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第11章 喷气时代(2)

首先将喷气战斗机投入战场的德国当然也注意到了这个问题。在第二次世界大战后期德国秘密武器研制盛行期间,以设计FW-190战斗机著称的库特 唐克设计了Ta-183喷气战斗机,发动机设置在机体内,机头进气,在气动设计上解决了Me-262迎风阻力大、滚动惯量大的问题,还适宜于单发或者双发。除了机头进气,Ta-183还采用了先进的后掠翼。相当高的大后掠垂尾顶上设置高平尾,尽量远离机尾,在机身较短的情况下,最大限度地增加了平尾的控制力矩。

关于米格和当时苏联其他第一代喷气战斗机采用机头进气是否受德国影响的问题,东西方一直存在争论。苏军确实缴获了Ta-183的样机和大批技术资料,但库特 唐克和他的手下都逃到美英军占领区,向西方盟国投降了。不管是异曲同工还是照抄不误,战后初期东西方很大一批喷气战斗机都受到Ta-183的影响,包括多种米格、美国的F-84“雷电”、F-86“佩刀”、法国的“暴风”、“神秘”等,不过这些飞机中的每一个的具体技术实现都和Ta-183有很大的不同。

1945年6月,米高扬毅然下令中止对翼下双发布局的工作,转而采用机头进气的机内双发,也就是说,两台发动机并排安装在前机身内。从某种意义上来说,这是回到古德科夫的路子上来了。发动机安置于机身之内还空出了机翼上的空间,整个机翼后缘都可以用来安装襟翼和副翼,可以极大地改善起飞、着陆和低速时的机动飞行性能,避免了战时的Me-262经常在低速时不敌螺旋桨的P-51的尴尬。发动机前置的机头进气尽管看起来臃肿、丑陋,风洞试验表明,这个新布局的阻力大大减小。新飞机被称为I-300,定型后被称为米格-9。

1946年4月24日,第一架米格-9被拉到莫斯科郊外的契卡洛夫斯卡雅机场,准备试飞。这时雅克夫列夫的雅克-15也准备好了,也要试飞。米高扬和雅克夫列夫最后抛硬币,决定谁先首飞。米高扬赢了,很快,试飞员格林奇科驾驶米格-9升空,做了20分钟的试飞。这是苏联第一架自己设计的喷气式飞机的首飞。几小时后,雅克-15也升空试飞成功。

发动机安放在前机身或许是出于米格-3以来一向的习惯,发动机靠前也使重心靠前,有利于俯仰稳定性。细长的单尾撑后端安装垂直和水平尾翼,可以提供较好的气动控制力矩。但是细长的尾撑对结构强度要求较高,拉沃奇金在研制150号方案的时候,原型机尾撑在地面静止停放的时候就曾发生过断裂的尴尬,中央流体力气学研究所也对这个尾撑设计提出过担忧。结构强度问题还算好解决,但另一个问题就不那么好解决了。悬挂于尾喷口之上的尾撑结构暴露于发动机的喷流之中。人们在一开始对这个问题的严重性并没有认识,在地面试车的时候,发动机喷出的炽热喷流很快把沥青地面烧熔了,这引起米高扬对后机身的结构防热的注意。为了保护机尾不被炽热喷流损坏,米格设计团队在米格-9的机尾下半部分加装了防热钢板。但是在试飞中,米格-9具有很强的抬头趋势,压也压不下来,并发生了严重的振动。格林奇科对飞机的性能十分满意,但说到振动,格林奇科半开玩笑地说,眼珠子被振动得晃动不止,一直到晚上才停下来。研究表明,防热钢板本身的重量不足以产生如此严重的抬头效应,但由于文丘里作用,高速喷流实际上在机尾下形成了一个不稳定的低压区,造成机尾的负升力和振动。将钢板打孔后,文丘里效应被小孔“漏气”中和掉了,问题大大缓解了,但多孔钢板和机尾结构不同的受热膨胀率造成严重的拉伸和扭曲。引入环境空气冷却解决了受热膨胀的问题,但不稳定低压区的问题又回来了。最后是通过反复试验,用特殊形状的多孔防热钢板,才解决了这个问题。

其实米高扬很早就意识到喷气发动机炽热喷流对后机身的冲刷作用的难题。在1944年米格设计局还“无所事事”的时候,研制的大批研究飞机中就有一个是冲着这个来的。为了避免喷流的冲刷,应该把喷气发动机靠后安装,尾翼安装在发动机周围,而不是之后。但就20世纪40年代的航空技术来说,这样做将使重心太靠后,飞机的稳定性根本无法保证。米高扬别出心裁地把飞机的前后掉一个头,这样尾翼冲前,发动机靠后,重心还是得以保持。这实际上是所谓鸭式布局了。设计局里的人找遍了文献,除了当时仍然在保密之中的美国寇蒂斯XP-55,还没有什么现成的先例可以借鉴。这是计划外的研究项目,没有政府拨款,米高扬决定用设计局的小金库自己出资设计制造。

