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法兰西三角翼轻骑兵——达索幻影III/V战斗机简史(一)

送交者: 炫笔伏逼[♂☆★★★不闻风知★★★☆♂] 于 2021-07-30 22:29 已读 816 次  

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一、前言




在旷日持久的第二次世界大战结束后,曾经以世界航空大国自居的法兰西早已残破不堪,暂且不说本国的航空工业资产在战争期间早已毁于一旦,即便在战后重新成立的法国空军也是由大量“万国牌”飞机组成的,比如美国制造的P-47D“雷霆“战斗机和苏联制造的雅克-3战斗机。


法国空军装备的P-47D“雷霆”战斗机集群
法国飞行员罗杰·马奇和他的雅克-3战斗机,此时他已经返回祖国,该照片摄于1945年6月20日

虽然战后的法兰西百废待兴,但一支支设计团队还是在千疮百孔的废墟当中重新开始描绘法国航空工业的发展路线,其中最为著名的便是VB.10活塞式战斗机,它的最大设计特点是采用了6挺12.7毫米机枪和4门20毫米机炮的强大火力配置,海平面平飞速度为517千米/小时,最大平飞速度为700千米/小时,尽管它的确可以算战后法国航空工业拿出的第一款自主研发的产品,但是VB.10战斗机的总体性能即使和1944年期间西方盟军装备的活塞式战斗机相比都不算优秀,何况随着各种早期喷气式战斗机的诞生和成熟,早已落后于时代的活塞式战斗机也将不得不面临被淘汰的命运。


VB.10战斗机是战后法国航空工业拿出的第一款作品
VG.90也是战后法国航空工业的大胆尝试之一
Le Nord 2000原型机的测试照片

即使法国设计师们满怀报国热情,也必须面对再多的情怀也无法改变此时的法国航空工业缺乏自主设计喷气式战斗机的相关基础的事实,因此法国空军在战后依然装备了包括由美国共和公司设计的F-84G“雷电喷气“战斗机和由英国德哈维兰公司设计的”吸血鬼“战斗机,其中法国国家航空制造公司(SNCASE)还曾经通过引进许可证的方式制造了187架换装”尼恩“发动机的”吸血鬼“FB.51战斗机并将其重新命名为”西北风“,由此让法国设计师得以第一时间了解国外早期喷气式军用飞机的相关信息。在他们的共同努力下,法国航空工业很快向空军交出了几份答卷,比如MD.450“暴风雨”战斗机,SO.4050“秃鹰”轰炸机和MD.452“神秘”系列战斗机,除了装备本国空军外,还有不少优秀产品被出口至其他国家,其中以色列空军就曾经购买过不少“暴风雨”、“神秘”战斗机和“秃鹰”轰炸机并在历次中东战争中取得了相当优异的成果。


法国空军的F-84G“雷电喷气”战斗机
法国空军装备的“吸血鬼”喷气式战斗机
第四架预生产型“西北风”喷气式战斗机的测试照片

但另一个不可否认的事实是这些国产喷气式飞机的飞行性能普遍难以跻身同一时期世界先进水平的行列,即便后来的“超神秘”战斗机也曾在北约演习当中被驾驶F-100“超佩刀”战斗机的美军飞行员讥讽为“飞行的大肉”,而随着东西方超音速战斗机的相继服役,这些国产战斗机面临的性能劣势问题也越来越明显,因此法国空军无奈只能于1958年5月通过军事援助项目(MAP)获得68架F-100“超佩刀”战斗机来维持战斗力,但很显然1958年这个节点也是以F-104“星战士”和米格-21“鱼窝”等具有两马赫飞行速度的第二代战斗机的诞生时间,所以法国空军可以说又一次落后于时代的步伐。


MD.450“暴风雨”战斗机的生产线,这张照片拍摄于1953年
“神秘”IIC战斗机是在“暴风雨”战斗机的基础上发展的型号
以色列空军第101中队的“神秘”IVA战斗机,虽然性能平平,但它是当时以色列空军唯一能够同埃及空军的米格-15战斗相抗衡的对手
法国空军装备的SO.4050“秃鹰”轰炸机
以色列空军的“秃鹰”轰炸机也曾被用于携带“蜻蜓”空对空导弹的相关测试
以色列空军装备的法制“超神秘”战斗机,其中有部分“超神秘”战斗机在未来换装了J52引擎
以色列空军的“超神秘”战斗机也能携带“蜻蜓”-1空对空导弹
法国空军装备的F-100D-15NA“超佩刀”喷气式战斗机

那么还需再次忍辱负重花费重金购买国外产品吗?这显然不是具有强烈的民族自尊心的法国航空工业希望看到的结果,或者说后者正希望通过这次机会来展示本国的航空实力,即他们的国产战斗机也将有实力跻身于世界第一梯队之内,而这也是本篇文章的主角——“幻影”III战斗机的诞生契机。




