美国战斗机发展史对中国的启示之一,喷气时代
战斗机
作者: 晨枫老苑
2021-01-13 07:14:54
[ 闻蜂导读 ] 美国是飞机的诞生地,但 美国航空 技术曾长期落后于欧洲,直到二战后才一跃而领先于世界,至今依然雄踞于世界航空技术之巅。磨砺70年,其中自有很多春秋,更有很多启示。飞机是美国的莱特兄弟发明的。但在20世纪初,美国的工业和科技基础还不及欧洲老牌强国,航空技术的桂冠不久就被欧洲拿过去了。更要命的是,美国航空工业陷入专利战交叉火力的绞杀。莱特兄弟的贡

美国是飞机的诞生地,但美国航空技术曾长期落后于欧洲,直到二战后才一跃而领先于世界,至今依然雄踞于世界航空技术之巅。磨砺70年,其中自有很多春秋,更有很多启示。飞机是美国的莱特兄弟发明的。但在20世纪初,美国的工业和科技基础还不及欧洲老牌强国,航空技术的桂冠不久就被欧洲拿过去了。更要命的是,美国航空工业陷入专利战交叉火力的绞杀。莱特兄弟的贡献是横滚控制,这使得有动力飞机不仅能升空,还首次能在空中稳定飞行。莱特兄弟的方法是卷动翼尖,但专利上申请的是差动升力。虽然没错,但过于宽泛,把所有产生差动升力的方法一网打尽了。格兰·寇蒂斯随后发明了副翼,用机翼后缘的气动控制面产生差动升力,与莱特兄弟的效果一样(实际上更好),但用的是不同的方法。要命的是,寇蒂斯也获得了专利,而且襟翼理所当然地比卷翼更受欢迎。莱特兄弟不甘心,到处打官司,甚至拒绝授权,寇蒂斯则反诉,双方弄得美国航空工业乌烟瘴气,发展陷入呆滞。

尽管美国是发明飞机的地方,在一战中,美军只有从英法购买作战飞机,这是法国的SPAD S.13

Nieuport 17是另一种美军序列中的法国飞机在第一次世界大战中,美军不多的作战飞机都是欧洲设计,比如战斗机就是法国的SPAD S.13和Nieuport 17。后来担任总统的富兰克林·罗斯福这时是海军部负责军备的副部长,主持制定新法,用战时权力强制把所有航空专利收为国家代管,所有公司都有权使用,由国家按照统一标准收费和转交。这样的强制专利制度一直持续到一战结束。有人认为,今日事关民生的专利也应该如此,尤其是药品,避免个别公司谋取暴利,但这是题外话了。在两次大战中间的20-30年代,欧洲航空技术继续领先,尤以德国和英国为突出。美国虽然在1915年组建了国家航空咨询委员会(NACA,今NASA的前身),也发明了发动机围护罩和变距螺旋桨,但在作为航空技术的前沿的战斗机领域,美国航空技术甚至落后于日本,以至于珍珠港事件时,美国拿不出能匹敌日本“零”式的战斗机。在20-30年代时,美国的国内战斗机市场很小,飞机公司的战斗机批量只有几十架。1924年时,美国陆军航空队的1400多架飞机中,只有80架是战斗机。20-30年代的美国战斗机市场基本上被寇蒂斯和波音瓜分,以双翼、像敞篷汽车一样的开放式座舱、不可以收放的固定起落架的构型为标准模式。寇蒂斯“隼”式双翼战斗机还在中国空军服役,用于抗战前期抗击日本飞机的作战。高志航的座机就是“隼”式。

