主题:【原创】闪电的“二”传统之一:战略性犯“二” -- 空中吴钩
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“二”有很多种意思,有数字时代的新含义,也有“传统”一些的意思,而且大概还与方言有关。本文的“二”取我这个北京土著从小儿就知道的“传统”含义,就是如果从褒义讲,“二”有那种敢干敢拼的意思;从贬义讲,“二”是莽撞、“二百五”的意思。
红旗军演是西方最大的年度空中军事演习。美国空军的第五代隐身战斗机F-35A“闪电II”在不久前首次参加红旗军演,就在与非隐身的第四代战斗机对抗中取得了压倒性战绩。虽然F-35A是以对地攻击为主而以空战为辅的战斗机,却凭借隐身能力在空战演习中如虎趟羊群般“屠杀”不具备隐身能力的对手。据美国航空周刊报导,本次红旗军演中F-35A大致上每“击落”15架对手的战斗机,自己才被“击落“一架。
下图是空军型F-35A“闪电II”在剧烈机动中打开弹舱门,准备发射中距空对空导弹AIM-120:
下图是正在垂直降落在两栖攻击舰甲板的海军陆战队型F-35B。此时发动机喷口向下偏转并与前面的升力风扇一起产生向上的推力支承飞机缓缓落向甲板:
下图是正在尼米兹号核动力航母甲板上着舰的海军型F-35C:
虽然F-35“闪电II”性能优异,但西方却为此付出了高昂的代价。这个高昂的代价表面上是天价的费用和不断拖延的进度。
根据美国政府问责局(United States Government Accountability Office)2016年公布的报告,整个F-35项目在2001年时预计可以在2011年完成开发,开发费用344亿美元,飞机平均单价6900万美元。而到了2015年,变成了可以在2018年开发完毕,开发费用549亿美元,飞机平均单价1.36亿美元。现在是2017年,F-35虽已经开始装备部队,但飞机的开发尚未全部完成,正在完善之中。
美国总统特朗普在2016年12月尚未就职时,就公开抱怨F-35太贵,表示希望拿F/A-18E/F“超级大黄蜂”的改进型与F-35竞争,压F-35降价。特朗普总统虽然有通过竞争压F-35降价这个愿望,奈何竞争者F/A-18E/F“超级大黄蜂”仍不是隐身战斗机,在作战效能上比F-35差了很多,并不是F-35真正的竞争对手。
下图是波音公司F/A-18E/F“超级大黄蜂”最强有力的改型EA-18G“咆哮者”正准备从航母上弹射起飞:
为什么F-35项目进展得如此磕磕绊绊呢?因为美国军方在主持开发这款战斗机时忽略了对航空航天工业的关键驱动力——竞争的培养。考虑到F-35“闪电II”这个名称中有一个“Ⅱ”,我把美国军方对F-35开发的管理叫做战略性犯“二”。这个战略性犯“二”不但已经使美国在F-35上付出了高昂的代价,还会使美国在未来为航空航天技术的进展付出更高的代价。
美国军方对F-35项目的设定与管理导致美国目前只有一个隐身战斗机总承包商,就是F-35的研制者洛克希德?马丁公司。更有甚者,其他公司已经很难在隐身战斗机上与洛克希德竞争,因为洛克希德已经基本上把西方未来几十年的隐身战斗机市场都占了。F-35“闪电II”将装备美国空军、海军、海军陆战队并成为主力机种。另外,F-35还将广泛装备美国的盟国,目前已经在排队等待装备F-35的就有英国、日本等九个国家,以后还会更多。而且美国以空战为主的第五代空中优势隐身战斗机F-22“猛禽”也是洛克希德的产品。
下图是第五代空中优势隐身战斗机F-22,此时两台F119发动机正打开全加力驱动飞机做大过载盘旋:
这就解释了为什么洛克希德在F-35上不但屡次狮子口大开地索取额外费用,而且把10年的研制进度拖成18年。美国军方既然自己犯“二”,通过F-22和F-35两个项目造成自己在隐身战斗机上只能依靠洛克希德一家公司的窘境,洛克希德即使多要了些钱多拖延了一些时间,但是没有在F-35性能上打折扣,就已经算有良心了。
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闪电的“二”传统之二:敢想敢干敢KISS的鬼手臭鼬和凯利十四条
