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主题:【原创】旭日下的双发怪才——川崎Ki-64战斗机 -- 妖猫drake

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家园 【原创】旭日下的双发怪才——川崎Ki-64战斗机

P.S 《“大津波”来袭——2011年宫城大地震中日本自卫队的救灾能力和问题》一文已经由《兵器》五月号采用,过段时间小猫就将原稿发出来,请大家指点指点

1. 怪异的战斗机残骸

昭和20年(1945)年9月,一群白皮肤蓝眼睛的美国大兵冲进了岐阜县各务原的川崎航空.岐阜工厂,他们隶属于美国陆军第27步兵师。美国大兵在形同废墟的工中厂好奇的东张西望四处乱逛,其中几个人无意间走进了一座大型机库中,意外的发现了一架大型战斗机的残骸。此时,日本已经投降,美军高层命令驻日美军将所有日本的军用机都收集起来,即便无法飞行的残破军用机机体也要全部没收运回美国。

停放战斗机残骸的大型机库在之前美军对岐阜工厂的大规模战略轰炸中吃了几发炸弹,可能有近失弹命中了这架战斗机,加上被击伤后缺乏检修和维护,战斗机残骸的保存状况很差,其机首没有安装发动机,只剩了一个仿佛鳄鱼张嘴的大洞,机翼基本保持了完整,但是与机体连接的翼根部断裂开来,翼根部原来装备的特殊装置则被拆走。因此美军大兵对这架样子狰狞诡异的战斗机颇为好奇,也留下了几张照片。

虽然只剩下一堆残骸,美军还是对这款战斗机给予了足够的重视,还专门为其取了一个“Rob”的代号,并在对川崎航空.岐阜工厂工程师的审问中专门围绕这架战斗机做了盘问和调查。经过调查,美军逐渐将调查的重点放到了设计主任土井武夫和另一位北野纯技师身上。考虑到对这二人的盘问可能会取得重要的航空技术情报,美国陆军航空队专门从ATIG陆军航空技术情报部派出了一位上尉参与调查盘问。

说起来二战中日本大规模装备的液冷发动机战斗机只有Ki-61三式战飞燕一种,但是日本航空界在水冷/液冷发动机方面的起步却不算太晚。

早在20世纪20年代末,日本便从德国宝马公司引入了BMW VI式水冷发动机,BMW VI是一款12缸倒V型液冷航空发动机,1926年问世,初始型号功率450hp,改进型功率提升至630hp,川崎利用BMW VI研制了自己的KDA-5型试做战斗机,并最终演变为使用BMW VI改的九二式战斗机I型,后来川崎再为九二式换上性能更好,拥有750hp的BMW-7型,这便是九二式II型战斗机。在逐渐熟悉液冷发动机性能之后,日本以BMW IX型 12缸液冷发动机为蓝本仿制了Ha-9II式发动机,其初期性功率达到了720hp,装备Ki-28的Ha-9后期型号更达到了800hp功率。

顺便聊聊川崎生产BMW VI式发动机的一些情况。1926年当BMW VI问世的时候,可谓技惊四座,全球航空界的眼睛都被吸引了过来。但是从一战开始,英法航空界对液冷发动机就不太感冒,这也影响了美国航空界的看法。此时英国已经拥有了9缸的布里斯托尔-木星Bristol Jupiter V型星形气冷发动机,其功率达到了480hp,而美国的莱特-旋风Wright Whirlwind也在1928年推出了R-975 9缸星形气冷发动机,马力也达到450hp。此外,美国人在1917年便研制成功Liberty L-12自由式12缸液冷发动机,其功率也有450hp。因此对于德国人的成就,美英并没有表现出太多的热情。

但是另外的一些二流航空国家就没法保持淡定了,日本这边厢,川崎航空很快从BMW拿到了生产许可证,1927年便完成了国产化仿制,大喜过望的陆军航空部立刻为之命名为“ベ式四五〇馬力発動機”,“ベ”来自“ベーエムヴェー”的首字。“ベ式四五〇馬力発動機”在川崎内部代号为“BMW-6”型,以此为蓝本,据说是川崎独立改进除了BMW-6改,也就是“ベ式五〇〇馬力発動機一型”,九二式战斗机I型就使用了这款发动机。随后川崎再接再厉,研制了“ベ式五〇〇馬力発動機二型”,也就是BMW-7,用于九二式战斗机II型。注意,BMW VI的德国正统发展型,叫做BMW VII,按日本人的说法,BMW-7和BMW VII重名,却不是一回事。除了供给陆军使用,川崎航空还将BMW-7用在民用方面,这便是BMW-8型,更坑爹的是,宝马方面也有个BMW VIII,据说,还是同名不同物。

