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奇葩的“飞行薄饼”(下)

文/钟立 总点击:544 总字数:6900

 

 

坎坷的试飞过程

 

19421123日,美国海军前战斗机飞行员和沃特公司的首席试飞员布恩·T·盖顿(Boone T. Guyton)驾驶这架V-173飞机在康涅狄格州的斯特拉特福(Stratford)进行了第一次试飞。在整个试飞期间,这架V-173飞机共飞行了131个小时。盖顿、理查德·巴勒斯(Richard Burroughs)、查尔斯·A·林德伯格(Charles A. Lindbergh)和一些海军飞行员都曾驾机试飞。

 

V-173飞机经历了数周时间的发动机试车和地面滑行试验。在一次滑行中,盖顿驾驶飞机离地5英尺,此后,他就不断地与齐默尔曼交换意见。他告诉齐默尔曼说,“查理,我想我们已经做好了飞行的准备”。

 

“这架飞机的首飞是我作为一名专业飞行员的职业生涯中最有意思事情之一。”盖顿后来说。“我戴上一顶橄榄球头盔作为防撞头盔,检查了发动机和控制开关。我滑出起飞线时,齐默尔曼挥动双手,然后走向他将待在上面观看试飞的飞机失事救援车。当我迎风滑行时,我注意到警察在搜查停在沿跑道的路上的车里的照相机。待在围栏边的孩子们也被领回去了。起飞滑跑到一半时,与我以前遇到过的数百次跑道颠簸一样,使我心烦。飞机失事救援车,从两边探出头来的急切的观察者,在测量我的滑行时间和距离。”

 

盖顿说:“这种飞机的地面效应是很大的。控制杆非常沉重,而且反应非常迟缓,我很快就感到很紧张。很明显,我是否能做到对飞机有足够的控制,使飞机充分倾斜,以便转弯并飞回跑道还是一个问题。我已经在考虑在正前方的长岛海湾(Long Island Sound)实施水上降落可能产生的影响。”

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19421123日,V-173号机进行了首次飞行。)

 

虽然盖顿的脑海中浮现出飞机失事的场景,但他也想到了齐默尔曼10年来费尽周折,才使美国国家航空咨询委员会、钱斯·沃特飞机公司和美国海军接受了他的高速、短距起降飞机的概念。他说:“飞回跑道时,我潜意识里想到的是查理,他此刻的焦虑是因为多年来在这个单独项目上殚精竭虑达到了顶点。”

 

盖顿的双手紧紧地握住这架3050磅重的飞机的操纵杆。他费了很大的劲来推动操纵杆,但确实有反应。他驾机飞到了300英尺高度。长岛海湾就在下方,机头仍然向上。略微带了一点坡度,他开始缓慢地大弧度转弯,同时注意到方向舵是管用的,发动机几乎满功率工作。

 

“飞机慢慢飞向机场。我感到很兴奋,有一种愚蠢的冲动,想大喊一声,‘查理,她飞起来了!’”他把飞机飞到了跑道尽头。这次着陆被证明“不是完全正常”。盖顿调整发动机功率,使飞机拉平并降低垂直下降速度,就像直升机飞行员那样操作。他仍然用全部力量握住操纵杆,用3/4的功率使机头缓缓向上。

 

“我尽力把操纵杆拉到最后面,飞机从下降过程的最后几英尺很快就停在地面上,既令人吃惊,又令人高兴。这架V-173飞机似乎向前移动了大约50英尺。着陆速度约为50英里/小时。我立刻对自己说,这架设计为垂直起降的飞机,完全有希望达到设计概念的要求。”

 

盖顿从这架圆盘状飞机底部的登机舱口爬出来,齐默尔曼和地勤人员祝贺他成功地完成了历时13分钟的首飞。

 

需要盖顿用双手紧握操纵杆这么大的控制力,很快就减少了。通过改变螺旋桨叶的角度并稍稍改进发动机的功率特性,飞机的性能得到了改善。全动平尾上加装了配平调整片,并被证明是有帮助的。