二、达索公司的前世




1892年1月22日,马塞尔·布洛克出生于巴黎的一个普通医生家庭,而他正是这位医生最小的孩子。在学校读书的时候,他曾经有幸目睹著名飞行员兰伯特驾驶莱特双翼机在埃菲尔铁塔附近飞行的样子,而这次事件也在这位小孩的内心中埋下了投身航空事业的种子。当第一次世界大战于1914年爆发以后,年仅22岁的布洛克刚好毕业于巴黎境内的航空与机械工程研究生院,而这段经历也得以让他进入位于查莱斯-梅东地区的航空研究实验室进行军用航空器的相关研究工作,在此他也将和另一位著名的法国飞机设计师——亨利·波泰兹一道展开第一次合作。


拍摄于1914年的马塞尔·布洛克,此时他还只是一个名不经传的小人物
亨利·波泰兹也是二战以前著名的法国飞机设计师之一

布洛克的第一份工作是协助开展“科德隆”G.III军用飞机的生产工作并协调下属的四家工厂能够按时完成制造任务。1916年,他发现“科德隆”飞机的螺旋桨存在严重的设计缺陷,随后他在通过对其他飞机的观察以后决定自行设计一款新式螺旋桨并将其命名为“埃克莱尔”,接着他把“埃克莱尔”螺旋桨送交至军方进行相关测试并取得了满意的成果,最终这款新式螺旋桨的订单达到了50具,为此他特地在巴黎圣安托万福博鲁格区的一座家具厂内部创立了自己的小作坊来完成这批订单并且由此学习了木工技术的相关知识,值得一提的是亨利·波泰兹后来也加入了这家小作坊,而“埃克莱尔”螺旋桨也曾被用于包括著名的“斯帕德”XIII双翼战斗机等多款军用飞机上面。


“科德隆”G.III

当然年轻的布洛克远远不会仅仅满足于设计螺旋桨那么简单,他首先于1916年和波泰兹(也包括一位毕业于同一所学校的同学,罗伊斯·科洛勒)合作创立了一家航空研究公司,其中这家公司最早开展的业务便是通过许可证生产“斯帕德”VII双翼战斗机,接着他们开始尝试设计自己的第一款飞机,即SEA.I侦察机(SEA即他们的公司的简称)。虽然这架飞机的总体设计很出色,但他们缺少一个拥有足够动力的航空引擎来保障自己的飞机达到相关技术指标的要求,因此他们很快又推出了双座的SEA.II侦察机和三座的SEA.III侦察机,但以上三种设计都未能获得生产许可。


一战期间法军装备的“斯帕德”VII双翼战斗机

随着最大输出功率高达370马力的“洛林”引擎投入使用,布洛克的团队很快拿出了SEA.IV双座侦察机的设计,其中第一架侦察机于1917年末完成了首飞工作,随后在著名法国王牌道奇和来自维拉库布雷的试飞员完成相应的测试评估以后,法国军方决定下发1000架生产订单,而布洛克团队也在此之后相继推出了侦察用途的SEA IV A2设计和战斗用途的SEA IV C2设计。为了完成以上订单,布洛克和波泰兹又伙同贝索松一道于1918年8月在昂热地区创立了安茹航空公司,其中第一架SEA IV侦察机于1918年11月11日走下了生产线,而这一天恰巧也是第一次世界大战结束的时间。


SEA.IV原型机,摄于1918年

由于战争的结束,原定的1000架生产订单很快被军方取消,因此布洛克和波泰兹只能在1919年变卖掉自己的公司以换取资金维持生活,其中心灰意冷的布洛克和他的妻子明克斯结婚并育有两个儿子,随后他在整个20世纪20年代的时间里选择将自己的全部精力投入至房地产和汽车行业内,而波泰兹则选择重新创立一家属于自己的航空公司并且在二战爆发以前取得了巨大的成功。


1927年5月21日,布洛克在勒布尔戈亲眼目睹了著名飞行员林德伯格完成首次纽约至巴黎的飞行表演的时刻,这使得他决定重拾信心投身于自己熟知的航空事业。1929年,他创立了以自己的名字来命名的马塞尔·布洛克航空公司,其中他们的首个作品为1930年投产的MB.60三引擎运输机,随后他们又在1932年推出了MB.81单引擎空中救援机并被法军采购20架以便用于摩洛哥和叙利亚地区的相关事宜。在此之后,由于马塞尔·布洛克航空公司在1936年11月16日被法国政府收为国有化,因此布洛克只能选择在同年创立马塞尔·布洛克飞机有限公司,即今天的达索公司的真正前身。由于此时布洛克也兼任西南航空公司的董事,因此他的公司很快包揽了不少民用和军用飞机的订单,可谓布洛克人生当中的第一个辉煌时刻。


MB.60双发运输机
MB.160四发运输机

随着第二次世界大战的爆发,法国在德军“闪电战”的攻势下迅速沦陷,布洛克由于犹太人的身份遭到纳粹当局的逮捕,而由马塞尔·布洛克飞机有限公司制造的大量飞机则成为了纳粹德国后续侵略行动的帮凶。(其实德国人也曾想过招安,但满怀爱国心的布洛克拒绝为维希法国政权服务)虽然他和自己的家庭早已于1940年10月被送至巴黎东北部的集中营,但随后他于1944年被分配至布亨瓦尔德集中营,而这个集中营也将在1945年4月11日被美国第三集团军解放。