到了1930年,BMW研制出了机械式增压器,日文称为“過給器”,这就产生了BMW IX型,川崎方面反应很快,立刻同德国方面接洽技术引进的事宜,不过川崎这次不准备再老实给专利费买生产许可证了,到1933年,川崎“独自”完成了“ベ式七〇〇馬力発動機”(BMW-9),不过这次连日本人都只能承认BMW-9其实就是德制BMW IX的无许可证仿制版。

除了日本人之外,苏联人对BMW VI也很有兴趣,1926年BMW VI刚刚问世,苏联就弄到了两台进行实验,对实验数据十分满满意的苏联政府在1927年10月份同德国人谈妥了生产许可证问题,德国人对苏联人从来都是狮子大开口,一口价,50000美元,而且前50台发动机每台还要再付7.5%的专利费用,但是德国人也还算是一分钱一分货,他们答应在5年内同苏联人随时交还技术材料,还为苏联培训一批工程师,协助苏联在Rybinsk雷宾斯克市建造一座航空发动机生产厂,这座德国人援建的26号工厂层长期雇佣了一批德国技术人员。

苏联方面当然明白不能全部指望德国人的施舍,苏联政府派出了国内最好的发动机设计师Alexander Mikulin亚历山大,米库林带着他的OKB-24设计局全力投入对BMW VI的研究中,经过不懈努力,苏联版的BMW VI,米库林Mikulin M-17问世,同时也开创了米库林设计局延续几十年的发动机帝国。

由于工业水平差距较大,苏联版得M-17在性能和质量上比BMW VI和日制“ベ式発動機”相差不少,第一批M-17比德国原型要重31公斤,而且功率也差一些。后来当莫斯科的24号工厂加入生产之后,M-17的质量更是变得层次不齐,尤其是厂方擅自改动压缩比等重要数据,导致产品的功率千奇百怪,其中一些比较出色的型号,比如M-17-7.3 采用了7.3:1的压缩比,其功率达到了730hp。

另外,苏联人也引进了美制自由式液冷发动机,并广泛用于飞机和坦克,因此在对M-17的改进中将BMW VI 和自由式的特点予以融合,形成了M-17F等优秀的自主研发型号。最终M-17和其衍生性被TB-3轰炸机和BT-7 T-28 T-35等坦克作为发动机,一直到卫国战争时期都没有完全退役,也算是常青树型号了。

扯完闲话,我们还是说回日本。随着国产液冷发动机下线和欧洲新式液冷发动机战斗机情报陆续传回日本国内,日本陆军航空队跃跃欲试,希望能够装备一款高性能液冷发动机战斗机,昭和15年即1940年,Ki-60和Ki-61两款使用液冷发动机的600公里时速新战斗机计划敲定,作为日本航空界中在液冷发动机方面经验最为丰富的设计团队,川崎航空此时最头疼得问题还是发动机动力不足。由于技术储备不足,自主研发能力有限,当时日本最好的液冷发动机仍然是Ha-9-II型,其800hp的功率显然不可能推动时速600英里的制空战斗机。

好在此时德国人提供了新式的12缸倒V字液冷发动机DB601A,日本航空界如获至宝,陆航和海航一致决定尽快进行仿制,陆航方面权衡再三决定将这项光荣而艰巨的任务交给川崎航空,具体由川崎航空明石工厂负责仿制和量产。虽然过程磕磕碰碰曲曲折折,但最终DB601A的仿制工作勉强完成,国产的Ha-40式液冷发动机由此诞生,日本也拥有了功率1100hp级别的大功率液冷发动机。但根据Ki-60/Ki-61试做机安装DB601A进行实验取得的数据,即便装备Ha-40,这两款战斗机也难以达到600公里时速的设计要求,无奈的陆军航空本部只能另起炉灶,要求川崎利用更新型的2000hp功率级液冷发动机设计一款时速达到700公里的超级战斗机。

先上一张Ki-64比较少见的角度,注意其翼根的特殊设计

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岐阜工厂格纳库中的Ki-64残骸或者叫残体,保存状况极为糟糕

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BMW VI型12缸倒V型液冷发动机

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川崎的“ベ式七〇〇馬力発動機”,也就是仿制BMW IX的Ha-9后期型

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川崎航空的大牛,土井武夫

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亚历山大.米库林,他领导的OKB-24设计局后来演变为米库林设计局,包括MIG-15的发动机都是出自米库林设计局之手