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上文说到美国军方让洛克希德成为美国空军、海军、海军陆战队所有第五代隐身战斗机的总承包商,是战略性犯“二”。然而美国空中力量从两次世界大战、朝鲜战争、越战、海湾战争等血战中一路杀将过来,岂是能轻易被糊弄的?原来这个被美军如此信任的洛克希德公司更是超级的“二”,一直是在航空技术的最前沿劈山开路、冲锋陷阵的急先锋。
隐身时代就是由洛克希德的核心研发部门——臭鼬工程队开启的。
下图是臭鼬工程队,这个西方最有开创性的航空技术开发团队的标记:
上世纪六十年代,臭鼬工程队为美军开发了SR-71“黑鸟”战略侦察机。直到半个多世纪后的今天,黑鸟仍然是官方速度记录的保持者。黑鸟的巡航速度是音速的3.2倍,比步枪子弹还快。
下图就是比步枪子弹还快的SR-71“黑鸟”:
黑鸟在服役的几十年中曾在全世界执行侦察任务,有的行动非常凶险,却从未被击落过。这一是因为黑鸟飞得非常快非常高,对手还没反应过来,黑鸟已经飞走了;而另一个原因,是臭鼬工程队在黑鸟上采用了一些削弱雷达反射的设计,从而降低了对手发现黑鸟的距离、减小了对手能够做出反应的时间窗口。
之后,臭鼬工程队把这种削弱雷达反射的技术与电传操纵和放宽静稳定技术结合,搞出了世界第一架实用的隐身飞机F-117。从此航空进入隐身时代。那时候是上世纪八十年代初,隐身技术还很“原始”,只能采用平面来拼凑出飞机的外形,所以F-117看起来恍如来自非人世界。
下图是第一种实用隐身飞机F-117:
F-117虽然飞不高、飞不快,而且动作笨拙,但凭借隐身绝技成为美军上世纪八、九十年代专啃硬骨头的攻击机。
这个由臭鼬工程队开创隐身时代,从而引导美国军方的航空军备发展方向,并一举改变战争方式的过程,充分体现了臭鼬工程队敢想敢干的作风。这也是美国军方对洛克希德信任与依赖的来源。
臭鼬工程队能有此成就,关键是秉承了其创始人凯利?约翰逊的航空科技理念和管理方式。这种理念和管理方式可以归纳为以下三点:
第一是KISS。
KISS作为英语单词,是亲吻的意思。但是在工程界,KISS是Keep It Simple, Stupid的缩写。虽然这个KISS的核心意思就是要保持简单,但不同的人对这个带一个逗号的短语有不同的解释。而臭鼬工程队创始人凯利?约翰逊则直接把那个逗号去掉,所以臭鼬版KISS是:KeepIt Simple Stupid,我的翻译是:简单到愚蠢。
中华文明中,有“大道至简”、“大智若愚”的说法,高深而难以体会。而“简单到愚蠢”的KISS则是基于每天都在作的那种一砖一瓦、一螺一钉的事情,和每天每时的起心动念。二者都很值得细细思考和体会,但KISS似乎在日常行为上更具指导性。
脸书创始人扎克伯格就是个很KISS的家伙。除了诸如结婚、见教皇之类重要场合,他基本上永远穿一件灰不溜秋的和尚领T恤衫。因为他天天穿得一样,所以还要给质疑他不讲卫生的人解释,他买了很多一模一样的T恤,是经常换洗的。
下图是脸书(FaceBook)创始人扎克伯格(Mark Zuckerberg)和他的衣橱:
第二是敢想敢干。
从世界第一架两倍音速飞机F-104“星”,到世界第一架三倍音速飞机SR-71“黑鸟”,到世界第一架隐身飞机F-117,臭鼬工程队最大的特点就是可以在短时间内造出并飞出实实在在的、创造性的实体实物。
所以虽然敢想非常宝贵,但没有敢干的敢想基本没什么用。要以最快的速度做出实体实物并实用化,然后再一步一步地完善。比如第一代隐身飞机F-117除了隐身其他方面都不如当时的非隐身战斗机,但是F-117仅仅凭借隐身就能啃动其他飞机啃不动的硬骨头。之后,随着隐身技术的进化,下一代隐身飞机才在其他方面赶上来。
第三是打破成见、打破束缚。
事实上F-35“闪电II”本身就打破了凯利?约翰逊那条著名的“第十五条原则”。这个原则大概是凯利?约翰逊在受了海军的刺激后情绪激动地制定的,可以翻译成:“饿死也不要和该死的海军打交道。那帮家伙根本不知道自己想要什么并且会先让你撞墙然后要么伤了你的心要么把你身上其他突出的部位断掉。” 凯利的英文原文是:“Starvebefore doing business with the damned Navy. They don't know what the hell theywant and will drive you up a wall before they break either your heart or a moreexposed part of your anatomy.”
