第一部 历史篇——垂直的梦想
序 言
在今天看来,鹞是一种相当成功的垂直/短距起降飞机。但是你是否知道,在今日风光背后,鹞的发展经历了多少曲折和坎坷呢?实际上,纵观鹞式飞机十余年的发展历程,只有两个字可以形容——混乱!
在这一篇里,笔者试图以尽可能翔实的资料,还原历史真相。我们会看到航空先驱者们在开发垂直/短距起降飞机过程中所经历的艰辛、所面对的层出不穷的技术问题,或许我们会对这类飞机的研制有一个全新的认识。同时,我们也会看到:各色人等纷纷登场亮相,在鹞的发展过程中起了或正面或负面的作用;军方的盲目决策、军种之间的政治利益斗争、政府官僚的一厢情愿、政党争取选票的伎俩……等等,这些因素看似与航空无关,但却最终决定了鹞的命运。当笔者看完资料之后,不得不感叹:和同时代的同类飞机相比,鹞最终的脱颖而出,所依靠的不完全是技术,有很大一部分是运气——姗姗来迟,但却好得出奇的运气!
现在,让我们拂去历史的沉沙,回到半个世纪以前,去看看一代名机真实的一面。
第一章 垂直起降溯源
人类对垂直起降飞行的梦想由来已久。传统飞机虽然将人类送上了天空,但常规机场占地面积太大,远不能满足先驱者们“象鸟儿一样自由飞行”的愿望。而到了战时,庞大的机场就成为敌方最好的突击目标。无论是从军方还是民间的角度看,垂直起降飞机都有其存在的必要性。不过,技术条件的限制,使得垂直起降飞机的诞生远远落后于其它机种。
1944年,二次大战已接近尾声。面对盟军强大的战略轰炸机部队,德国本土防空承受了极大的压力。在这种形势下,人类历史上第一种垂直起飞飞机诞生了。这就是巴赫姆的 Ba 349 火箭动力截击机。它依靠发射架实现垂直起飞,短时滞空作战后,飞机解体,由降落伞回收发动机部分。尽管从技术角度看,该机是相当简陋的,距离理想的垂直起降概念还差得很远,不过该机毕竟打开了人类固定翼飞机垂直起降的大门。
慕尼黑博物馆的 Ba 349A-1,复制品
早期研究
1950 年代中期,冷战方兴未艾。大型空军基地遭受战术核武器攻击的威胁日益明显,成为飞机和发动机设计师的刺激因素之一,而另一方面,为了从城市的中心运营民用班机的可能性提供了更进一步的刺激作用。最重要的是,发动机和飞机技术的飞速进步最终使这样的飞机看来具备了可行性。几个国家开始进行垂直起降固定翼飞机可行性的研究。
之前已经有了主要由德国人和美国人提出的几种方案,包括火箭、喷气及螺桨驱动的垂直起飞飞机,起飞方式包括利用台架、轨道或装在尾部的起落架进行发射。不过,虽然这样的飞机能够飞行,但采用上述原理的飞机,如前述巴赫姆 Ba 349“蝰蛇”,康维尔公司的 XFY-1,洛克希德公司 XFV-1 和 10 年后的瑞安公司的 X-13,以及用火箭助推器发射 F-100“超级佩刀”战斗机的尝试,没有一种在长期的服役中证明其实用性。
为美国海军研制的 XFY-1(上)与 XFV-1,采用头朝上的垂直起飞姿态
X-13 的设计思想与上面两位别无二致,唯一进步的地方就在于使用了喷气发动机
ZEL 零距离发射技术已经具备可操作性,但是发射出去的飞机还是需要跑到来降落
但长期的试验并非一无所获。至少有一点是明确的,即动力系统不应该严重影响垂直起降飞机气动外形——这一点结论对后来垂直起降飞机的发展影响深远,迄今为止所有成功的同类飞机无一不遵循这一规律。同时,在失速速度下飞行时飞机控制权的分配也需要确定。
英国,尤其是罗尔斯•罗伊斯公司在这样的发展上发挥了重要的作用。他们采用推力测试设备(“飞行床架”/TMR)进行概念验证试飞,用于评估飞行悬停飞行时发动机的操纵,并没有水平飞行能力。TMR 实在不象是一架飞机,实际上就是一个框架结构,有 4 个支柱支撑,框架内安装 2 台“尼恩”发动机。每侧都有反作用力喷口,从发动机引气产生推力,实现悬停时的机动控制。飞行员就坐在发动机上面,几乎没有任何保护措施。“尼恩”发动机推力不足,加上还有 8%的推力消耗在反作用力喷口,使得 TMR 只能携带 10 分钟的飞行用油。
其貌不扬的“飞行床架”/TMR
1953 年,第一台 TMR 出厂。1953~1954 年间,TMR 一直在作系留飞行。直到 1954 年 8 月 3 日,罗•罗首席试飞员 R•T•夏普德操纵 TMR 完成首次自由飞行。“尼恩”发动机的油门响应不好,这更增大了 TMR 悬停飞行的风险。第一台 TMR 移交给皇家航空部后立刻就坠毁了,试飞员丧生。1957 年底第二台 TMR 首次试飞成功,但仅仅过了一个星期也报销了。尚可使用的部件被用来修复第一台 TMR。完成历史使命的 TMR 最后在博物馆内找到了它的归宿。
一系列的试飞,为罗•罗公司提供了低速和悬停飞行时的地面分析经验。不过,罗尔斯•罗伊斯公司的发展的主要方向不是将单台(或者双台)发动机同时用于垂直和水平飞行,而是根据公司首席技术顾问 A.A.格里菲思博士的构思致力于开发专用的升力发动机。这方案的基本原理是采用一组小的高推重比升力发动机用于起飞着陆,而机身和前向推力系统则为满足巡航条件而设计。这种设计很有希望抵消升力发动机的死重,而在功率方面则大幅改善。格里菲思在他的理论中对这些构想做了最早,并且最有雄心的表述,即一架超音速,垂直起降民航机,可以从伦敦飞到澳大利亚,垂直起降动力则由多台 RB108 升力发动机提供。升力发动机概念在英国政府得到了热烈反应,结果是官方出台了正式规划(ER143T)以发展试验机验证该理论。从某个方面来说,这个理论也反映了飞机可维护性在当年不受重视。这样的飞机如果服役,格里菲思的祖先少不了要被地勤人员问候的。
小巧的 RB108 升力发动机
此后,阿弗罗公司和肖特公司相继加入这个 ER143T 计划。
阿弗罗公司的方案是用一架他们的 707 三角翼试验机改装的,在中央油箱位置布置了 6 台 RB108,可以在这个分离式的发动机舱内转动以提供部分前向推力。不过,成功的却是肖特公司的方案,即三角翼、固定起落架的 SC.1,采用 4 台 RB108 用于垂直飞行,而用一台 RB108 作推进动力。首架原型机(序号 XG600)只安装了推进发动机,于 1957 年 4 月 2 日开始进行常规试飞。第二架原型机(XG905)安装了全套升力发动机,于 1958 年 5 月 26 日进行了首次系留试飞。10 月 25 日完成了首次非系留试飞。
SC.1 在机身中部的中心位置安装了 4 台 RB108 升力发动机
虽然由 SC1 验证了的升力发动机概念在理论中很简单,但其实际的应用却是相当困难的。为了保证 SC1 安全飞行,它不得不采用一套由模拟计算机控制的全权限自动稳定系统。单台升力发动机的故障将立刻导致升力失衡,这种状态下只能依赖三余度自动稳定系统。但采用这种冗余度设计依然不能避免事故的发生。1963 年,第二架原型机 XG905 因三套自动稳定陀螺仪全部失效而坠毁,飞行员丧生。不过该机后来被修复,再次投入试飞,直到 1964 年试飞计划结束。两架原型机后来都被送入博物馆收藏。
不管怎样,SC1 确实为肖特公司、罗•罗公司和政府解决此类棘手问题提供了大量第一手资料,并率先在诸如吸入发动机喷出的废气、地面烧蚀和短距起飞方面进行了探索。
用金钱和努力换来的经验驱使罗尔斯•罗伊斯公坚定地相信升力喷气发动机方案是对于垂直起飞喷气式飞机包括战斗机而言最有效的解决方案。在普通人看来,为每一架飞机提供几台发动机的前景为生产商提供了一个诱人的视角——但对地勤而言无疑是恶梦的开始。
不过,在 SC1 开始试飞之前,在英吉利海峡对面已经出现了竞争的提案——法国出于和英国同样的理由在同样的时间开始对垂直起落飞机感兴趣。
第一个具体的成果出现在 1956 年,当时发动机公司斯奈克玛开始试验由阿塔发动机驱动的 C.400 试验机,它采用了“尾坐”技术。法国的实验在 1959 年试验 C.450 时达到顶点,该机如同 X-13 一样是一架“尾坐”式飞机,但采用了完全不同的环形翼。
C.400 P.1/2 验证机,充其量就是个垂直发射的烟囱
C.450 外形极具科幻色彩,在机身周围安装了环形机翼
垂直梦想50年(第一部 历史篇)——鹞式飞机家族通史:米歇尔•威博特的方案
米歇尔•威博特的方案
在全世界都在忙着提出各种垂直/短距起降飞机方案的时候,一个传奇时代的引路人出场了——米歇尔•威博特,二战前著名的法国飞机设计师,他也投身于研制垂直起降飞机的大潮中。不过,他那时已经认识到垂直起飞的飞机采用传统姿态起降更容易解决,其时美国人已经发现在背对地面着陆时一些操纵上的困难。