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1932年围坐在M-17四周的OKB-24成员

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M-17除了称为TB-3等飞机的发动机,还成为了BT-7 T-28 T-35等坦克的奔腾之心,也算是空地两栖的全才了

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妖猫drake:【原创】旭日下的双发怪才——川崎Ki-64战斗机(二)

妖猫drake:【原创】旭日下的双发怪才——川崎Ki-64战斗机(三)

妖猫drake:【原创】旭日下的双发怪才——川崎Ki-64战斗机(四)

关键词(Tags): #川崎(大圆)#Ki-64(大圆)#战斗机(大圆)元宝推荐:MacArthur, 通宝推:daharry,
家园 呵呵,看第一张照片没反应过来

跟标题不符啊,后来上网一查,原来如此,期待下文,对了,相关的这些资料主要来自网络呢,还是手边的专业书,还望指点一二。

家园 来自日文的专业书籍

串列共轴反转是个比较诡异的布局,德国道尼尔博士也喜欢这个调调,代表作就是Do335

家园 猫TX的大作一定要顶的

和美英德几大巨头相比,文中二三十年代毛子的工业基础太柴了,即便是经历了所谓黄金十年的常凯申政府的基础更是孙山之后。

家园 继续、继续

没见过这个飞机,但是日本的末日机器基本上也没多少谱。

冒昧猜测一下采用共轴反转布局估计最后就是死在发动机上了,日本人涡轮增压根本就没谱,就是德国人也解决不好双发散热,而且性能估计和紫电之流没有大差距,成本高昂,最后无所事事了。

家园 【原创】旭日下的双发怪才——川崎Ki-64战斗机(二)

2. 并联?串联?诡异的双发机

昭和15年即1940年8月,陆军航空本部技术研究部向川崎航空正式发出了700公里时速液冷战斗机的开发指示,并赋予了Ki-64的标号,当时川崎航空设计组身上压着几付重担——Ki-60和Ki-61的设计任务尚未完成,但是土井武夫等人也只能硬着头皮一心多用了。

鉴于陆航对Ki-64抱有巨大希望,川崎航空不敢怠慢,土井武夫只得亲自担任主任设计师,此时,他同时身兼Ki-60/Ki-61/Ki-64三款液冷发动机战斗机的主任设计师,这使得三款战斗机在气动外形、机体结构等方面相似度颇高。不过土井也不能真的分身三用,三款战机的设计组都有一名经验丰富的设计师担任常务副组长,既“专任担当”,Ki-64设计组的常务副组长是北野纯技师,Ki-60设计组是清田坚吉技师,Ki-61设计组则由大和田信技师担任常务副组长一职。

班子拉起来之后,Ki-64设计组坐下来讨论如何实现陆航700公里时速的要求。要知道此时还是1940年,陆航提出的“2000hp功率级别的液冷发动机为核心设计时速700公里的战斗机”的前提条件也就是超大马力的液冷发动机还尚未问世。

设计DB601的德国,此时确实拥有能够短时间冲刺到2000hp的DB601A-RJ,其实就是采用增压和强氧化助燃剂的DB601A,但是其使用寿命极短。德国空军此时装备的最先进DB601改型是使用燃油喷射和增压器的DB601N,最大功率不过1200hp。

除戴姆勒-奔驰外,容克斯在也冷发动方面也颇有成就,著名的Jumo211性能较DB601稍差,但是1940年容克斯已经设计完成了强大的Jumo213A,虽然最初型号使用寿命较短,质量也差强人意,但是其最大功率达到了1750马力。从1940年开始,戴姆勒-奔驰在液冷发动机研发上就被容克斯追上,更准确的说是多段变速涡轮增压技术瓶颈拖了德国液冷发动机研发的后腿。

由于无法装备性能稳定的二段变速涡轮增压器,德国人只能依靠化学助燃剂来提高发动机功率,这种揠苗助长的手段极大的影响了德国发动机的质量,奔驰的1750马力级别DB603发动机一直到折腾到1942年才大规模投产,容克斯的Jumo213的量产也是磕磕碰碰,到43年才算拿得出比较靠谱的产品。到二战结束,戴姆勒-奔驰终极液冷发动机DB605D-CM也仍然只是可以短时间冲上2000hp,仍不能稳定输出2000马力级别的动力。

在美英方面,虽然英美航空界更喜欢使用风冷发动机,但是凭借雄厚的技术基础,拿得出手的好产品还是不少。比如美国P-38/P-40/P-51使用的埃利森V-1710Allison V-1710和英国罗-罗公司著名的狮鹫发动机Rolls-Royce Griffon,不过在1940年它们的功率也只能达到1500hp级别。但英国罗-罗公司却不断的改进着狮鹫发动机,到1942年以后喷火9型使用Griffon 72和喷火14型的Griffon 85总算能够稳定的输出2000hp级别的雄劲动力。

