[转帖] 铁翼沧桑——固定翼军用作战飞机发展历程[90p]

——一战

　1903 年，人类第一架飞机问世。但此后数年间，这种人类科技发展的重要成果，却并没有象历史上大多数科技发明一样被很快应用于军事领域。除了少数思维敏锐的先驱者一直在坚持不懈地进行各种尝试外，对于这种将在今后百年间改变人类历史的先进机械，大多数国家的陆军表现出令人诧异的麻木。





1903 年 12 月 17 日由约翰·Daniels 拍摄的历史性瞬间相片！莱特兄弟发明了飞机

　　1911 年，在意大利与利比亚的战争中，根据朱利奥·杜黑的设想，飞机首次作为军用装备投入使用。10 月 23 日，上尉卡洛·皮亚扎驾机完成首次侦察飞行。11 月 1 日，朱利奥·朱多蒂少尉使用 4 枚 2 公斤炸弹轰炸了敌军阵地，这是航空史上首次空袭。但是，意大利军方的这次尝试，并未引起其它国家的重视。这在很大程度上是传统惯性思维所致。例如，福熙元帅，这位法国高级军事学院院长、第一次世界大战协约国军总司令，就曾说过一段名言——“飞机是一种有趣的玩具，但毫无军事价值。”——他说这话的时候正在第一次世界大战前，飞机大规模投入军事应用的前夜。



朱利奥·杜黑

　　尽管军方出于对昔日经验和辉煌的迷恋，使得飞机军用化走了几年的弯路，但随着 1914 年 8 月第一次世界大战爆发，一切都改变了。

初露峥嵘——一战期间的军机发展和技术进步

　　一战开始之初，各国都只有少数简陋的飞机装备部队。由于军方的偏见，错过了军机发展的时机，这时装备部队的只是一些具有辅助军事用途的非作战飞机，只能完成有限的功能，如近距侦察等。

　　频繁的侦察导致空中遭遇的次数的增多，飞行员们不满足于只是在空中挥挥拳头，尽其所能将各种攻击性武器搬上飞机，拉开了大规模空中作战的序幕。当然，这一阶段飞机上所装用的武器五花八门，完全是凭着飞行员的想象力和喜好，钩子、标枪、步兵用的步枪、机枪等应有尽有。当然，这样的装备作战效能极其有限，而日益严峻的空中形势却使得各国航空兵迫切需要一种可以在空中有效作战的机种。这时候，军用飞机的一个重要机种——战斗机已经呼之欲出了。

　　随着时间的推移，各国航空兵部队装备、技战术的发展，机枪取代了早期飞机上那些基极富个人色彩的“攻击武器”。但螺旋桨旋转桨面却成为机枪射击的一个重大障碍。当时的解决措施有两种，一是将机枪装在机翼上方，避开螺旋桨旋转桨面，如法国纽波特股份有限公司研制的纽波特 11 双翼战斗机就在上翼面上安装一挺纵向固定布置的机枪；另一种是采用推进式螺旋桨布局，典型的如英国的维克斯 F.B.5。但是第一种措施不利于飞行员瞄准射击，第二种则由于布局固有缺陷而严重影响飞机性能。因此，这些飞机虽然装备了机枪，用于空中作战，但还算不上真正的战斗机。



纽波特 11 双翼战斗机




维克斯 F.B.5

　　公认的第一种真正的战斗机是法国的莫拉纳·索尔尼埃 L。这种飞机并不是第一种装备机枪的飞机，但由于法国飞行员罗朗·加罗斯发明的“偏转片系统”——在螺旋桨叶片上加装钢板，将打到上面的弹头偏转出去——从而使得在机身上安装固定同轴机枪成为可能，大大简化了飞行员的瞄准和操纵，从而使这种飞机够资格成为真正的战斗机。利用这种装置，罗朗·加罗斯在 1915 年 4 月 1 日击落一架德国武装侦察机。但加罗斯在带给协约国希望之后，又把机会留给了德国人——他在 4 月 18 日迫降被俘，德国人在研究了其座机上的“偏转片系统”后，发现缺点相当明显，加装偏转片后螺旋桨性能下降，同时偏转的弹头也有可能反弹回来击伤发动机。于是荷兰人安东尼·福克出场，发明了“机枪射击协调器”，大大改善了飞机火力和安全性。协调器被装上了福克 E.3 战斗机，著名的“福克式的灾难”降临到协约国空军头上。军用航空史上新的一页开始了。




莫拉纳·索尔尼埃 L





偏转片系统

　　从这时起，战斗机开始被视作一种决定性的武器，对于夺取空中优势具有至关重要的影响。一种优秀的战斗机成为各国航空兵部队梦寐以求的装备。军事上的需求促进了技术的飞速进步。各种新型战斗机如雨后春笋般纷纷涌现，碧空中上演了一幕航空版的“适者生存”。到了 1918 年大战结束的时候，典型的战斗机已经和 1914 年开战之初的辅助军用飞机完全不同了。无论是气动设计、结构、发动机、飞机性能等，都有了显著的进步：1914 年的典型军用飞机，发动机功率在 100 马力左右，包括直列式发动机（以德国为代表）和转缸式发动机（以法国为代表）两大类；推进方式主要包括前置螺旋桨牵引和后置螺旋桨推进两种类型；速度大约在110～120公里/时之间；升限 3,000～4,000 米。而到了 1918 年，一架典型的战斗机，发动机功率提高到 220 马力左右，以直列式发动机为主，转缸式发动机则逐渐退出航空舞台；采用牵引式螺旋桨布局；飞行速度提高到 200 公里/时左右，升限 5,000～6,000 米，装备具有射击协调器的机枪。




1912 年的安东尼·福克




福克 E.3 战斗机




机枪射击协调器示意图

　　然而，战斗机毕竟只是防御性武器。有了优秀的战斗机，只相当于有了一面坚固的盾牌。夺取了制空权不等于能发扬制空权。而后一个任务，则是由军用飞机中的攻击性机种（如攻击机、轰炸机）来完成的。