米歇尔•威博特
于是,威博特开始勾勒一种单座单发、主要用于战术核打击任务的垂直起降战斗机方案。他为了完成垂直起飞在飞机重心周围布置了 4 台离心式压气机。它们将压缩空气通过外部的可转动喷口喷出,而动力则由一台布里斯托尔公司 BE.25“猎户座”发动机通过变速箱输出,最大可达 8,000 轴马力——当时涡轮轴发动机所能达到的最大功率。来自“猎户座”的剩余推力将从飞机尾部经由一个百叶窗式的喷口排出,从而提供除来自压缩机机的主推力之外的另一个矢量推力。威博特把他的设计称为对地攻击机。尽管作为一种未来以矢量推力著称的飞机的第一个原型,它最终没能成为现实,但它的四喷口、单发设计奠定了了鹞式飞机第一块基石。
Michel Wibault 的方案,用轴驱动的离心压缩机产生垂直升力
米歇尔•威博特的垂直起降战斗机方案
布雷盖 1010 方案准备采用类似 Wibault 的设计,但法国空军的兴趣集中在 SNECMA 的 Coleoptere 系列 tail sitter 上,布雷盖 1010 和其它类似的法国方案都无疾而终
在 1955~1956 年间,威博特访问了法国和美国政府以期获得对他的工程的赞助,但遭到冷淡对待。相反,倒是位于巴黎的联合武器发展计划(MWDP)办公室对他的方案表示了一些兴趣。MWDP 航空开发部的负责人琼尼•德利斯科上校首先将威博特的设计方案交给了北约“航空研究发展顾问团”主席希尔多•冯•卡曼。卡曼是航空航天领域的权威,他对这一方案表示了高度的兴趣。在他的鼓励下,德利斯科把威博特的设计方案转给了英国的布里斯托尔公司航空发动机部。那时作为 MWDP 发起的菲亚特 G.91 轻型战斗机计划的一部分,布里斯托尔公司正在开发“俄耳甫斯”发动机,因此双方有着良好的默契。根据掌握的材料,布里斯托尔公司技术总监斯坦利•胡科尔决定对威博特的方案采取一系列的研究。
胡科尔认为威博特的方案太过笨重,而且动力装置效率太低。不过,他相当欣赏威博特方案中由一台发动机同时产生推力和升力的概念。而在当时,所有其它的同类飞机都是采用“升力发动机+巡航发动机”构型。即使是出于对垂直起降飞机另一个发展方向的探索,威博特的方案也是值得深入研究的。胡科尔组织了一个只有 3 个人的小型研究组(戈登•路易斯、皮埃尔•杨和纳维利•昆),由路易斯带队进行相关工作。威博特则被胡科尔雇用,以顾问身份和路易斯小组合作。威博特充分展现了大师风范,他没有因为英国人改动他的设计而感到不快,反而非常欣赏英国同行所表现出来的创造性。
这个小研究组不负所托,很快就发现,通过用轴流式风扇替换离心式压缩机就可以大幅提高原来小得可怜的功率。于是,他们在 1956 年 8 月 2 日提出了第一个改进方案——BE.48。该方案的特点是:采用“猎户座”发动机的核心机,但增加了两级低压压气机(取自“奥林匹斯”21 发动机,由“猎户座”发动机通过 1.5 :1 比率的变速箱驱动),看起来很象今天的大涵道比涡扇发动机;来自低压压气机的气流可以通过两个侧面的矢量喷管排出;但尾喷口是固定的,核心机气流只能直接向后喷出;此外,核心机和风扇具有分离的进气口。
这张小图正是 BE.48 概念图,可以看到来自低压压气机的气流可以通过两个侧面的矢量喷管排出,核心机和风扇具有分离的进气口
威博特设计的使用 BE.48 发动机的垂直起降方案,后部喷口使用一个百叶窗装置来改变喷气流方向
不久,路易斯小组又提出了 BE.52 方案。在这个方案中,路易斯用一台“俄耳甫斯”发动机取代了原来的“猎户座”发动机。相比之下,“俄耳甫斯”发动机不仅更轻,而且允许用新增加的一个低压涡轮直接驱动前风扇——现在采用的是“奥林匹斯”发动机的三级压气机。这样就去掉了变速箱,减轻了重量。
BE.48~BE.52/53~飞马的进化图
接下来,性能更好的 BE.53 方案问世。该方案和 BE.52 很象,但采用了更大的低压压气机。为了抑制垂直起降时的陀螺效应,低压压气机采用了同轴反转技术。1957 年 1 月 12 日,BE.53 作为路易斯/威博特的合作项目取得专利。遗憾的是,威博特在几个星期之后就去世了,没能看到他的理想成为现实。
当 BE.53 成熟到能够制造出来的时候,就成为了大名鼎鼎的飞马座发动机
有了这台非常简单实用的发动机,布里斯托尔公司觉得可以从 MWDP 寻求财务支持,以继续推进这项设计。于是胡科尔带着 BE.53 方案去了巴黎,向这个项目的热心支持者德利斯科和冯•卡曼寻求帮助。虽然德利斯科此后不久就离开了 MDWP,但他的继承人威利斯•查普曼上校也是这个方案的坚定支持者。
在此期间,布里斯托尔公司已经给航空工业部门发出了宣传手册,以使他们了解围绕他们全新的发动机可以设计出什么样的飞机。不幸的是,迄今为止还没有哪一种飞机(即使是概念)能够用上这种新型发动机的。
垂直梦想50年(第一部 历史篇)——鹞式飞机家族通史:转机
转机
布里斯托尔公司打交道的第一个公司是在北爱尔兰的肖特公司。
不仅仅因为肖特公司在设计垂直起降飞机方面经验最丰富,而且他们也拥有布里斯托尔公司的母公司的部分股权,这样做是很自然的事。不过,肖特公司依然倾向于 SC.1 及其所采用的以升力发动机实现垂直飞行的原理。尽管肖特公司围绕 BE.53 做了一个设计,但他们的目的看起来只是希望布里斯托尔公司藉此确立和 MWDP 的稳固关系。一旦确立了这种关系,贝尔法斯特就会全力投入到改进 SC.1 中。
虽然为 BE.53 寻找合适的飞机设计的首次尝试结果令人沮丧,但布里斯托尔设计队伍的前景很快又明朗起来。位于金斯敦的霍克飞机有限公司给他们带来了新的希望。
霍克公司有无可比拟的成功历史,自 1925 年以来它的飞机就在英国空军和海军一线部队服役,并且如果将其前身索普威恩航空公司包括进来,则这个历史可以延伸到一次世界大战之前。在 1950 年代中期,公司正沉浸在猎人式战斗机的世界性成功之中,而另一方面,霍克集团的一个姊妹公司阿姆斯特朗•怀特沃斯公司正在生产海鹰战斗机。
不过,1957 年是霍克公司的转折点。
其实相关的工作早在 1954 年就已经开始了,当时是为英国空军设计一种 2 马赫的全天候导弹截击机,即所谓的 329 计划。他们的工程任务——P.1103——不能满足英国空军要求,霍克公司却由此看到了对猎人式战斗机后继机的需求。最后,他们重新设计了 P.1103,将其定位为一种单座多用途战斗轰炸机,并赋予一个新的编号 P.1121。尽管没有得到英国空军的正式批准,霍克公司还是自掏腰包继续进行代号 P.1121 的原型机设计,并且相信它能够引起客户的兴趣。
Hawker 本来是在用 P.1103 方案竞争英国皇家空军的新型战斗机,无奈落选
Hawker 不灰心,在 P.1103 方案上,自费改进成 P.1121,希望用来取代“猎人”式战斗机
P.1121 也在英国国防采购政策倾向导弹后下马,Hawker 只好另辟蹊径,在垂直起落战斗机上出奇兵
但是,接下来在 1957 年 4 月,英国国防大臣邓肯•桑迪撤销了对整个航空工业的支持,宣布将取消大部分未来战斗机和轰炸机发展计划,代之以倍受宠爱的导弹。由于战斗机是霍克公司的长处所在,这项决定使得公司的前景一下子变得非常黯淡。幸运的是,尽管桑迪取消了英国空军最后 100 架猎人式战斗机的订货,来自印度和瑞士的大宗出口定货使得公司有一些喘息的空间。由于公司坚持认为在全面的导弹时代到来之前,P.1121 类的飞机是理想的战机,因此该工程得以继续。然而,由于英国空军已经明确宣布对战斗机不感兴趣,霍克公司明白:如果当猎人式战斗机停产的时候他们还不想被迫停业的话,他们就必须在几年内拿出一个替代产品。
1957 年初,霍克公司的首席飞机设计师悉尼•凯姆参加巴黎航展。在那里他碰到了霍克在法国的代理商格里•莫罗。交谈中,凯姆对莫罗提到,他对当时大多数采用升力发动机构型的垂直起降飞机不以为然。于是莫罗向凯姆介绍了布里斯托尔在这方面所作的努力。这引起了凯姆的兴趣。因为他认为,一种垂直起降战术飞机有可能吸引英国空军,从而改变霍克公司的命运。几天后,胡科尔就收到了凯姆的来信,表示希望了解布里斯托尔公司在垂直起降发动机方面究竟取得了那些进展。很快凯姆拿到了有关 BE.53 的详细数据,他把这些数据交给了霍克的工程部,让他们以此为基础提出一个垂直起降飞机草案。
霍克公司的首席飞机设计师悉尼•凯姆,代表作:“飓风”“猎人”
1957 年 3 月,凯姆打电话给胡科尔:“你这家伙,什么时候过来一趟?”
