二战末期的螺旋桨-喷气混合动力战斗机

美国瑞恩 FR-1“火球”螺旋桨-喷气混合动力战斗机


FR-1“火球”是由美国瑞恩航空公司(Ryan Aeronautical Company)研制的一种装有螺旋桨和喷气式两套发动机的混合动力战斗机。二战进行的如火如荼之际,战争双方都在加紧研制着自己的喷气式或火箭发动机,谁先拥有新动力作战飞机,谁就将在空战中占有优势。


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FR-1“火球”三视图


在正式开发完全依靠喷气式发电机提供动力的作战飞机之前,美国海军想先拥有一种既有传统螺旋桨发动机又有喷气式发动机的混合动力战斗机,以便可选择地对两种动力方式进行测试。1942 年 12 月,美国海军上将约翰.S.麦凯恩(John S. McCain)向包括瑞恩航空公司在内的美国国内 9 家飞机制造商发布了具体设计标书。其设计要求是先依靠螺旋桨发动机从航母上起飞,然后在空中打开喷气式发动机使得飞行速度大大提高,待到要降落在航母时关闭喷气式发动机,最后用螺旋桨发动机低速降落。这其实反映出了当时人们普遍对喷气式飞机的不信任,尤其是担心其能否在航母上安全的起飞和着舰。1943 年 2 月 11 日,在所有备选方案中,瑞恩公司的 FR-1 方案最终获胜,美国海军订购了 3 架原型机和 1 架用于静态测试的模型。


1944 年 6 月 25 日,首架 FR-1 原型机完工并开始试飞,但于同年 10 月的一次试飞中坠毁,事后调查结果显示原因在于机翼的铆接牢度不够。但到 FR-1 机翼铆接牢度加强之前,又有两架原型机因为同样原因而坠毁。由此,美国海军飞行员给予其“火球”的谑称,以讥讽其易于坠毁的毛病。


随着太平洋战争进入白热化阶段,越来越多的日本“神风”特攻机给美国海军带来了巨大的损失。于是,美国海军向位于加利福尼亚州圣地亚哥的瑞恩公司签订了购买 700 架 FR-1 战斗机的合同,以希望用这种高速战斗机来击落进行自杀式攻击的日军飞机。但随着美军对日本的不断轰炸以及后来的 2 次原子弹攻击,日本迅速投降,整个二战结束。战争结束前,瑞恩公司生产出 66 架 FR-1“火球”战斗机。美国海军特意成立了 VF-66 中队,专门装备 FR-1,但该中队没有来得及在战争结束前参加实战。随着对战时政策的调整,原本价值 $103,000,000 的 FR-1 战斗机采购合同就此中止。


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一架正在航母上起飞的 FR-1“火球”,请注意其机尾尾喷口


瑞恩公司研制的 FR-1“火球”战斗机具有许多独特之处。它能够仅仅依靠两套发动机中的任何一套进行飞行,当然如果想取得最佳的飞行效果还是需要同时利用两套发动机。当仅依靠喷气式发动机时,FR-1“火球”可以达到每小时 300 英里的最高速度;只靠传统螺旋桨发动机时能达到每小时 320 英里的最高速度(原文如此);当两套发动机同时使用的最高速度为每小时 426 英里。其常规螺旋桨发动机在低空起降时极为安全有效,而喷气式发动机又可在高空中提供较高的速度,两套发动机的切换十分灵活。因此,FR-1“火球”几乎能在所有时候保持最佳飞行状态。


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FR-1 安装喷气发动机的尾段


1945 年 11 月 6 日,一架 FR-1“火球”在即将进行着舰时,飞行员突然发现其活塞发动机的转速大大下降,出于时间紧迫他迅速启动了喷气式发动机并依靠其提供的动力成功地进行了着舰。不过,由于速度过快,这架 FR-1“火球”的着舰距离远远长过平常,好在最后一道拦阻索最终将其拦住。这位飞行员的灵机一动不仅挽救了他自己的生命和座机,而且还创下了首次依靠喷气式发动机动力成功着舰的记录。


早期的喷气式飞机在降低速度时效率也随之而大大降低,但 FR-1“火球”战斗机则能凭借其双重的发动机而弥补这一缺点。并为其带来了良好的作战半径以及爬升速度。尽管 FR-1“火球”战斗机从未参加实战,但是在其之上获得的诸多经验被美国海军后来开发的一系列新型的喷气式作战飞机所借鉴。