　　随着军用飞机性能的提高，拓展其用途是必然的选择。一战战况日趋激烈，各国军方已经不满足于将军用飞机仅仅用于执行战术任务。在“总体战”的战略思想下，军方迫切需要一种能够在夺取了制空权后，对敌纵深目标实施重大打击，削弱敌战争潜力的空中兵器。然而，空战、空中侦察、必要时的低空扫射，几乎已经是当时战斗机所能执行的任务的极限。

　　在这种形势下，另一个全新的机种——轰炸机应运而生。1915 年，在俄罗斯－波罗的海铁路工厂诞生了一架 4 发大型双翼飞机，这就是后来所有轰炸机的鼻祖——“伊利亚·穆罗梅茨”V。该机所用的“日光”8 液冷发动机功率只有 150 马力，最大速度 121 公里/时，载弹量 522 公斤。以今天的目光看，该机确实相当简陋，但相对于当时的战斗机而言，该机却具有载弹量大、续航时间长的优势，初步满足了军方的要求。该机的首次实战应用，就是用于攻击同盟国后方目标。之后，各个航空大国群起响应，意大利的卡普罗尼轰炸机、英国的汉德利·佩奇、德国的 A.E.G 哥达、弗里德里希沙芬等大型轰炸机相继出现，并很快用于对敌对国后方目标的攻击，以削弱对方战争潜力，这就是战略轰炸的起源。到了一战结束之时，轰炸机已经发展成为一个庞大而成熟的机种，性能明显提高。1918 年的轰炸机已经开始有了轻型和重型的分野，发动机通常为 2～4 台直列式液冷发动机（个别为气冷式发动机）；载弹量为 500 公斤～3,000 公斤以上（如英国的汉德利·佩奇 V/1500 轰炸机，载弹量达到惊人的 3,402 公斤！）；速度约 120～190 公里/时；升限 3,000 米以上（德国的哥达 G.V 达到 6,500 米，超过了当时的典型战斗机，惟载弹量小、航程短，是一型名不符实的“重型轰炸机”）。




伊利亚.穆罗麦茨V




哥达轰炸机多次轰炸英国，造成了所谓“哥达式灾难”
　

　　另一种攻击性机种——攻击机的问世比轰炸机稍晚。1915 年 12 月 5 日，第一种专用的对地攻击机容克 JI 在德国容克公司问世，它也是最早的全金属飞机。后来容克公司又发展了更先进的 CL.I～CL.IV 型攻击机。如 1918 年投产的 CL.I，由 JI 的双翼改为下单翼布局，采用 180 马力直列式液冷发动机，速度提高到 161 公里/时，升限达到 6,000 米，装备 3 挺机枪。在当时两来说，这样的性能是相当不错的。只是由于德国很快战败，容克公司发展攻击机的历程被暂时终止了。然而没有人想到，20 多年后，容克又研制出战术攻击机种的另一经典之作——Ju 87，在战场上大放异彩，这是后话了。




德国空军是 CAS 任务的始作俑者之一，图为容克制造的第一种专业对地攻击机容克 JI



一战期间的技术发展

翼型

　　一战之前，航空先驱者们尚未意识到翼型厚度对机翼结构的影响。当时的传统翼型是“上突下凹”型——做过简易飞机模型的朋友应该对此有较深的印象。然而在当时的技术和工艺条件下，这样的翼型在结构上是极其脆弱的。如果是单翼机，就需要大量的支柱、张线进行加强。因此，这时候的单翼机在升力、强度/重量等方面都比不上双/多翼机。这也是双翼机成为此后 20 年间设计主流的原因之一。到了 1912 年，RAF6 翼型出现，将翼型下表面设计为平直面，增大了翼型厚度，提高了机翼结构强度，成为一战期间飞机的主流翼型。




RAF6 翼型

静稳定度

　　在英国 BE.2C 飞机出现之前，早期的飞机都是静不稳定的。只是由于由于其速度较低，尚在飞行员直觉反应可以控制的范围内，所以并不需要复杂的操纵系统。而静不稳定却赋予了飞机求更好的敏捷性和机动性。因此，象 BE.2C 这样的“静稳定”飞机，很容易就成为德国福克式战斗机的盘中美餐，在当时实际上是不受欢迎的。但 BE.2C 作为改变飞机静稳定度的首次成功尝试，却有其积极意义。因为当时人们已经开始认识到，随着飞行速度的增大，静不稳定飞机将越来越难以控制。




BE.2C

副翼

　　作为飞机重要气动控制面之一的副翼，也是在一战期间逐渐发展的。当时的设计思想非常单纯：要滚转更快，副翼就要更大。但实际上，这种大型副翼偏转时严重破坏了翼型，使得滚转力矩并不如想象中那么大，却改变了飞机的阻力分布，使得飞行员压杆时，飞机首先产生偏航运动，然后才产生滚转运动。另一方面，大的副翼需要的横向操纵力矩也大。而当时的飞机往往在纵向和航向都是静不稳定的，操纵力矩极小。三轴控制力矩的不平衡，给飞行员操纵带来极大困难。以至于现代飞行员在飞过了号称一战最好的索普威恩“骆驼”式战斗机之后，感叹到：“如果‘骆驼’是一战时最好的飞机，那么请上帝帮帮那些驾驶最差飞机的飞行员吧。”

发动机

　　发动机也在一战期间获得了高速发展。在一战前，法国和德国是发动机研制方面的领头羊。其中法国在转缸式发动机方面取得了突出成就，而德国则在直列式液冷发动机方面处于领先地位。螺旋桨则主要采用德国人发明的分层木制结构。当时发动机发展的重点是提高功率重量比和可靠性。转缸式发动机散热效率高，重量轻，在一战前期得到迅速发展。但由于所有气缸绕轴旋转，会产生极大的陀螺力矩，严重影响飞机操纵。因此在一战后期逐渐销声匿迹。相反，相对笨重的直列式发动机，尽管存在局部过热问题，但却具有极大的发展潜力，最终超越了转缸式发动机，成为此后数十年间活塞式发动机的主流。