可惜川崎航空这时候却没有机会拿到2000hp级别的发动机,手里的DB601A也就是1100hp级别,如何实现2000hp的功率呢?大家首先想到了双发布局,但土井武夫却亲自否定了通常型的双发布局,显然Ki-45屠龙的失败给了土井武夫足够的教训,通常双发布局虽然能够使得总功率提升,可是机体重量和风阻也随之大幅度提升,优势劣势正好互相抵消了。(屠龙和日本普通双发高速战斗机的故事可以参考妖猫drake:【原创】小猫原创:日本最高速—Ki-83远战揭秘(一)

就在川崎Ki-64团队为发动机问题一愁莫展的时候,德国人又送来了解决方案。1936年夏天,德国空军向亨克尔Heinkel提出了一个近乎难以完成的任务——以DB601为发动机设计一款速度达到甚至超过当时战斗机的高速双发轰炸机。这个任务的难度有多大呢,我们可以对比一下使用DB601发动机的ME-110C,在不装载炸弹的情况下,ME-110C的航速不过560公里/小时,根本不可能同ME-109等轻型单发战斗机比拼速度。但是亨克尔Heinkel公司和戴姆勒-奔驰的设计师们绞尽脑汁真的想出了一个法子——利用液冷发动机的特点,采用并联方式,在一个单发机的机体内装上两台液冷发动机。于是,由两台DB601并联而来的戴姆勒-奔驰 DB606发动机问世,这两台发动机共用一套变速器,并且单台发动机与变速箱之间都有离合器,能够实现单台工作或两台发动机同时工作。

利用DB606发动机,亨克尔完成了自己的He-119高速轰炸机设计,其散热系统沿用了He-112的翼根散热器设计,发动机被安置在机体中部,通过长长的传动轴带动机头的四叶大直径螺旋桨。插一句,这套并联发动机带动大型四叶螺旋桨的设计,后来被用于亨克尔P.1041设计方案,最终演变为诡异的纳粹“狮鹫”——He-177轰炸机。1937年夏天,亨克尔He-119V1试飞,在试飞中,翼根散热器表现较差,尤其是在起飞和降落阶段,散热效果明显不足,因此自V2号之后的试验机在机头下后方专门增加了新的散热进气口。

He-119的飞行数据并没能达到德国空军的要求,在搭载1000公斤炸弹的情况下航程为1000公里,最高时速只有505公里。因此德国空军前后仅订购了8架试验机,其中V7和V8号试验机是完全按照轰炸机的要求设计制造的,又被称为He-119B型。据说V5和V6还先后担任了几款戴姆勒-奔驰并联发动机的实验工作,比如DB605并联版DB610和DB603并联而来的DB613。

此时,德日在航空合作方面算是异常的紧密,亨克尔此前为日本海军航空兵提供了多款优秀的飞机,日本驻德国海军武官对亨克尔的飞机研发情况盯得很紧,1938年底,海航已经得到了亨克尔研制特殊双发三座高速侦察/轰炸机的确切情报,截止1939年春天,时任驻德国海军武官,日后以联合舰队第9舰队司令身份战死并追晋海军大将的远藤喜一少将综合各方情报,向日本海军高层详细的报告了He-119的情况。

于是,日本海军正式向德国空军和亨克尔公司提出了引进两架He-119的要求,并向亨克尔公司派出了包括爱知、三菱、中岛飞机设计师在内的联合考察团。爱知公司派出了尾崎纪男技师、山本公次技师,中岛派出了山本良造技师,三菱则派出了高桥己治技师,爱知的两位技师日后主持了爱知Ha-70 01型液冷双发并联24气缸发动机的研制,并参与了海军空技厂的末代高速侦察机“景云”的设计工作,简而言之,“景云”就是利用45年技术的日本版He-119。

可以看出,日本海军并没有叫上诸如川崎等一般被认为是属于日本陆军阵营的飞机制造厂商人员。从日本海军的角度看,He-119V4在1937年12月曾在轻载条件下实现600公里/小时的高速度,是一款很有潜力的远程高速侦察机,三座布局也适合长期的巡逻侦察任务,同时He-119也有将其改为浮舟水上飞机的计划。