胡科尔:“可是,为什么事呢?”
凯姆:“为了你的升力发动机!你这个该死的笨蛋!我已经为你的 BE.53 设计了一架飞机了!”
于是,好戏开场。
垂直梦想50年(第一部 历史篇)——鹞式飞机家族通史:艰难起步——P.1127
第二章 艰难起步——P.1127
原始方案
接到凯姆的电话后,胡科尔和路易斯前往金斯敦霍克公司总部,了解那架针对 BE.53 设计的飞机。他们看到的是一个代号 P.1127 的飞机草案。设计者是拉尔夫•胡朴尔。
由于 BE.53 只为前风扇喷流配备了矢量喷管,而根本没有考虑为来自核心机的喷流提供矢量喷管。这严重影响了胡朴尔所能设计的飞机的种类。由于有了这些限制,他的第一个方案是一架无武装的 双座观察/联络机,并且为了获取垂直飞行能力,不得不以一个极大的上仰角“坐”在尾部的起落架上。这方案开始时被叫做“高速度直升飞机”。
P.1127 第一个方案,“高速度直升飞机”
为了减重,胡朴尔迅速将方案改为双座设计,并用两侧进气口取代了原来的机鼻进气口,同时在飞机首尾及翼梢设置了反作用力控制系统,通过将发动机引气由此喷出以获得低速控制能力。不过,由于核心机没有配备矢量喷管的限制,使得发动机 50%的推力被浪费了。
P.1127 第二版方案,尾喷管只向后喷,这严重影响了发动机和全机的重心布置
在这个问题上,拉尔夫•胡朴尔灵机一动,有了新的想法——如果来自发动机核心机热喷流能被分成两部分,就象在海鹰战斗机上那样,那么就可以增加另一对额外的矢量喷管,这样 100 %的推力都可以用于垂直飞行。
拉尔夫•胡朴尔改进后的发动机方案
这方案被布里斯托尔公司暂时性地接受了,并且,胡朴尔以此为基础提出了新 P.1127 设计方案。修改后的 P.1127 被设计成对地攻击机,可以以 8,500 磅的重量作垂直起降,另一方面,它能携带 2,000 磅军械作 200 码短距起飞。
新的 P.1127 设计方案,已经具有日后鹞式的特征,但是主翼和平尾没有下反
霍克公司 1957 年 8 月为这飞机制作了宣传手册,一个副本在 9 月的范保罗航展上被送给了来自 MWDP 的查普曼上校。他基本上接受了这个设计,但是认为还需要更大的载弹量和作战半径。最后,霍克公司和布里斯托尔公司采用了往发动机燃烧室喷水以增大推力的技术,从而使推力增大了 2,000 磅,因此可以多带近一倍的内部燃油。之后,加入了这个新特点的新版 P.1127 宣传手册在 10 月公开发布。该手册还提出了重新设计发动机的设想,即在前风扇和核心机上采用同轴反转技术,以消除在悬停飞行中出现的陀螺效应。布里斯托尔公司对这想法持反对态度,因为这意味着不能再采用奥林匹斯发动机的风扇叶片。但霍克公司希望藉此取消自动稳定系统,并认为这一改变至关重要。
即使在发动机和飞机设计者间存在这样的分歧,在 1957 年底前,两个公司依然紧密合作,希望借 P.1127 和 BE.53 将各自的观念灌输给对方。不过,对两个公司而言,垂直起降绝不是未来最重要的发展方向。
由于桑迪唯一允许为英国空军开发的战术飞机是堪培拉轰炸机的后继机,即所谓 GOR.339 计划。为了赢得这个项目,霍克公司在 1957 年底中止了 P.1127 的全部工作,将全部资源转用于 GOR.339 方案,即 P.1129。
GOR.339 招标的获胜者是 BAC 的 TSR.2,但是仅制造了 3 架原型机
但英国电气和维克斯公司从一开始就有意争取这项契约,无论今后霍克公司的方案是基于由阿弗罗公司 739 发展而来 P.1129 还是基于已经开发出来的 P.1121,在竞争中胜算都不大。因此,当猎人式战斗机停产的时候,霍克公司还是面临停业关门的威胁。考虑到这一点,P.1127 设计在 1958 年 1 月被重新提出,并集中了更多的部门和资源用于设计。
阿弗罗 739
垂直梦想50年(第一部 历史篇)——鹞式飞机家族通史:方案改进
方案改进
P.1127 复出后,根据来自 MWDP 的意见,进行了进一步修改,更强调垂直起飞,并用更短、更轻的百叶窗式的喷管取代了原来的“弯曲导管”式喷管。不过,改进并未到此为止。
P.1127 的前百叶窗式矢量喷管,值得一提的是鹞 II(AV-8B)上前喷管又恢复成了“弯曲导管”式喷管
布里斯托尔公司于 1958 年 3 月通知霍克公司他们决定重新设计发动机。现在的设计采用了新的前风扇,它的两级压气机可以直接给核心机增压,从而允许从“俄耳甫斯”发动机上取消原来的分离式进气道,也去掉了采用同轴反转技术的主要障碍。拉尔夫•胡朴尔于 3 月底前将修改后的发动机 BE.53/2 整合到重新设计的 P.1127 当中。由于发动机的进步,P.1127 的性能也大幅提高。为了确定和 MWDP 下周会谈的最后期限,他不得不在周末加班。
发动机效率的提高使得燃油量可以减少,同时翻转放置的发动机允许附件放在翼盒前面,从而减小了正面面积和重量。更进一步的修改是常见的自行车式起落架加上位于翼尖的护翼轮,同时经过修形的三角翼的下反角也增大了。
1959 年最终定型的 P.1127 方案,采用自行车式起落架与翼尖护翼轮
P.1127 的新改型不负众望,在 1958 年 3 月向 MWDP 展示时得到了强有力的支持。1958 年 MWDP 同意为重新设计的 BE.53 提供 75%的资金,而另 25%则由布里斯托尔公司提供。由于已经获知 BE.53 即将从北约获得资助,随着这样鼓舞人心的发展,霍克公司投入到这种飞机的资源水平和人力也明显增加。但因为悉尼•凯姆公开反对自行车式起落架,制图室的大量努力都投入到设计一种新的不同形式的起落架上,不过这些努力最终都白费了。
5 月,产品开始进行风洞和地面效应模拟试验。由于霍克公司没有他们自己的风洞,英国的政府设备中也没有可供使用的风洞,部分试验不得不在金斯敦的技术学院的风洞中进行。不过,这仅仅是权宜之计,在 1958 年 6 月英国航空设施楼向试验提供了其风洞。这是英国官方发出的第一个正面支持的信号,同时促使英国空军的军需部门考虑用垂直起降飞机替换猎人 FGA.9 战斗机的可行性,尽管这种飞机对霍克公司而言还是一个未知数。
霍克公司在 1958 年 8 月开始了 P.1127 机翼的细节设计。这是一个小小的试探。就在这时,MWDP 再度显出它的“救世主”本色,为 P.1127 提供财政支援,并大力宣传 P.1127 取代北约空军 G.91 攻击机的可行性——这一举动得到了正面响应。实际上,霍克得到了英国皇家空军一些高级军官的私下支持。不过这种支持没有多少分量。依照当时的政治风气,如果一个皇家空军高级军官提出研制一种新型有人驾驶战斗机的话,他很可能会被要求退役。但这时候,风向看起来似乎要变了。
P.1127 的发动机与进气道单元,以及姿态控制系统的喷嘴示意图
1959 的第一天,英国电气和维克斯公司宣布联合赢得了 GOR.339 的合约,其最终结果就是那架不走运的 TSR.2。对霍克公司来说,唯一的希望就寄托在 P.1127 上了。而皇家空军方面,由于有了 TSR.2 垫底,加上长期以来积压的对桑迪国防政策的不满已经到了临界点,现在他们开始反击了——空军宣布:将用一种垂直/短距起降攻击战斗机来取代猎人式战斗机。很快,霍克公司获知政府考虑定购 2 架 P.1127 原型机。3 月上旬 GOR.345 第一个草案送达霍克公司,提出了一个显然建立在 P.1127 基础上的飞机需求,并期望能在 1965 年服役。由于英国政府现在对 P.1127 表现出明显的兴趣,霍克公司感到可以在官方的财政支持下开始两架原型机的工程研制。
用于研究垂直起降时气流干扰的模型,在机腹有两条纵向挡板,用以增大地面效应以及减少进气口吸入废气
1959 年 3 月,第一套图纸下发到试验部。而在下个月,最后一次主要改进才告完成。该项改进是针对反作用控制系统的,主要是改从高压压气机引气而非原来的低压压气机。而原来设计中所用的导管则早已被证明过于笨重而不适用。这导致对发动机的进一步改进,采用“俄耳甫斯”3 核心机的 BE.53/2 被采用“俄耳甫斯”6 核心机的 BS.53 取代,以适应从高压压气机引气的需要。