转缸式发动机

从沉寂到苏醒——军用飞机在“和平”假象下的艰难发展

　　随着一战的结束，原有的大批军机订单被取消，本来蓬勃发展的航空工业骤然间停滞下来，就象一列高速行驶的火车突然刹车，巨大的惯性足以将它自己撕得支离破碎。航空工业的规模急剧萎缩，飞机制造厂商大批裁员转产——象今天的航空工业巨头波音公司，在那个年代甚至不得不依靠生产家具来维持生存。经历了 4 年的痛苦振荡，航空工业才慢慢恢复正常。

　　随着和平年代的到来，经历了残酷战争的人们急于享受“和平红利”，军事航空力量大规模削减。

　　在当时的几个航空发达国家中：英国皇家空军的飞行中队在战后几个月内就从 188 个急剧减少至 33 个，其中只有一个部署在本土。另一个战胜国法国，尽管在战后仍保持了一支相对强大的空中力量，但由于太过信任国际联盟的制约力量，逐渐减少了对空军发展的支持，法国空军也日渐衰弱。作为航空发源地的美国，尽管在一战期间已经尝到了准备不足的苦头，但军界高层的思想实在是顽固到令人瞠目的地步，严重制约了美国军事航空力量的发展，直到第二次世界大战前，美国的军事航空部队都不是一支有效的战斗力量。

　　而对于战败的德国来说，尽管已经清楚地认识到空中力量对未来的作用，在战后迅速组建了自己的航空工业，然而凡尔赛和约的限制下，德国人不得不在民用航空的名义下建设自己的航空力量。相对而言，意大利的航空工业受停战的影响要小得多。原因之一是 1921 年朱里奥·杜黑《制空权》理论的发表引起了军方的浓厚兴趣。次年，墨索里尼上台，出于独裁统治的需要加速了扩军准备。此后意大利空军多次参与军事行动，但却阴差阳错地从中获得了错误的经验，反而阻碍了意大利航空工业的进一步发展，使之错过了发展的良好时机，此后逐渐落后，再也无法赶上其他航空发达国家。



　　只有日本和苏联致力于军事航空的发展，并取得了相当的成就，迅速缩短了与航空发达国家的技术差距。

　　事实上，在整个 20 年代，在一片和平的景象中，军用飞机几乎停止了发展。这一时期的典型战斗机和一战结束时相比并无本质差别，仍然是双翼构型为主，固定式起落架和敞开式座舱，只是性能有一定的提高而以。

　　能力过剩的航空工业厂商开始将目光转向民用。商业飞行的广阔前景和各类航空竞赛成为这个年代航空技术发展的主要动力。然而，军用飞机与民用飞机之间并无不可逾越的鸿沟，民用航空的飞速发展又反过来为军用航空储备了技术。大功率活塞发动机、金属螺旋桨、可收放式起落架、全金属结构、密封增压座舱、精密航空仪表等等，这些或为了商业目的、或为了竞赛目的而研究先进技术，最终都成功地应用到军用飞机上。后来军用飞机百花齐放的大发展时代，可以说与此时民用航空的进步是密不可分的。

　　进入 30 年代，军用航空 10 多年的沉寂终于被打破。人们吃惊地发现，原来在一片“和平”的假象下，竟然是潜潮暗涌，波谲云诡。德国人撕毁了凡尔赛和约，重新建立武装部队，加上其强烈的复仇心理，令几乎所有欧洲国家都感到了威胁。

　　随着战争阴云逐渐聚积，在整个20年代几乎停止发展的军用飞机利用这十几年来储备的技术，有了飞跃性的发展。1934 年，波音公司研制的 P-26“玩具枪”试飞。该机是第一架全金属单翼飞机（但仍然具有张线结构和固定式起落架），速度达到了 377 公里/时。很快，具有全金属悬臂式单翼结构、可收放起落架的飞机相继出现。自 30 年代中开始，人类航空进入了以单翼机为主的时代。





P-26 战斗机

　　1935 年，第三帝国空军后来的主力之一、著名的 Bf 109 首次试飞。1936 年，Bf 109 在柏林奥运会上公开亮相，以其优越的性能震惊世界——它比那些双翼战斗机如苏联 I-15、英国格罗斯特“角斗士”等先进了一代，也远胜于意大利菲亚特 C.R.32、苏联波利卡尔波夫 I-16 等单翼战斗机，甚至优于比它晚“出生”的法国莫拉纳·索尼埃尔 M.S.406、英国霍克“飓风”等诸多机种。英国则紧随德国 Bf 109 之后推出了新一代战斗机——“喷火”，这种后来成为英伦救星的著名战斗机，其前身正是为“施奈德”杯速度竞赛设计的 S.6B 水上飞机。这些新型战斗机的最大速度已经突破 500 公里/时。




Me109



　　除了战斗机之外，利用民用运输机的技术，轰炸机也取得了突破性进展。

　　1934 年，美国马丁 B-10 轰炸机服役。这是第一种采用悬臂式机翼、具有可收放起落架的轰炸机，其最大速度达到 343 公里/时，甚至超过了当时任何一种现役的战斗机。值得一提的是，中国空军后来轰炸东京，用的正是这种轰炸机的出口型。






马丁 B-10 轰炸机

　　在这期间，还诞生了另一种著名轰炸机，即在二战中发挥了重大作用的 B-17“空中堡垒”。该机实际上是应美国陆军航空队编号 98-1800 的“多发轰炸机”竞标通知而研制的。当时其它所有竞标厂商都将“多发”理解为“双发”，只有波音将其解释为“不限于双引擎”，从而决定研制 4 发大型轰炸机波音 299（军方编号 B-17），最终成就了一代名机。不过，有意思的是，B-17 在当时的竞争中却输给了道格拉斯的 B-18。只是由于其性能极其出色，美陆航在选择了 B-18 之后仍念念不忘，又再下了一份订单给波音，使得 B-17 免于夭折，最后成为二战期间的空中霸主。






