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零战之父堀越二郎的另类作品:日本海航“雷电”局地战斗机

时间:2020-03-07 00:00:00|来源:|编辑:网络|点击:

提起零战,很多军迷不管懂不懂懂多少都能掰扯几句,今天的主角不是零战,而是零战之父堀越二郎的另外一件得意作品:局地战斗机“雷电”。

图1. 九六舰战的战前涂装,注意仍为敞篷机,固定起落架,但已经进化到全金属下单翼机身,参加了战争初期

从日本海航诞生以来直到1940年,正式被列装的战斗机只有舰上战斗机(日军称之为舰战)这一种(不必惊讶),具体包括有九零舰战、三式舰战、九五舰战、九六舰战到名气最大的零式舰上战斗机(零战),这些以舰载为基本要求的战斗机不应当简单地以先进还是落后来判断,而是各自均体现了那个时代对战斗机用途的不断摸索和性能不断改进的过程节点。

一般来说,舰载机主要的作战任务是舰队防空和护航,作战空域主要在中低空,对手主要是对方的舰载机或同样位于中低空的防卫战斗机,海上航程必须要长,从以上几个要素出发,零战的设计初衷和特点是完全符合实际的。

图2. 放出九六舰战的前作九五舰战,双翼敞篷固定起落架,是全面抗战爆发时的日本海航主力舰战

但是,问题来了,自从中国的全面抗战爆发后,日本海军需要应付远为复杂的战场情况。由于陆海军之间的军种隔阂,战术协同作战效率极低,两个军种干脆各自划分了地盘,比如在抗战爆发后的一段时间,华北制空由陆航负责,华东和华南制空由海航负责。由此开始,舰战需要承担包括要地防空、争夺制空权、远程护航等等陆地上的战斗任务,轻装甲大航程的舰战逐渐开始显得力不从心。

图3. 九六舰战在侵华战场上与中国空军的霍克3型双翼驱逐机大战,注意霍克3是可收放起落架

一个例子是,从1938年到1939年间,中苏空军联手使用SB2高速轰炸机发动了多次袭击日占机场的行动,摧毁大量日军飞机,仅在1939年对武汉日军机场的攻击中,就至少摧毁60架、击伤100架左右,炸断了日军第一联合航空队司令官冢原二四三海军少将的左手,使得精通航空的冢原失去了担任第一航空舰队司令官的资格(缺了一只手的军人被认为不适合在摇摆不定的军舰上服役,另外一个类似的规定是手指少于8个的人必须从海军中退役,山本五十六刚好还剩下8个手指)。

机场遭袭给了日本海航高层很大震动,他们意识到要地防空和争夺制空权是完全不同的战场,需求的战斗机也与舰战很大不同。简单来说,舰战的对手是单引擎的舰载机,对火力的需求没有那么迫切,强调大航程和中低空盘旋性能,及在航空母舰上的可维护性。在陆地机场经常会遭遇大型多发重装甲轰炸机的袭击,所需的防空战斗机就必须具备高速度、大爬升和重火力,对航程和盘旋性反而没有特别高的要求。

图4. 日本人的应急战斗机方案,二式水上战斗机,以零战机体增加浮筒而成,性能那就哼哼了

根据以上“高见”,1938年秋,驻汉口的海军第12航空队提出了研制专用陆基防空战斗机的要求,放松了一直被海军最为看重的机动性要求,但航速不能低于290节(537公里),武器必须采用大口径,以13毫米机枪为宜,这便是全新定义的所谓“海军局地战斗机”的初始概念。

据说是考虑到从设计九六舰战开始三菱公司团队就与海军有着良好的合作关系,这次就不做竞争性试制了,直接交由三菱公司堀越二郎(九六舰战和零式舰战的主设计师)的团队接了下来,试制名称是海军“十四式局地战斗机”。

图5. 年轻的三菱公司设计师堀越二郎,他是九六舰战、零战和雷电的主设计师

1940年4月,海军把正式项目书交给了三菱,性能要点包括最大速度必须在6000米高度达到325节(时速602公里),理想目标340节(时速630公里)(与此相比,同年服役的零战最大时速仅530公里),爬升到6000米高度不超过5分30秒,实用升限11000米以上,武器为2门20毫米机炮和2挺7.7毫米机枪,飞行员座椅后必须有8毫米厚的防弹钢板。这些指标已经不像是日本战斗机,而更像是一架肌肉型的欧美风格的战斗机。