但战时日本航空界对外国先进航空情报和资料还是有一定的共享的,川崎方面也取得了He-119的气动外形等资料。因此土井武夫最初决定在Ki-64上采用单发机直径机体搭载并联双发液冷动机的特殊布局,但随着设计的深入,川崎设计组面对散热等问题,又将双发并联布局改变为双发液冷发动机前后串联带动共轴反转螺旋桨的奇特布局,并配合特殊的表面空气冷却器,产生了川崎乃至二战日本航空史中最特别的双发高速战斗机。

虽说美英航空界更偏爱风冷机,但是在液冷机研发上也并不含糊,1940年的DB601对上美国P-38/P-40/P-51使用的埃利森V-1710Allison V-1710和英国著名的罗-罗公司狮鹫Rolls-Royce Griffon发动机最多就是个难分伯仲,后劲就更比不上美英型号了

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但德国人在机械方面却有种邪恶的天才,单机性能上不去,咱就群殴,于是并联的DB606/DB610/DB613等怪异的型号便出现了

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除了戴姆勒-奔驰,容克斯在液冷机上面也水平不俗,Jumo211/Jumo213都是很优秀的液冷机型号

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亨克尔以并联DB606发动机为基础,研制了怪异的He-119式高速轰炸机,这款双发轰炸机在轻载条件下能够达到600公里时速,但是机体在散热等方面隐患颇多,虽然在机头下后方加上了冷却进气口,但在起飞和降落中液冷发动机过热的问题依然极其严重,日本引入的两架试验机最终都失事损毁了

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1939年冬天日本航空考察团和亨克尔人员的合影,除了爱知公司的尾崎纪男技师、山本公次技师,中岛的山本良造技师,三菱的高桥己治技师外,图正中穿飞行夹克的是亨克尔1937年进行He-119V1首次试飞的试飞员

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日本技师兴趣盎然的进入He-119的座舱,注意He-119采用了驾驶员和观察员并列前置,无线电操作手则在发动机舱之后后置的特殊布局

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引进的He-119最终衍生出了空技厂终极侦察机“景云”,后者完全继承了前者的并联发动机和大型螺旋桨

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妖猫drake:【原创】旭日下的双发怪才——川崎Ki-64战斗机(三)

妖猫drake:【原创】旭日下的双发怪才——川崎Ki-64战斗机(四)


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家园 说句题外话

我记得之前你曾发布过预告,会写一篇关于二战日本人操鱼雷的文章,既然都写到鱼雷了,有可能的话能否写一写关于二战日本潜艇的文章呢,因为最近看了板本金美的《日本潜艇史》和桥本以行的《日本潜水舰队覆灭记》,所以对这方面比较感兴趣。

家园 回天-甲标的跳票了,因为没人收,嘎嘎

哈哈,倒是有些关于日俄战争前后日本早期潜水艇事故的东西可能有人要,第六号潜水艇的,不过慢慢来吧,这篇Ki-64写下来估计会和之前的Ki-83拼一篇文章出来,都是日本双发战斗机,一个正统一个诡异,无论发动机还是整体布局,迥异,但首要设计目标都是700公里时速,又都同Ki-45失败有关

家园 我一直很期待那篇文章的

结果是这样一个噩耗,伤不起啊,有没有!

家园 发财了!两帖鲜花都得钱~~
家园 汗,老兄淡定,一篇篇来吧,哈哈

跳票不见得是永不见天日,呵呵,再说国内杂志也出过关于日本潜艇和袖珍潜艇的东西吧

家园 【原创】旭日下的双发怪才——川崎Ki-64战斗机(三)

2.串联双发动机和共轴反转螺旋桨

别看日本的军用飞机在中国战场横行霸道,实际上,在Ki-43,A6M等机型出现之前甚至之后,日本的那点航空技术在西方航空大国面前就是个小学生,但这位学生绝对属于最好学的好学生。所以在二十三十年代,日本海陆军拼命从西方的各大飞机公司引进先进飞机和技术,除了德国外,日本人同另一个老牌航空大国意大利也打得火热,从拉丁人手里搞到不少好东西。

虽然二战中意大利人沦为笑料,但是其航空技术并不比英法美等第一等航空强过差多少,虽然后劲不如苏联和日本,但是1940年意大利还是可以吃一些过去的老本,在传统强项轰炸机方面,意大利拥有菲亚特B.R 20和SM.79这两款性能不错的大型轰炸机,前者日本以“イ式重爆”之名购入并装备了第12飞行战队the 12th Sentai,还在诺门罕炸过苏联人。

