论文部分内容阅读
1940 年 5 月 10 日，德军闪击低地国家，在夺取比利时埃本·埃马耳要塞和要塞西北部艾伯特运河上荷兰境内的三座桥梁：坎尼、费罗恩哈芬）、费尔德韦兹尔特时首次使用了滑翔机。之后，一系列眩目的成功，证明了使用滑翔机运输突击部队果然具有很大的隐蔽性，而且不必像伞降那样花费大量时间进行兵力集结。然而，尽管拥有DFS230这类出色的突击滑翔机，但为了入侵英国的计划能够顺利实施，对一种主要用于输送重型装备的超重型滑翔机的研究却仍是势在必行的。当然意料之中的是，德军参谋本部对于这种超重型滑翔机的要求可谓苛刻到了某种极点：它将比有史以来的任何同类都要庞大，是不折不扣的史前巨人，不但要有能力将包括PzKW IV号坦克 、PzKW III号突击炮、88毫米高炮及其乘员、弹药、油料在内的载荷装进机舱飞起来，更要能带着满肚子的宝贝在海峡对岸的原野或是海岸安然降落……
起初，如此苛刻的超重型滑翔机指标令德国航空部颇为头疼了一阵子。但不久后，各个厂商纷纷欲试的态度让德国航空部松了一口气，看来自认为能揽下这个”瓷器活”的人还是大有人在。其实，德国航空部的担心完全是多余的，德国航空界在滑翔机领域实力之强完全超出了它的想像，当然这是有其历史渊源的：首先，德国是滑翔机当之无愧的发源地之一。1891年，德国著名航空学家奥托·李林塔尔制造了世界上第一架固定翼滑翔机，并在其后5年中先后设计并制造了 5 种单翼滑翔机和 2 种双翼滑翔机。1896 年 8 月9 日，李林塔尔在一次滑翔机飞行试验时不幸坠落，临死前留下的最后一句话是“必须有人为此牺牲”。正是李林塔尔的滑翔机试验为后来莱特兄弟发明飞机奠定了基础，他后来被人们尊称为“滑翔机之父”。是李林塔尔让人们认识到即使没有发动机，仅仅依靠风力和重力也能进行飞行。其次，在李林塔尔牺牲20多年后，在第一次世界大战中战败的德国受制于《凡尔赛和约》及后来的《巴黎航空协定》的掣肘，不得拥有和开发任何军用飞机。但该协定并未禁止德国建造滑翔机。于是，魏玛共和国政府抓住这个空档，在国内成立了无数滑翔机俱乐部，一时间滑翔运动在德国境内风起云涌，为日后德国航空工业的重建及德国空军的复兴培养了设计与使用两方面的大批宝贵人才。到1933 年希特勒上台时，滑翔机训练更是成为了每所德国高中的必修课目之一。可以说，当年的德国空军完全是借助滑翔机的翅膀重新飞上天空的。由此可见，德国航空部这次对自己的实力是严重低估了，而这种情况对一贯自负的德国航空部来说还是十分罕见的。
结构特点
1940年12月19日，也就是“海狮计划”被正式暂停一周后，德国航空部向各大厂商发布了一份详细的超重型滑翔机需求规格说明书（Spec）。结果，短短3天后，就收到了来自亨克尔、容克斯、DFS、梅赛施米特、福克·沃尔夫等5家公司的13个方案！在如此短的时间内居然如雨后春笋般一下子冒出如此多的备选方案，这让人不禁怀疑起这些厂商是不是早有预谋？但无论如何德国航空部官员的喜悦真的是溢于言表了：国内各大飞机公司的态度无异于令其吃了一颗定心丸。由于选择的余地如此之大，德国航空部也就毫不客气的大肆挑肥减瘦了一番，最终容克斯及梅赛施米特公司由于技高一筹而入选，获准进入下一阶段的工程样机竞标。由于事关全局，整个超重型滑翔机计划被德国航空部视为一项战略性机密，具有等同于“海狮计划”本身的保密级别，并被赋予了一个令人丈二摸不着头脑的代号——“华沙行动”。本身不将鸡蛋放到一个篮子里的原则，在“华沙行动”的框架中，容克斯公司在梅泽堡的设计单位被称为“华沙东”，按德国航空部的指定负责全木质构造滑翔机的设计；而位于利佛海姆的梅赛施米特公司的设计单位则被称为“华沙南”，主要负责设计金属骨架蒙布构造的滑翔机。