20-30年代的美国战斗机被寇蒂斯和波音瓜分,寇蒂斯P-6“隼”式还在中国空军服役过,高志航的座机就是这个

波音P-26“射豆枪”(Peashooter)是二战前最重要的波音战斗机,也是最后的波音战斗机,直到买入麦道后“改嫁”的F-15和F-18E

格鲁曼从一开始就专业于海军战斗机,FF-1采用封闭式座舱和可收放起落架,大大降低了阻力

寇蒂斯P-40“战隼”是另一架著名的战前战斗机,二战中也是“飞虎队”的主力战斗机

在美军中,塞维尔斯基P-35更受欢迎

布鲁斯特F2A“水牛”则相如其名,但还是挺灵巧的

洛克希德P-38“闪电”是美国唯一从战前一直生产到战后而且在欧洲和亚太战场同时使用的战斗机,这也是击落山本五十六的战斗机

贝尔P-39“空中眼镜蛇”采用不同寻常的中置发动机,机动性好,但操控暴烈,在美军中不受欢迎,但苏联红军飞行员非常欣赏1929年,格鲁曼公司成立,专业研制海军战斗机,其FF-1采用封闭式座舱和收放式起落架,大大降低了飞行阻力。格鲁曼的技术革新象征了新航空技术革命的开始。从30年代开始,全金属构造、硬壳式机身、翼内机枪、封闭式座舱、收放式起落架成为潮流,寇蒂斯和波音的双翼战斗机落伍了,美国航空工业开始了大洗牌。塞维尔斯基(后改名为共和)的P-35击败了寇蒂斯的P-40“战鹰”,布鲁斯特的F2A“水牛”击败了格鲁曼的设计,洛克希德的P-38“闪电”、贝尔的P-39“空中眼镜蛇”都脱颖而出。亚历山大·塞维尔斯基的名气没有老乡伊戈尔·西科斯基大。他也来自俄国,1935年创立了公司,以制造教练机为主。詹姆士·布鲁斯特以马车和汽车起家,艾伦·洛克希德的公司以民航客机为专长,莱瑞·贝尔的公司也是在1935年成立的,不过和发明电话的亚历山大·贝尔没有关系。还有一个无名的小公司,由前马丁飞机公司的总设计师詹姆士·麦克唐纳建立,这时也开始寻求美国海军的合同,但尚未获得任何成功。珍珠港事件前后,贝尔P-39、寇蒂斯P-40、布鲁斯特“水牛”、格鲁曼F4F“野猫”都在技术上比日本的三菱“零”式战斗机落后,在二战中早早停产也就不奇怪了。洛克希德P-38是一个例外,在速度、火力上都相当优秀,机动性也不差,成为从二战开始到结束一直在生产的唯一一种美国战斗机。共和P-47“雷霆”成为二战中产量最大的美国战斗机,北美P-51“野马”被公认为二战中美国最优秀的战斗机,格鲁曼F6F“地狱猫”使美国海军终于有了超过“零”式的战斗机,沃特F4U“海盗”直到战后还维持生产了一段时间,在1969年萨尔瓦多和洪都拉斯之间的“足球战争”期间还发挥了一把余热,打了最后一场活塞式螺旋桨战斗机之间的空战。战前占美国战斗机工业领导地位的寇蒂斯由于跟不上新技术而被取而代之。波音在战时的主要精力集中在轰炸机上,也失去了在战斗机领域的位子。布鲁斯特也在昙花一现之后淡出了。共和、格鲁曼、沃特在战前就进行了相当的战斗机研究,洛克希德和北美则属于临时抱佛脚。这个时代的改朝换代是由战前航空技术的急速发展促成的,原有经验的重要性下降,新面孔的准入门槛降低,加上战时的大量需要,促成了二战中美国战斗机工业百花齐放的结果。二战对美国航空工业的影响不是一窝蜂这样简单。战前美国的众多飞机公司(如格鲁曼、道格拉斯、马丁)大多是作坊式运作,规模不大,产品批量只有几十架,创始人身兼设计、经营、制造管理、推销,一抓到底。但二战改变了这一切,飞机公司成为科学管理、分工协作的大企业,形成分散协调的网络式整体,战时产量动辄几千、上万架。勿庸讳言,战时美国航空工业是以量取胜,在航空技术上依然没有达到世界前沿。为了使战时生产更加高效,美国政府甚至精选了少数型号,指令各飞机公司跨公司集中生产标准化的飞机,在一定程度上甚至抑制了各公司对技术前沿的追求。即使相对于在技术上停滞不前的日本“零”式战斗机,美国也是到1943年才积聚起足够数量的P-38、F4U和F6F,才在太平洋战场上压倒了“零”式。相比于德国、英国航空技术在战时的进一步发展,美国航空技术的落后更加明显。二战结束时,航空技术中最主要的潮流是喷气化。德国Me262是历史上第一架喷气式战斗机,在战争后期的表现给美国陆军航空队(1947年才独立出来,组建为单独的美国空军)以极其深刻的印象。Me262只是第一种实战化的喷气战斗机,德国还将阿拉多234喷气轰炸机投入了实战,这还不算亨克尔He162喷气式战斗机、Me163火箭推进战斗机。德国还在研究后掠翼、前掠翼、三角翼、飞翼、飞盘、垂直起落等科幻级技术,这些在战后也都不同程度地成为现实。德国航空技术的先进没有能够挽救第三帝国覆亡的命运,但美国航空专家被缴获的德国航空技术所震惊,这成为战后美国航空技术发展的催化剂。美国航空工业在战时所形成的规模和组织优势加上政府-工业界的有效合作,使美国航空工业摆脱了一盘散沙的单兵作战形式,而是转入系统对抗,不光在研发上达到高效,在将新技术转化为新产品上也达到高效,终于在60年代跃居世界航空技术的领导地位。美国开始喷气发动机和喷气式飞机的研究较晚。英国的弗兰克·惠特尔和德国的汉斯·冯·奥海恩在各自独立的情况下分别发明了喷气发动机。奥海恩的设计最终用于Me262,但惠特尔的设计慢了一步,而且英国担心惠特尔和他的发动机落入德国之手,考虑过把团队和研发搬到加拿大,但最后交给了美国。美国陆军航空队为了避免干扰战时生产,特意避开老字号普拉特-惠特尼和莱特,于是把惠特尔的设计交给通用电气,责令仿造。喷气发动机也与当时主流的活塞式发动机的差别也太大,反而与发电用的汽轮机和活塞式发动机的涡轮增压更接近,这些正好是通用电气所擅长的。但通用电气在试制成功后,也因为无力从涡轮增压和其他战时生产分身,把设计转交给通用汽车属下的艾里逊发动机公司制造。与此同时,美国陆军航空队责成贝尔飞机公司着手研制喷气式飞机,在1943年再责成洛克希德公司也参加研发喷气式飞机。首先选中贝尔是一个很有意思的决定。贝尔的资格不算很老,但显示出很强的创新精神。贝尔P-39“空中眼镜蛇”战斗机很有创意地采用中置发动机,空出来的机头空间正好安装中线机枪,避免了常见的两侧机翼机枪的射击线与瞄准线的汇聚问题。更重要的是,中置发动机使得飞机重心后移,大大改善了机动性,但也带来了操控容易失稳的问题。