而臭鼬工程队显然没把自己创始人的这条禁令当作不可逾越的障碍,因为F-35“闪电II”家族中的F-35C恰恰就是海军型,是在航空母舰上使用的。
下图是正准备从航母上弹射起飞的F-35C:
既然说到了凯利?约翰逊的原则,我在这里列出他著名的“凯利十四条“原文和我的翻译。这是创造了SR-71“黑鸟”等一系列工程奇迹并开辟了隐身时代的十四条,所以是非常有价值的高科技研发管理原则。但是只有敢于打破束缚、不拘泥于各种条条框框的人和团队,才能真正驾驭这十四条:
凯利十四条
空中吴钩译
1. The Skunk Works manager must be delegatedpractically complete control of his program in all aspects. He should report toa division president or higher.
臭鼬工程队的经理必须被赋予能够切实地、完全地控制他的项目的所有方面的权力。他应该向一个部门主管或更高职位的主管述职和汇报。
2. Strong but small project offices must beprovided both by the military and industry.
军方和工业界双方必须都提供规模虽小却是强有力的项目办公室。
3. The number of people having any connection withthe project must be restricted in an almost vicious manner. Use a small numberof good people (10% to 25% compared to the so-called normal systems).
必须以接近恶毒变态的手段控制任何能够接触项目的人员的数量。仅仅用数量很少但很优秀的人员(仅仅用所谓正常项目所需人员数量的10%到25%)。
4. A very simple drawing and drawing release systemwith great flexibility for making changes must be provided.
必须有一个能够灵活更改工程图纸的、而且非常简洁有效的制图和发图体系。
5. There must be a minimum number of reports required,but important work must be recorded thoroughly.
报告的数量必须限制到最少,但是重要的工作必须彻底记录。
6. There must be a monthly cost review covering notonly what has been spent and committed but also projected costs to theconclusion of the program.
每月必须有成本核算而且不但要包括已经使用已经兑现的,还要包括对直到计划完成时的成本的预计。
7. The contractor must be delegated and must assumemore than normal responsibility to get good vendor bids for subcontract on theproject. Commercial bid procedures are very often better than military ones.
供应商必须被赋予、并且必须承当超出常规的责任以通过竞争找到好的分包商。商业竞标程序通常比军方的更好。
8. The inspection system as currently used by theSkunk Works, which has been approved by both the Air Force and Navy, meets theintent of existing military requirements and should be used on new projects.Push more basic inspection responsibility back to subcontractors and vendors.Don't duplicate so much inspection.
臭鼬工程队现行的质量检验体系已经被空军和海军认可,适合现行军事要求的意图,所以应该用在新项目上。让分包商担负起更多的基本检查责任。不要过多重复这种检查。
9. The contractor must be delegated the authorityto test his final product in flight. He can and must test it in the initialstages. If he doesn't, he rapidly loses his competency to design othervehicles.
供应商必须被赋予在飞行中测试他们最终产品的权限。供应商要能够而且必须在项目早期就进行测试。如果一个供应商不这样做,它就很快失去设计其他运载器的竞争力。
10. The specifications applying to the hardware mustbe agreed to well in advance of contracting. The Skunk Works practice of havinga specification section stating clearly which important military specificationitems will not knowingly be complied with and reasons therefore is highlyrecommended.
在签订合同之前很早就必须就硬件的具体要求达成共识。臭鼬工程队会强烈建议在合同中有一个专门关于要求的部分,清晰地写明因为什么原因,哪些重要的军事要求不会被特意遵从。
11. Funding a program must be timely so that thecontractor doesn't have to keep running to the bank to support governmentprojects.
