正着”。象 P-38,原是作为截击机设计的,但后来在远程作战和对地攻击中表现出色。而 P-51,本来是一种设计不成功的俯冲轰炸机,最后却在战斗机的行列中“出人头地”,成为二战后期最好的战斗机之一。值得一提的是,早在不列颠之战以前,就有人提出,随着飞机速度的增大,飞行员所承受的机动过载将达到人体所能承受的极限,因此空战机动将会逐渐被淘汰——这是第一次出现空战机动过时的论调,但不是最后一次。不列颠之战很快证明了这种说法的错误。

P-38 是凯利·约翰逊的得意之作,尾撑里巧妙地布置了涡轮增压器

  除了主流的单发战斗机外,双发重型战斗机在二战中也有大的发展。最早,这种双发重型战斗机主要是用于轰炸机的伴随护航。因为单发轻型战斗机在航程上的差距,使之无法为执行远程任务的轰炸机提供近身护航。其典型作品是 Bf 110 早期型,其航程超过 1,000 公里,和同期研制的 Bf 109(航程略超过 600 公里)相比,确实有了明显提高。然而不列颠空战却以残酷的事实证明了这种战术思想的错误:当 Bf 109 被“喷火”缠住或因燃油不足而被迫返航时,Bf 110 就成了性能平平的“飓风”战斗机的盘中美餐,遑论为轰炸机护航了。不过,随着盟军对德国的夜间空袭日趋猛烈,本已显得过时的双发重型战斗机又找到了它的表演舞台。由于没有护航机,抗击夜间轰炸的截击机不需要优异的机动性能,却需要良好的传感器和强大的火力。双发重型战斗机在这方面具有先天优势。特别是在机载雷达实用化之后,这类战斗机更是如鱼得水。德国发展出了夜间截击机的经典之作 He 219,盟军方面也有“蚊”式夜间战斗型、P-61 等代表作。

被击伤后迫降在英国本土的 Bf 110

P-61“黑寡妇”,究极双发夜间战斗机

铁翼沧桑(二战)——固定翼军用作战飞机发展历程:二战期间的军机大发展

  二战也是轰炸机大发展的时代。美、英空军成功地将朱里奥·杜黑的《制空权》理论应用于实践,并取得了显著的战绩。为了实施战略轰炸行动,强大的重型轰炸机部队是必不可少的。美国国力雄厚,且有安定的后方,为研制先进的重型轰炸机准备了物质基础。英国在不列颠之战后也才有余力大力开发各种新型作战飞机。一大批日后人们耳熟能详的“空中重锤”及其最新改型相继问世,如英国的“兰开斯特”、“哈利法克斯”、美国的 B-17、B-24、B-29。其中 B-29 又以实施人类历史上第一次核轰炸而永载史册。这一时期的轰炸机,除了飞行速度提高,升限、航程、载弹量增加等性能方面的改善外,一个重要的改变是开始装备先进的航电设备,可以在夜间实施电子领航轰炸,以及实施在今天看来水平相当低劣的电子对抗。

B-29 的升限使日本战斗机拦截困难

  德国和苏联也看到了战略轰炸的威力,但限于国力、战争形势以及技术基础,始终无法研制出自己的重型轰炸机。也因此,东线的空中战役基本上是属于战术层次,而少有战略攻击行动。斯大林曾多次要求美国将 B-24 列入援苏物资清单,但美国人坚决拒绝,只同意提供 B-25 中型轰炸机。此后才有了苏联扣留在其境内迫降的 B-29 事件,才有了 B-29 的异国兄弟——图-4。

