零距离起飞

零距离起飞的尝试---御火而行[转]

人类发明了飞机以后,终于可以借助机械和科技的力量飞翔于天空之中,在速度高度上挑战一个个极限。机械的强大,随之而来的问题是,在起飞和降落时,需要长长的跑道来实现。这不仅意味着要花费大量的人力物力财力来修建机场,而且在战时,机场就成为敌军首要攻击目标。一旦机场被破坏,即便是威力强大的 B-2,F-22,也只能英雄无用武之地。第二次世界大战及以后历次局部冲突中,第一波进攻时往往伴随的就是对对方机场的突袭,机场跑道似乎就像是上面印着大大的“bomb here”的字眼一样吸引着反跑道炸弹。


如何让飞机能突破跑道的限制,实现其自由的起落?垂直起降飞机(VTOL,vertical take-off and landing)等一系列革命性的理念,理所当然就诞生了。但是由于技术条件的限制,使得在二战期间及后的二十年间,航空界还很难将这个设想变成可实用的操作。设计图纸上的一个个方案,由于种种原因都失败了。二战期间德国的 Ba 349 就算是一种零距离起飞的截击机。


二战结束后,昔日盟友迅速转化成敌手,铁幕、冷战、军备竞赛,双方都以对方为假想敌目标而磨刀霍霍。美国拥有核武器上的优势,同时拥有当时最强大的战略轰炸机部队,但是庞大的战略轰炸机严重依赖于设备完善的机场,没有良好的跑道,就成了一堆废铁。50 年代初美国战略轰炸力量的中坚 B-36,就一向对机场跑道的苛求而屡遭诟病。


苏联核武器的发展和军事力量的逐步强大,美国军方开始担心苏联会不宣而战,先用核武器突袭美国主要的战略轰炸机基地,消灭在机场上战备执勤的飞机,破坏跑道和机场设备,从而消除美国对苏联的还击力量。其实在弹道导弹没有实用化之前,苏联远程轰炸机力量还羽翼未丰,更不用说突破北美防空网去威胁美国本土。美国军方当时渲染的“轰炸机差距”和后来的“导弹差距”,直接刺激了美国军事武器的研制和装备。但对于欧洲的北约机场来说,威胁是现实的。


为了应付上述的这种对机场的威胁,美国空军提出了零距离起飞(ZEL,Zero-Length Launch)的概念,简单说来就是在飞机腹部加装助推火箭,飞机架在一个特制的架子或者拖车上,助推火箭点火后把飞机发射出去,使飞机获得一个起飞的初速,这样就可以使飞机摆脱对机场跑道的依赖。这个系统可以部署在洞库或其他具备抗核打击能力的掩体中,在核打击过后起飞作战。这个设想的灵感是来源于美军早期巡航导弹的发射方式。那时的巡航导弹-斗牛士、蛇鲨等都是架在一个很短的发射支架上,以火箭助推起飞,然后启动主发动机进入巡航。既然导弹可以这样发射,那么是不是也可以把飞机这么“发射”出去呢,这样不就不需要跑道就能起飞了。


F-84G ZELMAL

最早应用这个概念是在 F-84G 上,当时美国空军战斗机测试中心提出的是零距离起飞/垫子着陆(ZELMAL,zero-length launch and mat landing),飞机通过助推火箭升空,飞机返航时,着陆时直接以机腹在特制的充气垫子上迫降。


结合当时正在进行的“斗牛士”巡航导弹的研制,马丁公司被选中来进行这个项目,以便共享斗牛士导弹助推器的研究成果。马丁公司随后在爱德华兹空军基地以 F-84G 战斗轰炸机来作为研究机。


把飞机用助推火箭送上天达到必要的飞行初速是一回事,但是把一架喷气式战斗机在没有跑道的情况降落下来就是另外一件事情了。为解决这个问题,固特异公司(对,没错,就是著名的固特异轮胎的生产商)制造了一个相当大的,充气式垫子,内部是蜂窝式结构,分成很多小气室,放了气以后可以塞进卡车很快转移和另外铺设,看起来就象一个放大若干倍的家用充气床垫,尺寸是: 25(宽) x 245(长) x 1(高)。飞机降落时用机身下的挂钩钩住一条拦阻索,然后机腹着垫,降落在垫子上。这很类似海军舰载机在航母上的降落方式,只不过最后阶段很象是拍在垫子上的感觉