对一个计划的拨款必须及时到位,这样供应商就不必总是跑银行去让政府项目继续下去。
12. There must be mutual trust between the militaryproject organization and the contractor, the very close cooperation and liaisonon a day-to-day basis. This cuts down misunderstanding and correspondence to anabsolute minimum.
供应商与管理项目的军方组织之间必须建立互信,要达到每天都紧密合作并密切交流的地步。这会把误解和因误解而产生的问题减到最少。
13. Access by outsiders to the project and itspersonnel must be strictly controlled by appropriate security measures.
必须用合适的安全手段严格控制外部人员与项目和项目人员的联系。
14. Because only a few people will be used inengineering and most other areas, ways must be provided to reward goodperformance by pay not based on the number of personnel supervised.
因为项目的工程方面以及绝大多数其他方面都仅仅用数量很少的人员,这些人员的薪酬必须依据他们的表现而定,不能依据每个人管理多少人而定。
以凯利?约翰逊和他设计的SR-71“黑鸟”的合影作为这段文字的结尾:
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无图还是我看不到?
发张截图,我看到的是这样的。
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F-35叫“闪电II”,那么有没有“闪电I”?不但有,还不止一个,而是有二个;而且这两个一个比一个“二”。今天说说第一个——P-38“闪电”。
日本偷袭珍珠港成功之后,整个第二次世界大战初期的太平洋上空,美军主力陆基战斗机P-40“战斧”和主力舰载战斗机F4F“野猫”在空战性能上都不如日军的零式战斗机。
三菱重工由四眼瘦子堀越二郎设计的零式战斗机技术并不先进,但是却灵活异常,更可贵的是续航能力绵长,尤其适合在广袤的太平洋作战。
三菱重工能开发出这么一款在飞行性能上压倒绝大多数同时期美国飞机的战斗机,关键原因是日本鬼子极为残忍,连自己人的性命也不当回事。零式不但没有战斗机标配的装甲,而且结构单薄,更有甚者,连自封闭油箱都没有。自封闭油箱即使被击中,也可以自动封闭被击穿的漏洞防止泄漏燃油,是防止战斗机被击中后起火的关键。零式就是靠去掉这些必须的东西省去很多重量,使得飞机非常轻巧。
下图是一张瞄准镜照片,是一架日本零式在击落一架美国B-24轰炸机后,又残忍地连续射杀了两名跳伞逃生的美国飞行员。此时一名叫欧文?约翰?柏格特(Owen John Baggett)的跳伞飞行员拔出手枪还击,并击落了这架零式。其实零式如果结构坚固并有装甲和自封闭油箱,几乎不可能被手枪击落,而零式恰恰没有这些:
面对被偷袭的珍珠港,残忍无比的日本鬼子,和灵活异常的三菱重工零式战斗机,美军在二战初期的太平洋上空力挽狂澜的是一种让日本人觉得很邪门的战斗机——洛克希德P-38“闪电”。
日本人为什么觉得邪门呢?看看P-38“闪电”的照片就知道了:
这个飞机居然有两个机身!
