美国B-29轰炸机

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导读:1940 年 2 月 5 日,星期一,近些日子来一直阴雨绵绵,上午 8:30,波音公司董事长费尔.詹森端着一杯热咖啡坐在办公桌前开始翻阅早间信件。通常在读正文前他习惯先浏览一下信件地址,这一封吸引了他的注意“美国陆军航空队,陆军部,俄亥俄州莱特机场(Wright Field)”。信封里装着厚厚的文件,拆开后封面上写着“美国陆军轰炸机规格说明”,日期是 1940 年 1 月 29 日,詹森抑制不住心中的激动,意识到波音的机会来了。从这天起,揭开了 B-29 超级空中堡垒(Superfortress

1940 年 2 月 5 日,星期一,近些日子来一直阴雨绵绵,上午 8:30,波音公司董事长费尔.詹森端着一杯热咖啡坐在办公桌前开始翻阅早间信件。通常在读正文前他习惯先浏览一下信件地址,这一封吸引了他的注意“美国陆军航空队,陆军部,俄亥俄州莱特机场(Wright Field)”。信封里装着厚厚的文件,拆开后封面上写着“美国陆军轰炸机规格说明”,日期是 1940 年 1 月 29 日,詹森抑制不住心中的激动,意识到波音的机会来了。从这天起,揭开了 B-29 超级空中堡垒(Superfortress)传奇的序幕……

研制历程

波音 B-29 超级空中堡垒是整个二战中最杰出的重型轰炸机,创下了多个轰炸机之最:载弹量 9 吨、航程 6,000 公里,能在万米高空巡航,极速 600 公里/小时。B-29 的研制是对当时航空科技的重大挑战,它是首架全部依靠遥控自卫武器并应用中央火控系统和全增压乘员舱的生产型轰炸机。B-29 在二战中是专门用于对付日本的武器,很好地完成了美国陆军航空军“让战火在敌国的领土上燃烧”的战略轰炸意图,摧毁了日本的战争基础,加速了太平洋战争的结束。也许今天人们提起 B-29,就会想起在广岛和长崎上空爆炸的两枚原子弹。

长崎原子弹

B-29 的起源可以追溯到波音 Model316 方案,该方案从 1934 年的 XB-15 发展而来,与 XB-15 主要的不同之处是将下单翼布局改为上单翼布局,并采用先进的前三点起落架。鉴于 XB-15 的动力严重不足,Model316 计划采用尚在设计阶段的四具 2,000 马力的赖特(Wright)双旋风(Duplex Cyclone)十八缸气冷星型发动机,军用型号 B-20,但后被军方取消。

XB-15

此后波音根据陆军航空队的需求,在 1938 年 3 月推出了 Model322 方案,这基本上是 B-17 空中堡垒(Flying Fortress)的改进型,具有增压舱和前三点式起落架。波音公司此时已经具备设计大型增压飞机的经验,设计制造的 Model307 平流层客机(Stratoliner)成为首架投入商业运营的增压客机。Model322 的增压舱结构与平流层客机很相似,继承了标准型 B-17 的机翼与尾翼,但机身经过重新设计,加大了直径。Model322 装备四具普惠 R-2180 发动机。在 7,620 米高度时可以达到最大时速 500 公里,最大载弹量载 4.5 吨。由于此时陆军缺乏启动该方案的资金,波音决定自筹资金继续发展该项目。

Boeing 307 平流层客机

进一步的研发结果是在 1938 末出现的 Model333A。安装四具 1,150 马力的艾利森(Allison)V-1710 直列 12 缸液冷发动机。因为轰炸机需要在高空打开炸弹舱投弹,所以采用全增压直通舱是不切实际的,波音决定只在驾驶舱和机身中段有人员的部位进行气密增压,形成前后独立的增压舱,增压舱之间由通过炸弹舱上方的气密管道相连,机组可以通过管道达到另一个气密舱,这个特点被以后波音所有的远程轰炸机设计所继承。

由于艾利森发动机高空性能太差,所以波音改用普惠(Pratt & Whitney)或赖特新设计的气冷星形发动机,这就是 1939 年 2 月出现的 Model333B。Model333B 重 23,668 千克,在 6,000 米高度最大时速 585 公里,能够装载 907 千克(2,000 磅)炸弹飞行 4,000 公里。

1939 年 3 月又出现了 Model334 方案。翼展延长到 36.57 米以容纳足够的燃料来达到 7,240 公里的惊人航程,发动机舱设计成埋入厚厚的主翼中,减低阻力,双垂尾设计为尾炮手提供良好的射界。Model334 重量增加到 30,000 千克,最大载弹量 3.5 吨。

