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影之传奇-亨克尔He100战斗机探秘


简介


1939年3月30日,一架He100的原型机在试飞中达到了746.6公里/小时的最高速度——一举打破了国际航空联合会原来的平飞速度世界纪录。更让人吃惊的是,这个挑战者的所装配的引擎马力竟然只有前冠军的一半,但却比后者足足快了40公里/小时。可以说,亨克尔公司在开发这种飞机时倾注了所有的心血,把其长久以来所累积的空气动力学知识设全部运用到了该机的设计上。这样做的结果是,一种性能远远超过同时代竞争者的飞机提早出世了,可惜却生不逢时。


目前,关于He100的资料大半已经湮灭,残留下来的也往往互相矛盾,这就更为这种飞机披上了一层神秘的面纱。我们所能确定的唯一一件事便是——亨克尔公司制造了这种速度为当时之冠的优秀战斗机,但在只生产了二十五架后便匆匆关闭了生产线;其余的真相全部被时光的迷雾所笼罩。不过,正是这份神秘感反倒为这种宛如黄鹤惊鸿一瞥的飞机平添了无限魅力,让现代的航空爱好者望着悠悠千载的青空白云浮想联翩。


基本资料


制造厂家:恩斯特.亨克尔飞机公司(ErnstHeinkelFlugzeugwerkeGmbH)


设计人:沃尔特.冈特(WalterG-nter)工程师,齐格弗利特.冈特(SiegfriedG-nter)工程师


设计年代:1938年


类型:昼间战斗机


乘员:一人


外观:常规布局的下单翼战斗机


机身:机身截面为两侧较扁平(尤其是在引擎部分)的蛋型,前部机身的线条比较平直,但后机身却收缩得很厉害。如果我们沿着座舱罩画一条水平线的话,可以看到在靠近机尾的地方整架飞机的背脊几乎已经降到了这条线以下。


机翼:采用有着半圆形翼尖的长方形机翼。内翼段与机身水平,约占总长三分之一的外翼段则向上折起,看起来有点像倒鸥翼。内翼段较厚,前后缘基本平行,不过外翼段的机翼前缘却有点后掠,而后缘又明显有个前掠角,整个形状更接近梯形。襟翼布置在内翼段的后方,副翼则被安排在外翼段的后缘,从外翼段的二分之一处一直延伸到翼尖。


其他细节:该机的座舱罩非常类似于后期型“喷火”所使用的“马尔康(Malcolm)”型泡泡座舱。座舱罩的中间部分可以向后滑动到座舱后部的固定段上,前方的风挡设计则显得浑圆饱满,只有正前方为了安装瞄准仪而留下了一个平面。主起落架可以向内侧收入机翼中段,尾轮在飞行时同样可以收起并加以完全覆盖,整架飞机的气动外形称得上是无懈可击。


开发背景


He100的故事始于1933年RLM提出新型战斗机的研制计划,在当时共有四家公司交出了自己的设计,他们分别是福克.武尔夫公司的Fw159,阿拉道公司的Ar80,BFW公司的Bf109以及亨克尔公司的He112。所有四种设计的原型机均在1936年早期使用过渡型引擎进行了测试,其中前两者很快便被淘汰,而对于He112及Bf109则需要进一步测试来做出选择。于是RLM向这两家公司发出分别制造十五架原型机的合同。


尽管许多人看好亨克尔公司的设计,但性能更加优越且更为摩登的Bf109却赢得了更多的支持。空军最终在1936年三月底宣布梅塞施密特博士的作品雀屏中选,虽然这时亨克尔公司已经重新设计了He112的许多部分,在此基础上推出了性能胜于Bf109的He112B型战斗机,但却已无回天之力,眼睁睁看着花落别家。


He112在竞争中的败北确实也有它自己的原因,主要便是机体结构太复杂,而且热衷于采用曲线构形,制造起来费工费时,不利于大量生产。另外,He112的原型机在试飞时出了几次不大不小的事故,虽然不全是飞机设计上的问题,但毕竟让RLM的心中藏了个疙瘩。不过英国已经开始投产先进的“喷火”式战斗机这一传闻才对He112计划带来了最大的打击,RLM急着要将新战斗机设计马上定型投产。亨克尔如果能在1936年前半年推出He112B系列的话似乎仍有可能力压Bf109夺得竞标的胜利,但实际上He112B直到1936年下半年才姗姗来迟,这时的Bf109早就已经定型并投入批量生产了。