接到任务后,堀越二郎首先意识到必须采用大功率发动机,以增加速度、爬升和火力,当时备选的发动机有两款,一款是三菱重工在金星发动机基础上研制的放大型13式双列星型14缸1450马力风冷活塞发动机,也就是后来的“火星”系列发动机,这是当时日本国产功率最大的发动机,可靠性也较好,但是最大的问题是直径偏大,比美国同期2000马力的R2800还要大两厘米,这对于战斗机视野和风阻都是比较大的问题。

图6. 日本海军引进的奔驰技术DB601液冷发动机,这款发动机在德意日三国均有应用

另一款是海军引进的德国戴姆勒·奔驰公司的DB601A水冷V型12缸活塞发动机,日本仿制型号被命名为“热田”发动机,功率1100马力,迎风面积只相当于火星的一半,对提高飞行速度比较有利,而且高空性能更好,适合防空战斗机使用。

堀越二郎针对两种发动机都进行了计算,结果是采用火星发动机方案最大速度为315节左右,采用热田发动机的方案则高达325节,显然后者更好。堀越二郎本来也比较倾向于选择热田方案,但是海军需求书明确要求只能采用风冷发动机,因此不得不回到火星发动机方案上来。

图7. 采用热田水冷式发动机的潜艇载攻击机“晴岚”,该机尺寸很大,可以搭载800公斤炸弹一枚或一条航空鱼雷

顺便提一下,海军也不是完全拒绝热田发动机,后来的彗星舰爆和潜艇用的晴岚攻击机又用上了,日本陆航则干脆得多,他们也向奔驰公司买了一份方案,用在了自己的三式战“飞燕”上。

由于火星发动机直径太大,为了减阻,设计人员绞尽脑汁,在发动机前方的机体留出一段空仓,将机体拉长成“两头细中间粗”的纺锤形,这反倒成了未来的“雷电”最典型的特征:短玉米棒形。

图8. 战后被俘获的“晴岚”试验机,可见机头流线型的热田发动机和排气口

机翼面积有所减小,翼载上升到了140千克/平方米。为了确保翼上大口径武器发射时的纵向稳定性,堀越设计了一个大型垂直尾翼,这会影响飞机的低速性能,好在14式局战不强调这个。

起落架方面出于减重考虑,采用了日本军用机中少见的电收放装置。

1940年,14式局战木制全尺寸模型样机完成,12月26日,海军空技厂和横须贺航空队各派一名试飞员进行审核,两人分别是空技厂飞行试验部战斗机试飞主任小福田租主任(海兵59期)和横须贺航空队战斗机分队长下川万兵卫大尉。

图9. 场景重绘:用于本土防空作战的“雷电”,后续会介绍到雷电的战绩

这个大块头首先就让两个试飞员大发感慨:“这东西也算战斗机吗?在座舱里面都能开宴会了。”

接下来,两位试飞员提出最不满的就是硕大的机头和低矮的座舱对视野的影响。但最终,两位试飞员还是马马虎虎地接受了这个古怪的外形。木制模型通过审核后,14式局战终于可以开始制造原型机了。

由于堀越团队需要同时担负零战改型和14式局战的开发,任务过于繁重,堀越的副手曾根佳年和堀越本人先后病休离岗休养,使得开发工作遭到了延误。后来军方又提出17式舰战(未来的“烈风”舰战)的研制意向,堀越本人无法再担任14式局战的设计主任,转任设计顾问,主任由高桥己治郎接任。

图10. 雷电33型的场景描绘,可见星型气冷发动机排气管布局类似零战52型,机翼上有大口径机炮

1941年2月28日,14式局战原型机制造完成,3月20日试飞成功。从4月1日起,14式局战在三重县玲鹿机场进入全面试飞。试飞中,14式局战出色的性能让试飞员们印象深刻,但除了有视野这个问题外,电驱起落架意外的成为了另一个大问题,起落架无法收放的故障频频发生,这也是日本海航中后期飞机的普遍问题。到1942年5月末,三菱重工名古屋飞机厂完成了4架原型机,交付军方进行全面试飞。

多年以后,参加试飞工作的小福田租在回忆录里对试飞14式局战留下了这样的感想:“起飞时在飞机进入水平飞行前完全看不到前方,着陆时也一样看不见,爬升性能非常强。操舵很敏感,横向翻滚感觉很轻。对于训练不足的年轻飞行员来说,飞起来会很难。作为高性能的代价,也是没法子的事。”