 

试飞了大约4050次之后,机翼后缘又加装了稳定襟板——这是沃特公司的叫法。盖顿回忆说,“在降落过程中,动力很小或没有动力时,要有效地放下尾翼就很困难。我把它称为地面效应。当飞机离地约10英尺时,在地面效应的载荷下,后缘襟板将通过向上偏转,自动减小地面效应。这证明是有效的,但正如我回忆的那样,效果并不令人惊讶。在降落过程中拉平飞机时,飞机总是有一种机头朝下的倾向,动力减少时,更是如此。”

 

盖顿报告说,座舱的舒适程度还有很多有待改进之处。控制机构缺乏助力系统使推拉操纵杆很困难,能见度差的时候,他不得不身体前倾,以看清飞行方向,结果引起了背部疼痛。座舱几乎与机翼的前沿平齐。飞机底部的有机玻璃罩,本来是让他在起降时看到地面的,其实没有什么用处——盖顿报告说,他太忙了,来不及从这里观察地面。

 

在第一次和随后的试飞中,盖顿共试飞了54次,驾驶舱内的振动是始终存在的问题。这是由于螺旋桨和发动机短舱结构之间的共振频率,齐默尔曼通过在螺旋桨上安装振动阻尼器,极大地减轻了共振。重量更大的XF5U-1飞机没有遇到共振的问题,但共振导致了战斗机铰接式螺旋桨叶的研究,以避免大攻角时出现的非对称气流。V-173飞机的刹车刚好满足滑行和刹车的目的,虽然还算安全,但地面机动时很笨重。

 

盖顿在前几次试飞后,总结了他对这架飞机的感受:“对飞行员来说,能够使用全功率,把机头抬高到能够保持的程度,能够在所有轴向上控制飞机而不失速,是一件非常吸引人的事情。”凭借全面可控的操纵杆,升降舵,达到全功率的两台发动机,飞机达到45度的仰角,他能够在任何时候都保持横向和纵向的控制。”

 

“在整个试飞项目期间,我们从来没有使飞机完全失速或接近进入螺旋。一个引人注目的飞行性能是,这架飞机在急转弯时,飞行速度快速降低。我认为,这种快速减速是一种非常吸引人的能力,将使这种飞机在空中格斗中成为非常可怕的对手。”

 

“在首飞中,由于发动机的功率低,这架飞机无法达到足够的速度以实现水平飞行。这一点,再加上很大的杆力,让我担心是否能转弯并降落在机场。人们亲切地把这架飞机称为‘齐默尔网勺’,飞起来既有趣又好玩的,但不舒服。”

 

“机头朝上时,除了机动和俯冲,低速飞行时的杆力都很大,控制机构的反应也很慢。由于驾驶舱两侧和向下或向后和向下的视野受限制,在飞行之后,我总觉得自己经历了一次很大的考验。这架飞机在着陆时,始终有机头向下的倾向。”

 

“这确实是一架真正不同的飞机。甚至在险象环生,漫长又缓慢的转弯之后进行第一次着陆时,感觉也很正常。你实际上是调整功率,拉平飞机,以便着陆。作为一名航母上的前飞行员,我非常渴望把一架时速500英里的战斗机垂直降落在一艘有拦阻装置的巡洋舰或战列舰上。

 

盖顿驾机进行了前13次试飞。后来,他在F4U“海盗”战斗机失事时受了重伤的,理查德·巴勒斯(RichardBurroughs)接手试飞了V-173飞机一段时间。查尔斯·A·林德伯格(Charles A.Lindbergh)进行了第34次试飞,几位海军飞行员也参加了试飞,包括拉姆齐(Ramsey)中校、布思(Booth)中校和后来担任美国联邦航空局局长的纳吉布·E·哈拉比(Najeeb E. Halaby)上尉。沃特公司参加过试飞的飞行员还有威廉·B·布斯比(William B. Boothby)、C·L·夏普(C. L. Sharp)和W·H·B·米勒(W. H.B. Millar)。

