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世界最聒噪飞机:XF-84H“雷电尖叫”


人类航空史,是一部不断征服天空的奋斗史。在人们不断被一个又一个刷新的“更高、更快、更强”记录吸引眼球的同时,也有一些令人不太愉快、想起来就浑身上下不舒服的记录,例如本文主角,荣膺“世界最聒噪飞机”这一头衔的美制共和XF-84H型试验机。

图1. 静止状态下岁月静好的XF-84H一号原型机
1943年初,美国海军很郁闷的发现自己被隔壁的陆军航空队摆了一道。在陆航严格的保密下,美国第一架喷气式战斗机XP-59已于1942年10月2日首飞升空。在首轮喷气飞机竞赛中落得下风的美国海军不得不捏着鼻子,从陆航手机接过两架预生产型YP-59A(机身序号 42-108778,42-100779)用于测试,结论是该机完全不适合航母起降——无论从技术上还是从心理上都是如此。

图2. ■1942年底或1943年初移交海军的YP-59A 42-108778,注意在陆军陪同下检查飞机的海军人员。1943年4月21日,弗雷德里克·M·特拉普内尔上尉成为第一位驾驶喷气式飞机升空的美国海军飞行员——开着陆航的飞机

为了研制自己的喷气式舰载机,美国海军与麦克唐纳飞机公司签订合同,开发出的FH-1“鬼怪”后来成为美国海军和海军陆战队的第一种舰载喷气式战斗机。同YP-59一样,FH-1的性能非常平庸,结构上尚未摆脱旧有的窠臼,本质上不过是在活塞式飞机的机身上换了喷气式发动机而已,毫无性能优势可言,最多也就是解决个有无问题。此外,最要命的是早期喷气发动机推力小,飞机加速性能差,起飞滑跑距离长,海军对其能否适应长度有限的航母甲板深感怀疑。

图3. ■拉跨的FH-1,如同拉跨的P-59一样,产量都只有60多架而已
二战结束后,美国海军对涡轮螺旋桨发动机产生了兴趣。在早期涡喷发动机推力贫乏的年代,涡桨发动机可以通过调整螺旋桨桨距,最大程度发挥涡轮发动机的转速优势和最佳功率,在加速性比同期涡喷发动机更好的同时,还能降低油耗——这一点对于需要长时间海上飞行的舰载机也非常重要。而新成立的美国空军也同样想开发一种涡桨动力的攻击机,不需要飞得多高多快,但同样需要优良的低空加速性和续航能力。
1951年,有着共同需求的双方放下了分歧,与研制F-84“雷暴”喷气式战斗轰炸机的共和飞机公司签署MX-2347项目合同。该项目由空军主导,所以经费上空军出大头,三架原型机空军两架,海军一架。飞机型号起初被定为XF-106,随后很快改成了XF-84H。很显然,一架在基础型号上改良的飞机比全新的飞机更容易从国会老爷手里忽悠钱。
XF-84H大量采用了F-84F战斗轰炸机的部件,起落架、后掠翼和驾驶舱几乎原样照搬,但是采用了翼根进气,为机头安装螺旋桨腾出空间。此外,尾翼也经过全新设计,改为T字尾翼,以避免螺旋桨气流干扰水平安定面。全机设计围绕着最新式的艾利逊T40-A-1型涡桨发动机,这是当时功率最大的涡桨发动机,由两台T38涡桨发动机并联而成。T38最大功率2750轴马力,后来演化出著名的T56,广泛用于C-130运输机等机型。而T40-A-1甚至还在T38上加装了加力燃烧室,设计功率5850马力,最大功率7200马力!XF-84F也由此成为唯一安装有加力燃烧室的涡桨动力飞机。

图4. ■美国空军国家博物馆中的T40-A-10发动机,与T40-A-1相比除了没有加力燃烧室外并无太大区别

由于T40-A-1安装在机身后部,而螺旋桨位于机头,所以两台T38需要通过两根6米长的输出轴,连接到机头位置的共用减速器,而飞行员座椅就在两根输出轴上。过长的输出轴必然引发共振,于是共和又在输出轴上安装了许多轴承。紧接着又要担心轴承过热,于是轴承上加装相应的温度和振动传感器,在驾驶舱仪表盘上见缝插针装了一堆警告灯。
此外,由于燃气轮机并不像活塞式发动机一样有很大的转速调节空间,减速器只能以每分钟2100~3000转输出,改变推力的主要方式是调整桨距。如此高的转速对螺旋桨叶片强度及桨距调节机构提出了非常高的要求,寇蒂斯-莱特和汉密尔顿标准这两大螺旋桨制造商都打了退堂鼓,只有航空产品(Aeroproducts)公司拿出了成品,长方形的钢制叶片非常宽,其弦长几乎是长度的1/4,螺旋桨直径3.66米。根据计算,在正常转速下螺旋桨外段30~50厘米长度将以超音速运行,尖端最大速度接近M1.2!这也成为人类历史上第一副超音速螺旋桨。