飞机被命名为“鸭子”,因为它仰着脑袋、摇摆着屁股的滑稽样子。前置的鸭式控制面安装在机头顶端,主机翼在机身后部;没有常规的垂尾,只有在主翼翼尖有一对下垂的“垂尾”,后来在试飞员建议下移动到翼展一半的地方。发动机也在机尾,没有常规的拉进式螺旋桨,而是不同寻常的推进式螺旋桨。这使得流过机身的气流不受螺旋桨搅动的涡旋气流的影响,有利于模仿喷气式飞机的机身气流状态。更加特别的是,主翼带有20度的后掠,有说法说“鸭子”是苏联第一架具有后掠翼的飞机。米高扬已经注意到后掠翼对高速飞行的作用,但对后掠翼在低速时的特性尚不清楚,决定用“鸭子”来研究这一个重要问题。

“鸭子”当然也用来研究鸭式布局的稳定性和操控问题。

不过这架飞机的样子实在是太奇怪了。米高扬在一次和记者的谈话中,戏谑地提到一次试飞时,倔强的卫兵坚持要飞行员把飞机掉转头来才让他起飞,“哪有飞机倒着起飞的?”不过这丑小鸭还是倒着起飞了。老资格的试飞员朱可夫在1945年底完成了成功的首飞,这之后格林奇科、伊瓦什琴科等人也相继试飞。“鸭子”的一般飞行特性不错,尤其是不容易进入螺旋,就是进入了螺旋,只要飞行员松手,飞机也会自然改出螺旋。几个试飞员都反映,在空中有一个说不清道不明的振动。检查结果是前起落架结构有一点松动,修改后就消失了。但“鸭子”的技术离实用化还有一段距离,俯仰和方向稳定性不足,横滚稳定性过度,对重心的移动很敏感,发动机冷却不足、容易过热,米高扬后来在设计战斗机时还是回到常规的发动机前置、尾翼后置的布局。“鸭子”在1946年试飞和研究计划完成后,移交设计局机关作为局领导人的专用座机,用了很长时间。

1946年7月11日,为了向军方和航空工业部领导表演成果,米格-9参加了一次内部的飞行表演。首先,希亚诺夫驾驶着一架缴获的德国He-162升空,接着伊万诺夫驾驶着一架雅克-15升空,最后是格林奇科驾驶米格-9升空。但是,在200米低空通过主席台时,米格-9的一个副翼损坏脱离,飞机在顷刻之间翻转,倒栽葱坠地,格林奇科当场牺牲。格林奇科不仅是一个出色的飞行员,还是一个优秀的工程师,非常善于用自己的工程知识帮助设计师们精确地描述问题、找出问题。格林奇科的牺牲对米格设计局是特别巨大的打击。

格林奇科牺牲后,米格-9的试飞还要继续进行。试飞员加莱伊和希亚诺夫仔细研究格林奇科的笔记,特别熟记米格-9的一切技术细节。8月9日,加莱伊驾着3号机升空。在飞行中发现配平有问题,但加莱伊还是成功地把飞机飞了回来。可是在着陆时,前起落架支柱折断,飞机啃着地面继续滑行,还好没有起火。事后检查发现,电气系统的技术文件写得十分含混,一个电工以为发现了一个错误,临时重新焊接,结果把接头接反了。前起落架支柱则是焊接质量问题。两天后,希亚诺夫驾着2号机起飞,继续格林奇科未完成的试飞科目。在胆大心细的一次次试飞中,两人终于把米格-9飞了出来。在试飞中,3号机呈现出严重的方向稳定性问题,但2号机没有这个问题。仔细分析的结果是两者的制造公差上的差异。这提醒了人们的注意:喷气时代的制造要求和螺旋桨时代已经不可同日而语了。

