二战后期,步步挺进德国本土的盟军渐浙发现了一个惊人的事实:随着战争的进程,纳粹德国军事科技发展之迅猛和其帝国的溃败一样迅速除了各种新型地面装备,德国人最先进的技术应该说是喷气式发动机的应用碧蓝的天空中,盟军飞行员不止一次和没有螺旋桨、发着可怕轰鸣声的Me-262喷气战斗机遭遇,这是纳粹德国军事技术的崭新成就——世界上第一种实用喷气战斗机。然而,如果盟军的推进速度能够放慢一些,那么也许他们能够在德国的天空中看到一种更炫目的新型战机,这就是纳粹德国胎死腹中的福克•沃尔夫Triebfugel旋翼战斗机。


冲压发动机

从1943年开始,德国福克•沃尔夫公司开始积极寻求一种可靠的方法来提离普通“罗林”冲压发动机的推力。根据桑格尔博士的研究成果,这种推进方式将是先进战斗机最有效的动力来源:公司开发部主任帕布斯特博士和他最富于经验的伙伴赛德尔•佐贝尔博士已经设计出一种外形简洁的发动机,这种外形能够有效降低风阻系数。到1944年3月,研究人员确信“罗林”冲压喷气发动机可以在18000米的高空有效工作,冲压发动机的另一个优点是能够使用廉价的油料和燃料。 1944年8月首台冲压发动机样品完成,但是由于盟军空袭,试验推迟了数月之久。完成剩下的部分已不可能,后勤部门许诺的燃料也不能及时供应。1944年 7月间,德国空军司令部决定在1945年8月前制造4台实用型冲压喷气发动机。同年,福克•沃尔夫公司的工程师们先后设计出由“罗林”冲压喷气发动机推进的高速战斗机、战斗轰炸机和大型轰炸机。


新式截击机

1944年9月,面对盟军强大的空中优势,第三帝国空军的防御作战日益捉襟见肘,面对数量庞大的盟军轰炸机群,德国空军迫切需要一种飞行速度快、火力强大的新型截击机。鉴于大多数暴露在盟军打击之下的德国空军机场基本都已陷于瘫痪,因此德军希望能够装备一种不需要跑道、能够垂直起降的截击机,旋班机研制计划就是在这种情况下开始的:毫无疑问,旋冀战斗机将是第三帝国最为奇特的战斗机项目。研制方——德国著名的福克•沃尔夫公司认为,旋冀截击机具有以下优点:高效能和低油耗.重量轻、升限高此外,旋冀截击机的发动机可以利用任何可挥发的可燃性气体或液体进行工作,而且一旦发动机出现故障.带有助推火箭的三叶旋其也可以保证飞机安全着陆。旋冀机的理论最初由德国哥廷根技术大学的科学家冯•霍斯特和库奇受博士提出。艾里希•冯•搜斯特曾经参加过1940年在不列斯劳举行的室内比例模型竞飞大赛,在那次比赛上他展示了自己名为“吕贝尔”(Libelle,德文“蜻蜓”)的飞机模型,他还把自己设计的飞机称为 “扑翼机”。在研究了几种不同的设计思路后,他于1942年在《航空研究年鉴》上发表了自己的论文。

旋翼喷气机最重要的理论研究工作由海因茨博士——一位经验丰富的天才工程师完成。他于1944年夏加入福克•沃尔夫开发部成为那些精英设计师和工程师中的一员。Triebfugel是一种极为特殊的飞机,它的固定式机翼被三片旋翼所取代,旋翼安装在距机头三分之一的位置处,三片旋翼相互之间成120度布局,每片旋翼的末端装有一台冲压喷气发动机。螺旋桨的桨距可以由飞行员进行调节。在爬升阶段,该机的最大速度可以达到730千米/小时,此时旋翼的旋转速度远远高于飞机的前进速度。用这种方式,可以保证冲压发动机的正常工作。飞机的飞行速度越快,旋冀的旋转速度越慢,此时冲压发动机的进气速度也越接近飞机的飞行速度。

起飞时,飞机采用垂直姿态.立坐在机身后端的主起落架上,尾部四片尾翼末端各有一个较小的辅助起落架。为了让旋翼转动起来,首先需要点燃冲压发动机上的三台“沃尔特”助推火箭。当旋翼的旋转达到足够的速度后,冲压发动机就能够启动,同时助推火箭发动机熄火。在旋翼加速旋转的过程中,旋翼倾角保持水平,即不产生升力,随着旋翼速度的加快,飞行员可以改变旋翼的倾角,这样飞机就会立即获得升力——升力一方面来自旋翼的转动,另一方面来自冲压发动机推力沿机身纵轴的分力。在完成爬升和改平后,飞行员应再次调整旋翼的倾角以降低其旋转速度,这样做的目的是让翼尖末端速度保持在1100千米/小时。当飞机达到最大设计速度后,其旋翼的转速为220转/分。降落时,飞行员必须在调整旋翼的同时操纵飞机俯仰,以垂直姿态下降着陆。在整个飞行期间飞行员的座椅保持固定,这意味着在飞机起降过程中飞行员都处于躺卧状态。战后,美国于1954年研制的垂直起降验证机——康维尔XFY-1在这一点上有了较大改进,该机的飞行员座椅安装在平衡装置上,可以向前旋转45度,保证飞行员在飞机起降过程中保持正常坐姿。