FR-1“火球”战斗机在机头安装有一台莱特(Wright)R-1820-72W 星型螺旋桨发动机,在机尾安装有一台通用电气(General Electric)J31 型涡轮喷气式发动机。其速度随着高度的变化而产生剧烈的改变,这在追击敌机时会带来很大的不便。火力方面,FR-1“火球”战斗机安装有 4 挺 0.5 英寸(12.7毫米)机枪,每挺机枪备弹量 300 发。每侧机翼下可以分别挂载 1 颗 1,000 磅的航空炸弹,机翼外侧还能安装可拆卸式的火箭弹发射架。飞行员四周有防弹钢板和防弹座舱玻璃提供的良好保护。


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空中飞行的 FR-1“火球”,其正在依靠喷气式发动机提供动力,螺旋桨叶是停止的


FR-1“火球”是一种下单翼、单座、采用前三点式起落架的战斗机。咋一眼看上去会把 FR-1“火球”当成是普通的活塞螺旋桨发动机战斗机。只有仔细观察才会发现其喷气式发动机的进气口位于机翼前缘靠近机身处。喷气式发动机被安置于机身后半段,其尾喷口开在机尾。为了平衡前后两套发动机并维持前三点式起落架的重心,FR-1“火球”的座舱稍许位于机翼前方,从而使飞行员能够拥有良好的前向视野。座舱内部的空间极为狭小,以至于飞行员甚至无法伸展四肢。FR-1“火球”备有一套供氧系统以便在高空飞行时帮助飞行员克服急速拉升时出现“黑视”现象。


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J31 涡喷发动机


前三点式起落架使得 FR-1“火球”在起飞时能够有效地应付侧风。由于座舱位置靠机翼之前,飞行员只需抬头和低头便可以看见上方和下方的情况。而这对于在航母上起降而言,具有极大的优点。尽管 FR-1“火球”的重量略大于一般的单螺旋桨发动机战斗机,但其带来的高安全性是无可比拟的。前后设置的两台发动机全被命中的概率也远远小于普通的双发动机作战飞机。


1946 年 3 月,部分 FR-1“火球”战斗机由“中途岛”(Midway)号航母搭载,参与了“霜冻行动”(Operation Frostbite)。FR-1“火球”在严寒下与当时新式的格鲁曼 F-8F“勇士”(Bearcat)战斗机和西科尔斯基 HNS-1 型直升机一起执行了多次任务。


随着战后喷气式战斗机时代的全面来临,螺旋桨-喷气动力和混合动力战斗机很快明显落后了。美国海军对其逐渐失去了兴趣,后来又在 FR-1“火球”的基础上开发了安装涡轮螺旋桨发动机的 F2R“黑鲨”(Dark Shark)战斗机。后者安装有通用电气公司的 T-31 型涡轮螺旋桨发动机,外形与 FR-1“火球”有所不同。螺旋桨没有采用 FR-1 的 3 桨叶,而是增加为 4 桨叶。


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F2R“黑鲨”的 1/48 模型


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XF2R 原型机


FR-1“火球”战斗机没有赶上在二战最后的战斗中一展身手,随后又迅速被更为先进的喷气式战斗机淘汰。但它是世界上的一种螺旋桨-喷气混合动力战斗机,也是美国海军第一种投入实用的带有喷气式发动机的作战飞机。而且,对于瑞恩航空公司而言,正是 FR-1“火球”战斗机的成功,使其后来又被美国海军选中为其开发 X-13 型垂直起降(VTOL)喷气式试验机。


附:主要参数


机组成员:1 人


首次试飞:1944 年 6 月 25 日


开始服役时间:1945 年 3 月


机长:9.75m


翼展:12.19 m


机高:4.15 m


机面积:25.55 m²


空机重:3,590 kg


满载重:4,806 kg


最高航速:686 km/h


最大航程:1,658 km


升限: 13,135 m


武备:机枪4 × 0.50 in


炸弹 2 × 1,000 lb


火箭发射架4 ×


主要参考资料


THE AIRCRAFT YEARBOOK FOR 1946, p370-374


苏联 I-250(米格-13)螺旋桨-喷气混合动力战斗机


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为了对付纳粹德国研制的喷气式战斗机,苏联国防委员会于 1944 年 5 月 22 日着手开发一种螺旋桨-喷气混合动力的战斗机。1945 年 2 月,首架原型机完成,代号为 I-250,由试飞员 A.P.Deev 负责进行试飞,工程师 V.N.Sorokin 负责测试。