但在试飞开始后不久的1942年7月下旬,小福田租调入第六航空队任飞行队长,开赴南太平洋拉包尔参战,这个调令可能是救了小福田租一命,如果继续参加试飞的话很可能活不到写下上面那段话。小福田租在六空(11月后改名204空)的作战履历可到同名公号搜索“204空”,有较为详细的介绍。

图11. 三菱公司局地战斗机“雷电”

7月份,军方根据试飞结果向三菱提出了修改要求:

前向后向视野必需得到一定的改善,螺旋桨变螺距机构必需得到改良;在5700到6000米高度上最大速度只有310节(574公里),低于要求,爬升能力也不达标,因此必需进一步强化。

三菱的改进方法是把座舱盖扩大抬高,在把飞行员座椅抬高。发动机动力的提升最终是通过增加了水和甲醇的喷射装置来实现,经过这种强化以后,火星10型系列发动机也随之改进为最大功率达1850马力的火星20型系列发动机,最终装备于14式局战的型号是火星23型。

图12. “雷电”31型,根据飞行员比例可见该机尺寸是超过零战的

三菱自己也做了一些调整,如用威力更大的99式2型机炮代替了威力不足的99式1型机炮(就是零战早期使用的"小便炮"),发动机罩缩短了20厘米作为调整优化重心的一个结果。经过这些改进后14式局战获得了J2M2的编号,开始小批量试生产。

但是,水和甲醇的喷射装置这种新工艺并不可靠,飞机在加速时经常冒黑烟,最后通过调整燃料喷射比例才在一定程度上得以解决。

试飞中发现螺旋桨和发动机的振幅一致,导致发动机运行时振动严重,虽然通过为螺旋桨增加平衡配重而有所改善,但这个问题直到最后也没有彻底解决。

图13. 雷电的潜在对手,美国海航主力舰载机F6F-3“地狱猫”,都是重量级选手

更大的麻烦发生在1943年6月16日,当天下午,试飞员帆足工大尉驾驶2号机进行测试,飞机离地后刚刚收回起落架,本应继续爬高的飞机却突然掉头向下冲,坠入机场尽头的农田后起火爆炸,试飞员当场丧命。这个事故很蹊跷,飞机当时刚刚起飞,没有任何异常之处,对飞机残骸的调查分析也没有找到事故原因的线索。

死了人但飞机的试飞工作不能停,正好帆足工的前任小福田租(他在拉包尔前线任职六空/204空飞行队长约8个月,积累了丰富的作战经验)此时从前线返回日本国内的训练部队任职,于是在事故8天后,小福田租重新成为14式局战的试飞员,可以说帆足工是替他送了命。

3个月后,事故的原因在一次非常偶然的情况下被找到了。

9月的一天,三菱的试飞员柴山胜治驾驶J2M2的10号机进行测试飞行,飞机离地正常,收回起落架正常,可在操纵飞机上升时却发现飞机反而掉头向下冲去,凭借多年飞行的直觉,柴山意识到操纵不正常和刚刚收起的起落架有关,他立即放下起落架,飞机马上恢复正常,事故的原因终于找到了。

图14. 装备雷电的海军航空队,此种场景直到1944年底才出现

事后通过检查发现,飞机起落架尾轮缓冲装置强度有问题,经过多次起降后会变形,变形的缓冲装置在收入机身后正好会压迫飞机升降舵的连杆,将升降舵卡死在向下的位置,此时飞行员无论怎么操作飞机也只会一头冲下去。这个故障非常刁钻,只有在一定的起降次数后才会出这种金属疲劳问题,并且起降次数越多出现的几率越大。

这个故障一旦发生,由于高度很低,飞行员基本上没有时间应对,机毁人亡几乎就不可避免。柴山在最后关头想到了应对方法保住了性命,可以说是一个奇迹。对此事,小福田租也是心有余悸,他在回忆录里写道“如果不是柴山的发现找到了事故原因,搞不好我也就完了。”

图14. 美日双方四款主力战斗机性能对比表

1943年10月,J2M2终于以“雷电11型局战”的名字正式定型投产,日本海军有了第一种专用的防空战斗机,此时离海军提出设计要求已经过去了三年半。我将雷电11型与零战21型做一个对比表。

但是,此时日本陆航功能相近的二式战“钟馗”已经服役一年半,连以仿制DB601A发动机为动力的三式战“飞燕”都已经上战场三个多月了,雷电的诞生就是一场艰苦的难产。

图15. 日本陆军装备的二式战“钟馗”,1942年已经用于东南亚战场,是可对付重轰炸机的肌肉型战斗机

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