P-38“闪电”相对零式最大的特点就是一个字——快。仰仗双机身上两台发动机提供的强劲动力,闪电比零式速度更快、加速更快、爬升更快。在空战中闪电不会和零式缠斗,而是利用自己的速度、加速、爬升优势高速接近零式,一顿射击后就脱离,然后返回来重复这个模式,直到零式被击落。零式虽然筋斗翻得溜,转闪腾挪犹如鬼魅,奈何想追却追不上闪电,想跑却又会被闪电赶上,简直是被闪电当猴儿耍。日本鬼子在领教了这个邪门飞机的邪门本事之后,给它起了一个名字:双身恶魔。
双身恶魔最出名的战绩就是击毙日本海军军魂人物——山本五十六。
下图是偷袭珍珠港的策划和指挥者,日本联合舰队司令,日本海军大将山本五十六:
1943年4月18日,布干维尔岛上空,虽有六架零式战斗机保护,山本五十六乘坐的三菱重工一式陆攻机仍然被一只由16架双身恶魔组成的伏击机群击落,山本五十六毙命。此战双身恶魔共击落两架一式陆攻机和三架零式,自己损失一架。
P-38“闪电”还造就了大量的美国王牌,其中美国第二次世界大战排名第一和第二的两大王牌都是飞P-38的。
理查德?邦格(Richard Bong)驾驶P-38共击落了40架日本飞机,成为美国二战王牌之首。除了代表战绩的几十面日本军旗,邦格还把自己妻子玛姬(Marge)的头像画在自己的P-38上,并把自己的飞机命名为玛姬(Marge)。下图就是美国二战第一王牌邦格和他的玛姬号P-38“闪电”:
托马斯?麦奎尔(Thomas McGuire)驾驶P-38击落了38架日本飞机,是美国二战排名第二的王牌飞行员。麦奎尔把自己的P-38叫做胖墩儿(Pudgy)。二战中美国飞行员更新飞机的频率是很高的,一是因为频繁血战导致飞机战损,二是因为美国强大的研发与制造能力使美军得以频繁接收性能更强的新改型飞机。下图是麦奎尔和他的第五架P-38,是二战后期性能已经大幅度提升的P-38L型,麦奎尔把它命名为胖墩儿五号:
P-38“闪电”特立独行的双身构型使得它在性能上超越了同时代的所有美国战斗机:P-40“战斧”、F4F“野猫”、P-39“空中眼镜蛇”。不但如此,后来出现的更先进的战斗机虽然性能比P-38好,却好得并不多,并不足以完全替代P-38“闪电”。这些新一代的战斗机是P-47“雷电”、P-51“野马”、F6F“地狱猫”、和F4U“海盗”。这就导致了P-38“闪电”成为二战中唯一的一种从战争开始一直生产到战争结束的美国战斗机。从P-38贯穿整个二战“常青树”般的表现看,这个独特的双身设计非常成功。
设计出P-38“闪电”这个双身构型的,就是后来创建臭鼬工程队的凯利?约翰逊。下图是二战时的凯利?约翰逊:
凯利为什么用这个双身构型的呢?一个原因是单台发动机功率不足而不得不用双发动机。P-38的设计是在二战开始前进行的,那时候美国没有一种发动机能仅仅用一台就驱动战斗机达到P-38需要达到的高速,所以P-38不得不采用两台发动机。另一个原因是动力系统的体积问题。P-38选中的发动机是艾利逊公司的V-1710液冷发动机。V-1710采用了机械-涡轮增压器来增强高空性能,而其中的涡轮增压部分有巨大的体积。
下图是凯利在考虑如何在P-38上布置两台发动机时画的一张草图:
上面草图中第一号方案就是常规方案,发动机舱必须长长地延伸到机翼后很远的地方以容纳涡轮增压装置。这个方案规规矩矩,但两个巨大的发动机舱外加后机身会导致飞机重量较大;
第二号和第三号方案把两台发动机一前一后地安装在机身中,然后用长长的传动轴驱动或在机翼后缘(第二号方案)或在机翼前缘(第三号方案)的螺旋桨。这两个方案都需要长长的而且要转弯的传动机构,不但复杂沉重,而且很容易有共振之类的头疼事儿;
第四号方案发动机舱向后延伸以容纳涡轮增压装置,而被延长的发动机舱同时作为安装尾翼的后机身,省去了第一号方案的中央后机身从而节省了重量;