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(试飞中的一次非正常着陆,略带喜感。)

 

在其飞行过程中,“飞行薄饼”遭遇了几起事故,都不算太严重,因为它重量轻、速度慢。有一次,它降落在斯特拉特福米尔河(Mill River)畔的高尔夫球场上。作为一个秘密项目,这架飞机受到了严密的保护并在夜间被拖回工厂。

 

1943 6 3 日,由于发动机问题,它不得不在长岛海湾(LongIsland Sound)的领地海滩(LordshipBeach)上迫降。飞行员巴勒斯在迫降时使飞机翻转,顶部接触软和的沙滩,试图避免撞上一个在做日光浴的人,把飞机翻过来时,才发现这个人的毛巾就在飞机下面。

 

事故中,这架飞机的两片螺旋桨叶断了。当飞机从视线中消失并扎向海滩时,林德伯格和齐默尔曼都在看着。在此之前,林德伯格一直婉拒驾驶这架飞机。“他担心,如果飞机肚皮朝天,座舱就会被压碎,他也会被困住。”齐默尔曼回忆说:“这架飞机确实翻转过来了,但座舱盖没有被压碎。巴勒斯刨开一些沙子后,就从飞机中钻了出来。”当时,林德伯格对齐默尔曼说,“我现在愿意飞这架飞机了。”这架飞机被拖回到附近的工厂维修。

 

第三起相当严重的事故发生在沃特飞机公司于1947年进行30周年飞行表演期间。这次是盖顿驾驶飞机,飞机在炽热的空气中很难加速和上升。它几乎撞到了高压电线和跑道尽头附近的一块岩石。

 

这次飞行表演之后,V-173飞机飞回了沃特公司在康涅狄格州斯特拉特福德的工厂,它为XF5U-1海军战斗机铺平了道路。19419月,美国海军要求沃特公司生产两架军用型的V-173飞机,型号为VS-315,后来变成了XF5U-1。一架用于试飞,另一架用于在实验室进行静力测试。

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XF5U-1飞机在1948年时的状态,该飞机从未飞向天空。)

 

XF5U-1战斗机的木制模型于194367日完工。到11月才决定XF5U-1飞机的临时螺旋桨不合适,应该采用铰接式或“挥舞桨叶”。

 

V-173飞机的飞行试验进展顺利,该项目的合同也与XF5U-1飞机的合同合并成了一份合同。1944715日授予了合并后的合同。鉴于“飞行薄饼”研制项目的性质,沃特公司请求美国海军允许将XF5U-1飞机的试飞样机运到加利福尼亚州的莫洛克干湖(Muroc DryLake),那里无限制的迫降场和很少的旁观者将有利于试验,但最终从来没有将样机运过去。计划要求在当年12月将飞机通过巴拿马运河运到莫洛克干湖进行首飞。

 

每个螺旋桨的垂直传动轴的变速箱问题排除了XF5U-1飞机在除莫洛克干湖之外的任何机场安全试飞的机会。试验项目25万美元的费用也是一个因素,美国海军宁愿把这笔前用在喷气式飞机上面。复杂的轴系和变速箱暴露的问题可能也阻碍了项目的发展,总之,那个时代的其他涡轮螺旋桨飞机项目也有变速箱故障。

 

原来安装在XF5U-1战斗机上的螺旋桨是常规的汉密尔顿标准公司的液压自动传动螺旋桨,与F4U-4“海盗”飞机的螺旋桨类似。除了公开展出或发动机和传动轴试验,这些螺旋桨不太可能用于任何其他目的。据推测,F4U-4飞机的螺旋桨曾被用于滑行试验,但这是令人怀疑的,因为XF5U-1飞机的传动系统是用于驱动反向旋转的螺旋桨,而F4U-4飞机的螺旋桨是相同方向旋转的,虽然这种左旋桨叶似乎与背面的汉密尔顿标准公司的标志都被取消了。这将允许对飞机的各系统进行一些发动机在低功率工作状态的试验。