当他于同年回到法国后,发现自己公司的旧址早已变为一片废墟,但他即便此时身患重病(主要还是在集中营被关押多年以后留下的后遗症)也愿意承担起复兴法国航空工业的使命,因此他很快在圣克劳德、布洛涅和天才(位于波尔多郊区)三座工厂的基础上重新创立了马塞尔·布洛克飞机有限公司,随后又在1945年11月10日将公司重新命名为马塞尔·布洛克航空公司。在此之后,布洛克想到了自己的哥哥,即一名曾经作为法国陆军官兵参与第一次世界大战,随后在1940年期间曾经负责指挥第五军的高射炮单位的普通法国人并且在法国和北非地区担任过高射炮监察官一职,但他在1941年退休后发现自己并没有能力再次效忠维希法国,因此布洛克的哥哥很快选择了投身反抗事业并且将自己的名字改为查尔·达索特,这也成为了他在这场战争剩下的时间里的代号,通常英文缩写为Dasso。为了纪念自己的哥哥的成就,布洛克决定将自己的名字改为马塞尔·达索,而他的公司也在1947年1月20日正式更名为马塞尔·达索航空公司。(当然此时的达索的视野也不仅仅局限于航空领域内,而是尝试将业务扩展至建筑、电影院、银行和库存市场内)


晚年的达索正站在自己的一系列作品前,他为法国战后航空事业的复兴做出了巨大的贡献

前文就已经提到过,法国政府在战后便急于寻求全新的国产喷气式战斗机设计以便减少对于引进的外国喷气式战斗机的依赖,而这一切都被目光敏锐的达索看在眼里。1947年12月30日,达索为自己揽到了一个制造三架原型机的订单,随后第一架原型机于1949年2月28日在试飞员科斯蒂亚·罗扎诺夫的驾驶之下完成了首飞工作,整项计划的持续时间仅仅为18个月,诞生的结果便是著名的MD.450“暴风雨”式战斗机,其中有100架“暴风雨”从1952年11月开始加入了法国空军的服役序列并被用于执行战斗轰炸任务,随后印度空军于1953年6月25日引进了71架“暴风雨”战斗机并将其命名为“图法尼”,同时他们还引进了42架机体套件以便由本国的工厂进行相关的组装工作,而以色列空军也在1954年引进了24架“暴风雨”战斗机,由此成为了法国航空工业在战后的第一款成功的出口产品。


MD.450“暴风雨”是达索公司的第一款喷气式战斗机设计
以色列空军装备的MD.450“暴风雨”喷气式战斗机

相比之下,达索公司的第二个产品,“神秘”IIC战斗机就显得比较平凡,因为它本质上就是在“暴风雨”战斗机的基础上换装后掠角更大的机翼而诞生的产品,其中第一架“神秘”IIC战斗机于1951年2月23日完成首飞工作,而法国空军则在装有不同发动机的多款原型机完成相关测试后于1953年决定为量产型“神秘”IIC战斗机配备“阿塔”101D引擎,随后第一架量产型“神秘”IIC战斗机将于1954年10月完成交付工作。在此之后,达索公司又在“神秘”IIC战斗机的基础上发展了全新的“神秘”IVA战斗机,后者成为了以色列空军在第二次中东战争(又被称为苏伊士运河战争)期间参战的主力机型之一,并且它也是当时以色列空军唯一能够对抗埃及空军装备的米格-15“柴捆”战斗机的手段,而“超神秘”战斗机也成了达索公司步入超音速领域的第一块招牌。


法国空军装备的“神秘”IIC喷气式战斗机,摄于1955年
“神秘”IVA喷气式战斗机的下线仪式,它可以算一个里程碑式设计
挂载两枚AA-20(又名Nord 5103)无线电指令引导空对空导弹的“超神秘”B.2战斗机



三、三角翼的由来




随着世界航空工业的蓬勃发展,不论美国还是苏联都相继推出了自己的两马赫战斗机,比如F-104和米格-21“鱼窝”,因此达索公司也必须拿出相应产品来进行抗衡。这一次法国人准备另辟思路,尝试搞一个无尾三角翼设计,其中值得一提的是三角翼设计最初的确是由德国设计师亚历山大·里皮斯提出来的,后者在1931年研发了一系列采用三角翼的滑翔机并且发现这种设计能够有效降低翼载荷和阻力,但是他也发现不论哪种设计都无法解决低速操控性不佳的固有缺陷。


德国设计师亚历山大·里皮斯是公认的“三角翼之父”

1934年,苏联设计师亚历山大·莫斯卡列耶夫也曾提出一种采用三角翼的火箭动力飞机设计,但这个想法也因为过于不切实际而遭到否决。在第二次世界大战期间,里皮斯曾经计划为德国空军设计一款采用三角翼设计的冲压喷气动力式战斗机,但即便在第三帝国的大门被攻破以后他也没能拿出哪怕一件成品,而在战争结束以后他来到了美国并开始在那里推销自己的三角翼设计,但他没想到的是康威尔公司早在1944年就已在罗伯特·T·琼斯的带领下开始三角翼概念的相关研究工作,其中就包括F2Y“海镖”超音速水上战斗机和XFY-1“高跷”垂直起降战斗机等一系列设计,不过这两个项目同样由于相关技术不成熟等缘故难逃下马的命运。