不过He112还是在欧洲的其他国家及日本赢得了一些合同,日本人订购了三十架,其中十二架在苏台德危机时被德国人征用。西班牙则得到十九架He112,在内战后还使用了很长一段时间。另外有三十架卖给了罗马尼亚,不过FARR只用这些飞机在东线服务了短短几年就将其撤出了一线任务,改由罗马尼亚自制的IAR-80代替。此外还有三架He112B型被送到了匈牙利,准备在该国按许可生产这种战斗机时当作生产样本,不过最终匈牙利人还是放弃了该计划,转而生产由意大利设计的Re.2000战斗机。


到1939年,所有He112的生产已经全部终止,一时间老牌军用机生产厂家亨克尔公司似乎就此淡出了战斗机生产和制造领域。


He100的开发


让我们再把画面倒回1936年初,就在RLM宣布将Bf109作为次时代主力战斗机的当儿,德国军方的注意力已经转向研制一种性能更加优越的战斗机。这次的目标更是显得野心勃勃,要求计划中的新飞机在性能上能够象Bf109超越双翼战斗机那样超越Bf109!尽管RLM并没有为此计划正式立项,但仍相当重视地邀请福克乌尔夫公司和亨克尔公司加盟,请他们各自交出一个设计用于评估。


由于这是个秘密进行的战斗机研制项目,为了免受不知情人士的干扰,亨克尔公司对外严密封锁消息。在公司内部一份编号为No.3657的档案里记载着“在五月初,我们制作了一架实物模型……准备将其交给RLM做项目评估……在此之前RLM内没有几个人知道这一战斗机项目的存在……”。


亨克尔公司内最有天分的设计师沃尔特.冈特负责整个计划的实施,他觉得在He112的基础上继续加以改良并不能大幅提高飞机的性能,要想达到空军部苛刻的要求,只有大胆破旧立新才有可能。在这种情况下,沃尔特开始了一个全新的设计,暂时定名为“1035计划”。亨克尔公司给自己定下了极高的目标,要求新飞机的最高时速达到700公里/小时(435英里/小时);而通过分析He112的失败,更将易于大量生产作为设计时的首要参考因素。(在这里要请大家注意的是,直到1944年才有时速达到700公里的战斗机出现在战场上!)


沃尔特为了简化生产在设计新飞机时为自己定了两条原则。第一,尽量减少飞机的部件数;第二,在设计时尽可能多地用直线构形,就算不是最佳选择也在所不惜。相较于他在设计He112时为了提高性能宁可牺牲生产性的做法,这次冈特博士似乎是从一个极端走到了另一个极端。通过这样的努力,新飞机比起He112来可说是“平民化”了许多。He112共由2,885个零件组成,用26,864个铆钉加以连接;而新飞机的零件数下降到了969个,所需的铆钉也只有11,543个,仅仅是制造He112所需的一小半。而放弃椭圆形的机翼给简化工作带来的好处最大,平均下来光在这一个环节上就可以节省1,150个工时!


为了最大限度地提升飞机性能,所有可能的减阻措施都被加了上去。现在看来,许多措施都可说是开当时风气之先河,如采用完全符合空气动力学的泡泡座舱,不在水平尾翼下装设可能带来一定阻力的结构补强支柱,以及在飞行时完全可收入机身的后三点式起落架……;其中的后两者后来更被德国空军的主力战斗机Bf109F型所采用,使其性能在Bf109E的基础上又有了极大的飞跃,平飞极速一口气提高了50公里/小时。还有,新飞机的引擎直接安装在加固的前部机身上,省略了发动机支架。得益于此,He100的发动机罩可以设计得分外瘦削紧凑,机身截面也相应变窄,进一步减少了飞行时的阻力。同时,亨克尔公司在新飞机上甚至采用了比Bf109更短的机翼,在适度牺牲高空和盘旋性能的情况下全力追求高速度!


为了彻底发挥DB601发动机的性能,He100采用了推力排气管争取任何一点形式的推力,增压器的进气口也从引擎罩的一侧移到了左翼前缘以提高空气的压缩效率。


为了全面提升飞机性能,沃尔特博士决定兵行险着,采用了独特的翼面蒸发冷却方式(亨克尔公司在制作He119高速轰炸机时已经取得了关于这种技术的一些经验)。其主要工作原理是:对引擎内的冷却液增压使其能在达到沸点时仍旧保持液态,直到注入翼面下的常压空腔时才迅速蒸发,通过金属翼面将热量释放到空中。失去热量后冷却液重新变成液态,通过管道回到发动机内进行循环。由于在相同的温度下蒸气可以携带较多的热量,这种散热方式比起传统的冷却液散热的效率更高。同时由于整个系统不需要在机体表面做文章,因此不会为飞机带来额外的阻力。