在战斗机方面,马基航空Aeronautica Macchi(逐渐发展为阿莱尼亚.马基航空Alenia Aermacchi)以20、30年代一系列成功的竞速水上飞机为基础,研制了不少性能出色的战斗机。马基航空出道之时先是依靠性能先进的大型水上飞机扬名立万,日本海军和民间很早便同马基有了联系和合作。1931年,马基航空推出了一款意欲角逐施奈德杯竞速大赛冠军的高速水上飞机引起了日本航空界的极大兴趣。

1911年法国人雅克施耐德 Jacques Schneider决定设立一项水上飞机竞速比赛,并规定了每年的冠军将获得1000英镑的奖金。让他意想不到的是,1913年开始,每年一届Schneider Trophy racing seaplane 施奈德杯水上飞机竞速赛成为了世界航空精英分子为之疯狂、为之拼搏甚至为之牺牲的航空奥林匹克。

法国、美国、意大利、德国、英国,到处都有为了夺冠而废寝忘食的飞机设计师和试飞员(比如著名的杜立特将军当年就是个痴迷者),这一比赛逐渐聚集了大批铁杆观众,甚至有200000人观赛的记录。日复一年的速度搏杀催生了一批优秀的水上飞机型号,二战中休泼马林喷火,P-51,马基M.C202等战斗机都可以看得到当年参与施奈德杯的水上竞速机的影子。

从1913年到1931年,施奈德杯共举办了11届,1927、1929和1931年的最后三届施奈德杯,英国休泼马林公司依靠著名的S.5/S6竞速机蝉联三届冠军,但是1931年最后的施奈德杯,英国人却赢得很无耻——英国空军部突然拒绝再为斯奈德杯提供资金支持,一位贵妇露西.休斯顿夫人以个人名义出资100000英镑支持比赛,但是却将赛期提前到9月13日,完全没有为美国、德国和意大利的队伍留出准备时间。结果英国休泼马林当然而然当然赢得了“独角戏”的胜利。

不过休泼马林S.6B在9月13日还是创造了施奈德杯的新纪录——时速547.31公里,这款日后演变为英国救星“喷火”战斗机的出色水上飞机最终将自己的最高速度定格在655.8公里/小时。即便如此,英国人的最后胜利却难以让人服气,至少意大利人大大的不服,因为他们本来准备在1931年的施奈德杯中派出终极竞速水上飞机 马基M.C.72。

按意大利人的说法,英国人是故意做缩头乌龟,他们明知道休泼马林S.6无法同马基M.C.72抗衡,又怕堂堂正正比赛落败丢了大英帝国的脸面,便演了一出双簧欺骗世人。确实,马基M.C.72在当时是无法被打败的,因为它使用了恐怖的24缸液冷发动机 FIAT AS-6——一款能够稳定输出2300hp,短时间冲刺到3000hp以上的超级液冷发动机。

看过前一篇的河友可能会奇怪,1940年英美德都只有1500hp级别的液冷发动机,1931年的意大利人拿到天顶星技术援助了?其实,意大利人实在是输急眼了。休泼马林S.6能够称霸1927年和1929年的施奈德杯,除了靠其出色的气动外形设计,最主要靠的是Rolls-Royce R罗-罗公司R型发动机爆发出的强劲动力,这款 Rolls-Royce Griffon 的前身(狮鹫就是R型机的缩小降级版)在1929年问世的时候便拥有1400hp~1500hp的功率,此时意大利最好的液冷发动机菲亚特 AS-5的功率只有1000hp。如此大的性能差距使得马基的竞速机根本无法同休泼马林S.6竞争,气急败坏的马基公司向菲亚特的发动机研发人员赌咒发誓,只要菲亚特能拿出最大功率达到2800hp,总质量不到840公斤的发动机,马基就能搞出飞机装上去打败英国人。

菲亚特公司一时间也素手无策,Fiat AS.5的重量是348kg,英国人的罗-罗R型发动机不到750kg,但是功率和发动机质量不是简单的正比关系,用扩大尺寸的方式不一定就是搞出足够强劲的发动机,何况大尺寸的发动机风阻也很大。但是为了意大利航空工业的荣耀,菲亚特也豁出去了,他们先后试验了并联两台发动机和串联发动机的方式,并联方案首先被否定了,马基公司的设计人员却很看好串联方案——他们最初认为发动机长一些只不过带来一个长机鼻,对于降落容易的水上飞机,长机鼻起降安全影响比陆基飞机要小得多。

但等深入研究之后,马基的设计师发现串联发动机提供的巨大功率在驱动螺旋桨时带来了可怕的扭矩,前所未有的强劲动力带来了前所未有的强大扭矩,这个巨大的反作用力淡淡依靠副翼配平的传统方式很难克服,而且在高速竞速中采用副翼配平的方式也容易造成严重的飞行事故。