F2Y“海镖”超音速水上战斗机
XFY-1“高跷”垂直起降战斗机项目

在此之后,康威尔公司于1948年推出的XF-92设计取得了巨大的成功,虽然为此付出了向下视野极差的代价,但XF-92原型机即便以非常高的攻角的状态飞行的情况下也不会陷入失速,同时测试表明它的降落性能也十分出色。尽管飞行员们普遍不欢迎XF-92原型机,但是康威尔公司还是在此基础上继续研究并由此开发了著名的F-102“三角剑”截击机,随后他们也设计了同样采用三角翼设计的B-58“盗贼”超音速轰炸机;英国人也在20世纪40-50年代期间开展了三角翼的相关研究工作,而最著名的成果便是阿夫罗公司的“火神”战略轰炸机和格罗斯特公司的“标枪”截击机,其中“标枪”截击机以T字形垂尾和铅笔状机尾的形式部分解决了三角翼设计所带来的多种缺陷,但也为此付出了高迎角飞行条件下操控性能不佳的代价;苏联现代三角翼的研究工作的启动时间和西方差不多,不过当时不论苏霍伊还是米格设计局都选择了同时制造采用后掠翼和三角翼设计的原型机以便进一步确定两者的优缺点,其中米格设计局最早在自己的Ye-4原型机上面采用了三角翼设计,而Ye-4原型机也将在经过多次发展后进化为大家熟知的米格-21“鱼窝”战斗机;在瑞典,萨博公司也同样展开了三角翼的相关研究,但他们推出的J35“龙”式战斗机实际上却成为了世界上最早采用双三角翼设计的战斗机.......


总而言之,在当时人们普遍认为后掠角为55°至60°的机翼最适合高超声速飞机,它可以在保证合适的结构强度和刚度条件下采用更高的相对厚度和展弦比,能够有效减少波阻,并且能因此保证飞机拥有足够的机动性、可以接受的起降性能和起降距离,因此我们也就不难理解为何在上个世纪50年代三角翼设计能在世界范围内掀起一番浪潮了。


XF-92原型机
F-102“三角剑”是世界上第一款采用无尾三角翼设计的截击机
康威尔B-58“盗贼”是世界上第一个采用三角翼设计的超音速轰炸机
飞行中的阿夫罗“火神”战略轰炸机
飞行中的格罗斯特“标枪”截击机
右侧的“标枪”F.A.W.7截击机采用了独特的铅笔状机尾,注意它和早期型号的区别
米格设计局的Ye-2原型机还是采用传统的后掠翼设计
Ye-4原型机已经初步具备了未来米格-21战斗机的绝大多数特征
第一架量产型米格-21F“鱼窝”战斗机
萨博J35“龙”是世界上第一个采用双三角翼设计的战斗机

视线回到法国这边,事实上早在20世纪50年代初,法国人就已经在致力于研究里皮斯和霍顿兄弟的部分成果,同时法国特种航空设备研究和建造公司也曾在40年代末期通过制造一系列超音速滑翔机的形式来验证研发一款全新的高速截击机的可能性,而这些测试也表明三角翼设计是当时能够获得的最好结果。时间进入1953年,法国空军决定启动新一轮国产战斗机的招标工作,总共有四个设计成功入围,其中有三个方案采用了三角翼设计,分别为国家建筑公司的Nord 1500“狮鹫”、东南方航空公司的SE-212“迪朗达尔”和达索公司的MD.550,最后一个方案则比较奇特,还是传统的平直翼设计,但采用了涡喷-火箭混合动力的配置,即西南航空公司的SO.9050“三叉戟”II。


Nord 1500“狮鹫”方案
SE-212“迪朗达尔”方案
SO.9050“三叉戟”II方案

其实除去SO.9050方案,不论Nord 1500、SE-212还是MD.550,都曾计划同时采用涡喷和火箭引擎的动力配置以便满足设计指标的相关需求,但“狮鹫”方案也比较特别,因为它是冲压喷气引擎搭配火箭引擎的配置。同时值得一提的是“狮鹫”和“三叉戟”II方案实际上是40年代末法国空军发起的新式截击机竞标工作当中的两个竞争对手,而“迪朗达尔”方案起源于1951年启动的双动力截击机竞标项目,因此实际上只有达索公司的MD.550方案才是真正为迎合法国空军于1953年发起的竞标而诞生的产物。