图5. ■XF-84H布局示意图,可见发动机及其输出轴贯穿机身

1952年5月,XF-84H设计方案经过空军审核批准。此时海军已经退出了该项目,一方面是斜角甲板的发明大幅提高了航母甲板的操作空间与灵活性,另一方面是海军的喷气式高性能舰载机道格拉斯F4D研制顺利,该机随后成为美国海军的第一种超音速战斗机。当年12月15日,美国空军与共和公司正式签署两架原型机的采购合同,机身序号51-17059和51-17060。按照设计,F-84H将成为一架性能非常强大的攻击机,可外挂两吨各种弹药,加挂副油箱时航程高达3800千米。一个尤为有趣的细节是,XF-84H的螺旋桨前整流锥实际上是与螺旋桨分离的,本身并不旋转,空军计划在其中安装雷达。
为了克服发动机的巨大扭矩,飞机的左右襟翼专门设计成不对称动作,左侧进气口比右侧前伸30厘米,驾驶舱后部的机身上还专门加装了一个背鳍。另外,为了应对发动机在空中出现故障导致飞机电源不稳,在垂尾根部前方的背鳍里还改装了一台可伸缩的冲压涡轮,用于应急发电——从事后的一切来看,这一改装真的很有先见之明。XF-84H也由此成为第一架装有冲压涡轮的飞机。

图6. ■XF-84H的螺旋桨细节,可见其变速机构,以及分离式的整流锥结构

图7. ■XF-84H尾喷管侧面的减速板细节

图8. ■XF-84H三面图

1955年7月22日,XF-84H的第一架原型机由共和公司试飞员汉克·J·比尔德驾驶,在爱德华兹空军基地首飞。这趟飞行令人极不愉快,首先发动机地面预热和检查就需要半个小时;飞机升空之后两根发动机输出轴共振严重,整架飞机都在天上抖;螺旋桨桨距调节机构卡滞。比尔德后来回忆说,“我觉得振动都快把飞机颠散架了,地面让我自行决定是否弃机逃生”。

图9. XF-84H一号原型机,注意冲压涡轮已经打开伸出,尾部减速板打开
比尔德总共驾驶XF-84H一号原型机飞了11次,除了一次正常之外,其他十次都因为振动和螺旋桨问题而紧急着陆告终,以至于打开冲压涡轮飞行成了常态。根据比尔德的回忆,飞机只有在740千米/小时的速度下勉强可控,一旦速度超过830千米/小时就会在空中做蛇形飞行。有一次螺旋桨调速装置出故障,发动机的扭矩使飞机绕着螺旋桨轴疯狂反向旋转,犹如一个长着翅膀的大飞轮!比尔德勉强落地之后爬出飞机,吓得一边两腿打颤一边喃喃自语,“这货迟早会伤到什么人”。
另一位共和试飞员,林·亨德里克斯驾驶二号原型机飞了一次,这也是二号原型机的唯一一次试飞。亨德里克斯1977年在英国杂志《飞行月刊》上毫不避讳的提起自己这段经历,他在气急败坏落地之后冲着和国的总工程师吉姆·鲁斯特——一位身高一米九,体重一百多公斤的壮汉直接开喷,“我不管你丫的是老几,反正老子再也不会坐进去了”!。