 

当发现挥舞桨叶必须避免不对称气流引起的振动并承受大攻角飞行时的大载荷时,齐默尔曼遇到了一个问题。“这个项目一度不得不放弃,”齐默尔曼说,“但经过一个周末孤注一掷的工作,我想出了一个设计方案,使用两对摇摆的桨叶,类似贝尔直升机的旋翼,一对安装另一对的前面,以形成一个四叶螺旋桨。”

 

XF5U-1飞机的动力装置是两台普拉特-惠特尼公司的R-2000-7发动机,每台发动机的动力已增加到1350马力。预计的这种战斗机的速度范围是惊人的。鉴于其他设计师都不能设计出着陆速度与最大速度之比超过一比四的飞机,预计沃特公司的这种飞机,采用原来的发动机,可以达到的速度范围为40-425英里/小时,采用喷水冷却发动机,可以达到20-460英里/小时,采用燃气涡轮机发动机可以达到0-550英里/小时。机内油箱携带261加仑的燃油,相比之下,V-173飞机的原型机只有20加仑的燃油,预计XF5U-1飞机的航程将达到1000英里。与V-173飞机在无风条件下200英尺的起飞距离相比,重14550磅(空重)的XF5U-1飞机使用原来的发动机,起飞距离将达到721英尺。XF5U-1飞机的停机角也稍低,为18度,比V-173飞机小了将近5度。

 

XF5U-1飞机计划配备的武器装备是612.7毫米机枪或420毫米机炮和两枚1000磅炸弹或两个副油箱。机枪或机炮垂直布置在发动机和座舱之间。机枪或机炮从来没有安装在XF5U-1飞机上。

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(钱斯·沃特飞机公司XF5U-1飞机剖视图)

 

项目终止

 

项目终止时,美国海军命令销毁试飞用的战斗机。静力试验样机在实验室强度试验时已经破碎,正如预计的一样。销毁飞机这个令人伤心的任务落到了实验部代理主任李·C·斯泰森(Lee C.Stetson)的肩上。实验部已经生产了两架飞机。

 

两台R-2000发动机被拆除,同时拆除的还有仪表和其他可以利用的物品,然后,这架飞机被置于一台挂着一个巨大钢球的起重机之下。钢球前几次落下没有砸坏结实的框架,因此进行了测量,钢球又砸在主梁和加强框之间。钢球洞穿了金属和轻木组成的夹层结构蒙皮,称为“Metalite”,并砸到了下面的地面上。钢球又下落几次后,刚才还闪闪发光的飞机,现在变成了一堆扭曲的铝片。使用喷灯的员工把框架分割成小块,完成了销毁。这些废料,连同其他项目的夹具和材料堆积在一起,由当地的废品收购商投标收购。

 

在此过程中,美国海军要求沃特公司返还用于制造螺旋桨变速箱中的支承板的纯银,价值约6000美元。警卫和工程师都试图在冰雪覆盖的一堆金属中找到这些银制零件,但沃特公司最终向美国海军支付了这些银子的价款并把这堆废料买给了一个废品收购商。当废品收购商发现了这些银子后,他试图把它卖给一个市中心的一位珠宝商,这位珠宝商打电话报告了警察和联邦调查局。这时,沃特公司的官员不得不出面证明这位废品收购商有权拥有这些银子。

 

XF5U-1飞机完成了许多次成功的滑行试验,但还没有机会试飞之前,XF5U-1项目的合同于1947317日被突然取消了。这一天,喷气发动机已经运到,而XF5U-1飞机却再也没有机会证明自己了,XF5U-1飞机被勒令拆除。

 