【Nord 1500“狮鹫”在1953年接到了建造两架原型机的订单,随后首架原型机在1953年9月20日完成了首飞工作,但实际上这架“狮鹫”I还仅仅装备了普通的涡喷引擎,因此实际装备双动力配置的“狮鹫”II直到1957年1月23日才正式首飞并在1958年的一次飞行测试中达到了2.19马赫的最大平飞速度,但是由于原型机存在机体过热和冲压引擎可靠性不足等多种问题导致“狮鹫”方案只能面临被取消的命运;SE-212“迪朗达尔”是著名设计师沙特尔于1951年推出的一个作品,它的特点便是采用了一台“阿塔”101F加力式涡喷引擎和一台SEPR 75火箭引擎的动力配置,其中第一架原型机在1957年3月30日完成首飞工作并达到了1.57马赫的最大平飞速度,但是由于这个速度指标并不能够满足法国空军提出的要求,因此它也难逃下马的命运;SO.9050“三叉戟”II方案脱胎于1948年法国空军参谋机构关于要点防空截击机的研究工作,它也是四个方案中唯一一项沿用传统平直翼的设计,其中两侧翼尖各有一台涡喷引擎,机身内部有一台巨大的SERP火箭引擎。1953年,法国空军订购了10架“三叉戟”II原型机,当时他们的翼尖配有两台推力为1200千克的“加比佐”引擎,而首架配有SERP 631火箭引擎的“三叉戟”II原型机于1955年12月21日完成了首飞工作,随后它在后续测试中达到了1.8马赫的最大平飞速度,同样也由于技术性能不达标而在1957年7月被取消】


具体而言,为了验证自己的无尾三角翼方案的可行性,达索公司决定先设计一个“三角翼神秘”并计划采用两台带有加力燃烧室的“加比佐”涡轮喷气引擎和一台可拆卸式液体燃料引擎的动力配置,这项方案获得了法国空军的认可,后者立刻下达了制造两架原型机的命令,而“三角翼神秘”也将在1954年3月22日正式更名为MD.550,其中首架原型机计划采用两台由阿姆斯通-西德利公司研发的MD.30R“毒液”加力式涡喷引擎,后者能输出980千克推力,同时还有一个位于后机身的吊舱内的SEPR 66型火箭引擎,可以在80秒内输出1497千克推力。在气动外形方面,达索公司计划让机体尽可能小并采用单座设计,同时还将配有一个巨大的垂尾以便提供足够的横向稳定性,飞机采用两侧进气道设计取代了原先的机头进气道设计以便为飞行员提供良好的向下视野,而细长的机鼻则被用于安装一台由达索公司自行研制的雷达系统。由于多种原因的影响,首架MD.550原型机实际上只采用了不带加力燃烧室的“毒液”涡喷引擎,因此它只能输出795千克推力,为此原型机的两侧进气道也得重新设计以便适应推力更低的引擎。


早期出产的MD.550原型机,注意它还是采用面积较大的两侧进气道设计

时间进入1955年中期,第一架MD.550原型机已经做好了试飞准备。6月25日早上8点50分,试飞员罗兰特·格拉瓦尼驾驶着这架MD.550原型机从梅伦-维拉罗什机场起飞并且在一次环绕机场的飞行过程中达到了9000米的飞行高度,在本次测试当中他发现这架气动布局十分奇特的原型机的操作性能非常令人满意,因此他决定在当天晚上6点25分继续起飞执行第二次试飞任务。虽然MD.550原型机直到7月24日以前都没有配备加力燃烧室和火箭引擎,但它还是在第四次试飞任务中于俯冲阶段达到了0.95马赫的速度。值得一提的是这架原型机此时还保留着“三角翼神秘”的名字,其中我们可以从机头侧面的希腊字母D将它分辨出来。


正在进行地面测试的MD.550原型机,注意它的机尾细节有所不同

在接下来的6个月时间内,工程师们都在忙着为MD.550原型机进行气动外形修整以便提升它的最大平飞速度,其中巨大的三角形腹鳍被证明会对气动特性造成很大的负面影响,因此它被被更换为一个面积更小的带有后掠角的腹鳍(即F腹鳍),除此以外MD.550原型机的翼展相比之前减少了0.27米,而双发配置的后机身带来的阻力问题也是需要通过重新设计的方式来解决的,同时达索公司还为MD.30R“毒液”引擎配备了自主研发的加力燃烧室,同时还配有原定的SEPR 66型火箭引擎(采用两种液体燃料混合的形式,但工作时间只能持续80秒),原型机的进气道做了进一步修改,主要包括减小进气道的横截面积以降低飞机在高速飞行时的阻力。虽然以上改进措施导致飞机的空重有所提升,但引擎推力的提升很显然也能抵消这个缺陷。


经过全面修改以后的MD.550原型机,注意机头侧面的01编号,此时它已经更名为“幻影”I

1956年5月5日,经过全面修改后的MD.550原型机再次完成了首飞任务,并且这次测试表明它的性能相比之前的原型机有极大进步,因此它也很快被赋予了“幻影”I的新称号,同时它的编号也改为了01。在后续飞行测试中,“幻影”I原型机在仅仅开启加力燃烧室的情况下达到了1.3马赫的平飞速度,接着它又在开启火箭引擎的情况下达到了1.6马赫的最大平飞速度。虽然这些成绩看似十分优秀,但并不能满足法国空军提出的各项要求,尤其是缺乏可调节式进气道和推力过低的引擎依然阻碍着原型机达到2马赫的最大飞行速度指标,同时原型机较小的体积也决定了它只能和“迪朗达尔”原型机一样仅以一枚空对空导弹作为自己的主要武器配置。