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F-84G ZELMAL 在垫子上着陆


这种叫人满腹担心的试验方案1953年12月15日在爱德华兹空军基地最北端的罗杰斯干湖进行了第一次试验飞行,首次使用的一架无人驾驶的绰号“破汽车”的F-84G。主要是验证火箭助推器的效果。


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F-84G 起飞,尾部的拦阻钩清晰可见


第一次成功的有人驾驶试验在1954年1月5日进行,试飞员是马丁公司的罗伯特.特纳,由于是第一次经历这种方式的飞行,特纳不小心拉伤了左手。3 个星期后,1 月 28 日,飞行员和飞机都准备好了第二次测试,这一次成功的起飞和着陆了。不过降落时是在普通机场跑上着陆的。后续几次发射测试也取得了成功,特纳和另一个试飞员都指出这种火箭助推起飞的方式并不是很难,也不会产生很大的冲力而影响操作。助推器可以很容易的把飞机加速到必要的飞行速度,起飞和飞行控制也很简单,一般飞行员经过简单训练就可以掌握。


但是麻烦就在如何着陆,在实际应用中,拍在垫子上这种着陆方式的运行并不是那么完善,铺设充气垫子的第一次试验中,就出现了漏气现象,随后把整批垫子全部退回给固特异进行检查和维修。第一次进行着陆测试是在 1954 年 6 月 2 日,不过没有成功。当时的报告上是这么描述的:“空军试验机 F-84G,编号 S/N 51-1225,飞行员罗伯特.特纳,格伦.L.马丁公司,着陆失事,特纳背部受伤,需要卧床数月。”降落时特纳的飞行高度稍高了点,没有能够钩住拦阻索,飞机直接“拍”在垫子上,巨大的冲击力刺破了好些个垫子的充气单元。于是垫子又被送回到固特异公司进行维修。特纳卧床养伤 3 个月后才康复,不过脊背受伤也给他留下了后遗症,时不时困扰他的生活。试飞员总是与死神共舞,特纳后来在 1969 年试飞马丁公司的一架 B-57 时失事丧生。垫子修好后,又进行了数次尝试,结果比第一次好多了。但是即便是飞行员能准确地钩住拦阻索并将落在垫子上,但这个操作对他们的脖子来说可是个严峻的考验。


另一个试飞员乔治.罗德尼形容这种降落方式时说:“我们尽力用安全带把自己牢牢的绑在座椅靠背上,免得在拍到垫子上的一刹那会向前冲到操纵杆和仪表盘上而受伤,但是你的头部,是没法固定的,在那一瞬间,你会觉得自己的脑袋几乎都折到胸前了。着陆时感觉子的脑袋就像出膛的子弹一样往前扑,即使是我的着陆相当完美。离开座舱时,我的脖子还疼得厉害,即使是今天,我还经常觉得脖子疼,后遗症了。”


最初,军方准备进行 30 次垫子着陆测试,但着陆测试在这 3 次实验后被取消了。主管项目官员说:“通过这三次测试,我们已经获得了足够的测试数据来完成我们的报告了。”整个项目也在经历了 28 次发射、25 次常规着陆、3 次垫子着陆后被取消了。虽然分散布置,零距离起飞,敌军无法轻易发现和摧毁等一些军事上优势诱惑着美军军方,但是降落方式存在的安全隐患是无法解决的。

F-100 ZEL


尽管空军放弃了F-84ZELMAL方案,但 ZEL 的概念已经显示出了其可行性,技术上也验证了其可行性,而且不是那么复杂。


随着冷战的进一度扩大和升级,美苏间的军备竞赛日益激烈,时不时地还有直接冲突发生,那个年度,几乎每个人都相信,如果有第三次世界大战,那一定是一场核战争。北约的军官们除了战略核武器以外,也在战术核武器上给予了很大关注。一旦战争爆发,必定是你死我活的血战,什么武器都会用上,能把报复性武器投送到敌军区域就是胜利,飞机能否安全降落就不予关注了。飞行员如果能完成任务活着飞回来,在己方控制区域跳伞就可以了。