当然该系统也有其不足之处,首先是太过复杂且不易维护修理,更糟的是,这种冷却方式使得飞机在战场上十分脆弱,一旦该部位(面积远远大于传统的散热器)中弹整架飞机便丧失了继续飞行的任何可能。因此虽然当时不少设计曾考虑采用这种布置,不过最后还是因为其明显的弊端而是回到了通常的设计上。


He100所使用的这套冷却系统由Jahn和Jahnke所设计,在使用该装置的情况下引擎的运转温度可以达到摄氏110度。超热的冷却液被注入离心式空气压缩机中,籍由压力的下降,冷却液迅速变成蒸汽,循管道进入机翼前缘内部的冷却空腔内,靠热传导迅速将所携带的热量经流经机翼表面的气流带走,失去热量后的蒸汽变为液态的水回流向发动机。与此同时,较重的水则依靠离心力被分离开来并重新进入发动机的冷却循环系统。先后尝试了不少设计方案,最终的选择却是采用多达二十二个小型的电动泵分担工作。有趣的是,每个泵对应地在座舱内都有一个故障指示灯……一点也不错,座舱内因此共安有二十二个指示灯!


润滑油不象冷却液,必须避免让其温度达到沸点。这给DB601系列发动机在He100上的实际使用带来了一个难题,因为根据该发动机的工作原理,大部分热量直接传给了润滑油而不是冷却液。为了解决这个问题,不得不在两侧机翼下各设置了一个半收放式的滑油散热器。


在某几架原型机上,还尝试着用一种更复杂的方式达到这一目的。先是在热交换器中用甲基酒精吸收润滑油的热量,随后则同样通过蒸发冷却的办法再给酒精降温。不过其专用管路却被安排在机身后部和水平尾翼的前缘。


沃尔特工程师在1937年五月25日因车祸丧生后,他的兄弟齐格弗利特接手进行He100的研制工作,并赶在当年年底前完成了全部的设计。与以前相比,设计上主要的变动有:机翼的外段(约全长的1/3处)改成了略微上折,内侧翼段出于容纳向内侧收起的起落架的原因而显得较厚。当主起落架放下时轮间距极大,使得该机在地面的运动性比起Bf109来要好得多。虽然座舱后缘仍收入机脊,但机背线条在接近机尾处却降到了座舱罩底部的水平线下,保障了飞行员的后方视野。由于He100在地面滑跑时,翼面散热系统还不能真正发挥作用,因此齐格弗利特工程师又在机身下增添了一个可收放的小型常规散热器应付这种情况。总的来看,He100的尺寸要比它的前辈——He112略小一些,重量也更轻。


十月末,该设计被交到了RLM,还在附件中详细列明了原型机的设计细节,交货日期及三架原型机的单机价格。官方将其命名为He113,不过亨克尔博士显然对这个数字有很强的抵触情绪。在他的一再要求下,该机的编号终于被改成了He100(其实100这个编号已经给费塞勒(Feiseler)公司使用了)。


十一月,梅塞施密特用一架修改过的Bf109破了陆上飞机的速度纪录。作为回应,亨克尔立刻决定用He100的第四号原型机来向新纪录挑战。由于He100的机体已经在气动外形上下了相当大的功夫,所以需要做的修改也就非常有限,主要是集中在缩短机翼及修改驾驶员座舱上。


就在当年年底,亨克尔同恩斯特.乌戴特等人见了次面,稍稍修改了原先的计划。决定将V-1和V-2号原型机用于各种性能测试,而将V——3装上专用的竞赛机翼(比标准型的翼展略为缩短)用于打破世界速度纪录;至于V-4,则计划作为批量生产的先导验证型号。乌戴特对计划中的创纪录飞行非常感兴趣,并以此为理由终于说动了RLM认可这一方案。


原型机的开发和生产


He100的第一架原型机V-1于1938年一月二十二日首次试飞,仅仅比预期晚了一周时间。该机的速度确实惊世骇俗,但却同样有一些毛病未能克服。其中最主要的是航向的稳定性,在空中会象He112的早期型号一样“蛇行”。另外,空军试飞员对于该机的高翼载颇为不满,这一点使得该机的着陆速度较大,飞行员往往在着陆的最后一百米必须全力踩刹车才能让飞机不冲出跑道。地勤人员同样不喜欢He100,他们抱怨说该机引擎罩的设计太紧凑,使得对发动机的维护格外困难。当然,该机在维护上的最大问题毫无疑问还是来自冷却系统。工厂对V-1号原型机做了一系列测试后在三月份将其送到了空军雷赫林(Rechlin)测试中心。