第五号方案则去掉了第四号方案的中央驾驶舱,让飞行员在左侧的机身中操纵飞机。这个方案导致左侧机身不太容易装下巨大的涡轮增压装置,而且左右不易平衡,因为左边多了个驾驶舱;
第六号方案采用前拉后推的布局。这个方案会导致跳伞逃生的飞行员被后面的螺旋桨搅成肉馅,因为那时候还没有弹射座椅。
综合比较各个方案,凯利选中了第四号方案。
下图是P-38“闪电”的结构图:
P-38“闪电”的这个布局还有一个其他美国主力战斗机都没有的巨大的优点,就是火力凶猛并且无论近距离还是远距离都有高的射击精度。火力凶猛是因为巨大的机鼻可以容纳下20毫米口径机炮;远距离和近距离射击精度俱佳是因为所有的机炮、机枪都集中安装在驾驶舱前的机鼻中,非常接近飞行员瞄准线并符合惯常的射击习惯。相比之下,美国其他主力战斗机的武器都是分散布置在机翼上并且只有12.7毫米口径机枪,虽然近距离射击精度很高,但远距离射击效果欠佳。
瑕不掩瑜,P-38“闪电”也有一些缺点,主要是平尾易受干扰和驾驶舱加热能力不足。
平尾因为和主翼以及驾驶舱基本处于同一个平面上,导致被主翼和驾驶舱扰乱的气流流过平尾,是平尾易受干扰的主要原因。
驾驶舱太冷是因为驾驶舱远离发动机而P-38的基本设计没有充分利用发动机的高温给驾驶舱加热。这在太平洋战场不是个问题,因为战斗不但在热带地区而且发生空战的高度通常不高。但在欧洲战场却是一个挺头疼的问题,因为欧洲冬天很冷而且空战通常发生在更加寒冷的高空。这也是为什么P-38“闪电”最出彩的地方是太平洋战场。
不过P-38优异的性能证明了这个双身设计的总体优势。后来仍有飞机采纳类似的双身布局,并吸取了P-38的教训。
下图是二战后期北美公司设计的A-51“种马”,请注意为了避开主翼和驾驶舱的气动干扰,A-51采用了高高布置在垂尾顶端的平尾:
下图是上世纪六十年代罗克韦尔公司研制的战场观察机/轻型攻击机OV-10“野马”,曾在越战中广泛使用,也是采用高平尾:
凯利?约翰逊开始设计P-38“闪电”时只有二十多岁。这架外形奇特、性能优异的战斗机不但在空战中压倒了日本鬼子,也标志着一位杰出飞机设计师的诞生。“自古英雄出少年”,此言不虚也!
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英国和美国是被一种共同语言分开的两个国家。共同的语言是英语,两个国家一个是曾经以“日不落帝国”雄踞全球的前任霸权,一个是以美元、美军、美国文化横行世界的现任霸权。这两个国家在霸权交接中产生了深入的合作并保持至今。F-35“闪电II”也是英美合作的结果。
英国军方和工业界从F-35的概念形成阶段就已经开始参与,等于是参与了F-35开发的全过程并将参与生产与改进升级的全过程。在动力系统方面,英国罗尔斯?罗伊斯公司是升力风扇的开发者和制造者;在除去动力系统以外的飞机方面,BAE(英国航宇公司)占有13%到15%的工作份额,涵盖空军、海军、海军陆战队三个型号的电子系统、机体结构等很多方面。F-35的弹射座椅也是英国马丁?贝克公司的产品。
下图是海军陆战队型F-35B在垂直着陆时的动力系统工作状态,其中被标注的部分全是英国罗尔斯?罗伊斯研发与制造:
英国对F-35的深刻卷入也体现在F-35“闪电II”这个名字上。除了缅怀美国洛克希德公司的P-38“闪电”,“闪电II”也是为了纪念英国英格兰电气公司的“闪电”战斗机。而这个英国“闪电”简直是一种“二”得不能再“二”的东西,充分体现了地理窄小、气候恶劣的英伦三岛所赋予英国人的那种尤其善于在狭小空间中转闪腾挪的聪明才智。请见下图:
乖乖,这个大肚皮是怀了几个月啦?再加上机头上的一张吐着尖舌头的大嘴巴,这个组合能让十五个人看半个月。
在上世纪五、六十年代的冷战高峰,英格兰电气公司为英国皇家空军开发出一种虽奇丑无比却性能优异的战斗机“闪电”,再从侧面看看“闪电”的大肚皮:
这个大肚皮是保形油箱,虽丑,却很符合空气动力原理,总之是丑得很有逻辑。“闪电”采用了一种非常少见的大后掠、尖翼梢机翼,这个大肚皮正是与这对外形怪异的机翼的绝配。大肚皮与机翼的配合使得“闪电”沿纵轴的横截面面积分布接近枣核形的面积率,从而降低了飞机的跨音速和超音速阻力。事实上,“闪电”在携带这个看似臃肿笨拙的大肚皮保形油箱再挂载两枚空对空导弹时,可以飞到1.9倍音速。后来随着“闪电”的不断改进,这个大肚皮除了装燃油,还安装了两门30毫米口径的阿登机炮并为每一门机炮容纳了120发炮弹,可以说是火力凶猛的肚皮。
下图是皇家空军的“闪电”携带大肚皮保形油箱和两枚空对空导弹飞行的英姿:
如果“闪电”仅仅有这么一个让人吃惊的大肚皮,还不算太“二”,“闪电”还有一个让人大跌眼镜的地方,请见下图:
“闪电”的两台发动机居然是一上一下地安装的!为什么如此布置两台发动机呢?“闪电”仍然有自己独特的逻辑——是为了减小飞机的迎风面积从而降低阻力,尤其是超音速阻力。
喷气发动机虽然大致上是长长的圆筒形状,却是有的地方横截面积大一点,有的地方横截面积小一点。“闪电”用的是英国罗尔斯-罗伊斯公司的阿汶(Avon)发动机。下图是一台去掉后面加力燃烧室的阿汶发动机,可以看到发动机侧下方安装有黑色的附件机匣,从而增大了发动机在这一小段的横截面积:
“闪电”把两台发动机一上一下布置,就可以让一台发动机靠前一些、另一台发动机靠后一些地交错安装这两台发动机。这就使两台发动机彼此避开了对方最粗的地方而更紧密地、彼此更加紧贴地安装在一起,从而减小了这两台发动机组合在一起的迎风面积。两台发动机合起来的迎风面积小了,容纳它们的机身也就小了,所以整个飞机的迎风面积也小了。飞机的迎风面积小了,飞机的阻力,尤其是超音速阻力,也就变小了。把空间利用率发掘到如此“丧心病狂”的地步,大概也就英国人做得出来。
下图是从“闪电”的进气口,也就是机头那张吐着尖舌头的“大嘴”。通过“大嘴“可以看到一台发动机的压气机叶片,那是两台发动机中安装在下面、并且比上面那台更靠前安装的阿汶发动机:
变态的发动机布置和变态的气动外形赋予了“闪电”变态的性能。与“闪电”同期还有另一种两倍音速战斗机,就是美国洛克希德公司的F-104“星”。虽然F-104以爬升快和加速快闻名于世,“闪电”却在高空爬升和高空加速性上比F-104还要好,并且在全高度范围内的盘旋和操控上更是甩F-104好几条街,仅仅在低空的超音速加速性上不如F-104。但是F-104“星”毕竟是美国飞机,而因为美国是超级大国、北约魁首,所以许多国家和地区需要装备美国战斗机以向美国输诚、“缴纳保护费”和维护美国利益。因此虽然F-104的性能不及“闪电”,但是除了美国自己,还有包括日本、意大利、当时的西德等等另外十四个国家和地区装备了F-104。相比之下,英格兰电气公司的杰作“闪电”除了装备自己的英国皇家空军,仅仅卖给了沙特阿拉伯、科威特等少数国家,远远没有洛克希德的F-104“星”那样赚得钵满盆盈。
下图是有着薄薄的剃刀机翼的西德空军“寡妇制造者”F-104“星”:
不过“闪电”虽然装备得少,却以其优异的性能而获得北约战斗机飞行员的极佳口碑。在诸多广泛流传的“闪电”故事中,“与熊共舞”是其中很有趣的一个。
苏联的战略轰炸机Tu-95“熊”是一位不死老兵。从上世纪五十年代直到六十多年后的今天,连苏联都没了,Tu-95“熊”却仍然从空中威胁着西方。下图是2015年7月4日美国独立日那天,俄罗斯空天军的Tu-95“熊”在贴着美国从阿拉斯加到加利福尼亚海岸的国际空域飞行,以“庆祝”美国独立239周年。照片近景处是美国最先进的隐身战斗机F-22“猛禽”升空警戒这头老“熊”:
这种在六十多年中反复进行的“熊”巡逻中,“熊”一直有一个戏耍警戒它的北约战斗机的绝活,就是突然加速。