莫尼诺航空博物馆的 Tu-4

  对于战术支援飞机而言,二战期间最著名的当数 Ju 87 俯冲轰炸机和伊尔-2 强击机这对冤家对头。Ju 87 实际上是和 Bf 109 同期发展的,其设计特点是静稳定度较大,俯冲性能好,轰炸精度高。二战初期由于德国空军牢牢掌握了制空权,Ju 87 得以充分发挥其优势,给盟军部队造成极大的震撼和伤亡。但在不列颠之战中,Ju 87 机动性差的缺点暴露无遗,没有护航机就只能任人宰割。苏德战争前期,Ju 87 也有上佳表现。但到了 1943 年以后,随着制空权易手,Ju 87 被迅速淘汰。伊尔-2 则是以装甲厚、火力强著称。在 1941 年下半年内,苏军节节败退,遭到重创的苏联空军不得不在没有护航的情况下,动用所有可出动的飞机支援地面作战。在这种几乎是自杀性的出击中,伊尔-2 以其顽强的生命力经受住了考验。而在苏军夺取制空权之后,该机强大的火力更成为德军装甲部队的致命威胁。

Ju 87 的俯冲轰炸命中率颇高

铁翼沧桑(二战)——固定翼军用作战飞机发展历程:喷气式发动机

  二战期间,一种革命性的动力装置喷气式发动机开始登上航空舞台。第一架喷气动力试验机 He 178 试飞成功后,德国航空部迅速决定研制实用的喷气发动机。在此基础上,实用化的喷气式飞机也展开设计。梅塞斯米特的 Me 262 首先登场。这是世界上第一种实用的喷气式飞机。如果说 He 178 率先打开了喷气时代的大门,Me 262 则成为进入这扇大门的第一种飞机。因自身原因被拉下的英国人此刻也在紧紧追赶。1943年6月,世界上第二种实用的喷气式战斗机——格罗斯特“流星”试飞成功。不久,“流星”装备部队。但为防止该机被德国人俘获,“流星”一直没能参加一线空战,也就失去了和 Me 262 交手的机会。1944 年,第一种喷气式轰炸机(Me 262 改型不算)Ar 234 试飞成功。但该机尚未定型,德国就战败投降。

He 178 是德国喷气式飞机的鼻祖

Ar 234 是世界上首架喷气式轰炸机

  战后,利用从德国获得的先进航空技术,加上自身的研究,同盟国中几个航空大国都迅速研制出一大批喷气式飞机,这似乎标志着一个斩新的喷气时代已经到来。而此时距人类航空进入活塞式单翼机时代不过十几年时间!

  对整个人类而言,二战是一场大灾难;但对于航空而言,二战却是无可或缺的一个重要发展阶段。短短 6 年间,航空技术、空军作战理论、空战战术等诸多方面获得了突飞猛进的发展。褒也好,贬也罢,这个血色顶峰都是不应该被遗忘的。

二战期间的技术发展

后掠翼和三角翼

  早在 1935 年,德国人布斯曼就提出了后掠翼的概念,并认为该设计可以有效减小飞机的超音速阻力。二战期间,纳粹德国率先在飞机上采用了逐渐成熟的后掠翼技术。其中典型的就是 Me 163 火箭动力截击机——当然,该机采用后掠翼的初衷并非是减小阻力,而是为了提高飞机静稳定度和增大操纵力臂。当时研究人员尚未清楚地认识到后掠翼的真正意义所在,但这毕竟是现代后掠翼飞机的发轫。

  也许少有人知道,三角翼也是德国人首先着手研究并试验的。这方面的先驱首推亚历山大·里普斯奇博士。他当时已经发现,三角翼较之后掠翼更适合高速飞行。为了进行相关研究,建造了 DM-1 无人驾驶研究机。该机后来成为美国著名的战略截击机 F-102/106 系列的鼻祖。