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I-250(米格-13)的四视图


尽管 I-250 的外形布局与传统螺旋桨飞机没有太大差异,但它却安装有独特的双重动力系统。机头安装有 Klimov VK-107R V-12 型活塞螺旋桨发动机,它通过一根延长轴与后部的一台 7 缸 VRDK 型压缩机相连。它实际上是一种冲压式喷气发动机,在机尾开有尾喷口。在同时使用两套推进动力系统时,I-250 能够的最高飞行速度可达每小时 825 公里。但 VRDK 型压缩机仅仅只能连续工作 10 分钟。


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I-250 原型机侧视


需要指出的是,与美国瑞恩 FR-1“火球”混合动力战斗机不同,I-250 必须依靠活塞螺旋桨发动机提供动力,在必要的时候结合喷气发动机。因此,它不具备单独靠喷气发动机推进的能力。在武备方面,I-250 安装有 3 门 B-20 型20毫米航炮。


1945 年 3 月 3 日,首架 I-250 原型机在进行首次试飞时坠毁,试飞员 A.P.Deev 不幸遇难。事后调查显示,原因在于水平尾翼由于承受不了巨大的过载而断裂。尽管试飞员跳出了坐舱,但因为当时飞行高度较低,没有来得及打开降落伞便坠地身亡。


1945 年 5 月,第二架 I-250 原型机进行试飞。该机吸取前一次失败的教训,水平尾翼自身强度以及与机身连接牢度大大增强,足以应付高速飞行。由苏联飞行研究中心试飞员 A.P.Yakimov 和米格设计局试飞员 A.N.Chernoburov、I.T.Ivashchenko 3 人先后驾驶其成功地进行了试飞。期间,I-250 的最高飞行速度达到了每小时 825 公里,大大超过了以前所有的苏联战斗机。在起飞时,如果结合使用喷气发动机,最短起飞距离仅为 400 米。在苏联国防委员会的授意下,由第 381 号工厂于 1945 年夏季开始小批量生产 16 架 I-250 战斗机,与此同时继续对原型机进行进一步飞行测试。原计划让 I-250 战斗机参加在 1945 年 11 月的苏联阅兵仪式,但后来由于天气条件过于恶劣而作罢。


同年末,首批 I-250 的量产工作基本完成。然而,对于原型机的测试却迟迟尚未结束。这是由于 I-250 的标准发动机迟迟没有决定。1946 年上半年间,I-250 原型机的发动机几经更换。在 1946 年 7 月 12 日的一次试飞中,I-250 原型机的 VK-107 型发动机突然起火,于 Lubertsy 机场紧急迫降,受到一定程度的损伤。因为第 381 号工厂已经开始量产 I-250,有关监督 I-250 试飞的机关决定不再对原型机进行维修,而是直接对量产的 I-250 进行测试。1947 年 5 月,I-250 终于在 GK NII VVS 通过了所有测试,其中发动机工作时间达到了 35 小时。


1946 年 12 月,首架生产序列号为 3810102 的 I-250 量产机完工,并于 1947 年 9 月 19 日开始接受测试。与之前的原型机不同,这架量产机的机翼油箱容量增加了 190 公斤。由于苏联空军越来越倾向于完全喷气式的战斗机,苏联海军开始接手 I-250 战斗机。从同年 10 月 9 日开始,到 1948 年 4 月 3 日为止,16 架 I-250 量产机装备了一个苏联海军的航空兵中队,在位于里加(Riga)的 Skulte 机场进行了广泛的测试飞行。TSIAM 的首席工程师 A.V.Komissarov 领导对 I-250 进行了最终的改进和测试,VK-107R 型活塞螺旋桨发动机和 VRDK 型压缩机在后来的测试中再未出现异常状况。这些测试的数据和经验为后来苏联涡轮喷气式战斗机的开发提供了重要参考。


1946 年,第 381 号工厂生产了 8 架标准化的 I-250,被正式定型为“米格-13”。直到 1950 年,这批米格-13 战斗机装备了苏联波罗的海舰队和苏联空军北方的战斗机部队,接受服役测试。然而,随着 1948 年早期,米格-9 和雅克-15 喷气式战斗机的面世,别具特色的 I-250(米格-13)螺旋桨-喷气混合动力战斗机就此停止了发展。


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米格-13


米格-13(与 1-250 略有不同)主要参数


机组成员:1 人


发动机:Klimov VK-107R V-12 型活塞螺旋桨发动机x1;Khalshchevnikov VRDK 冲压式喷气发动机x1


机长:8.20 米


翼展:9.5 米


翼面积:15.0 平方米


空机重量:3,028 公斤


满载重量:3,931 公斤


翼载:262 公斤/平方米


最高速度:825 公里/小时


升限:11,900 米


最大航程:1,820 公里


武备:20 毫米 B-20 型航炮x3



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