政府在 1959 年 5 月进一步表示出他们的兴趣。当时他们将针对 P.1127 原型机的规范说明 ER 204D 交给了霍克公司。虽然这兴趣受到霍克公司的欢迎,但这也意味着 P.1127 现在要面对两个指导方向——国内需求和欧洲的需求。
当英国空军制定其计划的时候,北约为了代替菲亚特 G.91 也需要增大了对垂直/短距起落轻型战斗机的需求。1959 这些要求已经超出了基本型 P.1127 所能达到的性能,包括要求携带复杂的导航和攻击航空电子设备和可能的超音速的能力。尽管如此,由于 P.1127 显然是在发展中的最先进的飞机,MWDP 继续通过 BE.53 支持其发展,虽然定购这种飞机加入北约军队的可能性不大。
曾在北约多国中服役的 G.91 轻型攻击机
由于首飞预订在 1960 年 7 月,1959 年 7 月开始霍克公司就要求所有部门加班工作,全力投入到 P.1127 中。8 月,第一台 BE.53/2 发动机在英国试车。这发动机很快被重新命名为飞马 1,BE.53/3 就成了飞马 2。在得知飞马 1 发动机推力(4,000 公斤)达不到要求后,悉尼•凯姆怒火冲天,但却无可奈何,这个障碍是 P.1127 发展过程中必须克服的。幸运的是,5 个月后,飞马 2 发动机推力提高到 4,500 公斤;又过了半年,发动机推力已经提高到 5,000 公斤。
如今在博物馆展出的首架 P.1127 XP831,下方就是飞马 2 发动机
早期型飞马发动机侧视图
在 10 月,新组成的内阁航空部出资 75,000 英镑以维持合约,继续开展飞机的设计工作。而此时霍克公司已经把心思集中到准备他们的全新概念飞机的试飞程序上了。
这架“勇士”轰炸机被改装用于测试 P.1127 的飞马发动机
最后,霍克公司工程办公室的负责人鲍勃•玛斯陪同拉尔夫•胡朴尔访问了美国的贝尔飞机公司和位于兰利的 NASA 基地。他们的访问的原因为了考察贝尔 X-14 矢量推力研究机。在使用矢量推力和喷气反作用控制系统方面,X-14 和 P.1127 类似,但它的发动机仍然存在严重的陀螺效应,而 P.1127 的设计则已经避免了这个缺点。P.1127 自由飞模型首先于 1960 年 1 月在 NASA 进行试验,很快消除了英国人对过渡飞行可能不可控制的担心,这些结果大大地鼓舞了霍克公司。
贝尔 X-14,两个矢量喷管在机腹的重心位置
1960 年 3 月,霍克公司的试飞员比尔•贝尔福德和 休•迈尔威仁开始接受进一步的 NASA 阿姆斯医学试验,以便能够获准操纵 X-14 和其他的研究机。不过在 4 月 1 日,休•迈尔威仁出了一次飞行事故,自己虽然安然无恙,但 X-14 却有点损伤。两个试飞员回到英国后,开始试飞 SC.1 以得到更进一步的垂直起降经验。
P.1127 的 1/6 动力模型在 NASA 的风洞中进行垂直于平飞过渡飞行测试,结果令人满意
到这时为止,P.1127 两架工程原型机的第一架进展顺利。
内阁航空部于 1960 年 6 月 22 日发出了全部的工程支援和经费。而第一架飞机,XP831,也已经于 7 月 15 日从金斯敦运到了霍克公司的当斯福德机场。在这里进行了最后的安装测试。首飞使用的飞马2发动机也确定将在 9 月从布里斯托尔运到。
运抵当斯福德机场准备组装的首架 P.1127 机体
由于发动机是为 MWDP 设计、而飞机是为航空部设计的,将二者组合的工作曾遇到行政上的障碍。现在,阻碍已经消除,所有一切都准备就绪,只待飞机首飞。
看来 P.1127 的发动机安装上遇到了问题,来了许多专家进行会诊
垂直梦想50年(第一部 历史篇)——鹞式飞机家族通史:P.1127
当第一个 P.1127 的原型机正在前往金斯敦时,霍克公司已经在当斯福德机场为飞行试验程序做了准备。那里修建了 2 套专用的设备,发动机试车围栏用于测试飞机发动机,另一个 40×50 英尺的特制格栅用于悬停试验。后者是设计来排放飞马发动机的喷流的,以消除由于再次吸入热喷流而造成的推力损失等不利影响。从根本上说,这是发动机推力不足造成的。事实上,最早发动机的推力只能勉强推动去掉了所有无关设备(例如无线电)的飞机垂直升空,而此时装载的燃油仅够飞行几分钟。
为 P.1127 专门研制的发动机试车围栏,两侧都有,照片中只安装了右侧
在 1960 年的整个夏天和秋天,准备工作一直在当斯福德进行着。同时,悬停飞行前必需的发动机地面试车和系统测试也已经完成了。
首架 P.1127 XP831 停在专门修建的栅格上,该栅格旨在吸收发动机喷流,避免被再次吸入
10 月 21 日,比尔•贝尔福德操纵飞机完成了首次试飞。
为了完成第一阶段系列试验,飞机被系留在地面格栅上,以限制它所能升起的高度。系留索长度可变,第一次系留飞行时长度为 1 英尺。尽管比尔•贝尔福德在一次交通事故中受伤,右腿打上了石膏,但以单点系留的方式进行的第一次系留悬停飞行仍然成功完成了。
XP831 的首次悬停试飞,注意为了减重,所有的起落架舱门都没有安装
不过当系留索长度达到 4 英尺时产生了一些控制问题。当飞机高度达到 4 英尺时,主起落架液压支柱由于受载减小而伸出,长度超过了翼尖的护翼轮高度,导致飞机侧倾。结果推力的水平分量使得飞机左右摇摆并绕着主轮或前轮打转。研究表明,这个问题是 P.1127 的反作用控制系统不能提供足够的反向滚转力矩造成的。但问题是,要增大引气系统功率就必然会减小发动机推力。就这个角度而言,引气系统的功率应该越小越好。这是研制垂直起降飞机过程中必须始终关注的基本问题。此外,当推力垂直分量等于飞机重量时,很小的水平分量都可能产生较大的加速度。例如,当飞机侧倾 6 度时就足以产生 0.1G 的加速度。
进行第二次 4 英尺系留试验时,系留索将系留点附近的格栅拉断了。于是试验人员加大了系留索的强度,并缩短其长度,以便护翼轮可以接地,希望可以籍此缓解前述摇摆问题。但这种做法收效甚微,当飞机发生侧倾时,飞行员同样无法控制机翼恢复水平。
于是护翼轮支柱高度被暂时加长了,以便它们在飞机离地前可以一直保持支撑。在这种情况下,飞机的操纵特性大幅改善,接下来 1 次 2 英尺系留悬停和 1 次 4 英尺系留悬停都取得了成功。此外,对自动稳定系统的研究表明,大部分时候该系统都是满负荷运转,因此如果关闭该系统,推力会增大一些——不过在系留状态下,这个结果并不明显。
P.1127 进行的早期悬停试飞之一,此时试飞员已经找到了窍门,右翼尖护翼轮上的线缆只是根通讯电缆
每次悬停试飞完毕,工作人员都要向栅格喷水降温,避免把轮胎烫爆
经过了多次尝试,终于找到了一种有效的控制方法,使得系留索可以“告老还乡”,自由悬停试验也终于在 11 月 19 日着手进行。在改进了自动稳定系统,并最终完成了两次自由悬停试飞后,整个悬停试飞计划宣告结束。
在 5 个星期的时间里,P.1127 共计悬停试飞 21 次,总悬停时间 35 分钟。尽管问题还有很多,但毕竟走出了试飞的第一步。
一旦 XP831 完成了第一阶段系列试验,它将采用常规构形以完成下面的常规飞行试验。这包括了重新装上为了悬停试验而拆掉的无线电设备、起落架舱门和其它一些组件,此外还将采用新的进气口,其唇口半径较小以适应高速飞行,而不是原来为悬停试验采用的唇口钝圆的钟口形进气口。
改装完毕的 XP831,切除了悬停实验时使用的大进气口。远处的飓风是霍克公司特意准备的低速追踪机
常规飞行前的地面滑行试验中,P.1127 的起落架系统出现了严重问题:当滑行速度达到 64 公里/时左右时,前轮、护翼轮以及主轮摆振,导致主液压系统损坏。尽管其中一些问题得到缓解,但最后还是花费了几年时间才使得起落架系统能较好地工作。
虽然问题不少,第一次常规飞行还是于 1961 年 3 月 13 日在贝德福德机场进行。这次飞行这暴露了整个一套新系统的问题:飞机飞行时横、方向稳定性尚可,但纵向稳定性不足,存在上仰问题;放下起落架后方向稳定性不足;近音速时机翼下沉;副翼下垂;襟翼和阻力板带来严重的配平问题,当在有地效条件下使用时,产生强烈的低头力矩,必须拉满杆才能维持机头水平;为了避免发动机熄火和喘振而采用的各种限制措施,惠普制造的涡轮叶片有时脱落;座舱空调漏水;自动防滞系统失效,刹爆轮胎;……等等。