波音在 1939 年 7 月的 Model334A 方案中,将埋入式发动机舱又改回到常规形式,双垂尾改为单垂尾。采用赖特 R-3350 发动机,并使用高长宽比翼展 41.15 米的机翼。此时波音轰炸机的外形已相当接近日后的超级空中堡垒了。

1939 年 12 月,波音自费建造了一个 Model334A 全尺寸模型,设计翼载高达每平方米 312 千克,可以装载 907 千克炸弹飞行 8,045 公里。

此时欧陆上空战争阴云密布,为了扩充军力,美国陆军航空队司令享利.H."哈普".阿诺德将军授命成立一个由 W.G.克尔纳准将主持特别委员会,负责为航空队远期装备需求提出建议。著名飞行员查尔斯.林登伯格也是委员会一员,他最近参观过德国飞机制造厂和德国空军基地,为德国的军事实力深感震惊。在该委员会 1939 年 6 月的报告中,克尔纳向陆军航空队推荐了一些新型的远程中型轰炸机和研制中的重型轰炸机。9 月 1 日欧洲战事爆发,受此刺激,1939 年 11 月 10 日阿诺德将军请求国会授权航空队与一家大的飞机制造公司签约研制超远程轰炸机,未来一旦爆发战争,陆军航空队有能力使战火在战争发动国的本土燃烧。12 月 2 日该请求被批准,位于莱特机场的航空器材司令部的唐纳德.L.帕特上尉率工程师开始制定性能要求。

1940 年 1 月,“超级轰炸机”项目开始公布设计标准:最高时速 643 公里,最大航程 8,580 公里,并要求装载 907 千克炸弹时作战半径能达到最大航程的一半,这就是 R-40B 数据文件和 XC-218 设计规范的最基本内容。1940 年 1 月 29 日,陆军部将 R-40B 文件递交给波音、康绍里德(Consolidated)、道格拉斯和洛克希德公司。根据英国提供的欧洲空战的经验教训,官方规范在四月进行修正,加强了自卫武器和装甲,并增加了自封油箱。

显然波音公司在竞争中已经捷足先登,Model334A 的许多特性与陆军的要求不谋而合。并且在 1939 年 8 月,波音就已经正式启动了由 Model334A 进一步改进的 Model341 方案,特点是具有翼展 37.873 米的大长宽比机翼,高升阻比翼剖面。Model341 在 7,620 米高度时最大时速 651.6 公里,采用四具 2,000 马力的普惠 R-2800 发动机,重量 38,860 千克,装载 907 千克炸弹时最大航程达到惊人的 11,263 公里,飞行较短距离时最大载弹量 4,536 千克。

为了符合 R-40B 的要求,波音将 Model341 修改为 Model345。Model345 的乘员舱全部增压,使用赖特 R-3350 发动机取代 Model341 的 R-2800,十二人制机组,前三点起落架,都为双轮,主起落架收入发动机舱而不是以前设计中的收入机翼内。装备 4 座可收放的炮塔作为自卫武器,每座炮塔有两挺 12.7 毫米机枪,尾炮塔除了两挺 12.7 毫米机枪外还装备一门 20 毫米机炮。自卫炮塔采用斯佩里(Sperry)公司的动力旋转炮塔,由炮手通过周视镜瞄准,遥控操作。Model345 装载 907 千克炸弹,以 466 公里/小时的经济巡航速度飞行时,航程 8,580 公里,最大载弹量 7,300 千克,在 7,620 米高度时最大时速预计 615 公里,重 44,316 千克。

1940 年 5 月 11 日,波音将 Model345 方案正式提交给陆军。陆军对此十分感兴趣,6 月 17 日给与波音一笔拨款进行附加的风洞测试,并于 6 月 27 日又追加一笔拨款。

XB-29

1940 年 6 月 27 日,陆军与四家飞机制造商签订“超级轰炸机”预研合同,并按优先顺序赋予波音 XB-29 的型号,洛克希德的方案是 XB-30,道格拉斯 XB-31,康绍里德 XB-32。 在看到处于明显的竞争劣势后,洛克希德和道格拉斯公司在细节设计没有完成之前就退出了。1940 年 8 月 24 日,陆军订购了两架 XB-29 原型机和一架静态测试机,作为 XB-29 的失败保险,9 月 6 日又向康绍里德订购了两架 XB-32 原型机。