从正下方拍摄的MD.550原型机,注意它的腹鳍外形已经发生了很大改变

在达索公司忙着进行“三角翼神秘”和“幻影”I原型机的研发和测试工作的同时,法国空军也在多年后重新审视当初在招标书内提出的各项需求。众所周知,随着各类超音速轰炸机的出现,每个国家的防空压力都骤然提升,要想成功拦截这些新的敌人,法国空军不光需要强力的新式截击机,还需要在全国范围内部署一个庞大的防空预警体系以便快速、精准得引导己方截击机执行拦截任务,然而由于经费限制等原因,法国空军并没有足够的能力去建设这样一个体系来保卫自己的祖国,因此他们只能从截击机方面下手,即新式截击机必须拥有强大的机载火力和先进的雷达系统以及更加强劲的动力装置才能满足未来的需求。


在此情况下,MD.550一号原型机很快被宣判了死刑,而原计划配备一台最大推力提升至1500千克的全新“加比佐”加力式涡喷引擎和两台SEPR火箭引擎的MD.550二号原型机(也被称为“幻影”II)也因此胎死腹中。虽然两个计划都被泼了冷水,但达索公司直到1957年5月前都在用那架幸存的“幻影”I原型机进行一系列气动测试,而这也为下一款幻影战斗机的诞生奠定了坚实的基础。从另一个角度来看,“幻影”I和“幻影”II原型机计划的下马也意味着达索公司有了更多时间去吸纳国外超音速战斗机的设计经验,其中一个典型例子就是“面积律”的应用,顾名思义,面积律主要指在飞机在跨音速或者超音速飞行时零升波阻力与飞机的横截面积沿飞机的纵轴分布之间的关系,通俗来讲最为普遍的应用莫过于“两边宽中间窄”的蜂窝状气动外形,它有助于降低飞机在跨音速和超音速阶段的激波阻力以便提升跨音速或超音速飞行性能,早在20世纪50年代初期,美国康威尔公司设计的F-102A“三角剑”截击机就成为了世界上第一个运用“面积律”原理的超音速截击机;除此以外,英国工程师也在同一时期测出了由费利公司研发的“德尔塔”2原型机的相关气动数据,这些数据也可以成为达索公司设计两马赫三角翼战斗机的重要参考来源之一。最后达索公司还计划在“毒液”引擎的基础上研发一个更加强力的R70引擎(即法国特许生产的“毒液”引擎的编号),这样他们也能够在此基础之上设计一款体积更大的“幻影”战斗机。


未采用“面积律”原理设计的YF-102原型机
经过修改的YF-102原型机,注意它的机身中部相比两端明显细长了不少
更加直观的对比,右边为未运用“面积律”原理的原型机,左边为运用“面积律”原理的原型机

在苦苦等待多年以后,法国空军总算等到了达索公司的新产品的诞生,后者拥有一个举世闻名的编号——“幻影”III。具体而言,达索公司虽然最初仍然计划继续为“幻影”III配备全新的R70引擎,但是法国国家航空发动机设计和制造公司也推出了自己的新产品,即通过仿制二战时期德国宝马公司研制的BMW-003喷气式引擎而诞生的“阿塔”系列引擎,其中BMW-003引擎在二战期间主要用于纳粹德国空军装备的He-162“火蜥蜴”喷气式战斗机上面,最大推力为798千克,而“阿塔”的名称则来源于一座创立于里肯巴赫境内的前德国道尼尔公司的旧厂址的航空技术讲习班(其实更加接近于一间工作室和技术中心,由国家航空发动机设计和制造公司提供资金支持),甚至里肯巴赫此时也正位于西德的法国占领区内,另外值得一提的是BMW-003引擎的血缘一直延续至“幻影”2000战斗机的M53引擎,直到“阵风”战斗机的M88系列引擎才算正式终结法国战后喷气式引擎的“德国血统”。“阿塔”系列引擎的研发工作由著名德国设计师赫尔曼·奥斯特里奇负责完成,而他也是BMW-003引擎的设计师,同时前来支援的还包括200名在二战期间曾帮助容克斯和宝马公司研发喷气式引擎的德国科学家和技术人员。


亨克尔He-162A-1“火蜥蜴”喷气式战斗机
BMW-003引擎的内部细节

1948年3月26日,“阿塔”家族的第一个成员——“阿塔”101完成了第一次试车工作,结果表明它能够输出两倍于早期宝马引擎的最大推力。在此之后,法国国家航空发动机设计和制造公司在1951年至1953年相继推出了“阿塔”101B、C、D和E引擎并被运用于多款试验和量产飞机上面,其中“阿塔”101D和101E引擎都运用了当时新出现的加力燃烧室设计,而“阿塔”101F和“阿塔”101G引擎则先后于1954年期间在达索公司的“神秘”II战斗机上进行了相关测试。以“阿塔”101G引擎为例,它可以产生4700千克推力,因此被选为于1956年5月15日首飞的达索“超神秘”战斗机的动力装置,后者于1957年开始量产并获得了370架订单,但是由于“幻影”III原型机的飞行表现过于出色等原因,“超神秘”战斗机的总产量最后只能定格在180架。