XP831 在一架猎人的陪伴下进行了首次常规起降试飞
全部都这些是其他飞机上发展过程中遇到过典型问题。显然,在这些问题解决之前,飞行试验无法进入下一阶段,即由垂直飞行到常规飞行的过渡飞行试验。对此,霍克公司采用了分阶段解决的方法。
交付的第二架 P.1127(序号 XP836),助了他们一臂之力。该机7月7日在当斯福德首飞。第二架飞机被用于扩展常规飞行试验,该机在试飞中速度达到 538 节,M1.02,高度达到 40,000 英尺。此外,该机还一度减速到 98 节,在此速度下由发动机提供了部分垂直升力。由于发动机推力提高到 12,000 磅,XP831 开始着手新的悬停试验。在速度达到 95 节后,开始逐步使用矢量推力,作为驱动飞机前飞的动力。
过渡飞行中的 XP836,喷口处于 60 度位置
1961 年 9 月,P.1127 为反作用力控制系统换装新的引气系统,改进了控制机制,使得偏航控制被独立出来,单独在机尾加装了偏航控制喷口。经过这样的改进,P.1127 在速度大于 20 节时的方向不稳定问题得到改善。
在飞机的速度包线确定后,比尔•贝尔福德于 1961 年 9 月 12 日进行了首次全过渡飞行。这是 P.1127 发展历程上的一个里程碑——虽然整件事看起来相当简单。垂直起飞后,发动机喷管逐渐转向后方,推动飞机水平前飞,直到完全依靠机翼升力飞行。如果喷管转动过快,飞机会有下坠趋势;如果喷管转动太慢,则飞机的高度会上升很多。虽然有些微方向控制和侧滑问题,但在改进的偏航系统控制下,这个操纵实在比当初让 P.1127 在跑道上保持直线滑跑简单多了。之后休•迈尔威仁也进行了试飞。
减速转换也没有什么问题。飞机在第三边将喷管向下转到 40 度位置,以常规飞行动作飞到距预定悬停点 1,000 码附近,此时飞机速度为 130~150 节,喷管转到悬停位置。由于失去推力的全部水平分量,飞机在阻力作用下很快减速。飞行员此时需要做的就是控制油门,以推力升力弥补迅速下降的机翼升力,保持飞机平飞。
试飞结果显示,飞机迎角在较高速度时可以作为一个高度控制手段,同时飞行员在处理机翼升力和推力升力时有相当大的处置余地。使用迎角控制,可以有效避免机翼失速问题。同时风洞试验数据也显示,在迎角 15~18 度,喷管向下状态,飞机具有抬头趋势。此后,又进行了无自动稳定系统的转换试飞,证明只要给予飞行员足够的控制能力,他就可以独立完成飞机控制,而无需采用复杂的自动稳定系统。
最后探索的关键领域是短距起飞。这对于 P.1127 潜在的用途而言显得尤为重要,因为这意味着相对垂直起飞可以携带更多的燃油和军械。第一次短距起飞于 10 月 28 日在当斯福德进行,这种飞机继加速转换飞行后又完成了其后的这个试验项目。在不到一年的时间里,P.1127 已经证明它能够执行为它设计的所有任务,尽管其自身还存在着重大的问题。新飞机的基本成功使得霍克公司放心了,但是他们也充分地认识到还有大量工作有待完成,以便为 P.1127 向真正实用的战术飞机迈进打下基础。
随着时间过去,根据进行中的试飞程序发现的问题,P.1127 做了大量改进。
1961 年 12 月初,XP836 在俯冲中达到了 M1.2 的速度。但仅仅过了几天,1961 年 12 月 14 日,由于一对前喷管脱落,XP836 紧急返航,但在迫降的最后进近阶段,该机在大约 300 英尺高度、170 节速度时突然失去横向控制能力,随即坠毁。幸运的是,比尔•贝尔福德成功跳伞逃生。这次事故导致了第一次重大改进——后来的调查显示,由于错误地在喷管结构上采用了玻璃纤维,导致了这次事故。此后,喷管改用了钢结构。尽管如此,政府在 11 月初定购 4 架改进型 P.1127 的承诺仍然不变,4 架飞机如期交付。
第一架改进型飞机 XP972 于 1962 年 4 月试飞,但仅仅使用了几个月。10 月 30 日试飞中,休•迈尔威仁做了一个急转弯,压气机叶片突然脱落并刮擦钛合金的发动机匣,导致发动机起火。虽然他尽力飞往英国空军的唐枚尔基地迫降,但飞机还是遭到严重损坏,很快就报废了。
运气不佳的 XP972,由于一次发动机事故而报废
安装“飞马”2 发动机的 XP972 1962 年出现在范保罗航展上
接下来的两架,XP976 和 XP980 分别于 1962 年 6 月和 1963 年 2 月试飞。与此同时,新型飞马 3 发动机(推力 6,125 公斤)也达到实用状态,XP976 遂成为第一架安装这种发动机的 P.1127 飞机,并加装了扩大的橡胶前缘进气口以适应起飞的需要。
P.1127 三兄弟,由远及近分别是 XP980 XP976 XP831
XP980 采用了流线型机翼,同时平尾下反
安装了“飞马”3 发动机的第 4 架 P.1127 XP976 在 Biggin Hill 机场,1965
最后,所有可用的飞机都完成了大量的改进,包括在机翼上采用的流线型翼尖(XP972 和 XP980),下反的平尾以及加大的腹鳍以解决试飞中遇到的方向稳定性不足的问题。但这些措施不是很成功——例如橡胶进气口。理论上,橡胶的弹性使得进气口可以在高/低速时自动改变进气口形状,从而适应不同速度的进气要求。但实际上,橡胶进气口在常规飞行时经常断裂。最后,在 1964 年 2 月试飞的最后一架 P.1127,XP984 上采用了折衷的金属进气口,就象在茶隼上采用的一样。XP984 采用了新的后掠翼和加长的机身以及飞马 5 发动机(推力 6,800 公斤),并成为茶隼的原型。
P.1127 XP984,成为茶隼的原型机。主要改进之处:
(1)改用 1 台推力约 7,030 千克的“飞马”5 发动机以提高起飞载荷和悬停高度;
(2)发动机相对于机翼向前移动 230 毫米并改变安装角,同时加长机身,改变了推力中心与重心、重心与升力中心的相对位置,使悬停时推力中心通过重心,前飞时重心在升力中心之前,改善了悬停和前飞时的纵向稳定性;
(3)机翼进行了重新设计,翼展缩短 430 毫米并改变机翼平面形状,同时采用更薄的超临界翼型以减小高亚音速飞行时的阻力;
(4)水平尾翼翼展延长了约 1,200 毫米,下反角由 0° 改为 15°,可消除高速、较大迎角时发生的上仰现象;
(5)将垂直尾翼加高 150 毫米以提高方向稳定性
1963 年 2 月,比尔•贝尔福德驾驶 XP831 原型机在皇家海军“皇家方舟”号航母上进行了上舰试飞,以此证明 P.1127 也具有充当舰载飞机的潜力。不过,6 月 16 日,当贝尔福德在巴黎航展上驾驶 XP831 为 11,000 名观众进行表演时,矢量喷管却突然卡住了。虽然他立刻迫降,但并不成功,人侥幸没有受伤,XP831 却就此报废了。后来该机机体被运往博物馆展出。
XP831 降落在皇家方舟上,预示着日后海鹞的诞生。注意第二张图片上的黑色橡胶充气唇口着舰后的外形变化
XP831 在巴黎航展上迫降坠毁,所幸飞行员无碍
剩下的 3 架 P.1127 原型机,1 架废弃,另两架则被博物馆收藏。
垂直梦想50年(第一部 历史篇)——鹞式飞机家族通史:转折•转机——茶隼
第三章 转折•转机——茶隼
急转直下
在航空部订购改进型 P.1127 时,英国空军依然在寻求一种满足 GOR.345 规范的垂直/短距起降战术攻击机。自 1960 年到 1961 年,军需部一直在研究如何最好地满足这个要求。但无论如何这都意味着必须全力推进 P.1127 的研制进程。因为在计划于 1964-65 年服役的时间限制下,这是取代猎人式战机的唯一选择。
在装备了额定推力达 18,000 磅的飞马发动机后,P.1127 的一种改型可以满足 GOR.345 的要求。由于这样的发动机尚未问世,于是布里斯托尔公司准备给他们的飞马 5 发动机改用新的前风扇、环形燃烧室和其他的改进措施。