德国上空的 B-17

　　总的来说，这一时期的军用飞机发展相对缓慢。然而，正如一战时军用飞机发展为这一时期的民用航空打下了基础一样，这一时期民用航空的飞速进步也为军用飞机的未来铺平了道路。经历了十多年的沉寂之后，军用飞机发展在 30 年代后期逐步加速，已经预示着一个大发展时代的来临。此后数年间，活塞式飞机将达到它最辉煌但也是最血腥的顶峰。


20 世纪 20～30 年代的技术发展

缝翼和开缝襟翼

　　早在 1917 年，英国的汉德利佩奇和德国的兰奇曼恩就分别独立发现了缝翼增升效应。通过在机翼前缘开缝，可以增大机翼的失速迎角和机翼最大升力系数。1927 年，缝翼首次在英国布里斯托尔战斗机上得到应用。当时这个设计主要是用于推迟翼尖失速、改善飞机的尾旋特性。后来德国 Bf 109 也采用了翼尖缝翼形式，取得了不错的效果，使得该机具有良好的低速机动性能。从 30 年代开始，后缘开缝式襟翼开始逐渐得到应用。这种襟翼和当时常用的简单襟翼相比，增升性能更好，有助于大幅改善飞机的起降性能。当然，结构复杂性和重量也相应增大了。



前缘缝翼的示意图




减阻研究

　　1924 年，研究人员试验发现了层流附面层。这种附面层摩擦阻力最小，正是设计人员期望达到的理想效果。但由于制造工艺上的限制——要求机翼绝对光滑，没有粗糙度和弯曲度，这一要求即使在今天也是难以实现的——理想化的层流附面层此后数十年间一直未能实现。

　　通过对飞机阻力的研究，当时的设计人员逐渐形成两个流派。一个以英国为代表，他们认为：为减阻所进行的改进工作，必然导致飞机重量的增大，从而抵消了减阻所带来的气动上的收益，因此减阻设计并无必要——这就是 20～30 年代英国飞机外形多凹凸不平，极其丑陋的原因。另一派则以德、美为代表，其观点和英国人相反，设计上相当重视减阻，飞机具有流线外形，性能因此受益良多。

　　阻力方面的另一个发现是翼－身气动干扰形成的干扰阻力。到 30 年代初，研究人员通过大量的试验发现，下单翼飞机可能具有最大的翼－身干扰阻力，可能引发稳定性和操作性方面的问题。

　　并可能引发稳定性和操作性方面的问题。不过，通过加装翼身整流罩之类的整流装置，可以大幅改善这个问题，加上下单翼布局在结构设计和气动方面的一些优点，使得这种布局在很长一段时间内都是主流布局。



“喷火”的翼身整流罩

推进系统发展

　　变矩金属螺旋桨是这一时期的重要成果之一。早在一战时期，人们就已经意识到了变矩螺旋桨在提高发动机功率和自身效率方面具有很大的潜力。但在金属螺旋桨问世之前，由于木制螺旋桨结构上的限制，使得变矩螺旋桨还停留在理论上。随着 1923 年金属螺旋桨进入实用阶段，变矩螺旋桨的需求开始日益迫切起来。这主要是当时民航机巡航速度大幅提高，传统定矩螺旋桨已经无法同时满足起飞和巡航的要求。1933 年，自动变矩螺旋桨首次在波音 247 运输机上得到应用，使其性能明显改善。




变矩金属螺旋桨示意图

　　发动机冷却系统则是另一项重要研究成果。事实上，固定气缸式发动机一向都有冷却方面的问题。一战期间的旋转气缸式发动机正是由于冷却效率高而独步一时。英国首先为气冷式发动机设计了环形发动机罩，在实现冷却的同时具有良好的减阻效应。接着美国又设计出自己的发动机罩，将发动机完全包裹在内，使得飞机具有更好的气动外形，后来又加装流量调节装置，具有更好的减阻效果。P-47、P-61 等二战名机都采用了这种发动机罩。




NACA 环形发动机罩

　　随着飞机飞行高度的增大，在这一时期还出现了发动机增压系统。这是为了提高飞机发动机高空性能而出现的先进技术。其用途是通过提高进入发动机的大气压力，从而提高相应条件下的发动机功率。这一技术的出现，为后来二战期间的高空作战奠定了基础。

结构演变

　　就飞机结构形式而言，这个时期可以说是变化相当剧烈的一个年代。20 年代中，当时典型飞机仍然是木布结构、双翼布局——甚至到了 30 年代初，对单翼机成见甚深的英国人仍然要求研制双翼机，只不过采用金属结构材料而已！但到了30年代中后期，当时的新型飞机就已经迅速过渡到全金属结构、悬臂式单翼布局。同时，金属应力蒙皮也开始在飞机上得到应用，其作用不仅仅是保证了良好的气动外形，还要承受一部分应力，这就是在今天的飞机上常见的全金属半硬壳式结构。此后，飞机结构研制的重点发生根本性改变：由运用工程方法估算应力，改变为以最少的材料和重量来获取整个结构的变形安全稳定性。






——二战

血色顶峰——二战期间的军机大发展

　　尽管早有战争预感，各主要航空强国在 30 年代初即开始加速空军装备发展，但相对于他们的对手而言，这一动作实在开始得太晚了。战争比预期的更早降临——1939 年 9 月1  日，德军闪击波兰，第二次世界大战爆发，军用飞机进入了一个佳作辈出的大发展时代，但惨重的伤亡却给这一时期的辉煌抹上一片刺眼的血色。