为了赢得这只首批订单就有100架之多的大蛋糕，容克斯毫不犹豫地复活了旧约圣经中的巨人——其绘图板上的Ju 322“哥利亚”，是一架翼展62米、翼宽9.5米、翼面积居然达925平方米的庞然大物。其实，单论如此“壮观”的机体规模，就已经无愧于“哥利亚”这样一个如雷惯耳的名字了。不过，与突兀的气动布局相比，巨人身材所带来的视觉效果反而显得有些黯淡了。以20世纪40年代初的标准，完全融合进机翼的机身、令人印像深刻的巨翼加上一个欲盖弥彰的机尾——如此前卫的半飞翼造型实在是有太多理由值得诧异了。相信即便在今天，如果有这样的东西上天也是一件很难令人忽视的事情。显然“哥利亚”的“身世”似乎并不简单——20世纪30年代德国航空工业的骄傲，同样出自容克斯公司手笔的G 38被认为与Ju 322有着莫大的血缘关系。
事实上，Ju 322在设计上的确大量参考了G 38，特别是钝前缘厚翼型的机翼更是如此。如果说，G 38是插上翅膀的房子，那么Ju 322“哥利亚”似乎就应该被称为建在翅膀中的房子才够准确。G 38那已然不小的机翼到了Ju 322身上终于喧宾夺主，彻底将机身吞没只剩一个孤零零的单薄机尾甚为可怜地突兀在外。除了有无发动机的区别外，G 38与Ju 322在整体设计上可谓一脉传承，尤其是一副巨翼使二者间的血缘关系更是暴露无遗。Ju 322与其说是一个全新的型号，倒不如说是G 38的木制结构无动力洐生版。几乎是“哥利亚”全部内容的巨翼是如此的厚重，以至于主翼中央部居然足以构成一个木质多梁构造的巨大舱室（宽11米，长14米），用以满足德国航空部那魔鬼般的苛刻载荷要求。至于平直的主翼中央前缘，则被设计成铰接可开启式的，作为货舱的出入口。实际上，载重能力倒还是其次，机舱能容纳物品的尺寸才是个关键，毕竟从88炮到PzKW III/IV没有一个是块头小的。相比之下，G 38机翼内的发动机维修间倒显得有些魄力不足了。
令人稍感意外的是，容克斯认为，像Ju 322这样如此庞大的飞行器只需一个飞行员操纵就足矣。这个单座的飞行员座舱位于翼中的左舷，并在表面开启了一个风阻极小的封闭式风挡。另一方面，对一个起飞重量达45吨的巨型航空怪物而言，常规的起落架显然无法满足在野外降落的需求。当然，也不排除容克斯的工程师们不甘心“哥利亚”如此反传统的整体设计却因起落架而平庸起来。于是，我们在“哥利亚”的机腹下干脆直接看到了4个结实的钢质滑橇被用于着陆；起飞时，则使用一台可分离的、重达8吨的、拥有多达32个轮子的蜈蚣式滑跑台车。最后，令人印象颇为深刻的是，以前缘后掠角的出现为分界线，位于主翼中段前缘两端的两个中世纪风格旋转机枪塔，却为容克斯复活的这个远古巨人莫名奇妙的奠定了一种工业时代基调。当然Ju 322的外观特色也因为两个“箭楼”的存在而倍加鲜明。需要指出的是，两个突出的机枪塔在降落时还兼有防撞缓冲器的作用。