但就在此时,国际上正在兴起一个超音速的浪潮。任何一种亚音速的作战飞机都会被认为是过时的和脆弱的。于是,几乎就在霍克公司向航空部递交了他们的改进方案之后,英国空军提高了 GOR.345 的性能指标,包括将速度要求由 M0.95 提高到 M1.2。这已经超出了 P.1127 的能力,即使采用更大功率的发动机也不行。这基本上是将 P.1127 逼入了绝境。到 1961 年春季,英国空军很快失去了以 P.1127 取代猎人战机的兴趣。不过,航空部依旧希望研制这种飞机,因为他们希望它不仅能满足英国空军的要求,还可以满足许多北约国家空军的要求。
1961 年 8 月,北约 AC.169 工作组发布 NBMR-3(北约第 3 号基本军备需求)。该需求要求研制一种垂直/短距起降战斗机/侦察机,用于近距空中支援,可以分散部署到战区的隐蔽位置。1961 年 11 月,NBMR-3 调整为:研制 M2 一级的飞机用于取代 F-104G(AC.169a),研制 M0.92 一级的飞机用于取代菲亚特 G.91(AC.169b)。
最感兴趣一个国家是西德,它希望用先进的亚音速和超音速攻击战斗机替换菲亚特 G.91 和洛克希德公司 F-104G,为此提出了 VAK 191 设计计划。随着英国空军撤销对 P.1127 的支持,航空部把其注意转向 VAK 191。早在 1961 年航空部长彼得•托尼克罗夫特就和德国人达成了一个合作研制垂直/短距起落战斗机的协议。英国人希望藉此促使德国人采用 P.1127。但德国人却仅仅把 P.1127 看作几个竞争方案之一,并命名为 VAK191A。其竞争对手包括:福克•武尔夫 1262(VAK191B),EWR 340(VAK191C)和菲亚特 G.95/4(VAK191D)。霍克公司还设计了 P.1159,P.1162 和 P.1163 以满足德国的要求。为了落实这个协议,航空部向英国空军施压以迫使其采购 30 架 P.1127,但对方说如果德国人买这种飞机,他们就拒绝采购。
德国人自己研制的 VAK 191B,一共安装 3 台发动机,2 台垂直安装的 RB162-81 型发动机提供部分向上的升力,它们分别安装在驾驶舱后方和垂直尾翼前部的机身中心线上,沿重心对称配置。RB193-12 型主发动机安装位置在机身中部,4 个喷口可在 115°范围内转动
EWR 340(VAK191C)就是 VJ 101
在现代航空界中并不起眼的意大利,在 60 年代也研究过垂直起落战斗机。意大利的目标是研制 Fiat G.91 的替代,代号为 G.95
G.91 到 G.95 的研制思路的演变,其中 G.95/6 可以达到两倍音速,最后方案定在 G.95/4,采用 4 台专用的升力发动机,巡航发动机后置,进气道从升力发动机两侧绕道
不过事实上,德国人真正的目标是他们自己研制的 VAK191B,P.1127 只是作为一个评估的基准而已——因为在 4 个机型当中,P.1127 是唯一已经生产出来并进行了试飞的飞机。1963 年 8 月,VAK191B 成为 AC.169b 计划的胜利者。
大洋彼岸的肥皂泡
当 P.1127 在一片混沌中苦苦挣扎的时候,却没有想到,美国对它的兴趣正日渐增大。
美国陆军希望得到由自己控制的战术空中支援力量,并将 P.1127 看成达成这一目的的理想飞机。在 1961 年到 1962 年他们研究了采用 P.1127 的可能性,随后一名资深官员拉森博士在 1962 年 5 月访问金斯敦时和霍克公司讨论了这一问题。美国陆军对 P.1127 的部分要求是,如果它要和洛克希德公司 XV-4A 和瑞安公司 XV-5A 竞争,那么它必须由美国制造。
洛克希德XV-4A“蜂鸟”是首先探索引射增升概念的研究机,XV-4A已经开始显现引射用于增升在理论效益和实际效果上的差异
平飞中的 XV-4A,引射装置关闭,以减小阻力
XV-5 安装 2 台通用电器的 J85-GE-5 涡喷发动机。两翼各有一个直径5英尺的升力风扇,在驾驶舱前的机鼻内也有一个小的升力风扇,依靠发动机燃气驱动
最后,霍克公司和诺斯罗普公司于 1963 年 1 月发表声明,表示双方愿意联合发展这种飞机。来自诺斯罗普公司的团队 1963 年 7 月到达金斯敦以获取有关 P.1127 的第一手资料,并前往德国实地考察美国陆军的战场操作。
在 MWDP 官员牵线下,德国、英国、美国于 1962 年初决定一起对 P.1127 改进型服役的可能性进行评估。结果成立了“三国评估中队(TES)”。1962 年 5 月 22 日,霍克被授权为 TES 制造新的飞机。
对英国航空部而言,这是保持国外客户对飞机的兴趣并使他们继续参与飞机研制的方法之一。不过,德国人仅仅把它看成一个技术性评估,他们仍然对福克•武尔夫 1262(VAK191B)有着浓厚的兴趣,并认为该机最有可能符合 VAK191 的要求。而 P.1127 则被认为即使采用了推力达 21,000 磅的飞马 5-6A 发动机也难以达到要求。对英国空军而言,现在正好放弃作为英德协议的一部分而作出的购买 30 架飞机的承诺,抓住机会开发 P.1127 的三国联合改进型。此时,美国空军也来添乱——它试图阻止陆军获得固定翼飞机的计划。
即使存在如此众多的矛盾观点,经过 1962 年一年的谈判,协议却毫无意外地达成了。最初的计划决定采购 4 到 18 架飞机。经过考虑之后,1963 年 1 月 16 日各方在巴黎达成最终协议,采购 9 架改进型 P.1127,费用由英国、西德和美国均摊。
在金斯敦,霍克公司决定,为了保证将最新的改进整合到试验机上,应该尽可能推迟制造这些飞机。组装于 1963 年夏开始,包括所有这些飞机所有的最新改进措施,如新的面积更大的机翼、垂尾翼尖加高及面积增大 2 平方英尺、飞马 5 发动机和加长的机身,机腹下增设一对整流片,主起落架舱门兼作减速板,进气口最初仍采用 P.1127 的橡胶进气口,后来改为金属结构。另外,全部 9 架飞机都设置了翼下挂架以挂载副油箱和可能的武器,机头配备了一台侦察照相机和简单的武器瞄准具,所有一切都在为操作试验作准备。
茶隼与 P.1127 机翼之间的线图对比。实线是 P.1127 最初的机翼,后来翼尖修改为圆弧形(Reworked tip)
首架茶隼 XS688,机翼上涂上了三国合作的机徽
首架三国联合改进型飞机于 1964 年 3 月 7 日试飞,其它飞机按一定时间间隔相继试飞,直到 1965 年 3 月最后一架升空。开始时这些飞机被称作 P.1127(评估型),但是,在 1964 年11 月他们被重新命名为霍克公司的茶隼 F(GA)Mk.1。F(GA)在这里的意思是:战斗机(对地攻击)。茶隼不仅取消了 P.1127 上的诸多限制,而且如同早期飞机一样,它将重点放在战术应用上,并配备了额外的挂架和设备,例如多普勒导航设备和自动稳定系统——事实上,英国空军即将接收的飞机正是按照早期的 GOR.345 的要求改进的。不过,由于试验经费不足,这设备从来没有装上飞机。
茶隼三面图
三国联合研制程序牵涉到飞行员问题。要培训的飞行员来自英国空军,德国空军和美国的三大军种(陆军,海军和空军,海军陆战队虽然有兴趣,但没有参与)。在茶隼上的训练于 1964 年的后半年开始。10 月 15 日,TES 在英国空军的西瑞汉姆基地正式成立。指挥官是 D•McL•斯克瑞姆乔伊尔。他有两名副手,一名来自美国海军,还有一名则是著名的德国二战超级王牌格尔哈德•巴克霍恩上校(战绩 301 架)。
1、4、5、8 号茶隼编队飞行,注意机腹下增设的一对整流片
TES 一共有10架飞机供训练用,除了 9 架茶隼外,还有最后一架 P.1127(XP984),这是唯一一架装有茶隼机翼的 P.1127。直到 1965 年 11 月 30 日,TES 共出动了 1,367 次。这些试验的目的是为了摸索出一套适合喷气式垂直/短距起降战斗机的地面操作规程。这意味着重点在于操作技巧例如短距起飞、在分布式基地操作和隐蔽,而非飞行攻击任务。因此尽管进行了模拟攻击,但茶隼始终没有配备武器。试验中获得了大量实战操作的经验和知识,包括重复吸入热喷流的影响、地面烧蚀问题以及解决这些问题的办法。此后,直到 1966 年 4 月解散,TES 基本上就没有再飞行。