“超神秘”战斗机使用的“阿塔”101G-3引擎

在此情况下,达索公司自然也出于“阿塔”101G引擎的最大推力比授权生产的“毒液”引擎大了三分之一的理由选择让前者成为“幻影”III原型机的指定动力系统。同时鉴于一台引擎已经可以满足原型机的性能提升需求,因此“幻影”III原型机也从此变更为单发配置,由此能够大幅减轻原型机的重量和减少制造飞机的所需工时。值得一提的是整个“幻影”III原型机的研发团队只有62人,他们自1955年末期便开始在达索公司自己的资金的支持下开展相关的试验工作。


虽然“幻影”III原型机依然计划对应法国空军提出的“轻型截击机”项目里列举的各项招标需求,但达索也意识到当时的航空技术正在日新月异地蓬勃发展,今天还算先进的技术可能等1-2年就会过时,因此“轻型截击机”项目的各类技术指标显然并不应该成为新式“幻影”战斗机的上限所在。除了“阿塔”101G引擎和“面积律”设计原理外,法国政府还特地邀请英国费利公司负责有关“德尔塔”2试验飞机的相关测试工作的成员前往位于卡佐地区的机场进行低空超音速飞行试验,由此以来达索和其他法国设计师们能和英国同行一道共享各种细节数据。经过多次测试后,达索决定将“幻影”III原型机的三角翼的前缘后掠角从“幻影”I的55度增至60度,为此新的“幻影”III原型机的重量相比之前的“幻影”I原型机提升了三分之一,翼展则增加了1.7米,并且这架原型机的名称也改为“幻影”III 001。


“幻影”I原型机的测试照片,虽然是个失败的作品,但却为“幻影”III的诞生奠定了基础
“幻影”III 001号原型机的试飞照片

1956年11月17日,试飞员罗兰特·格拉瓦尼驾驶着“幻影”III 001号原型机完成了首飞工作,而这距离“幻影”I原型机的首飞时间才刚过去一年零五个月的时间,要知道“幻影”III原型机的设计团队仅仅有62人,这在当时可以算作一个十分惊人的成就。和之前的“幻影”I原型机一样,“幻影”III原型机也计划在机身后方配备一台可抛弃式的SEPR 66火箭引擎,这样不仅能提升飞机的最大平飞速度,还能有效提升飞机的最高升限,由此能对前来空袭的苏联超音速轰炸机构成非常有效的威胁。1957年1月30日,在“幻影”III 001原型机的第十次试飞任务中,试飞员罗兰特·格拉瓦尼在11600米高度打开了火箭引擎并达到了1.52马赫的飞行速度,随后他又在急速俯冲过程中达到了1.6马赫的飞行速度。


为什么原型机迟迟不肯冲上2马赫?这成了所有设计团队成员所面临的共同难题,但他们很快发现问题出在进气道设计上面,即飞机的引擎不能强行吸入超音速气流来保持正常运转,而是需要通过进气道将空气流动速度降低至亚音速才行,不然引擎就有可能熄火甚至发生结构损伤等难以挽回的恶果,解决这个问题的根源在于尽可能控制激波的产生和强度,同时还必须最大程度地让即将进入引擎的空气恢复压力,并且这样也能够防止不稳定的气流进入引擎从而损坏引擎管道。在洛克希德的F-104“星战士”战斗机上,美国人为它加装了可调式激波锥以满足不同速度条件之下引擎的进气需求,而苏联人则为米格-21“鱼窝”战斗机配备了三级可调节式激波锥以满足自身在1.5马赫以下、1.5马赫以上和1.9马赫以上的飞行速度时的进气需求(中国的歼-7早期也是三级可调节式激波锥,从歼-7I开始变为无级调节,而从歼-7E开始则可以通过大气数据计算机提供调节激波锥所需的相关信息)


F-104“星战士”战斗机采用的可调式激波锥设计
米格-21F-13战斗机依然采用体积较小的可调式激波锥
这架东德米格-21MF战斗机采用了体积较大的后期型可调激波锥设计

在“幻影”III原型机上面,设计师们为两侧进气道口配备了一个半圆形激波锥以此来搭配呈半圆状的进气道,在原型机上面飞行员需要手动调节激波锥的伸缩状态,随后一个系统将自动根据气压和温度传感器提供的数据来操控飞行计算机调节激波锥的位置从而让进气道在不同速度段都能满足相应的进气需求,从这一刻起它们获得了“老鼠”的绰号,以形容激波锥的进出就如同老鼠出入洞穴一样。在采用新式可调节激波锥设计以后,“阿塔”101引擎的推力相比之前至少提升了20%以上,随后它又被升级至“阿塔”101G-2引擎的技术标准,并且重新改造后的“幻影”III原型机在1958年4月17日的飞行测试当中达到了1.65马赫的速度,比之前启动火箭引擎测试时的速度还要高出不少,接着它又在9月19日的第78次试飞任务当中依靠火箭引擎达到了1.8马赫的飞行速度,最后在10月2日的第84次试飞任务当中达到了1.89马赫的飞行速度。