图10. 少见的XF-84H二号原型机试飞照片,从打开的机尾减速板看应该是正在降落
难以驾驭并不是XF-84H最可怕的地方,真正恐怖的是它发出的巨大噪音。每次XF-84H开车之前,基地塔台都会赶紧在玻璃窗和设备架上盖毯子,然后所有人都躲到桌子底下,这样万一玻璃被音爆震碎也不至于伤人。用比尔德的话说,“从没有人记录过噪音的分贝数,估计是他们担心设备受不了……某次我们地面试大车,发动机转了半个小时之后关车,拖走飞机时路过一架C-47,突然听到那架C-47里很大一声响,那架飞机的地勤组长被高强度噪音震昏了过去,癫痫病发,四肢抽搐”。
在XF-84H的前方或后方,噪音勉强还能忍受,但如果处于螺旋桨的旋转平面上,肉眼可见滚滚而来的音爆足够在几百米开外击倒一个成年人,头晕、恶心和头痛成了爱德华兹基地的常见病。比尔德的住处距离爱德华兹基地足有35千米之遥,但是他在家里都能清楚听到XF-84H地面试车时的嚎叫。周边地区的扰民投诉潮水一样涌进基地,甚至有医生证明多起孕妇流产都与此有关。
比尔德的搭档,地勤组长爱德华·冯·沃尔夫斯多夫如此回忆,“我的天,你根本想象不到那噪音有多恐怖。有一回我们在跑道上滑行,塔台突然发了疯一样向我们打红灯。我后来才知道,他们当时已经无法从耳机里听到任何别的东西了。最后他们实在受不了,把我们赶到了偏远的基地北角罗杰斯干湖上”。
很快XF-84H就凭借自己嘹亮的嗓门获得了“雷霆尖叫”这一雅号。除了噪音之外,T40发动机本身也是毛病不断,并联双发总会存在一定转速差,一旦转速差到了一定程度就会导致共用的减速机构顾此失彼,引发经常性的过热与损坏,这几乎是所有并联发动机的通病。试飞员在盯着一堆告警灯的同时,还要手忙脚乱的调整发动机。在艾利逊公司自己编纂的公司编年史《卓越动力》一书中也不得不承认,T40发动机是“一个怪胎”“一场机械噩梦”。至于XF-84H那独有的加力燃烧室?从来没有人敢去尝试打开运行那玩意。

图11. XF-84H驾驶舱仪表盘,在F-84F仪表盘基础上去掉作战用设备,加装了很多告警灯和发动机/减速器指示
1956年9月,美国空军取消了XF-84H计划,两架原型机停飞,总飞行时数仅6小时40分钟。鉴于其糟糕的表现,空军并没有派人接手试飞,XF-84H又成了唯一没有美国空军试飞的空军原型机。吉尼斯记录显示该机速度曾超过每小时1000千米,该说法缺乏官方证明,美国空军国家博物馆记载的该机最大速度只有840千米/小时,即便如此也一度使XF-84H成为最快的单引擎螺旋桨飞机,直到1989年才被一架经过深度改进的F8F超过(850公里/小时)。
在整个XF-84H项目中,共和公司和美国空军也并非一无所获,其减速板几乎被原样照搬用在了F-105“雷公”战斗轰炸机上,而冲压空气涡轮则广泛用于此后出现的军用和民用飞机上。
在空军摆脱了T40发动机这个破烂的同时,海军却犹如马鹿附体一般的跟T40死磕,在T40基础上展开了多个涡桨飞机项目,如北美A2J“超级野蛮人”舰载攻击机,道格拉斯A2D“空中鲨鱼”舰载攻击机,康维尔FY-1“弹簧单高跷”尾座式垂直起落战斗机,康维尔R3Y“贸易风”水上飞机等,无一不是可靠性低劣。海军被T40那声名狼藉的可靠性折磨得死去活来,直到1958年才幡然醒悟,从这个坑里爬了出来。以后有时间会写写这个“歧路亡马鹿”的故事。

图12. R3Y模型封绘,该机是T40发动机唯一量产使用的机型,但也仅仅生产了10架,1956年服役后短短两年就被海军抛弃
XF-84H项目取消后,二号原型机被拆毁,发动机拿去支援海军的A2D项目,一号原型机则被置于加利福尼亚州米德斯空军基地门口的混凝土支架上。该机机身经过专门改装,螺旋桨以电动机驱动,每分钟10转。这尊门神对来往人员造成了很大的心理压力,每当人们看到慢悠悠旋挥舞的螺旋桨,就会联想到当年爱德华兹基地凶神恶煞一般的嚎叫。1992年该机又被从支架上拆了下来,历经30多年风吹雨淋后状况已非常不堪,俄亥俄州空中国民警卫队第178战斗机联队用了3000多工时将其修复一新,最终落户于俄亥俄州代顿市的美国空军国家博物馆。

图13. “门神”状态下的XF-84H一号原型机
图14. 在美国空军国家博物馆颐养天年的XF-84H 1号原型机,注意其右翼下方就是前文图片中的T40-A-10发动机

图15. 美国空军曾在XF-88B试验机上加装一台T38发动机,进行超音速螺旋桨研究。由于T38功率有限,该试验无果而终——否则飞机周围这衮衮诸公可能早就被音波掀翻了

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