贝尔P-59“空中彗星”是美国第一种喷气式战斗机,但不成功

洛克希德P-80“流星”要成功得多,成为第一代美国喷气战斗机

共和F-84“雷电”同为第一代喷气战斗机

但北美F-86“佩刀”(右)无疑是第一代美国喷气战斗机中最成功的,并且在朝鲜战场上与米格-15(左)厮杀得难解难分

P-39不受美国陆军航空队的欢迎,只为英国和苏联生产了一些,贝尔因此相对来说战时生产任务不多。创新精神和相对空闲使贝尔获选研制喷气式飞机。但贝尔XP-59“空中彗星”不成功,速度、航程、载荷都离军方的要求很远,军方要求洛克希德也参加,作为备选方案。洛克希德P-38在二战之初是一个异类。双发可以达到更大的速度,更大的起飞重量有利于装载更多的武器和获得更大的航程,发动机舱有机地与球门架式尾翼相结合,既增加舵效,也减轻重量。装在机翼上的双发腾出了机身中线,所以同样采用中线机枪。洛克希德的技术创新精神也是获得军方授予喷气式飞机研制合同的主要原因。洛克希德XP-80比贝尔XP-59成功,作为P-80“流星”(以后改名为F-80)投产,成为美国第一架喷气式战斗机。以后共和XP-84和北美XP-86也相继研制成功,分别按F-84“雷电”和F-86“佩刀”投产,其中F-86成为美国最成功的第一代喷气战斗机,在朝鲜战场上和苏制的米格-15大打出手。相对于刚从美国陆军航空队独立出来的美国空军,美国海军对喷气化的潮流比较迟钝。美国海军也没有“打搅”忙于战时生产的传统海军战斗机主力公司格鲁曼,而是找上了沃特。但沃特的F6U“海盗”喷气机失败得一塌糊涂,美国海军转而找上麦克唐纳。

沃特F6U“海盗”是美国海军得第一代喷气战斗机,失败得一塌糊涂

麦克唐纳在战时没有多少建树,但对新技术比较放得开,比如有创意的螺旋桨-喷气混合动力的XP-67“月蝠”

最终麦克唐纳FH1“鬼怪”成为美国海军的第一代具有实战意义的喷气战斗机

但在后掠翼已经开始流行的时候,麦克唐纳FH2“女妖”依然是古风的平直翼

格鲁曼F9F“黑豹”也是一样只有三年半历史的麦克唐纳在战后初期属于“二流”公司,在喷气时代之前没有得到过任何海军订单,因此也相对没有历史负担,对新技术比较放得开。战时的采用螺旋桨加原始形式的加力喷气推进的高速双发战斗机XP-67“月蝠”有创意,但没有投产,不过显示出了麦克唐纳的创新精神。麦克唐纳的FH1“鬼怪”战斗机(以后的麦克唐纳-道格拉斯F-4常被称为“鬼怪”式战斗机,其实严格地说是“鬼怪II”式战斗机)成为美国海军的第一架实战型喷气战斗机,但也只是勉强达到实战程度,美国海军只少量装备,主力装备还是依赖螺旋桨战斗机。紧接着推出的F2H“女妖”在FH1的基础上改进,但也是一样,只少量装备。有意思的是,北美F-86最早是为海军设计的,但海军没有要,被空军拿去发扬光大了。