闪击波兰的 He 111 机群

　　自 Bf 109 出现以来，活塞式战斗机发展迅速。短短数年间，发动机功率迅速提高，涡轮增压技术逐步成熟，在结构上完全取消撑杆结构、包括尾轮在内全部改为可收放式起落架，座舱密封增压技术开始得到应用……一系列的技术进步使得战斗机飞得越来越快、越来越高。到二战末期，活塞式战斗机的最大速度竟然达到了 750 公里/时，升限超过 1 万米。涌现出一大批经典名机，如 Bf 109、Fw 190、喷火、P-51、雅克-3、拉-5、零战等，都堪称航空史上的杰作。有意思的是，美国的经典战斗机多系“歪打正着”。象 P-38，原是作为截击机设计的，但后来在远程作战和对地攻击中表现出色。而 P-51，本来是一种设计不成功的俯冲轰炸机，最后却在战斗机的行列中“出人头地”，成为二战后期最好的战斗机之一。值得一提的是，早在不列颠之战以前，就有人提出，随着飞机速度的增大，飞行员所承受的机动过载将达到人体所能承受的极限，因此空战机动将会逐渐被淘汰——这是第一次出现空战机动过时的论调，但不是最后一次。不列颠之战很快证明了这种说法的错误。




P-38 是凯利·约翰逊的得意之作，尾撑里巧妙地布置了涡轮增压器

　　除了主流的单发战斗机外，双发重型战斗机在二战中也有大的发展。最早，这种双发重型战斗机主要是用于轰炸机的伴随护航。因为单发轻型战斗机在航程上的差距，使之无法为执行远程任务的轰炸机提供近身护航。其典型作品是 Bf 110 早期型，其航程超过 1,000 公里，和同期研制的 Bf 109（航程略超过 600 公里）相比，确实有了明显提高。然而不列颠空战却以残酷的事实证明了这种战术思想的错误：当 Bf 109 被“喷火”缠住或因燃油不足而被迫返航时，Bf 110 就成了性能平平的“飓风”战斗机的盘中美餐，遑论为轰炸机护航了。不过，随着盟军对德国的夜间空袭日趋猛烈，本已显得过时的双发重型战斗机又找到了它的表演舞台。由于没有护航机，抗击夜间轰炸的截击机不需要优异的机动性能，却需要良好的传感器和强大的火力。双发重型战斗机在这方面具有先天优势。特别是在机载雷达实用化之后，这类战斗机更是如鱼得水。德国发展出了夜间截击机的经典之作 He 219，盟军方面也有“蚊”式夜间战斗型、P-61 等代表作。




被击伤后迫降在英国本土的 Bf 110




P-61“黑寡妇”，究极双发夜间战斗机

　二战也是轰炸机大发展的时代。美、英空军成功地将朱里奥·杜黑的《制空权》理论应用于实践，并取得了显著的战绩。为了实施战略轰炸行动，强大的重型轰炸机部队是必不可少的。美国国力雄厚，且有安定的后方，为研制先进的重型轰炸机准备了物质基础。英国在不列颠之战后也才有余力大力开发各种新型作战飞机。一大批日后人们耳熟能详的“空中重锤”及其最新改型相继问世，如英国的“兰开斯特”、“哈利法克斯”、美国的 B-17、B-24、B-29。其中 B-29 又以实施人类历史上第一次核轰炸而永载史册。这一时期的轰炸机，除了飞行速度提高，升限、航程、载弹量增加等性能方面的改善外，一个重要的改变是开始装备先进的航电设备，可以在夜间实施电子领航轰炸，以及实施在今天看来水平相当低劣的电子对抗。




B-29 的升限使日本战斗机拦截困难

　　德国和苏联也看到了战略轰炸的威力，但限于国力、战争形势以及技术基础，始终无法研制出自己的重型轰炸机。也因此，东线的空中战役基本上是属于战术层次，而少有战略攻击行动。斯大林曾多次要求美国将 B-24 列入援苏物资清单，但美国人坚决拒绝，只同意提供 B-25 中型轰炸机。此后才有了苏联扣留在其境内迫降的 B-29 事件，才有了 B-29 的异国兄弟——图-4。




莫尼诺航空博物馆的 Tu-4

　　对于战术支援飞机而言，二战期间最著名的当数 Ju 87 俯冲轰炸机和伊尔-2 强击机这对冤家对头。Ju 87 实际上是和 Bf 109 同期发展的，其设计特点是静稳定度较大，俯冲性能好，轰炸精度高。二战初期由于德国空军牢牢掌握了制空权，Ju 87 得以充分发挥其优势，给盟军部队造成极大的震撼和伤亡。但在不列颠之战中，Ju 87 机动性差的缺点暴露无遗，没有护航机就只能任人宰割。苏德战争前期，Ju 87 也有上佳表现。但到了 1943 年以后，随着制空权易手，Ju 87 被迅速淘汰。伊尔-2 则是以装甲厚、火力强著称。在 1941 年下半年内，苏军节节败退，遭到重创的苏联空军不得不在没有护航的情况下，动用所有可出动的飞机支援地面作战。在这种几乎是自杀性的出击中，伊尔-2 以其顽强的生命力经受住了考验。而在苏军夺取制空权之后，该机强大的火力更成为德军装甲部队的致命威胁。





Ju 87 的俯冲轰炸命中率颇高


　二战期间，一种革命性的动力装置喷气式发动机开始登上航空舞台。第一架喷气动力试验机 He 178 试飞成功后，德国航空部迅速决定研制实用的喷气发动机。在此基础上，实用化的喷气式飞机也展开设计。梅塞斯米特的 Me 262 首先登场。这是世界上第一种实用的喷气式飞机。如果说 He 178 率先打开了喷气时代的大门，Me 262 则成为进入这扇大门的第一种飞机。因自身原因被拉下的英国人此刻也在紧紧追赶。1943年6月，世界上第二种实用的喷气式战斗机——格罗斯特“流星”试飞成功。不久，“流星”装备部队。但为防止该机被德国人俘获，“流星”一直没能参加一线空战，也就失去了和 Me 262 交手的机会。1944 年，第一种喷气式轰炸机（Me 262 改型不算）Ar 234 试飞成功。但该机尚未定型，德国就战败投降。




