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你能想像在二战期间,英国即研制了能达到每小时1 000英里的喷气动力的飞机吗。这种飞行速度在当时是不可想像的。然而,这个称为M.52的项目刚具雏形就被取消了。这背后到底有着怎样的原因?一些人原以为M.52项目是以前许多“秘密”战时项目之一。然而该项目实际是英国在第二次世界大战开始以后有计划实施的一系列大型科研项目的典型范例。
诞生始末
1943年10月9日,迈尔斯飞机公司老板迈尔斯与技术发展局局长诺伯特·罗、科研局副局长加纳博士、科研采购局局长考克斯博士以及弗兰克·惠特尔等五人聚集在伦敦英国皇家空军部科研局副局长办公室开会。后四人向迈尔斯透露,他的公司已被选中研制一种新型飞机。该机将采用喷气发动机,目标是达到前所未有的每小时1 000英里的速度。该项指标已被空军部的一位秘书打印进技术说明书。此前她正在打印一份有关德国研究的备忘录,德国的目标是研制一种1 000千米/小时的飞机。当被告知打印技术说明书也用那个数字时,这位秘书自动地打印成英里/小时而不是千米/小时。这一字只差就带来很大困难,因为1英里等于1.6千米。当时飞机速度要想达到1 000千米/小时尚且困难,何况1 000英里/小时。本可以退缩的惠特尔知难而上迎接挑战,开始设计符合要求的发动机。1944年8月14日,加纳博士发布了高速单发试验机的正式技术说明书E.24/43。
有趣的是,迈尔斯飞机公司从很多方面看并不是该项目的最有力竞争者。之所以成为研制单位可能由于两个原因:首先被选对象的基地要建在伯克郡里丁附近的伍德累,该地比较靠近位于汉普郡范堡罗的英国皇家飞机研究所,这样能和该地的科研人员密切合作而无需耽误时间;第二就是被选对象的业务要处于低潮,这样它的研制设施就不会被占用。名气不是非常大的迈尔斯飞机公司具备上述条件。当然,还有其它原因。迈尔斯飞机公司偏爱设计创新性飞机,如带8门航炮的M.20战斗机和采用串列式机翼的M.39B。此外,一些决策者认为,迈尔斯飞机公司X.11客机的技术说明书曾受到不公正的评估,该公司的一些设计还是具有相当水平的。
困难重重
不管怎样,M.52在各方面都是令人着迷的航空工程产品。它将创新的航空动力、结构以及推进系统等方面的设计结合在一起。参与项目的每个人都在进行最前沿的工作。即使在今天来看,那样一个小组用当时的知识去解决那样巨大风险的设计是极富挑战的。他们面临的关键问题就是飞行速度。迈尔斯飞机公司的弹道炮弹方案最接近10 000米高空1.5倍音速的设计要求,据说飞机的头部外形就是源于弹壳形状。机翼的面积不用太大(至少在高空情况下如此),但必须要薄,迎风面积必须最小。由于机翼靠近发动机,只有采用含有发动机喷管的长后机身才能达到必要的尾部力臂(从机翼到尾部的距离)。
最终设计的机翼面积为13.12米2,和一架轻型飞机的尺寸相似,翼根厚弦比是7.5%,翼尖厚弦比是4.02%。迈尔斯飞机公司的设计人员将这种横截面比作剃刀,称其为“吉列机翼”。为验证其性能,他们建造了木制机翼样品,将其安装在一架迈尔斯公司的“猎鹰”飞机上。1944年8月11日该机首飞。飞行除验证机翼外,还将展示全动尾翼。全动尾翼是M.52整个设计中非常重要的一环,因为常规升降舵在超音速时不起作用。
航空动力设计的大部分数据由丹尼斯·班克罗夫特负责。他是迈尔斯飞机公司的首席空气动力专家,也是一直工作到该项目完结时的大约80人之一。他对整个项目的进展情况了如指掌。当时丹尼斯最关注的问题是飞机阻力,因为要使动力装置能推动飞机达到特定速度,阻力就必须降至最低。
动力装置
动力装置是整个飞机设计中最关键的。基础发动机采用经过验证的动力喷气公司的W.2/700发动机。它采用离心式压缩机和回流燃烧室,与轴流式发动机相比,能使发动机获得较大的迎风面积。正常情况下,应使用轴流式发动机,但其效率和可靠性存在问题。然而惠特尔设定的研发时间表非常短(1943年的首次会议建议9个月内实现首飞),因而不得不采用风险最小的设计方案。
W.2/700发动机采用附加二级涡流段,使得从发动机四周骨架区吸气的喷嘴延长,造成仅能用舒缓的压缩将空气推进到尾部。后来美国通用电力公司也研制和生产这种“尾部风扇”结构的发动机,证明其切实可行。现在,W.2/700发动机采用的、用于M.52项目的二级涡流段完好地保存在范堡罗航空科学托拉斯博物馆内,该部件没有更多创新,然而却是唯一一件保存下来的M.52的部件。