1946年8月18日苏联空军节时,斯大林和众高官在莫斯科外的土希诺航展上观看了米格-9和雅克-15的表演。斯大林十分满意,下令在当年十月革命节检阅时,要两家各出10~15架飞机,列队飞行。斯大林这金口一开,米高扬和雅克夫列夫可惨了。米格-9和雅克-15只是手工制造的原型机,图纸、工装、零部件、工艺、生产和质检都远没有到批量生产所需要的程度,小批量都不行。米格只好在100天内昼夜赶工,临时拼出6万张图纸,在实验工厂里拼命干,好歹拼出10架飞机,加莱伊试飞单号飞机,希亚诺夫试飞双号飞机,以确保所有受阅飞机的适航状态。光有飞机还不行,还得有飞行员。结果从各大设计局和空军精锐中队紧急抽调试飞员和优秀飞行员,集中强化训练。米高扬自己也差不多拼垮了,被夫人押送到克里米亚疗养,但还是心脏病突发,幸好休息了两个月后大体恢复了。这样拼出来的检阅到最后一刻因为大雾和低云而被取消了,大家不知道是失望好,还是庆幸好。

但1946年不是苏联的航空工业的好年头。战争结束了,苏联经济开始转入和平体制,但军转民出乎意料地困难,一些设计团队遭到解散。斯大林再次命令在1947年5月1日的传统检阅上,米格和雅克各出动50架喷气机参加检阅。这个命令说来容易实现难,米格-9需要12~15秒的起飞间隔,但雅克-15的留空时间只有30分钟,那么多飞机要在空中完成编队已经要用掉好多时间,还有没有足够的续航时间完成检阅都成问题。好弄歹弄,最后检阅任务总算完成了。

除了检阅这样的花架子名堂,米格-9还是做了很多更有实际意义的试验。加莱伊曾在空中遇到垂尾舵面因为颤振而掉落的事情,后来是靠左右两台发动机的差动推力才安全回到了基地降落。但这一期间最重要的还是空中射击试验。为了解决战时米格-3只有机枪火力、攻击力不足的问题,米格-9配备了1门37毫米炮和2门23毫米炮,甚至试验过57毫米炮,但后坐力太大而放弃了。试验表明,米格-9在空中射击时,可能造成发动机熄火。柯切托夫首先发现这个问题,在高空齐射时造成两台发动机熄火,幸好他最终安全返航了。这个问题是以前没有预料到的。更可恶的是,这个问题在地面台架试验上不出现,在空中反复试验时,也是有时出现,有时不出现。最后原因归结为炮口烟。本来螺旋桨时代航炮的安装位置受到螺旋桨的很大影响。好不容易没有螺旋桨了,米格-9的1门37毫米航炮本来布置在正中两台发动机进气口之间的“鼻中隔”上,另外两门23毫米炮布置在进气口下唇两侧,但这样一来,37毫米炮的炮口烟正好灌入发动机,危及发动机的正常工作。最后只好取消中间的37毫米炮,增加两门23毫米炮,并将4门23毫米炮两两布置在两侧。

1947年10月,拉沃奇金的拉-11也研制成功。这是苏联最后的活塞式发动机螺旋桨战斗机,凝聚了所有战时的经验,堪称顶峰。在投产前夜,斯大林把拉沃奇金招来,询问他到底应该投产拉-11还是米格-9。拉沃奇金告诉斯大林说,如果今天就打仗,应该投产拉-11,马上形成战斗力;如果战争一时半会不会爆发,米格-9代表着未来。拉沃奇金的坦诚之言是对的,斯大林结果把拉-11和米格-9同时投产。

作为苏联的第一代喷气式飞机战斗机,米格-9在使用中出现了好些没有预料到的问题。一个问题是起落架的轮胎寿命奇短,20次起飞着陆后就要报废。由于着陆速度很快,飞行员使用刹车很厉害,更加加剧了这个问题,所以只好关掉一台发动机,单发着陆。飞行员还不得在地面滑行中使用动力,只能由卡车拖着走,大大增加了地面周转时间。1948年,苏联的橡胶工业研制出新型合成橡胶,轮胎寿命提高到300次起飞着陆,才算勉强解决了这个问题。另一个问题是出于对飞行特性和飞行安全的考虑,米格-9和同期的雅克-15都只能做轻缓、简单的飞行动作,基本上除了水平、直线的飞行,空军高层不准飞行员作太激烈的任何动作,直到后来对喷气式高速飞行的特性有了更多了解后,这些限制才被取消。

由于喷气式高速飞行和以前螺旋桨飞行有很多本质的不同,苏联的整个科研体系都被动员起来。成百上千个科研和设计团队被组建,研究大大小小的一切问题,航空和相关工业体系因此全面重组,飞行员训练体制也相应地大幅度改变。喷气时代促成了苏联航空工业的转型。

米格-9虽然速度快,升限高,但也具备早期喷气战斗机的一切缺点,完好性、可靠性、机动性都很成问题。然而米格-9揭示了喷气时代的很多气动、操控、设计、制造上的特点,是苏联航空工业的里程碑。

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