最初 DM-1 是由 Si 204 驼载至 7,900 米高度投放的,后来改用火箭发动机爬升然后试飞

铁翼沧桑(二战)——固定翼军用作战飞机发展历程:二战期间的技术发展

薄翼型的出现

  除了对机翼平面形状的研究外,德国研究人员的另一个重大贡献就是薄翼型。当时无论是喷气式战斗机还是螺旋桨式战斗机,其机翼相对厚度多在 12~14%之间。而德国人发现,减小相对厚度,能够减小阻力,并延缓因激波引起的阻力增大。这项研究成果很快在 Ta 183 喷气式战斗机上得到应用。后来该机的技术被美苏瓜分,遗憾的是两国的航空工程师都只看到了后掠翼的优点,却忽略了薄翼型,使得薄翼型的真正实用又推迟了好几年。

Ta 183 的气动外形被米格-15 所继承

空气压缩性问题

  二战时期,战斗机的最大俯冲速度已经接近音速,开始遇到从未有过的空气压缩性的问题。当时的高速战斗机在连续俯冲之后,往往出现飞机不受控制的剧烈摇摆、操纵杆力骤增、机头自动下俯无法改出的问题。P-47 在试飞时甚至因此出现倒俯冲坠地的事故。当时研究人员普遍认为这是尾翼颤振问题,但却无法解释飞机无法改出俯冲以及俯冲角自动增大的问题。连续的事故为音速增添了几分神秘感和恐怖气息。一位研究人员曾说:“音速……就象是前面的一堵障碍墙。”——“音障”一词由此而来。追求更高的速度一直是人类的梦想之一。喷气式发动机的出现使得高速飞行成为可能。为了突破神秘的音障,众多航空先行者们顽强地向死神发起挑战。但在 1947 年那个决定性的日子到来之前,人类注定要继续付出血的代价。

要想突破音障,就必须符合面积率

从活塞式到喷气式

  二战是活塞式发动机的极盛时代。涡轮增压技术的成熟和应用,大大改善了发动机的高空高速性能。当时为了提高发动机推力,有些飞机还采用了引射喷管技术。尽管如此,活塞式发动机的缺陷也日益明显。由于各方面的限制,使得其功率已经很难有大幅度提高。在提高的功率中,有相当大一部分要用于克服螺旋桨叶片的旋转损失,且这部分损失还随着飞行速度的提高而迅速增大。事实证明,活塞式发动机已经不适合作为高速飞机的动力装置。而当时尚在襁褓中的喷气式发动机却在这方面显示出极大的优势。但其固有的燃油消耗率高的问题阻碍了自身的发展。加上当时活塞式发动机经过多方改进之后仍可以满足飞机的需要,使得研究新型动力装置的需求并不那么迫切。一直到二战末期,喷气式发动机的优点才开始为研究人员所接受,各航空发达国家都开始加速研制。但在二战结束前,只有德国和英国实现了喷气发动机的实用化。其中德国的成果最为突出,已经生产了 5,000 多台喷气发动机,完成台架试车 25,000 多小时。

Jumo 004 涡喷发动机是 Me 262 的动力装置

航电设备

  和二战之前的作战飞机相比,二战飞机一个重要改变是拥有了真正意义上的航电设备。其中最主要的就是机载雷达。这方面,英国和德国依然走在世界前列。英国首先研制出第一种实用型机载雷达 MK-III,并装备了“布伦海姆”轰炸机,充作夜航战斗机使用。1940 年 7 月 23 日,该机首次利用雷达击落敌机。德国人这方面的步伐就慢了点,直到 1942 年才研制成功第一种实用机载雷达 FUG-202。最早的雷达都是米波雷达,天线庞大,分辨率低,操纵不变。后来随着技术进步,性能更好的厘米波雷达开始出现。在雷达具备了窄视场扫描功能之后,研究人员开始开发雷达的锁定功能,使得雷达可以自动跟踪目标,但这一功能直到战后才达到实用。

MK-III 雷达的天线位置

FUG-202 的鹿角天线

铁翼沧桑(一战)

铁翼沧桑(二战)

铁翼沧桑(韩战)

铁翼沧桑(越战)

铁翼沧桑(现代)

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德国Me-262喷气式战斗机*
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