需要说明的是，哥利亚在容克斯内部的设计编号最初并不是Ju 322而是EF 94。EF 94是按照20吨军用有效载荷的标准设计的，因为考虑到在其所要执行的任务中该机的使用寿命很可能仅有可怜的一次，所以德国航空部特意要求容克斯全部使用木制材料建造该机，以免造成资源的浪费。在基本设计完成后，容克斯将EF 94缩比模型送交德国航空部进行审查，虽然经过有限风洞试验，德国航空部对EF 94的表现还算认同，但同时也指出该机需要将翼展由82米缩减到61米，原因是82米的翼展将使德国空军的所有机库在这个庞然大物前无能为力。另外，EF 94那过小的尾翼引起了乌德特将军的担心。这位挑剔的德国空军技术总监认为EF 94在空中将会像秋叶一样不稳定。后来的事实证明，乌德特的担心决不是多余的。1940年11月，修改后的EF 94与梅赛施米特的Me 321被同时正式呈交德国航空部。结果两家公司如愿以偿，分别获得了200架与100架的首批订单。此时的EF 94已被容克斯正式改名为Ju 322“哥利亚”。
试飞过程
然而，由于容克斯在一战期间就“过早地”掌握了先进的全金属飞机制造技术，以致于制造全木质飞机反倒非其所长，结果Ju 322的建造与试飞并不是一帆风顺。先是在强度静力试验中麻烦不断：因为缺乏经验，再加上匆忙收购的木材材质不良，黏合剂也很差，结果制造出来的静力试验机体很难达到设计强度。在强度试验中，1号主翼梁在设计强度的50%、2 号主翼梁在60%时就折断了。而为增加强度而补加的结构又增大了机体的重量，这就使该机所能达到的实际性能与设计指标不可避免地产生了偏差。至于给机体打补丁的恶果则很快就在后面的试飞中显现出来了，再加上从EF 94阶段便存在的一些设计瑕疵，整个试飞过程只能用一团乱麻来形容。
本来由于前机身完全融入了主翼，对后机身的去留容克斯一度也是动过心思的，比如在主翼上用调整片与扰流板取代传统尾翼的作用。但出于对一架纯飞翼布局的航空怪物是否还能保持足够的稳定性没有把握，结果出于“求稳”的考虑，一个长度较G 38有所缩水的后机身还是妥协性的出现在了哥利亚的身上，这就不可避免地引起了气动重心的变化。更糟糕的是不知何故，容克斯在EF 94乃至后来的Ju 322上放弃了G 38的箱形尾，取而代之的是一个干净利落的十字尾。然而这样一来，看上去倒是有一种现代化的干净利落的味道。但由于尾翼翼面面积急剧减少，再加上那个有敷衍了事之嫌的后机身，可以说“哥利亚”在稳定性方面的问题几乎可以算是一种与生俱来的必然困扰。
“哥利亚”存在的目的是将重达约20吨的载荷由一地运往另一地，也就是说一架军用运输机载荷飞行才是至关重要的考绩指标。但是，载荷的分布和变化势必对飞机的受力和重心的位置产生影响，从而出现了重力与升力的平衡问题。如果升力和重力不平衡，就会使飞机出现俯仰不稳，导致飞机难以操纵，甚至出现事故。故此，对于EF 94而言，尽量放宽重心的前后限范围才是关键，否则即便空载飞行能飞出花儿来也无济于事。然而，半飞翼布局的EF 94在这方面作的并不是十分完美，恰恰是由于那个后机身的存在，空载与载荷飞行时，该机重心变化很大，甚至可以说是截然不同。
基本上当我们计算飞机升力载荷时，是包含了主翼和水平安定面的总面积的。换句话说，水平安定面就是一个小主翼，它除了提供水平安定作用外也提供少许升力。水平安定面的升力直接影响了全机重心的位置：如果安定面面积过小则重心前移，相反大的水平安定面则形成重心后移。而反观EF 94，飞翼布局本来就可以看作机身很短或者尾力臂很短的飞机，其重心位置更靠前一些。现在保留下来的后机身虽然部分平衡了这个难题，然而由于水平安定面过小，使该机在空载飞行时重心仍然较为靠前，这就造成这架巨型运输机因为纵向稳定性过强而使得飞机的俯仰操纵变得很差，以至于在起飞和降落时，水平尾翼由于产生向下的力而作用减少，起飞着陆要用更长的距离，升降舵的操纵因而变得困难起来。此外，由于尾翼会产生向下的力，那么机翼就要增大迎角产生比正常情况时更大的升力来使得受力平衡，这就会产生更大的诱导阻力，飞机也就需要用更大的推力来爬升到预定高度。同时由于飞行时迎角很大，失速的速度也在提高，飞机容易进入失速状态。