He 178 是德国喷气式飞机的鼻祖





Ar 234 是世界上首架喷气式轰炸机

　　战后，利用从德国获得的先进航空技术，加上自身的研究，同盟国中几个航空大国都迅速研制出一大批喷气式飞机，这似乎标志着一个斩新的喷气时代已经到来。而此时距人类航空进入活塞式单翼机时代不过十几年时间！

　　对整个人类而言，二战是一场大灾难；但对于航空而言，二战却是无可或缺的一个重要发展阶段。短短 6 年间，航空技术、空军作战理论、空战战术等诸多方面获得了突飞猛进的发展。褒也好，贬也罢，这个血色顶峰都是不应该被遗忘的。

二战期间的技术发展

后掠翼和三角翼

　　早在 1935 年，德国人布斯曼就提出了后掠翼的概念，并认为该设计可以有效减小飞机的超音速阻力。二战期间，纳粹德国率先在飞机上采用了逐渐成熟的后掠翼技术。其中典型的就是 Me 163 火箭动力截击机——当然，该机采用后掠翼的初衷并非是减小阻力，而是为了提高飞机静稳定度和增大操纵力臂。当时研究人员尚未清楚地认识到后掠翼的真正意义所在，但这毕竟是现代后掠翼飞机的发轫。





　也许少有人知道，三角翼也是德国人首先着手研究并试验的。这方面的先驱首推亚历山大·里普斯奇博士。他当时已经发现，三角翼较之后掠翼更适合高速飞行。为了进行相关研究，建造了 DM-1 无人驾驶研究机。该机后来成为美国著名的战略截击机 F-102/106 系列的鼻祖。




最初 DM-1 是由 Si 204 驼载至 7,900 米高度投放的，后来改用火箭发动机爬升然后试飞





薄翼型的出现

　　除了对机翼平面形状的研究外，德国研究人员的另一个重大贡献就是薄翼型。当时无论是喷气式战斗机还是螺旋桨式战斗机，其机翼相对厚度多在 12～14％之间。而德国人发现，减小相对厚度，能够减小阻力，并延缓因激波引起的阻力增大。这项研究成果很快在 Ta 183 喷气式战斗机上得到应用。后来该机的技术被美苏瓜分，遗憾的是两国的航空工程师都只看到了后掠翼的优点，却忽略了薄翼型，使得薄翼型的真正实用又推迟了好几年。




Ta 183 的气动外形被米格-15 所继承

空气压缩性问题

　　二战时期，战斗机的最大俯冲速度已经接近音速，开始遇到从未有过的空气压缩性的问题。当时的高速战斗机在连续俯冲之后，往往出现飞机不受控制的剧烈摇摆、操纵杆力骤增、机头自动下俯无法改出的问题。P-47 在试飞时甚至因此出现倒俯冲坠地的事故。当时研究人员普遍认为这是尾翼颤振问题，但却无法解释飞机无法改出俯冲以及俯冲角自动增大的问题。连续的事故为音速增添了几分神秘感和恐怖气息。一位研究人员曾说：“音速……就象是前面的一堵障碍墙。”——“音障”一词由此而来。追求更高的速度一直是人类的梦想之一。喷气式发动机的出现使得高速飞行成为可能。为了突破神秘的音障，众多航空先行者们顽强地向死神发起挑战。但在 1947 年那个决定性的日子到来之前，人类注定要继续付出血的代价。



要想突破音障，就必须符合面积率

从活塞式到喷气式

　　二战是活塞式发动机的极盛时代。涡轮增压技术的成熟和应用，大大改善了发动机的高空高速性能。当时为了提高发动机推力，有些飞机还采用了引射喷管技术。尽管如此，活塞式发动机的缺陷也日益明显。由于各方面的限制，使得其功率已经很难有大幅度提高。在提高的功率中，有相当大一部分要用于克服螺旋桨叶片的旋转损失，且这部分损失还随着飞行速度的提高而迅速增大。事实证明，活塞式发动机已经不适合作为高速飞机的动力装置。而当时尚在襁褓中的喷气式发动机却在这方面显示出极大的优势。但其固有的燃油消耗率高的问题阻碍了自身的发展。加上当时活塞式发动机经过多方改进之后仍可以满足飞机的需要，使得研究新型动力装置的需求并不那么迫切。一直到二战末期，喷气式发动机的优点才开始为研究人员所接受，各航空发达国家都开始加速研制。但在二战结束前，只有德国和英国实现了喷气发动机的实用化。其中德国的成果最为突出，已经生产了 5,000 多台喷气发动机，完成台架试车 25,000 多小时。




Jumo 004 涡喷发动机是 Me 262 的动力装置

航电设备

　　和二战之前的作战飞机相比，二战飞机一个重要改变是拥有了真正意义上的航电设备。其中最主要的就是机载雷达。这方面，英国和德国依然走在世界前列。英国首先研制出第一种实用型机载雷达 MK-III，并装备了“布伦海姆”轰炸机，充作夜航战斗机使用。1940 年 7 月 23 日，该机首次利用雷达击落敌机。德国人这方面的步伐就慢了点，直到 1942 年才研制成功第一种实用机载雷达 FUG-202。最早的雷达都是米波雷达，天线庞大，分辨率低，操纵不变。后来随着技术进步，性能更好的厘米波雷达开始出现。在雷达具备了窄视场扫描功能之后，研究人员开始开发雷达的锁定功能，使得雷达可以自动跟踪目标，但这一功能直到战后才达到实用。









MK-III 雷达的天线位置





FUG-202 的鹿角天线




——韩战


蹒跚学步——1945 年到朝鲜战争期间早期喷气式飞机的发展

　　二战末期出现的喷气式飞机尽管航程短、可靠性不佳，但其在战斗中表现出优越的性能和巨大的发展潜力却令所有航空发达国家瞩目。德国战败投所降之后，经过搜罗和瓜分其研究人员和研究成果的“战役”，一场新的航空竞赛拉开了序幕——随着冷战的日益升温，这场竞赛变得更趋激烈。