无奈的马基设计师决定采用Contra-rotating propellers 共轴反转式螺旋桨,即依靠一根驱动轴驱动一对直径相同,旋转方向相反的共轴螺旋桨,产生两个大小相同方向相反的力矩相互抵消。共轴反转式螺旋桨还有一个好处就是由于偏航较小,飞机垂直尾翼可以做的比较小,进一步降低了风阻。

最终串联两台AS.5发动机并配上机械增压器和传动齿轮组得到的菲亚特AS.6发动机重量达到了930Kg,最大功率则达到了惊人的3100hp,马基公司以其为基础研制了长鼻子的马基M.C.72水上竞速机在1933年创造682公里/小时的速度记录,经过进一步改进的M.C.72在1934年10月23日又突破了700公里时速大关,其709公里/时速的飞机速度记录保持到1939年,而作为水上飞机速度记录直到2008年才被打破。

马基M.C.72的传奇令世界航空界为之侧目,也使得共轴反转螺旋桨逐渐流行起来。有趣的是,英国休泼马林喷火终极版 海火 MK.47也采用了共轴反转螺旋桨。在日本军用航空界,1940年川崎航空为了能配合串列两台发动机产生的巨大功率和随之而来的巨大扭矩,也决定采用共轴反转螺旋桨。另外,川西“强风”式水战试验机最初也采用共轴反转螺旋桨,但后来出于量产的考虑仍改用了平庸的单螺旋桨设计。

共轴反转螺旋桨在量产方面确实会带来一些问题,由于一对螺旋桨的驱动轴其实是由一大一小,两根套在一起的同心金属轴组成的,对金属加工技术尤其是金属表面处理平整度要求颇高,川西方面自认为难以在战时条件下难以生产质量稳定的同心驱动轴组,那么为什么川崎航空如此有信心呢?

这就要从德国人使用对DB601A发动机的使用谈起了。德国人是二战中最喜欢在桨毂中轴里面装备机枪/航炮的国家,其他如美国和苏联也有如P-39和雅克-9等战机装备了桨毂航炮(Motorkanone)。桨毂航炮要求航炮炮管穿过发动机并从螺旋桨桨毂里伸出,所以DB601A的本来就有专门的大直径中空驱动轴,正好可以用于驱动共轴反转螺旋桨。

不过,相对于单发发动机驱动共轴反转螺旋桨,川崎必须要认真考虑如何布置前后两台发动机,马基M.C.72那种超长机鼻在陆基战斗机上只能是个大大的反面教材。而且土井武夫从Ki-61三式战飞燕的研制中吸取了不少教训,DB601A比星形风冷发动机长度要长很多,Ki-61的机鼻长度已经让日本飞行员不太适应,肯定不能再往驾驶员前方塞进一台DB601A。

Ki-64设计组最终只能把一台发动机挪到驾驶舱后面,但是串联发动机又必须有一根穿过前后发动机的超长主轴。迫不得已,Ki-64设计组只好在后部发动机前端装上减速机构,然后再同横穿机体第4号纵壁到第10号纵壁的驱动轴连接。由于驾驶舱位于第6纵壁和第9纵壁之间,所以飞行员差不多就坐在连接前后发动机的驱动轴上面。

由于Ki-61和Ki-64均采用液冷发动机,土井武夫指示Ki-64设计组在设计中大量参考Ki-61的机头和驾驶舱的成熟设计,导致两种飞机很多方面颇为相似。

1913年开始,每年一届Schneider Trophy racing seaplane 施奈德杯水上飞机竞速赛成为了世界航空精英分子为之疯狂、为之拼搏甚至为之牺牲的航空奥林匹克。图为施奈德杯

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1929年英国施奈德杯得海报

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罗-罗公司的R型12缸液冷发动机,1929年问世时是最优秀最先进的航空发动机

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被休泼马林S.6和罗-罗R型发动机这对组合逼得恼羞成怒的意大利人用近乎无赖也近乎的疯狂的方式制造了菲亚特AS.6式 24缸液冷发动机,并利用其3100hp的惊人功率设计制造了马基 M.C.72,以压倒性的优势战胜了英国人

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德国人偏爱桨毂航炮(Motorkanone),所以Jumo213和DB601A均有专用的大直径空心驱动轴,DB605等发动机继承了这一设计

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共轴反转螺旋桨虽然有不少优点,但是也有结构复杂的问题,相对单发机和拥有超长机鼻的马基M.C.72,如何设计Ki-64的共轴反转螺旋桨和串列发动机确实是个大难题