最后一架 P.1127(XP984),是唯一一架装有茶隼机翼的 P.1127
整个试验期间,只有 1 架茶隼因为飞行员的操纵失误而坠毁。最后,两架茶隼留在了英国,剩下的 6 架(包括西德的 3 架——被美国人以折旧价格买下)去了美国。
在美国,这种飞机最初被称为 VZ-12,不过很快改称 XV-6A。XV-6A 进行了广泛的军方飞行试验,并和其它垂直起降飞机如洛克希德 XV-4、瑞安 XV-5 进行了对比试飞。在此期间,美国陆军争取获得固定翼近距支援飞机的企图遭到彻底失败——在美国空军的强烈反对下,五角大楼作出决定:陆军不得以固定翼飞机执行近距支援任务。茶隼最有可能的客户就这么因为军种斗争而消失了,而参加试验的空军和海军,对这种飞机其实没有多少兴趣,他们也不需要这种飞机。
编号为 NASA 521 的茶隼,由 XS689 的机体和 XS694 的机翼拼装而成
至此,为美国生产茶隼的希望彻底破灭。两架茶隼被 NASA 接收,并服役多年。后来其中一架被 Smithsonian 航空航天博物馆收藏。
P.1127 图纸阶段 P.1127 XP831
P.1127 XP972 茶隼
从左至右,从上到下:P.1127 至茶隼之间的外形演变
垂直梦想50年(第一部 历史篇)——鹞式飞机家族通史:柳暗花明
柳暗花明
这时在英国,茶隼已经被视为垂直/短距起降攻击战斗机的先驱。当 TES 解散的时候,英国政府已经作出决定,在茶隼的基础上发展一种实用的作战飞机。事情绕了一大圈,终于又回到起点。
而此时的英国空军,在撤消了不切实际的 GOR.345 计划之后,也开始接受这种飞机——只是因为 P.1154 在 1965 年 2 月 17 日被取消,英国空军已经无机可用,这才被迫接受改进型茶隼加入一线部队,并命名为鹞——这名字本来是给不走运的 P.1154 的。
P.1154 竞争北约超音速 V/STOL 飞机的梦想宣告破灭。而此时英国皇家空军与皇家海军在 P.1154 计划上也发生了分裂——本来两军种想共用机体和发动机以减少开发时间和费用,但由于双方在性能要求上不能统一,皇家海军立刻转购西班牙装备的 F-4“鬼怪”并迅速退出 P.1154 计划;皇家空军在此前连 P.1127 项目的经费都无法独立保证,又要准备与法国联合进行“美洲虎”攻击机的开发,而 P.1154 的预期研制费用比 P.1127 和“茶隼”更高,所以皇家空军也不得不在 1965 年 1 月宣布中止 P.1154 计划
于是根据来自航空部的要求,霍克公司递交了一份适应英国空军使用要求的茶隼改进型的设计。不过,政府仅批准了茶隼改进型的设计和建造一定数量的原型机,而投产的决定则被延期了。英国空军对此也并不满意。3 年前他们拒绝了 P.1127,现在他们仍然觉得这是依靠行政命令强加给他们的飞机。拒绝 P.1127 的原因还是原来的那些:在战场上易受到超音速的米格机的攻击以及载荷——航程有限。
鉴于政府的冷淡态度和用户的积极反对,霍克公司着手工程研究以满足空军参谋部的 384 号要求和 SR.256D 规范。完成之后,在 1965 年 4 月被提交给航空部和英国空军。它描述了一架源自茶隼的飞机,但综合了 P.1127 各个改型的特点,包括:和诺斯罗普公司联合研制的美国陆军型 P.1127,GOR.345 方案,和针对 VAK191 提出的 P.1127 改型。另外,还采用了一些 P.1154 的在空气动力、结构上的特点。
这种被霍克公司叫做茶隼改进型的飞机,很快被改名为 P.1127(RAF),以尽可能避免来自美国和德国的任何要求,因为这两个国家都曾出资发展茶隼原型机。其主要改进是采用了推力达 19,000 磅的飞马 6 发动机,以及新的采用吸入式辅助进气门的进气口,以提高在低速时的进气效率。新的机翼采用了加长的翼尖以改变气动焦点相对于飞机重心的位置,提高飞机纵向静稳定度,特别是在飞机携带外挂载荷的情况下。4 个翼下挂架和一个机身挂架可以携带 4,000 磅载荷,同时安装在机身下的两个机炮吊舱还可以装备一对 20㎜ 或 30㎜ 机炮。飞机具有 3,000 小时飞行寿命,并将侦察作为第二个主要任务。由于英国空军打算用鬼怪提供战场空中防御,P.1127(RAF)不再承担空对空作战任务。此外还准备将原有的简单瞄准具和导航计算机升级为平显和全惯导系统。
鹞与茶隼机翼外形对比图,最明显的变化就是加长了翼尖
尽管在外形和茶隼相似,这种改进型相对于它的前身其实已经有了相当大的变化,成为 P.1127 家族的又一个主要改进系列。
这项研究结果使得航空部决定订购 6 架改进型飞机,订单于 1965 年中发到金斯敦。之后,一个非常紧凑的时间表确定下来,首飞计划于 1966 年 8 月开始。
为了加速飞机的制造,第一批两架仍然保留了茶隼在起落架和机翼上的一些特点。在霍克公司的布鲁工厂,茶隼 XS693 改用飞马 6 发动机,以及具有吸入式辅助进气门的进气口进行了改造,以获得使用这种发动机飞行的经验。为避免进度拖延的指责,比尔•贝尔福德奉命于 1966 年 8 月 31 日的黄昏操纵第一架 P.1127(RAF)在当斯福德试飞——正好在早先指定的月份之内。
由于有了 P.1127 和茶隼的经验,飞机发展的麻烦少了很多。这使得更多的精力可以集中于细节的优化设计,包括采用改进设计的具有 8 个吸入式辅助进气门的进气口,而不是原先的 6 个进气门。这样的改进旨在提高进气效率,并为采用正在布里斯托尔公司计划中的推力更大的飞马发动机铺路。因为在第一架飞机试飞之前,英国空军已经将增大推力的飞马 6 发动机视为一种过渡飞机的动力。
首架 P.1127(RAF)XV276,注意仍采用了 6 个辅助进气门的进气道
事实上,在 1965 年 2 月宣布 P.1154 下马和启动 P.1127(RAF)的时候,首相哈罗德•威尔逊已经要求 P.1127(RAF)在性能上有实质性的提高。
一年之后,国防大臣丹尼斯•希勒向内阁提交了从 1964 年 10 月以来执行的国防工作报告。在众多下马工程(如海军的新航空母舰,CVA-01)中,内阁的一项建议尤其引人注目:在订购首批 60 架基本型飞机(预计总数达 110 架,包括双座型)之前,再进行一项研究,即通过改装增大推力的飞马发动机提高飞机的载弹量和作战半径。希勒自己认为,P.1127(RAF)应该由鬼怪或美洲虎取代。但内阁的观点是,由于 TSR.2 的下马,再次取消国产战机计划将在政治上造成不利影响。
对改进型 P.1127(RAF)的研究主要集中在增加发动机推力上,途径有两个:或在飞马 6 发动机上采用新的前风扇,或在飞马 6 的前一对矢量喷管上加装低温增压燃烧室。后者从技术角度看有一定难度,而前者需要增加 2,000 万英镑的开支。
由于研制飞马 6 已经耗费了 6,000-6,500 万英镑,而且将首批 6 架飞机升级到最新发动机标准的改进也极其昂贵,整个发展计划看起来不象希勒要求的那么经济。包括生产和运行成本,他相信用鬼怪或美洲虎取代 P.1127(RAF),将会每年节省 1.3 亿英镑的开支。
当改进型研究的结果在 1966 年底完成的时候,希勒已经开始为取消计划行动了。仅仅由于新建立的技术部的压力,计划才得以保留。该部代替了航空部,并增加了空军采购鬼怪计划的开支。
在 1966 年 12 月之前,P.1127(RAF)飞机已经逃脱了立刻下马的威胁,生产首批 60 架的谈判也已经开始了。
垂直梦想50年(第一部 历史篇)——鹞式飞机家族通史:黎明——鹞的诞生
第四章 黎明——鹞的诞生
波折
随着 1966 年底首批两架 P.1127(RAF)试飞,全面扩展飞机的任务能力已经提到日程上来。在 1967 的前半年共有 4 架飞机试飞,期间飞机被命名为鹞——就是以前给 P.1154 选择的名字。