北美 F-100 超级佩刀是世界上第一种超音速喷气式战斗机,美国空军也把它作为战术核武器战斗轰炸机来使用。1956 年 10 月 12 日,美国空军和北美公司签订合同,将剩余未交付的 148 架 F-100D 全部改生产成 F-100 ZEL,分散部署在前沿,实施战术核打击。为此,空军借给北美公司两架 F-100D(56-2904 和 56-2947)进行前期研究。


北美公司火箭动力分部设想的 ZEL 方式是在 F-100D 尾部加装一台液体燃料火箭助推发动机,将飞机发射升空,携带一枚战术核炸弹(T-63 store),从前沿部署的特制拖车上起飞,执行轰炸任务,返航时,在其能找到的机场着陆或者跳伞,抛弃飞机。


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F-100 在发射支架上,左翼下为核弹模型


由于 F-100 相比 F-84G 几乎重了一倍多,助推火箭所需要的推力也相应要增大,飞行员起飞时所承受的冲击力也更大了。火箭发动机燃烧时间 4 秒钟,产生的推力是 130,000 磅(约合 58,967 千克),可以把飞机送到 400 英尺高度,达到 300 英里/小时(约合 482 公里/小时)的速度。飞行员所要承受的加速度大约是 3.5-4G,火箭燃烧完后脱落,飞机进入正常飞行状态。北美公司的试飞员 AI.布莱克本向试飞过 F-84G ZELMAL 的特纳请教如何应对起飞是火箭发动机所来的冲击力,特纳告诉他放松,让自己融入到飞机中去,感觉自己是整个飞机的操控者,从而能从容面对起飞时的冲击力。


首先进行的是助推火箭发射试验,在附加捆绑上同样重量的模拟飞机后,1957 年 12 月 12 日第一发射,后续又进行了 4 次。助推火箭试验成功后,第一次 F-100 ZEL 的试飞是在 1958 年 3 月 26 日,采用的是 56-2904 号机,试飞员 AI.布莱克本。他先是启动飞机发动机,开的到满动力状态,然后启动助推火箭升空。试飞取得成功。


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F-100 起飞瞬间

第二次测试飞行就出了问题,火箭助推器在助推完毕后没有按计划的那样自动脱落,而飞机又没法在尾部挂着个摇摇晃晃的推进器“尾巴”的情况下安全着陆,布莱克本在空中足足飞了一个半小时,做尽了各种机动动作,试图甩掉这个尾巴,但是无效。最后只得弹射跳伞,飞机坠毁。对飞机残骸的检查发现由于推进段的自爆脱落螺栓没有起效,因此导致不能脱落。公司回去修正了助推段的设计,安装在另一架 F-100D 上,新的自爆脱落螺栓可以由飞行员控制,如果没有自动工作,就用飞行员控制引爆脱落。排除了这个隐患后,1958 年 3 月-10 月间,北美公司完成了 14 次成功的发射飞行,几乎是每周进行一次。


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F-100 在发射拖车上待命

测试飞行是顺利的,但是技术以外的问题也浮上水面:战术核武器及其运载飞机(ZEL,或者常规飞机)主要都是部署和应用在欧洲大陆的,欧洲的民众显然不想用自己的家园和城市来作为战术核武器的战场,这些核武器的存在成为欧洲社会日益关注的焦点问题,储存、运输和使用上的安全问题也叫人担心,谁也不想某天在自家的院子前有架 F-100 战斗机坠下来。战争的威胁渐渐在双方巨大规模的战略核武器库面前变小了,恐怖的和平均势慢慢形成,一旦真的大打,那就是地球的末日,战术核武器的作用变得尴尬。