幻影III 001原型机的彩色照片,注意它的可调式激波锥的构造和其他设计有很大不同

值得一提的是,当时这架幻影III原型机也被称为“巴尔扎克”,当然这并不是为了纪念那位法国作家,而是因为001正好对应了当时巴黎一家著名电影广告公司的电话号码的最后三个数字。实际上早在经过重新设计的幻影III原型机的试飞报告出来以前,法国空军便已经决定于1957年5月9日开始采购10架预生产机以便用于后续的测试工作,同时他们还提出原型机需要再进行一系列修改才能满足招标需求,比如由于原型机体积过小以至于难以容纳执行任务所需的航电设备和天线,因此机体长度必须增加1.4米(即新的机身长度为14.2米)以便容纳雷达系统和其他电子设备,机翼的翼展提升至8.22米,由此让机翼面积从29平方米提升至34.85平方米。为了克服以上修改带来的阻力增加问题,机翼的厚弦比减少了0.5%,同时设计师们还增加了机翼前缘的弧度从而让机翼前缘看起来有一点向下弯曲的趋势,为此机翼外侧的控制面板也朝翼尖进行了一定程度地弯曲从而保证气流通过机翼时的流畅度,同时还在机翼的翼展一半左右的位置切了一个小口以便降低展向气流的流失速度从而改善原型机的失速特性。


苏联人主要采用翼刀设计(机翼上面突起的两块东西)来解决翼尖失速问题

除此以外,法国设计师还得面对三角翼或后掠翼飞机需要解决的翼尖失稳失速问题,即当飞机出现抬头力矩时,气流首先会从翼尖开始失速,接着很快让整架飞机陷入完全失速乃至失控的状态,而这种现象通常在飞机处于低速飞行状态时出现,尤其是在起降或者低空飞行过程当中飞行员将没有任何机会逃生。除了传统的翼刀(苏联人主要采用这种措施来避免翼尖过早失速的问题)能够减缓展向气流的速度外,达索公司的缺口设计可以消除或减少引发翼尖失速问题的展向气流,这样即便出现翼尖失速问题也不会迅速蔓延至机身从而产生更致命的失控问题。


修改前的“三角翼神秘”,注意机翼的外形
经过修改以后的“幻影”III原型机示意图,注意机翼的外形

除此以外,达索公司还进一步增加了起落架和其他结构部件的强度以便保证“幻影”战斗机能够在跑道长度不足的半永备机场上起降。因此可以说当第一架预生产型飞机——幻影III A于1958年5月12日完成试飞准备的时候,它是当时全世界气动设计最优秀的战斗机之一,并且它杰出的飞行性能也决定了它不仅仅能作为轻型截击机满足国土防空的需要,还具有执行多用途任务的潜力,甚至此时已经有部分国外客户向达索公司伸出了橄榄枝——“幻影”III 001原型机曾经参与过西德空军的新一代战斗机的竞标工作,但是由于配套设备的研发进度严重落后于机体的缘故,因此当时它并没有配备达索公司的雷达和火控系统。虽然达索公司强调“幻影”III战斗机非常适合执行国土防空任务,但是西德空军一方面不希望购买一个尚未完工的产品,另一方面他们希望获得的是一款能兼顾空优、侦察和对地打击任务的战斗机,因此西德空军在1960年公布的竞争结果表明洛克希德公司的F-104G“星战士”战斗机成功获胜,不过这对于达索来说也是幸运的,因为至少“寡妇制造者”的头衔轮不到他们的“幻影”战斗机了。


“幻影”IIIA 01号原型机,注意它的机腹已经携带了一枚Nord AS.30导弹
西德空军最后选择了F-104G战斗机,对于达索而言既是不幸也是万幸

【一方面西德空军当时强调在低空进行相关训练,同时对地攻击任务同样意味着战斗机的时速不会太高,不论是“幻影”III还是F-104G,或者哪怕米格-21的低速机动性都非常差劲,这是三角翼布局的固有缺陷,另一方面刚刚成立的西德空军极度缺乏相关经验,比如JaboG34联队的沃夫冈就曾在1964年声称西德飞行员的学习时间普遍太短,而美国飞行员一方面很多时候能够在天气优良的条件下展开训练,这是西欧地区的气候和地形所无法提供的,另一方面美国飞行员的训练时间也比西德飞行员高得多,即便西德飞行员们紧急接受了一项40小时的课程,他们的飞行经验也远远不能和来自加拿大、意大利、比利时和荷兰的飞行员相比,因为后者在驾驶F-104战斗机之前就至少已经拥有了1000小时以上的喷气式飞机的驾驶时间,所以即使当初没有购买F-104G,“幻影”III一样能被西德飞行员玩成“寡妇制造者”】


贴主:炫笔伏逼于2021_07_30 22:30:38编辑
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