以上都是EF 94/Ju 322空载时的空气动力特性，至于该机载荷飞行情况如何则又要另当别论了。由于重心的前后限范围区间范围相当狭窄，当该机重载飞行时，重心反而会由靠前变为靠后，这又带来了更为令人头痛的空气动力特性：飞机将变得纵向不稳定，只要有任何的俯仰扰动，驾驶员必须小心处理——由于操纵过分灵敏，所以操纵动作要小，稍大的操纵力就会引起飞行姿态的剧烈变化，同样非常容易进入失速并且难以恢复，同时飞机结构也会受到更大应力。当然，无论重载也罢、空载也好，有一点是相同的：由于垂尾面积相对有限，EF 94/Ju 322的水平稳定性同样令人堪忧，即便是在地面滑跑时也是如此。至此，从绘图板依始，尚未出世的“哥利亚”就已经注定是一个跛足的巨人了。 1941年3月12日，由容克斯首席试飞员黑塞尔巴赫亲自驾驶首架Ju 322“哥利亚”原型机进行了首次试飞。由于梅泽堡的跑道不够长，容克斯在试飞前特意将跑道尽头的森林伐倒了4.8 千米。虽然在滑跑途中就极不稳定，着陆后又激烈纵摇，但这个圣经里传说中的巨人总算在一架Ju 90运输机的牵引下体验了一把飞行的滋味。然而，接下来的载荷飞行就远没有这么轻松愉快了，由于对结构强度的补强导致机体重量的攀升，容克斯沮丧的发现Ju 322的最大有效载荷由20吨降到了16吨。这还不算是最倒霉的，在3月20日进行的地面装载试验中，一辆PzKW IV坦克在开进货舱后就没能再开出来——由于木质地板强度不够，坦克居然将地板整个压塌！而在1941年3月29日的另一次试飞中，更是令所有人都惊出了一身冷汗。这是一次载重4吨的拖曳飞行，尽管根据前几次的试飞结果，“哥利亚”的尾翼面积已经经过了扩大，然而看起来改进收效甚微。从Ju 90将“哥利亚”从跑道上拽上天起，这个巨人就和它的“保姆”闹别扭，结果牵引机为脱离险境，只好切断牵引拖索后加大油门作小角度俯冲，直至离地几米处才恢复稳定的飞行。被抛下的“哥利亚”迫降在一个村庄附近的田野上。为保守秘密，德军封锁了这个地区，两个星期后用两辆坦克把它拖回梅泽堡。
载重量的大幅缩水，再加上试飞中接二连三出现的稳定性问题，更重要的是对手梅赛施米特Me 321进展顺利，这一切终于使德国航空部失去了耐心，1941年5月，“哥利亚”被认为是失败的作品惨遭淘汰，连同已完成的2号原型机在内，全部99架正在装配中的巨人被德国航空部下令肢解，容克斯的工人几乎是含泪将这些自己亲手制造的庞然大物拆成劈柴，一号原型机也被弃至梅泽堡从此再也没有上天——几乎已经到手的鸭子还是飞掉了。
结局
需要清醒看到的是，击倒“哥利亚”的“大卫”并不是来自外面的某个地方，这个“大卫”正是他自己。半飞翼布局用在“哥利亚”身上可谓毁誉参半——机身结构牢靠，升力面积巨大，机内空间宽裕，然而重心不合理带来的稳定性问题使其庞大但不协调的身躯自其诞生起就奠定了失败的结局。虽然整个Ju 322计划花掉了容克斯4500万帝国马克，但最后剩下的却不过是竹篮打水般的一场空欢喜。
编辑：石坚