全尺寸但重量更轻的V-173飞机收藏在弗吉尼亚州诺福克海军航空站。今天,它的垂直尾翼和全动平尾已经被拆除,并被收藏在马里兰州白银山(Silver Hill)史密森学会的航空博物馆仓库中。

 

“飞行薄饼”项目终止后,美国海军批准将V-173飞机转让给史密森学会。虽然只是一架轻型飞机,V-173的宽度超过了30英尺,几乎堵住了城市的街道。一台拖拉机拖着它在大白天穿过斯特拉特福德和布里奇波特,然后把它装上一艘拖船,再运到诺福克。拖船在暴风雪中航行了两天两夜,才完成了这段短短的航程。又过了一些日子,才转移到史密森学会的堆场。

 

就这样,尽管有沃特飞机公司在资金和工程上的支持,发明家查尔斯·H·齐默尔曼15年的梦想还是在已经看得见成功的前夕破灭了。后来的项目,如XC-142A飞机和XV-15飞机,将注定要利用“飞行薄饼”遗留下来的试验成果。

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V-173飞机,现藏于史密森学会的飞行先驱博物馆内。)

 

F5U战斗机注定昙花一现

 

贝尔直升机-德事隆公司(BellHelicopter Textron)的高级管理人员汤米·托马森(Tommy Thomason)是这样评价这个项目的:“F5U项目的终止可能恰逢其时。这个概念将作为一个未完成的梦想,而不是作为它可能已经成为的令人失望的事情而继续存在。有关性能的预测无疑是乐观的,但这个概念和设计实际的和潜在的缺点被忽视或轻视了。”

 

这个设计必然包括传动装置、变速箱和轴系。这些机构通常都是研制中的麻烦,也是操作中的负担。这种布局要求动力传动系在发动机和螺旋桨之间两次转过90度,每次转过90度都会降低效率和可靠性,并增加重量和维护要求。这些缺点对直升机来说是可以接受的,因为直升机可以实现真正的悬停,但F5U飞机没有悬停的能力,因此就不那么容易被接受。

 

应该指出,只有一架原型机,如果没有在飞行载荷下完成大量的台架试验,很有可能发生变速箱故障。由于这是一个难以复制的环境,即使已经准确地预测了飞行载荷,这是值得怀疑的,很可能变速箱还不成熟,因此,在飞行中出现故障不是不可能的。大多数故障导致唯一的一架原型机的损失和试验项目可能的悲惨结局。

 

为了在低速和高速飞行时都获得最大的推进效率,并达到可用的全部功率,传动系统就必须有双速传动装置。这是因为以非常低的速度飞行时,螺旋桨的转速应该比高速飞行时的转速更快,而活塞式发动机只有在一个相对较小的转速范围内才能达到最大扭矩。双速传动装置将进一步增加传动系统的复杂性和飞行员的工作量。

 

F5U飞机的低展弦比不利于远距离巡航性能。沃特公司称,螺旋桨滑流将这种影响降低到了最小程度,但是,这不是制造商第一次对一种基于小尺寸甚至是全尺寸风洞试验的气动外形表现得过于乐观的事例。V-173飞机的动力太小,不能验证预计的巡航性能,即使采用了可伸缩的起落架。

 

低展弦比还产生了另一个不能视为完全有利的特性,即在拉升或平飞转弯时,阻力迅速增加。三角翼战斗机也有这种特性,它提供做一次,但只有一次真正的大动作的能力,作为一种防御战术有一定的价值,但在需要再加速时,限制了脱离后再次进入战斗的能力。螺旋桨的尺寸严重限制了这种飞机采用常规发射火箭或导弹的能力。

 

最后,具有非常大的摆动螺旋桨的飞机在高速飞行时的稳定性和控制在20世纪40年代后期还没有被人们充分理解,沃特公司能做到这一点是否纯属偶然是很值得怀疑的。(全文完)

(钟立  文)

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