麦克唐纳FH1“鬼怪”(上)和F2H“女妖”是美国海军最早的喷气式战斗机,都不成功,只少量生产这也是后掠翼初出茅庐的时代。美国空军以最快的速度拥抱后掠翼技术,后掠翼带来的高空高速性能是F-86在朝鲜战场上得以和同样采用后掠翼的米格-15一较高下的本钱,采用平直翼的F-80、F-84很难与米格-15匹敌。然而美国海军还是死抱着低空低速性能良好但高空高速性能糟糕的平直翼不放,麦克唐纳FH-2“女妖”、格鲁曼F9F“黑豹”、道格拉斯F3D“天空骑士”都是平直翼,以至于在朝鲜战场上没有可以和米格-15匹敌的战斗机,只得临时抱佛脚,将格鲁曼F9F改装后掠翼,但要到1954年才完成,没有赶上在停战前部署,最后转作技术验证,没有投产。在整个朝鲜战争期间,美国海军没有可以在技术上抗衡米格-15的喷气战斗机。美国海军还试图将后掠翼的F-86海军化,但上舰改装增加了500公斤的重量,性能大跌,直到1954年底换装更大推力的发动机后,性能才恢复到一年前已经首飞的F-86H的水平。美国海军的迟钝不完全是出于一贯的保守传统,还由于第一代喷气式飞机在技术上的局限,比如推重比不足,航程不足,可靠性不足等。后掠翼飞机的起飞、着陆速度太快,低空低速机动性不足,对航母上的使用也很不利。后掠翼成功上舰是弹射起飞和拦阻索着陆之后的事情。

美国海军在技术上也激进过,但无尾三角翼的沃特F7U“弯刀”失败得一塌糊涂,使得美国海军此后再也不碰无尾三角翼

麦克唐纳F3H“恶魔”是美国海军第一种从设计时就采用后掠翼的战斗机,但没有赶上朝鲜战争美国海军不是没有尝试过创新,沃特F7U“弯刀”采用缴获的德国思路,大胆采用无尾布局,但由于缺乏对这一全新技术的深刻理解,设计上有很多技术问题没有解决,投产后有1/4损失于飞行事故。从此,对可靠性要求特别高的海军对较冒险的先进技术的胃口大减,但这也使美国海军错过了喷气革命的第一波。道格拉斯F4D“天空射线”在研发过程中问题多多,最后下马。接替的麦克唐纳F3H“恶魔”是美国海军第一种从设计时就是后掠翼的喷气战斗机,但进度也是严重拖延,没有赶上朝鲜战争。战后初期,美国军费开支急剧缩减,军火订单大幅度削减。是美国空军对喷气式飞机的热情把各飞机公司的注意力转向这项新技术。由于喷气技术的革命性,很多在螺旋桨时代积累的经验突然变得无关紧要,准入门槛大大降低,老资格公司和新兴公司突然可以公平竞争了,人人都有机会。50年代的美国基本战略是“大规模报复”,一切围绕着核战争。对于战斗机而言,首要任务就是通过高空高速性能来拦截入侵的核轰炸机,机动性优秀的轻巧的格斗战斗机不再是重点,重型、高速、远程的截击机才是王道。美国空军招标“远程全天候双发截击机”时,传统的战斗机公司没有入选,反而是名不见经传的诺思罗普和过气的寇蒂斯入选,参加最终竟标。战时的诺思罗普P-61“黑寡妇”是相当独特的双发远程夜间战斗机,装备雷达,在技术上和战后的电子化潮流相容性较好。战时的寇蒂斯除了在政府的指派下按照别人的图纸造飞机,没有多少事干,所以花了很多时间把螺旋桨和喷气推进结合起来,既提高速度,又降低技术风险。但寇蒂斯的混合动力战斗机设计都不成功,入选或许有安慰奖或者“最后机会”的因素。诺思罗普XP-89最后入选,寇蒂斯XP-87“黑鹰”再次落选。寇蒂斯解决不了新技术带来的新问题,彻底跟不上时代,从此再也没有染指战斗机领域。诺思罗普的设计最终成为F-89“蝎子”战斗机,从XP-79喷气飞翼开始的技术创新传统得以保存,使诺思罗普在以后的几十年里一直保持技术创新的活力。战后到50年代末,这是美国航空技术发展最为迅速的年代。各大航空公司都大发了一笔战争财,也在为过剩的战时产能寻找出路,公司科研如火如荼。另一方面,战争经验使得美国空军对喷气技术热情高涨,而且高度关注所有和高速有关的航空技术,缴获的德国航空技术更是锦上添花。这是美国空军在航空科研上最舍得花钱的时代,同时上8个战斗机项目和7个轰炸机项目。同时,NASA担负起航空科研的领导责任,用巨大的能量与空军和各大飞机公司合作,推动了一系列X飞机计划,极大地促进了美国航空技术的发展。

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