　　早期的喷气式飞机仍然继承了螺旋桨式飞机的典型特征，二者从气动外形到发动机布置都没有多大差别。当时的典型单发喷气式飞机都是短机身（相应的进气道和尾喷管长度也很短）长尾撑布局，双发飞机则沿用机翼短舱设计（如“流星”）。究其原因，主要是早期喷气式发动机的推力太小，无法承受加长进气道和尾喷管所带来的推力损失。另一方面，则是出于稳妥的考虑——对于喷气式飞机这种新兴事物，没人知道它应该是个什么样子，沿用已有布局相对而言风险小一些。
二战结束初期出现的这一批喷气式飞机，很多都是在德、英两国所进行的早期喷气式发动机研究成果基础上发展起来的。如苏联在 1946～1947 年间推出的雅克-15/17/23、米格-9 等一系列喷气式飞机，都是装备缴获或引进的发动机。这些飞机性能并不出色，研究目的多于实用目的。或有少量生产，也很快被淘汰。




“流星”战斗机

　　1947 年以后出现的喷气式飞机，则基本上摆脱了早期的试验特色，具备了现代喷气式飞机的基本特征。随着技术的成熟和发展，其性能已经有了质的提高，如有些机型的最大速度已经超过 1,000 公里/时，实用升限超过 15,000 米。而仅仅在几年前，Me 262 的最大速度才刚刚超过 800 公里/时，实用升限 11,000 米。喷气式飞机的发展速度实在令人瞠目结舌。





洛克希德 P-80 的气动布局很有前瞻性

　　这期间出现的喷气式飞机中，不乏经典之作。如苏联的米格-15 和美国的 F-86。某种意义上说，这两种战斗机都具有同样的德国“血统”。这两种飞机的气动外形也非常相似：都是机头进气，正常式布局，中等后掠翼——德国研究人员精心研究的后掠翼技术，终于在异国他乡开花结果——米格-15 强调速度，采用 40 度后掠翼；F-86 更注重盘旋和续航能力，采用 35 度后掠翼。只不过米格-15 是中单翼，十字形尾翼布局；F-86 是下单翼，倒 T 形尾翼布局。




冤家：米格-15 和 F-86


　而曾经是航空领头羊的英国，在二战后由于工党政府大幅削减军事订货，导致其航空工业在喷气式飞机发展最重要的萌芽阶段停滞不前，迅速滑落至二流航空国家的境地。和米格-15、F-86 同期出现的“吸血鬼”战斗机，性能平平，根本无法和这两种飞机相提并论。一步落后，步步落后。之后，英国虽然又推出了性能较好的“猎人”等型号，但已和世界先进水平拉开了距离。




“吸血鬼”战斗机开创了英国喷气式飞机怪异造型的先河

　　法国由于在二战期间迅速沦亡，其航空工业几乎完全停滞。但在战后，法国航空工业却快速复苏崛起。1949 年，法国第一种喷气式战斗机——达索公司的 M.D.450“暴风”研制成功。这是一种平直翼战斗机，实事求是地说，其性能同样不足以与米格-15 这类杰作相匹敌（后来多用作战斗轰炸机），但它确实是法国现代航空工业的奠基石。此后，法国航空产品始终追逐着美苏的脚步，追不上也拉不下。




以色列装备的 M.D.450“暴风”

　　这期间，原本名不见经传的瑞典航空工业开始崭露头角。1948 年，萨伯公司推出了 J-29 战斗机。这种飞机在研制过程中借鉴了德国技术成果，气动外形有些类似 Ta 183，也采用了当时先进的后掠翼技术，性能直追当时一流战机，令世人为之侧目。接下来，萨伯又研制出 Saab-32 全天候战斗攻击机，该机一直服役到 1996 年才全部退役。此后萨伯一发不可收拾，尽管实力不足以与美、苏、法等航空大国抗衡，但总是能适当引进技术，研制出具有浓厚萨伯风格的先进战斗机，令人叹服！




J-29，Ta 183 的另一个孩子

　　1950 年，朝鲜战争爆发。朝鲜的天空顿时成了新一代航空兵器的试验场。朝鲜战争初期，占据绝对空中优势的美空军仍然使用螺旋桨式战斗机作为主力。但随着装备米格-15 的中苏联合部队参战，美军也迅速换装喷气式战斗机。喷气式战斗机之间的首次大规模空中战役由此拉开帷幕。有关朝鲜空战的结果，各方说法不一。但有一点是可以确定的——朝鲜空战改变了人们对未来空战模式的看法，也改变了此后军机的发展历程：螺旋桨式飞机时代的大机群编队被证明并不适用于喷气式战斗机，很快被多层配置的小机群编队取代，二战期间数百架飞机编队出击的恢宏场面不复重现。预想中的未来空战动作“平直化”，在研战斗机的高空高速和重型化趋势日益明显。


　　除了战斗机外，轰炸机也开始逐步应用先进的喷气发动机。喷气式轰炸机的出现时间较喷气战斗机稍晚，以轻型战术轰炸机居多。如苏联伊尔-28、英国“堪培拉”等。而战略轰炸机仍然以活塞式发动机为主要动力，但装备喷气发动机的设计方案已经出现。包括在研的美国 B-36（混合动力）、B-47、英国“3V”系列轰炸机、苏联米亚-4 等。攻击机则仍然在沿用活塞式发动机，并开始出现使用涡桨发动机、同轴反转螺旋桨的型号（如英国的韦斯特兰“飞龙”）。




正在火箭助推起飞的 B-47

　　1945～1953 年，是喷气式飞机的婴儿期。经过几年的摸索，喷气式飞机的设计与制造渐趋成熟，后期出现的飞机已经开始摆脱残留的螺旋桨式飞机的痕迹。某种程度上说，朝鲜空战是一块试金石，早期大多数关于喷气式飞机的概念、设计，都在这里得到了检验和修正。尽管朝鲜空战的某些结论并非正确，但确实对后来的飞机设计产生了重大影响。