11 月下旬检视过全尺寸模型后,陆军对波音的方案更有信心,并于 12 月 14 日增购了第三架原型机以加快研制进度。

1941 年 5 月波音开始建造第二架全尺寸模型。由于日益增长的战争威胁,陆军航空队在 1941 年 4 月进行了扩编,并改称陆军航空军(US ARMY AIR FORCE)。B-29 计划更加紧急,在 XB-29 原型机还未完工的情况下,航空军又订购了 14 架 YB-29 服役测试机。1941 年 5 月 17 日,陆军决定在政府租给波音的堪萨斯州威奇塔(Wichita)工厂生产首批 250 架 B-29,金额高达 30 亿美元(当年货币价值)。1941 年 12 月珍珠港事件爆发,美国卷入战争,1942 年 2 月 B-29 的定购数量增加到 500 架,3 月份又增加到 1,000 架。为了提高产量,陆军又指定另外三家飞机制造商按许可证生产 B-29,分别是贝尔在佐治亚州玛利埃塔市(Marietta)的新建工厂;北美飞机公司位于密苏里州堪萨斯市的新建工厂;通用汽车费希尔兄弟(Fisher body)分部在俄亥俄州克里夫兰市的新建工厂。但直到此时 B-29 原型机还没有开始试飞,投产的决定显得十分冒险,在航空史上也十分罕见。在生产线建立之前,被指定的 3 家非波音工厂只能先生产 B-26 掠夺者轰炸机过渡。

在量产开始之前,B-29 工厂又进行了调整。考虑到北美的堪萨斯工厂专注于生产 B-25 米切尔轰炸机,所以其 B-29 的生产任务移交给波音在华盛顿的兰顿市(Renton)工厂。兰顿工厂原来准备为海军生产波音 PBB-1 海上巡逻兵(Sea Ranger)双发水上巡逻轰炸机,为此航空军说服海军取消 PBB-1 项目,让兰顿工厂转产 B-29。作为补偿海军将得到陆基的 B-25 和 B-24 轰炸机用以执行海上巡逻任务。

后又由于费希尔兄弟工厂专注于生产 P-75 护航战斗机,所以其 B-29 生产任务移交给格伦.L.马丁飞机公司,在其设在内布拉斯加州奥马哈市的一个新建国有工厂内生产。

除了威奇塔、玛利埃塔、兰顿和奥马哈四个主要的 B-29 总装厂外,为 B-29 生产机身组件和部件总成的子承包商遍及美国,其中克莱斯勒、哈得逊、固特异、布里格斯(Briggs)、墨里、塞斯纳公司被选择为生产 B-29 的主要机身构件。

B-29 设计中的碰到的主要问题之一是如何设计完美的机翼。现有的翼型设计都不适合这个史无前例的怪物,能在规定尺寸内产生足够升力的翼型,不是巡航阻力太大就是失速特性太差;巡航阻力和失速特性都能满足要求的翼型在起飞时却无法产生足够的升力,一旦采用,世界上将没有一处机场可以满足它超常的起飞滑跑距离。于是波音推翻现有方案,为 B-29 设计了波音 117 型机翼,全长 43.15 米,翼面积 161.25 平方米。为了解决起降升力问题,117 型机翼后缘设置了一组富勒襟翼,当襟翼全部展开时,全部翼面积可增大 20%,有着很好的低速操控性,襟翼收起后,机翼阻力很低,可以达到较高的巡航速度。随后波音将四分之一尺寸的 B-29 机翼安装在一架仙童(Fairchild)PT-19 教练机(序列号 41-20531)上进行试飞,结果令人满意。

波音还修改了 Model345 的设计,将机翼内侧发动机舱后段延长伸出机翼后缘,增加了襟翼效率。波音 117 型机翼的两个翼梁是用整块铝冷挤压成型,成为是当时世界最大和最重的整体翼梁,在进行结构破坏测试时,压力增加到 136 吨时机翼才断裂。

另外对 Model345 的气动改进就是将前机身从 28.35 米延长到 29.9 米,并将机头外形改为球形,垂尾根部向前延伸以增进安定性。

由于 B-29 的作战飞行高度通常接近万米,外界气温为零下 50 度,再加上全增压乘员舱设计,无法使用人操炮塔,所以采用了遥控炮塔系统。原型机机身上一共安装了 5 个炮塔,机身背部前后各一个,腹部前后各一个,最后一个是尾炮塔,每个炮塔装备 12.7 毫米机枪两挺,尾炮塔再增加一门20毫米炮。有四家公司竞争遥控炮塔系统的合同,包括本迪克斯(Bendix)、通用电气、斯佩里(Sperry)和威斯汀豪斯公司。由于斯佩里为 B-17 和 B-24 设计的人操可升降球形炮塔已在实战中使用过,所以赢得了合同。