惠特尔还有一张王牌——加力装置。排气管附近装有数个燃烧室,当燃油进入燃烧室遇到气流猛烈燃烧时,就会产生额外的推力,现在被称为加力燃烧室,是军用超音速飞机常见的设计,但在那时几乎是新生事物。这个加力系统的主要特性就是飞机飞得越快,产生的推力就越大。这是丹尼斯工作能否成功的关键,因为他必须确保M.52在同温层以每小时1 000英里的速度飞行时的阻力小于发动机的推力。丹尼斯在笔记中表示他相信近26.7千牛的推力是可行的。1945年的计算显示,飞机阻力大约是24.48千牛。
结构设计
结构设计师们最初估计飞机的重量大约在2 270~2 720千克,飞机重量在最后定型时达到3 227千克。机翼设计成圆形截面,直径1.52米,除提供一个910升油箱的空间外,尽可能像W.2/700发动机的构架那样制成流线型。鞍型油箱置于发动机之上,从安全观点来看这不是一个理想位置,但从飞机重心来讲,该位置又很合适。发动机进气口设在装有座舱的对称锥形头部的后面。飞行员的空间非常狭窄,最终只有身材较小的飞行员能勉强塞进座舱。
起落架的固定与收起也隐藏着需要克服的问题。最后主起落架采用精巧的窄轮距设计,连接后缘的前起落架收藏在机首,轮子与发动机进气口的尾部相触以防碎物进入。机翼采用简单的襟翼,而不是开缝襟翼。虽然后者更受人喜欢,但对工程技术人员来讲却是一个结构难题。水平尾翼采用后掠式,平面形状完全符合达到音速流时压力中心位移的知识。当后来人得知所有这些设计产生于1943年时,无不感叹当时人们的智慧。
心中的痛
M.52项目非常有希望获得成功,可是却在1946年2月20日被取消,不能不说是很大的遗憾。要不然,世界上第一架超音速飞机的荣誉最终不会归于美国贝尔公司采用火箭动力的X-1。该机由查克·耶格尔驾驶,于1947年11月17日创造超过马赫数1的飞行记录。X-1的结构和M.52不可思议的相像,X-1的成功在很大程度上归功于采用全动水平尾翼,所有这些至今仍然是许多英国工程技术人员心中的痛。一些英国人认为,在美国政府的坚持下,贝尔公司代表参观了迈尔斯飞机公司,看到了M.52并模仿了该机的一些设计。
回过头看,那时发动机设计者惠特尔的日子也不好过。他要求动力喷气公司的小组进行比政府坚持的更为自由的研究,结果陷入一场严酷的斗争。1946年1月22日,他退出这场争斗,并做出当时许多人认为不可避免的举动——从动力喷气公司辞职。不知是出于巧合还是其它原因,就在惠特尔辞职的当天,英国空军部合同局局长给通用技术研发局局长写了一封当时保密的备忘录,其中写道:“1943年12月13日,与迈尔斯飞机公司签订一份按E.24/43技术说明书提供原型机和额外机体的合同。作为一件非常紧迫之事,迄今的进展看来不是很快。该公司到1945年1月30日已花费73 000英镑,估计到项目完成将耗资25万英镑。”
不管怎样说,仅仅经过两年的工作,至少有两架机体已经完成。考虑到任务的艰巨繁重,这种工作状况肯定不应该得到“迄今的进展看来不是很快”这种评价。赞成完成研制工作的是一个约80多人的工作组。如果保持这个工作组的规模,扣除物资采购,迈尔斯飞机公司估计飞机将在一年内完成。可是仅过了四周,该项目即被终止。总之,英国政府研制该机的主要目的就是想获得超音速设计方面的资料,而发动机的延缓和研制成本的上升使整个项目无法继续。
随着二战的结束,许多飞机制造厂被迫关闭,迈尔斯飞机公司也于1947年停业。M.52项目取消后,研制了一系列以M.52结构为基础的的火箭推进模型,其中的一个飞行成功(不可思议地花费50万英镑)。该机从哈维兰莫斯基托发射升空后,其性能证明M.52的结构切实可行,空气动力数据也暗示,如果M.52的发动机按计划研制完成的话,它有可能成为世界上第一架超音速飞机,甚至能比命运最终垂青的费尔雷公司的“德尔塔”2(Delta 2)提前十年实现1 000英里/小时的速度目标。
也许当时决定撤消M.52项目有一些理由。然而,取消该项目使英国在今后很长时间里付出了更多的代价,英国领先世界的步伐停滞了。是政治权力的滥用导致了这样的恶果,使M.52成为许多被取消的重大项目中的又一个牺牲品。
[编辑/秦蓁]