为了解决飞行中的稳定性问题,第二架原型机更改了垂直尾翼的设计,从原先近似于三角形改为接近长方形的外形,面积也加以扩大。同时,那个麻烦不断的翼面冷却装置也被翼下半收放式的普通散热器所取代,发动机也换成了实验中的DB601M(当初设计时就预定搭载这种引擎)。DB601M使用辛烷值96的C3燃料,可以为飞机提供较大的动力。


V-2在三月份完工后,工厂计划用它做了一次从往返于乌斯特罗(Wustrow)和米里茨(M-ritz)之间总计约100公里闭合航线的速度测试。虽然预定是由经验丰富的老试飞员赫廷上尉(CaptainHerting)驾驶,不过乌戴特在雷赫林试飞了V-1号原型机后喜欢上了He100,决定亲自驾驶V-2完成这次挑战。1938年6月5日,He100V-2在乌戴特驾驶下以时速634.73公里/小时(394.6英里/小时)完成了这次飞行。需要指出的是,其间该机的冷却系统又出了故障,仪表盘上的告警灯闪个不停,不过乌戴特对这种飞机的仪表不怎么熟悉,根本不知道这个信号的含义,完全无视警告倒反而使他顺利地完成了全程飞行!


这一纪录立刻被德国人拿去大肆宣传,不过在各类出版物上该机都被写成了“He112U”(U是指乌戴特驾驶该机一事而言)。这样的安排当然也有亨克尔公司自己的考虑,毕竟当时He112仍在生产和销售中,这么处理可以避免新飞机抢了He112的风头,也可以在客户面前增加后者的吸引力。之后,V-2号原型机同样被送到了雷赫林(Rechlin),由空军进行各类测试,不过当年十月就由于尾轮未能正常放下而在一次着陆事故中受损。按理说对飞机的损害应该不大,但却没有进一步的资料证明该机其后的命运。


V-3号原型机换上了用于竞赛的短机翼,使得该机的翼展从30英尺10英寸缩短到24英尺又11英寸,翼面积也从155平方英尺缩小到118.4平方英尺。为了提高速度,座舱罩也换成了较小且外形更加流线的样式,另外还对机身表面所有的连接点和突起用腻子整形后再加以打磨。由于在整体组装时预定的DB601R发动机还没有运到,只好在工厂测试飞行时先用601M充数。


八月份,预定的DB601R终于运到了工厂并装上了飞机。这么一来螺旋桨的最高转速从2,200转提高到3,000转,同时通过采用向燃料中添加甲基酒精的办法可以提高增压器的冷却效率并在短时间内将发动机的输出功率提高到1,776匹马力(不过这么一来就必须在每一次飞行后彻底排干发动机中剩余的燃料,对战地情况下的维护保养来说非常不利)。九月份,V-3号原型机被送到了瓦尔讷明德(Warnem-nde)准备用来冲击当时国际航联的陆上机速度纪录。


不过就在正式向世界纪录挑战前的一次飞行中,该机的起落架由于故障而不能正常放下并锁住。当时驾驶V3的是亨克尔公司的首席试飞员厄哈德.尼塍科(GerhardNitschke),在判断不可能安全降落后他当机立断决定跳伞逃生,并让飞机在机场中的无人区域坠毁。不过他在跳伞过程中却被飞机尾部打到,所幸只受了轻伤;而V-3号原型机则完全毁坏,令德国空军不得不中断了用该机破世界纪录的计划。


同样在1938年夏天完工的V-4号原型机是唯一一架He100B型飞机(V-1到V-3皆被称作“A型”)。当V-3号坠毁后位于雷赫林的该机便接受了作为竞速机的必要改造,继续向世界速度记录挑战。需要说明的是,尽管没有武装,该机却仍旧可说是一架标标准准的“战斗机”。安装DB601M发动机的V-4在性能上远远超过了德国空军手中制式的Bf109型战斗机,尤其是在平飞极速这一栏上。从当年夏天测试中的数据来看,He100在海平面的速度便达到了348英里/小时,甚至超过了Bf109在其最佳使用高度的性能。在6,560英尺的高度上,He100V-4号飞出了379英里/小时的好成绩;而在16,400英尺的高度上,该机的速度高达416英里/小时!就算在26,250英尺高度也有398英里/小时的实力。V4后来在十月二十二日因为起落架折断而损坏,不过并没有受到严重的损坏,修复后在第二年的三月份重上蓝天。