“熊”有四台涡轮螺桨发动机,每台发动机驱动共轴反转的两副螺旋桨。螺旋桨有一个重要的特点,就是可以突然加大桨距而瞬时加大拉力给飞机加速。所谓桨距就是螺旋桨桨叶相对气流的迎角。而喷气式飞机所使用的喷气发动机则没有这个功能,只能靠加大油门提高转速给飞机加速。如果要快速加速,就要打开加力。
当“熊”被北约战斗机伴飞时,经常玩的一个把戏就是八副巨无霸的螺旋桨突然加大桨距来一个骤然加速。伴飞的北约战斗机为了跟上“熊”,就要打开加力实现同样的骤然加速。而加力是非常耗费燃油的,“熊”重复几次这个把戏,伴飞的北约战斗机就没有燃油了,需要放弃对“熊”的警戒而去加油。如果伴飞的北约战斗机不开加力跟着“熊”一起加速,“熊”就有机会改变航线,飞到北约战斗机不希望“熊”飞到的空域。
在所有北约战斗机中,只有“闪电”能从容应对“熊”的这个把戏。当“熊”突然加速时,“闪电”只需要打开一台发动机的加力就可以随着“熊”一起加速。因为“闪电”的两台发动机是一上一下地安装的,只一台发动机开加力不会产生偏航力矩。这样,“闪电”凭借自己独特的上下发动机布置,不过分消耗燃油就可以步步紧逼地跟随着“熊”警戒。
下图是两架“闪电”都是仅仅一台发动机开加力的情形:
下图是上世纪冷战时英国皇家空军的“闪电”伴飞苏联红空军的Tu-95“熊”:
除了大肚皮、上下发动机、独一无二的尖翼梢大后掠翼,“闪电”还有很多丑得令人发指却又很有逻辑很有效果的设计。下面说说有代表性的几个。
一是安装在机翼上的副油箱,请见下图:
其他战斗机的副油箱都是挂在机翼或者机身下面,“闪电”却装在机翼上面。“闪电”独特的逻辑是,“闪电”那一对独一无二的大后掠尖翼梢机翼已经没有地方在机翼下挂副油箱了,而且机身下面是那个大肚皮保形油箱,也没法另外再挂副油箱了,所以只好装在机翼上面。为什么说机翼下面已经没有地方了呢?因为机翼下面要收放起落架,而且前机身挂载的空对空导弹的后弹体和弹翼占据了本来可以在翼下挂副油箱的空间。
那么其他战斗机都可以简单地依靠重力在空中投掉副油箱,闪电的副油箱在机翼上面,无法利用重力,又如何在空中投放副油箱呢?闪电的解决方式是利用爆炸螺栓在爆炸时产生的冲击力把副油箱打得飞离机翼。不过有一个前提,就是副油箱中的燃油必须已经用光,否则副油箱会太重,爆炸的力量不足以将其打到安全高度。
另一个变态设计是安装在襟翼中的油箱。
下图中“闪电”机翼后缘下偏的部分就是襟翼:
为了延长“闪电”的航程和续航时间,英国人在设计上已经到了变态的地步,居然搞出了襟翼油箱。这一左一右两个襟翼不但要能够可靠地收起、放下,而且要各装载150升燃油并保证油路顺畅和安全防火。还是那句话,大概英伦三岛地理窄小、气候恶劣的环境让英国人习惯于在如此方寸之地做出这种事情。
再有一个变态设计就是向机翼外侧收起的主起落架。
下图中沙特阿拉伯空军的“闪电“正在收起起落架,可以看到机翼下的主起落架正在向外、向上偏转以收入到机翼的外侧:
喷气战斗机的主起落架向外收入机翼的外侧是极为少见的。“闪电“之所以这么做,原因是”闪电“的后掠翼后掠角太大而且翼根部弦长很小,导致机翼和机身结合部的结构设计难度很大。如果采用常用的办法让主起落架向内收入机翼的内侧,会使机翼和机身结合部的结构设计超过当时的技术水平,所以不得已而让主起落架向外收入机翼外侧。
总而言之,英格兰电气公司的“闪电“战斗机展现了与美国和苏联迥然不同的设计风格,虽然处处让人看着不顺眼,但却性能优异,让人难以忘怀。
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下图是我的微信订阅号 AWUGOU “空中吴钩”的图形码:
所以,对美国人绝对不要讲什么骑士精神。细菌武器都用,无耻程度一点不比日军差。
今天外出刚回来,迟复为歉。
用chrome试过,打不开。但现在图片能看到了。
今天外出刚回来,迟复为歉。