XB-29 机腹有前后两个炸弹舱,每个弹舱有独立的舱门。投弹时有一个定时器控制投放顺序,使炸弹在两个弹舱中交替释放以保持飞机重心。

XB-29 的发动机是全新设计的赖特 R-3350 双旋风十八缸气冷星型发动机,2,200 马力。为了增强高空性能,R-3350 配备有两个通用电气 B-11 涡轮增压器而不是通常发动机的一个,增压器由霍尼维尔公司(Honeywell)的电子系统自动调节。原型机安装直径 5.18 米的三叶螺旋桨,由减速比为 100:35 的减速机驱动。发动机舱在外形设计上尽力减少空气阻力,将滑油散热器和增压器中间冷却器直接直入发动机进气口下,减少迎风面积。

虽然庞大,XB-29 的结构却十分传统。除了控制翼面是织物蒙皮外使用全金属材料。每个起落架配备双轮,尾部有一个可伸缩的缓冲器,在飞机进行高姿态着陆和起飞保护尾部。

机组编制预计 10 到 14 名,一般为 12 名,包括正副驾驶、领航员、投弹手、机械师、无线电报员、雷达操作员和五个炮手。投弹手与投弹瞄准具和射击瞄准具一起被安置在机鼻最前方,正副驾驶并排坐投弹手后面,周围有防弹钢板和防弹玻璃的保护;机械师、无线电报员和领航员紧挨着驾驶舱后。后段的增压舱是四个炮手和雷达操作员的位置,都有装甲隔板保护;尾炮手坐在尾部单独的增压舱中,只有在非增压飞行时才能进出尾部小舱。

1942 年 9 月 21 日,首架 XB-29(41-0002)终于在波音机场进行了首飞,由波音首席试飞员爱德蒙.T.“埃迪”艾伦驾驶。在这天之前,陆航已经订购了 1,664 架 B-29,波音公司压力巨大。XB-29 没有安装自卫武器,发动机是四具 R-3350-12,但是在一系列的试飞后发现 R-3350 发动机有过热问题,并且在过热时有起火的危险,发动机起火从此时起成为 B-29 的“顽疾”,如噩梦般伴随 B-29 经历整个二战。到十二月为止,艾伦已经完成了 23 次飞行,共计 27 小时,在此期间一共更换了十六个发动机,十九个排气系统,二十二个化油器,另外还发现调速器有问题。在 12 月 28 日的一次试飞中,一具 R-3350 发动机起火,迫使艾伦立即返场紧急降落。除了发动机问题外,XB-29 的气动性能和操纵品质还是优秀的,根据试飞结果,去掉了方向舵助力器,没有发现必要的空气动力学上的改进。首架 XB-29 作为测试机一直留在波音公司。

1942 年 12 月 30 日,第二架 XB-29(41-0003)也开始首飞,但是这次飞行又遇到了发动机起火事故,直到将更换了 XB-29 一号机上的发动机后才开始恢复飞行。1943 年 2 月 18 日第二次试飞,但是结果是悲剧性的,起飞 8 分钟之后发动机起火。当艾伦尝试在波音机场紧急降落时,大火烧穿了机翼主梁造成机翼弯曲变形,燃烧的 XB-29 撞向机场附近的弗赖伊(Frye)肉类包装厂,艾伦和全部机组以及地面的 20 名工人丧生。

这次坠机震惊了美国上下,富兰克林.罗斯福总统本来就对 B-29 的一再延误感到不快,在他的时间表中,1943 底 B-29 就应部署在印度轰炸日本。国会介入,哈里.杜鲁门参议员领导的特别委员开始调查在 B-29 项目有无价格欺诈和其他违法行为。这次事件的处理雷声大雨点小,委员会的结论是发动机承包商赖特航空公司交付了低于标准的有缺陷的发动机,陆军航空军也承担了一部分责任,承认在研制过程中向了赖特公司施加了过大的压力以催促其尽快交货。

国会并没有干预波音的研制工作,在吸取了前两架原型机的经验教训后,第三架原型机(41-18335)在 1943 年 6 月飞上天空。这架飞机的发动机和其他方面经过广泛的修改,试飞很顺利,完成后被送往威奇塔工厂协助建立生产线。后又转交于陆航进行武器测试。最后这架飞机坠毁,但无法证明是设计或制造缺陷。

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