使用共轴反转螺旋桨的终极海火MK.47

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川西“强风”水战的试验机也装备了共轴反转螺旋桨

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马基M.C.72长长的机鼻中容纳了由两台12缸AS.5发动机串联而成的菲亚特AS.6发动机

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共轴反转螺旋桨的机械结构极为复杂

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战斗机机体其实也是有如舰船龙骨一样的一道道纵壁的,图为Ki-64的机体内构

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小猫自己做的图,大家凑合看

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还是自己做的图,对比Ki-64和Ki-61机体,可以发现相似点很多,上为Ki-64

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妖猫drake:【原创】旭日下的双发怪才——川崎Ki-64战斗机(四)


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家园 长见识了,但是有几个问题

感觉Ki64发动机的布局某种程度上有点像P39啊,当然要比P39复杂多了。

有几个问题:

1、文中提到的Rolls-Royce Griffon 是不是就是Merlin/梅林啊?或者有传承关系,感觉好像有点渊源;

2、提到的英国休泼马林国内航空知识曾经翻译为超马林,似乎比你的翻译要好一点:)

3、文中提到“M.C.72在1934年10月23日又突破了700公里时速大关,其709公里/时速的飞机速度记录保持到1939年,而作为水上飞机速度记录直到2008年才被打破”,似乎有点差错,1950年代美国的康维尔 F2Y“海标枪”俯冲中能够达到超音速,肯定比川崎快。莫非楼主是说螺桨飞机?

家园 呵呵,尝试着回答一下

第一个问题,梅林Rolls-Royce Merlin和狮鹫 Rolls-Royce Griffon 可以说有关系,但却不是传承关系。这里“梅林”更准确的翻译应该是“灰背隼”,为什么呢,因为最初的罗-罗公司管Merlin发动机叫PV-12,后来公司决定用猛禽的名字来命名发动机,这才改叫Merlin,而Griffon就是狮鹫的意思。

Rolls-Royce Griffon狮鹫发动机是从罗-罗公司的R型发动机改进而来的,R型我文中提到了,是用于竞速用的大型液冷机,前身是Rolls-Royce Buzzard大秃鹫,大秃鹫-R型-狮鹫都是大型12缸液冷机,排量都在37L左右,功率强劲,但体积和重量都比较大。

Rolls-Royce Merlin灰背隼的前身是罗-罗的Rolls-Royce Kestrel茶隼,这一系列的发动机也是12缸液冷发动机,但是排量较小,茶隼21L,灰背隼研发的背景就是罗罗觉得茶隼太袖珍了,对其进行放大,排量到了27L,相对还是中小型发动机。

所以在30年代后期,罗-罗主要在搞灰背隼发动机,因为这东西动力不错,体积和质量都不大,但是弄着弄着,到了1943年前后,发现灰背隼还是太袖珍,就又回头搞狮鹫发动机,所以飓风喷火早期用的是灰背隼,后期就上了狮鹫。

第二个问题,Supermarine貌似国内一直翻成休泼马林吧,航空知识我记得一直没怎么用过超马林的译法。作为公司名称,我觉得要么就音译要么就全意义,比如日文就翻成“超级海军スーパーマリン”,呵呵,休泼马林的译法我习惯了,大家知道是哪家公司就好吧,求同存异求同存异。

第三个问题,康维尔XF2Y-1海标枪的速度肯定是够快的,其实在水上飞机方面,比马基M.C.72快的多的实验型号不少,但是,刷新记录和超过记录是两个概念。是否刷新飞行器速度记录,需要Fédération Aéronautique Internationale国际航空联合会下属的International Astronautic Records Commission - ICARE国际航空记录委员会来判断。也许我2008那个记忆不见得准确,印象中被承认刷新水上飞机速度记录的是俄国的A-40,这个看来还要再去查查。马基M.C.72保持过多项FAI C类也就是飞机速度记录,水上飞机,活塞式螺旋桨飞机等一系列的记录都曾是被M.C.72保持的。

家园 二十世纪二、三十年代确实是航空大爆炸的年代

在这段时间,航空工业里千奇百怪的想法都有人去实施,各种各样的奖项都有人去冒险。飞机从木制布蒙皮到钢结构金属蒙皮,从仅仅是少数人的玩具到商用的邮机客机。飞机只以友情加盟的方式赶上了一战的尾巴,但到二战时已经成为了名副其实的压制性力量。二十世纪二、三十年代奠定了航空工业从设计到加工生产以至航线探索、空域管理等等完整的体系,现在想起来都觉得有些不可思议。

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