霍克公司被批准进行 12 个月的研究以开发双座教练型,进一步的改进于 1966 年 6 月开始着手进行。这是为了减少一线部队的事故率,同时在战时可以执行一定的作战任务。新的设计被称为 HS.1174,座舱加长了 47 英寸以容纳阶梯状布置的第二座位。为了平衡新增的重量,飞机加装了一个配重尾锥,同时垂尾升高且后移,以减小前机身增加的面积对方向稳定性的不利影响。教练机的研究开发成本在约 1,000 万英镑,飞机价值约 115 万英镑,相比之下单座型飞机价格只要 85 万英镑。
双座鹞相对于单座型进行改动的地方
随着全部单座改进型飞机于 1967 年中全部试飞,试飞项目也由操作试验进入到全武器系统的综合试验。采用的导航攻击系统是在费伦第的 FE541 惯导系统基础上发展起来的,其中应用了移动式地图显示器、武器瞄准计算机以及与之交联的 Specto 平显。这是当时世界上最先进的系统之一,它可以完成大部分工作并提供必要的导航和攻击精度,例如其导航误差为 1.5 海里/小时。飞机可以使用多种武器,包括 1,000 磅炸弹、SNEB 火箭发射巢和集束炸弹。
P.1127(RAF) 的航电结构图
霍克公司和飞机与武器试验部在当斯福德和博斯孔博展开武器试验,同时还进行了一系列野外试验以确定鹞在分散基地运作的能力——需要考虑的一个因素是,60 年代中期至末期英国还有大量的海外军事基地。
最后一架 P.1127(RAF)无论从哪方面看都很接近鹞 GR.1,这张照片拍于博斯孔博,注意翼下安装的 4 个武器挂架,以及机腹的两个机炮吊舱
全副武装的 P.1127(RAF)XV277,除了副油箱、机炮吊舱、火箭弹外,机腹中线挂架还挂载了一个侦察吊舱
买了 110 架飞机后,英国空军计划组建 6 个中队,包括:英国 1 个,德国 2 个,中东和远东各 1 个,此外还有一个常驻本土的改装训练中队。如果只买 60 架飞机,1 个德国的中队和 1 个中东中队将被放弃。在任何情况下,每个中队都将保持有 11 架单座和 1 架双座战机作为一线部队。
这意味着飞机的设计必须考虑到世界范围内的环境温度,无论是北极还是热带都必须适应。此外,当飞机在中东的沙石跑道上起降时还必须解决地面烧蚀问题。
随着 1967 年经济危机导致政府削减财政开支,大多数英国海外军事基地被迫放弃,鹞在英国空军看来已经成了一种实质上为北约设计的飞机。一些鹞的批评者曾指出,通过德国的高速公路补给分散的基地远比通过泥泞小道补给沙漠或丛林跑道要容易得多。现在这个变化至少在逻辑上减弱了对鹞的批评。
不过,为了渡过经济危机节省开支的行动再次直接威胁了鹞计划。当得知鬼怪和美洲虎价格上扬以及将晚于鹞服役时,丹尼斯•希勒很不情愿地允许鹞计划进行下去。而他勉强放弃 F-111K 轰炸机购买计划终于省下了财政部要求的大部分资金。
在 1967 的 6 日战争之初,以色列空军对阿拉伯对手的空军进行先发制人的打击,将其摧毁在机场上。这个战例有力地证明了分布式空中力量的重要性。事实上,鹞是唯一因为具有这种能力而逃过了政府的经费削减,并再度引起国外对其兴趣的飞机。这兴趣包括来自以色列和芬兰的潜在订单,分别为 50 架和 10 架。
垂直梦想50年(第一部 历史篇)——鹞式飞机家族通史:惊喜
惊喜
不过,最让人意想不到的是,美国海军陆战队也对其表现出了高度的兴趣。
从其在 1957 年发端开始,P.1127/茶隼/鹞系列和他们的飞马发动机已经从美国得到了强有力的支持。尽管美国海军陆战队没有参加三国联合试验,但 1966 年运交美国的 6 架 XV-6A 使得一些陆战队飞行员有机会驾驶这种飞机。虽然美国空军和海军把 XV-6A 试验仅仅看成理论试验,美海军陆战队却对这种飞机的简单的操纵和机动性留下较深印象。即使如此,由于 XV-6A 不能提供的真正军事打击能力,陆战队的兴趣在此时没有任何进展。
随着鹞的发展,陆战队的兴趣被重新点燃。在 1968 年陆战队看过鹞进行飞行试验的宣传影片之后,认为他们需要一些这种飞机的实际操纵经验。之后,两名陆战队上校飞行员汤姆•米勒和巴德•巴克尔借 1968 年范保罗航展之机前往霍克公司,并宣布他们希望试飞鹞。霍克公司对这意外的转折自然又惊又喜。在几星期之后两名陆战队的飞行员返回美国汇报他们在当斯福德的试飞情况。他们的唯一的困难看来在于抑制他们的热情——试验已经证明鹞满足了陆战队的全部希望。
1969 初,美国海军的一个团队曾在当斯福德对这种飞机进行了更为详尽的评估。陆战队是通过海军采购他们的飞机,从而需要第二次评估。但要购买一种外国飞机,这次评估对于在国会获得支持就显得非常重要了——因为美国国会控制着军队预算,并且,他们有一个长期以来不变的看法,即美国不应该依赖外国武器。不过,陆战队与政治上层联系相当紧密,而且国会有一个普遍观点就是:陆战队想要什么,就给什么。
在保证只有大部分飞机将根据许可证在美国制造才会执行 114 架采购计划之后,陆战队被允许订购首批 20 架,由霍克公司直接交货。这种飞机最早被称为 AV-6B,很快就改为 AV-8A。
整个 1969 年,霍克公司为了满足许可生产要求和几个美国的公司交换了意见。鉴于和诺斯罗普公司 1963 年协议失效,以及 1962 年和共和飞机公司联合开发 P.1154 却没有得到美国任何订货,这次霍克公司最后认为,麦道公司是完成这项工作的最好公司。2 个公司已经通过英国订购 F-4“鬼怪”II 有了联系,霍克公司被推荐为这些飞机在英国的设计和支援代理商。和麦道的联系对鹞有着深远的长期影响,但是,就中期合作而言,人们发现:为生产这点数量的飞机,而建立一条美国生产线所作的投资很不划算。
1970 年的范保罗航展上,霍克公司将一架鹞 GR.1 涂上了美国海军陆战队的机徽用于演示。尾码“WF”代表 VMA-513 中队
梦想成真
美国的订单给了金斯敦的设计团队极大的促进,不仅使得鹞计划更加安全,而且帮助整个垂直/短距起降概念赢得更广泛的支持。
随着首批 5 架生产型飞机加入试飞,到 1969 年初,向英国空军展示对地攻击能力的全部试飞已经完成。鹞已经表明它出了垂直/短距起落能力外还有更多良好的品质:它几乎不可能失速;非常可靠,而且容易维护;并且,它有可能是在世界最有实力的单座攻击机。
首架鹞 GR.1 XV738,该机后升级成 GR.3,并成为飞马 10 的测试平台
当英国空军开始自己掌握这种飞机的时候,全部这些都有助于减少原来存在于空军内部的反对意见。
1 月 1 日英国空军在怀特林基地建立了鹞改装训练单位,它只花了这一年之初的很少几个月在当斯福德培训首批鹞的飞行员。在这一阶段全部训练都在单座的鹞上进行——第一架双座飞机直到 1969 年 4 月才试飞,并且一直到 1970 年 7 月初期的直升机教程(以获得垂直飞行经验)之后第一架教练型才交付英国空军。
第 233 改装训练单位(OCU)的鹞 GR.1 XW922
高级常规训练 HCT 于 1969 年 4 月 1 日正式开始,经过一个夏天的努力之后,第一中队成为第一支具备初步作战能力的空军中队。该中队于 10 月 1 日重建,并于 1970 年 1 月 1 日宣布担负战备任务,因此成为世界上第一支装备喷气式垂直/短距起降飞机的一线作战部队。在训练期间,2 架鹞加入 1969 年 5 月的横越大西洋航空竞赛,并成为自伦敦到曼哈顿的西行赛段的胜利者。
第一中队的小伙子们在接收第一架鹞 GR.1 时的合影
鹞 GR.1 XV741 在横越大西洋航空竞赛起点垂直升空开始了航程
作为战后几乎是唯一的一架国产战术飞机,鹞在要求的时间和成本内研制成功,这在国会得到高度评价。
经过金斯敦和布里斯托尔 12 年多的努力,经历了政治和军事的反复之后,P.1127 系列终于成长起来,成为一种成熟的战术飞机。虽然飞机的实际应用方法和未来的发展尚未明了,但其成功却是勿庸置疑的。
鹞,则成为这一历程和成果的见证。
(第一部完)
主要参考资料:
《The Harrier Development Story》
《The Hawker Siddeley P.1154》
《MICHEL WIBAULT & THE BE.53》
《The Harrier Story》
《German Jet VTOL》