虽然V-4是最初计划的四架原型机中的最后一架,不过生产并没有就此停止。亨克尔决定继续生产六架原型机,以便继续加以改进。由于V-3的坠毁,V-8的机体便被改成了V-3二代,不过却装上了DB601Aa发动机,并在十二月一日进行了首次试飞。到第二年一月,该机又换上了601R型发动机在奥拉宁堡(Oranienberg)进行试验,并在汉斯.迪耶特勒(HansDieterle)的驾驶下达到了746.6公里/小时(463.9英里/小时)的极限速度,创下了新的世界纪录。不过在大众出版物上,这一纪录还是归于He112U的名下。该机最终的结局如何不得而知,很可能也和后来的V-9号原型机一样被用于迫降试验而损毁。


V-5号原型机在1938年的十一月十六日完工,由于该机的外形与V-4酷肖,而被用于一出宣传He100V-4号原型机打破世界速度纪录的影片拍摄(由于害怕损坏V-4而没让真正的破记录者上场)。不过从V-5开始,亨克尔公司对He100的设计作了些修改,因此除了较早完成的V-8外,新生产的飞机都被视为He100C型。


V-6号原型机在1939年二月进行了第一次飞行,在工厂进行了一系列的测试后于四月二十五日运到了雷锡林试验中心。在那里,该机被装上不同的引擎进行各种技术测试。不过在六月九日的一次飞行中由于起落架故障,机体受到轻微损伤,所幸在短短六天内就修复完毕,再次飞上蓝天。


修改了滑油散热系统的V-7号原型机在五月二十四日完工,同时这也是第一架安上了武器的原型机。该机的射击武器包括机翼内的两门20毫米机炮和机头引擎罩内的四挺7.92毫米MG17机枪,使得其火力强度远远超过了同时代的飞机。不过当V-7被运到雷赫林(Rechlin)测试中心后很快被撤除了全部的武装,专门用于一系列的高速飞行试验。


V-9是第二架配有武装的原型机,不过却被分配了一个奇怪的任务——专用于迫降试验!最终在这种完全是破坏性质的实验中被摧毁。而V-10号原型机本来也是相同的命运,后来却被换上了本计划用于迟迟未完工的V-8号原型机的专用竞赛机翼和风挡作为“He112U”的实体陈列在慕尼黑的一家博物馆中,遗憾的是还是在战争期间毁于轰炸。


发动机过热以及冷却系统工作不可靠的问题一直都没有解决。虽然在试飞时飞行员们都小心翼翼,但冷却液泵却格三岔五闹“罢工”。三月份,在一份递交给恩斯特.亨克尔的备忘录中也提到了这些问题,并要求由专人尽快加以解决。


另外一个问题是,在原型机试验阶段该机的起落架部分持续发生故障。尽管采用大间距的起落架设计可以避免Bf109所遇到的问题,但亨克尔公司的设计却太单薄,陆续的修改也没能真正解决这个问题,结果V-2,V-3,V-4和V-6号原型机(几乎是近半数的原型机)都因为起落架故障而收到了不同程度的损毁。


He100D-0


如上文所说的,在原型机阶段,He100的各种试验型被给予不同的改型名称上报RLM以便登记生产,但德国空军从未予以采纳。最终亨克尔博士决定不管空军是否接受先按照最新的改动自行生产十五架He100再说,为了区别于早先所生产的十架原型机,这批飞机便被称为He100D-0型,也有称其为“零系列”的。


事实上与后期的原型机比较起来D-0系列飞机的改动并不大,主要来说是扩大了飞机的垂直尾翼以求解决飞机的航向不稳定问题。另外,座舱和风挡的设计同样作了一些修改,驾驶员的座椅被略略提高,风挡形状也随之有了变化。全赖这一改良,使得飞行员的视界有了极大的改善。不过D-0系列的武装却被简化,只有安装在引擎气缸中的一门20毫米机炮(透过螺旋桨毂发射),以及机体侧面的两挺7.62毫米MG17机枪。


到1939年夏天,亨克尔公司共完成了三架He100D-0型战斗机,主要被用来在曼瑞纳亨(Marienehe)工厂进行各种技术测试。根据所获得的资料和数据,其后生产的十二架飞机的设计又有了一点不同,这便成了He100D-1型。



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