于1944年9月9日上报给德国航空部的飞机设计性能指标让航空部的官员们吃惊不小:机长9.15,最大起飞重量5150千克,海平面爬升率为125 米/秒;在7000米高度上爬升率为50米/秒。据估算,该机的海平面最大飞行速度为925千米/小时;在14000米高度上速度为675千米/小时。拟配备给该机的武器是两门MK 103航炮(每门备弹100发)或两门MG 151 / 20 航炮(每门备弹250发),也可以是4门大威力MK 213航炮。而如果说这些都还是设想的话,那么最让空军的高官们惊讶的是该机的风洞模型在测试中成功达到了马赫0.9的高速度!


功败垂成

不幸的是,就在福克•沃尔夫的垂直起降截击机项目初具规模的时候,航空部却命令中止该项目,其实只要再有几个月,公司就会完成首架样机。后来该机的设计资料被盟军所缴获。有趣的是,盟军对旋翼截击机的研发过程极为重视,帕布斯特和佐贝尔的研制记录被美军列为绝密材料,直到1955年1月这些材料才被予以解密。

根据美方解密的资料,我们才有机会窥见这种60年前纳粹绝密飞行器的面貌。从设计方案上可见旋翼和机身之间没有传动机构,因为旋翼的推力来自安装在其末端的三台冲压喷气发动机,所以不会有转动力矩从旋翼传递到机身上。在旋翼转速达到冲压喷气发动机的启动速度(300千米/小时)之前,旋冀由三台推力各为 2.9 千牛的“沃尔特”助推火箭驱动,火箭安装在冲压发动机的外罩内。该机的最大优势在于它可以很高的速度垂直起飞,不需要较长的跑道,因此也就不需要专门的机场设施,可以方便地隐蔽在丛林、山地等不易被侦察到的地区。飞机的驾驶舱位于飞机前端,按照设计要求,飞行员将会配备弹射逃生座椅。旋翼机装备的冲压发动机每台直径约为0.6~0.9米,产生的推力为8.2千牛,该冲压发动机是根据1941年由福克•沃尔夫空气动力研究所主持进行的一系列试验的结论研制的。

冲压喷气发动机实质上就是一根圆柱筒,只有在空气以很高的速度通过它时,它才能启动成为一台喷气发动机。高速进入发动机的空气起到了空气压缩机的作用。由于成功开发出一种长径比为2.5的冲压喷气发动机,它可以为驱动旋翼提供合适的推力。安装在冲压发动机内的助推火箭的作用是把旋冀加速到马赫0.9 以便让冲压发动机获得足够的启动速度。冲压喷气发动机的另一个重大优势是可以使用质量相对低劣的燃油,而燃料短缺则是纳粹德国在战争中面临的越来越严重的问题。


和通常的螺旋桨一样,三片旋翼从翼根到翼尖迎角逐渐变小,上面没有控制面,飞机由尾翼上的控制面来进行操控。对飞行员而言,从垂直飞行改为水平飞行是非常困难的,反之亦然。而且,飞机的降落也存在难以解决的问题,十几年后美国在研制康维尔XFY-1和洛克希德XFV-1时也发现了这一点。

该机的另一个重要问题是如何将燃料从机身输送到旋翼末端的引擎,除非燃油箱设置在旋翼内部,否则这个问题很难解决,这必将极大地增加旋翼机的设计难度,并将会降低旋翼系统工作的可靠性。

现在科研机构认为,可能该机采用共轴反桨双旋翼方案能够变得更具稳定性。此外该机的控制是最大的问题,问题就出在那巨大的、高速旋转的旋翼上面,根据物理学中陀螺的进动性,高速旋转的物体在中心轴改变方向时在转动面 90度方向产生转动力矩,这就意味着当飞行员操纵飞机转向时,机头可能会转向一个连他自己也无法预见的方向。旋翼的尺寸和质量也会造成飞机控制的困难,也许现代计算机辅助线传操纵系统可以解决这个问题,但很难想像二战时期的纯机械控制系统能够让飞行员驾驭这种奇特的旋翼机。

无论如何,纳粹德国没能研制出旋翼机对盟国而言是一件幸事,否则盟国飞行员可能就必须要面对随时随地可能从各个角落里腾空而起的Triebftigel,而它们携带的强大武器对任何目标都是巨大的威胁……虽然没能研制成功,但战后美国科研机构还是从该机的研制资料中获益匪浅,因为他们得以知晓德国人曾经在旋翼机问题上走过哪些弯路,从而避免重蹈覆辙,而且大量的测试数据也成为美国空军的宝贵财富。如果抛开关于战争的正义性单纯考量Triebfugel的研制思想,应该说旋翼机的设计思想是极具开创性的,是旋翼应用理论的重大进步。毕竟科技是没有国界和政治色彩的,掌握在侵略者手里,它会是凶恶恐怖的撒旦,而在正义者手里,它同样会是维护和平的利剑。