1959 年 8 月 19 日,在新墨西哥州的霍罗曼空军基地,布莱克本进行了人类第一次室内起飞。当年晚些时候,他来到欧洲,向各国军事首脑和政府官员介绍 ZEL 项目,英国、丹麦、荷兰、德国、法国和意大利。每次介绍无一例外都获得掌声和好评,听众都认为这是个好主意,操作简单易行。但是没有人愿意接受并部署,欧洲军方不打算采用这种代价昂贵的“单程飞机”,而在美国本土部署这种飞机又没有必要,于是 ZEL 计划再次无疾而终。


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F-100-zel,这来自美国空军博物馆的 26 张连续拍摄的照片展示了从起飞到助推火箭脱落的过程

F-104 SATS


虽然美军放弃了 ZEL 方案,但是在德国,更现实的面对北约装甲集群和战机威胁的情况下,一旦苏军及其华约军队展开进攻,第一波突袭的对象肯定包括联邦德国境内的各个军用机场,届时德国空军的各种战机都将成为摆设,也开始考虑试验 ZEL 方案来应对战争条件下的复杂局面。德国空军也计划通过火箭助推起飞战斗机,然后用着陆钩在小型机场降落,并成立了一个 SATS(短距机场战术支持)项目组来实施这个方案,并拨付了 3 架 F-104G 战斗机做试验。


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F-104G 机腹特写


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F-104G 助推器特写

1963 年,德国空军采用了美国验证成功的 F-100 ZEL 方案及其装置,并在其基础上加以改良,采用了更大推力的火箭助推器,以便从经过加固的掩体中直接起飞 F-104G 战斗机。德国飞行员也得出了与美国同行类似的结论:ZEL 起飞时不困难的,易操作的。不过,也和美国一样,这个方案没有正式进入服役。毕竟德国是利用制空战斗机去拦截敌军,有回收飞机和飞行员的必要,而不是像美国当时考虑的 F-100 ZEL 战术核武器轰炸机那样准备的“单程飞行”。ZEL 飞机降落时还是要依赖机场和跑道这一难题也终结了德国 F104 SATS 计划。


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F-104G 起飞瞬间

当时的洛克希德公司也在协助德国进行改装 F-104 为 VTOL 战斗机的方案设计,设想在飞机翼尖加装升力发动机或可旋转的发动机,不过也都没有实施。这些设计思路在以后的德国试验 VTOL 飞机 VJ-101 上得到了部分实现。


如今在柏林-Gatow 的德国空军博物馆,还保存着一架带助推火箭发动机的 F-104G 战斗机。


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F-104G,柏林 Gatow 德国空军博物馆

Mig-19/SM-30


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SM-30,在助推起飞导轨支架上

很有意思的是,在苏联,苏联空军根据在德国缴获的 Ba 349 截击机的资料,产生了极其浓厚的兴趣,也进行了类似的研究和试验。同时也不排除苏军在获得美国进行 ZEL 试验的情报后产生了对应的计划,毕竟在冷战期间,美国人研制了什么新武器,苏联也会同样进行。


1955 年 4 月,米格设计局根据命令,改装了一架 Mig-19 战斗机来进行 ZEL 概念的研究,即 SM-30 计划,次年开始飞行试验。


与 F-100 ZEL 惊人相似,苏军在 Mig-19 的机腹安装了 PRD-22 助推火箭,从支架上助推起飞。苏联人的试验同也取得了成功,但他们也同样遇上了美国人面临的难题:如何降落。如果有合适长度的机场跑道来降落,那干嘛还需要 ZEL 起飞呢。短距降落又还有技术难题不好克服,同时助推火箭的液体推进剂在野战条件下的保存和加注等问题也很棘手。最后苏军也放弃了这种技术。



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SM-30,起飞瞬间

ZEL 概念最后没有投入使用的最主要原因是,这种方式下起飞的飞机,最终还是需要加场跑道来降落,而不是真正意义上的摆脱对跑道的依赖。这一与生俱来的问题是无法消除的,直到航空技术的进步能让依靠自身动力的垂直/短距起降飞机-鹞/Yak-38 等服役,才算是实现了降低战斗机对跑道的依赖性。而要战机保持出勤率,前进燃料补给和维护基地又是必不可少的。机场,还是必要的,除非是只进行一次性飞行。



















本文内容于 2007-12-8 19:48:38 被羊城暗哨编辑

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