　　另一方面，X-1 突破音障，加速了超音速时代的到来。面对超音速这个陌生的领域，加上冷战的压力，人类的创造力和想象力被极大地调动起来——接下来这个年代，将是又一个异彩纷呈的大发展时代。




X-1 宣告了超音速时代的到来

早期喷气飞机的技术发展

突破音障

　　随着喷气发动机的应用日益广泛，飞机速度迅速提高。但二战末期发现的“音障”却始终阻碍着人类飞行器速度的提高，并造成更加惨重的损失——1946 年德·哈维兰研制的 DH 108“燕子”战斗机试飞，由其次子小德·哈维兰担任试飞员。这种布局新颖的战斗机的任务之一就是要冲击音障。但结局是悲剧性的：DH 108 接近音速时在空中粉碎性解体，小德·哈维兰尸骨无存。类似的事故一再发生——直到 1947 年 10 月 4 日，贝尔 X-1 研究机在 C·E·耶格尔操纵下在 12,800 米高度的速度达到了每小时 1,078 公里，即当地音速的 1.015 倍！这是人类飞机首次突破音速。





悲剧性的 DH 108“燕子”



　和当时的喷气式飞机相比，X-1 最大的不同是采用了薄翼型平直翼，以及可变安装角平尾。由德国人奠定基础的薄翼型后来最终在第一代超音速战斗机上得到了成功应用。而可变安装角平尾则发展成后来的全动式平尾。正是在这架 X-1 研究机上，研究人员终于揭开了以前战斗机高速俯冲失控之谜——传统的大厚度平直翼由于激波分离导致机翼升力急剧下降，同时平尾处下洗气流的减弱使得平尾升力增大，二者共同作用导致飞机迅速下俯。而平尾铰链线附近的激波则使得传统平尾操纵几乎完全失效——X-1 正是依靠改变平尾安装角恢复了操纵，由此解决了飞机高速飞行时的纵向操纵问题。






X-1 的可变安装角平尾是全动平尾的雏形

压气机类型和加力燃烧室

　　在这一时期，喷气发动机的发展特点是，离心式压气机和轴流式压气机并存并行。离心式压气机发展始于英国，其优点是可靠性好，加工简单，抗失速特性较好，但压力损失大，增压比提高困难（必须增大压气机直径），耗油率较高。轴流式发动机却恰好相反。在喷气式发动机出现初期，由于性能较低，采用离心式压气机的发动机的缺点并未严重影响性能，却因可靠性好而足以与轴流式发动机一争长短。但随着飞机速度提高，减小机身横截面积迫切要求使得轴流式发动机机更具优势。加上耗油率低、增推潜力大，使得轴流式发动机最终成为喷气式发动机的主流。




离心式压气机结构





轴流式压气机结构

　　与此同时，在 40 年代末就开始探讨的发动机加力燃烧室，开始进入实用化。采用加力燃烧室后，发动机性能明显提高，尽管此时耗油率明显增大，但加力增推方案仍逐渐为设计人员接受。除了加力增推外，喷水增推技术也一度得到应用。但由于重量、体积、维护等方面的一系列问题，使得这种技术并未得到推广。上文提及的 F-86 的 J47 发动机，就采用了喷水/甲醇增推技术。




J47 发动机原理图，当时没有环形燃烧室技术，采用了独立的燃烧室

自动化火控系统出现

　　电子技术的进步，使得自动化火控系统的出现成为可能，这将大大提高普通飞行员的作战能力。休斯公司的 E-1 火控系统首次将 APG-32/33 雷达与计算机交联，可以进行武器发射提示、并可以实施盲目条件下的攻击。1950 年，该系统装备 F-94 截击机。后来 E-1 系统进一步改进，一直发展到 E-5。E-5 系统成功地实现了雷达与自动驾驶仪交联，可以实施半自动空战攻击。苏联方面也推出了装备雷达火控系统的截击机，如雅克-25A 等。由于这一时期的雷达火控系统相当笨重，严重影响飞机的机动性能。因此这时的战斗机仍然继承了二战后期夜间战斗机与昼间战斗机的分野——夜间战斗机装备完善的航电设备，具有全天候作战能力，后来发展成专用截击机；昼间战斗机机动性能优越，但缺乏不良天候下的作战能力，主要用于晴好天气下的制空作战。随着航空技术的进步，这两类战斗机的差别日渐缩小，到第三代超音速战斗机终于再次合而为一。






维护中的 F-94C，复杂的火箭发射器和雷达




F-94C 的后座这样操作雷达




——越战



更快、更高、更强——50～60 年代的军机发展

　　1953 年 5 月 25 日，北美 F-100 战斗机首次试飞，拉开了这个时代的序幕。

　　核战争理论的确立，加上朝鲜空战的经验教训，使得战斗机的高空高速能力受到高度重视。从第一代超音速战斗机到第二代，“高空高速”成了这一时期战斗机的代名词。另一方面，由于强调核武器投射能力和防空截击能力，战斗机重型化趋势日益明显。两方面因素加起来，使得战斗机传统机动性能受到严重影响。





F-100 是第一种实用化的超音速战斗机，但存在许多缺陷，事故率相当高

　　从这一时期开始，美国军用航空业领先群雄的趋势日益明显。其最突出的表现莫过于著名的“百系列战斗机”，体现了当时航空科技的最高水平和设计思想。而在冲击高超音速的竞赛中，尽管美国 XF-103、XF-108 计划接连受挫，但这一梦想最终在洛克希德“臭鼬工程队”得以实现——即绝密的 A-11 计划。这种 M3 一级的高速飞机后来发展出截击型 YF-12（后下马）和战略侦察型 SR-71。此后三十年间，SR-71 成为唯一一种达到M3.2 速度的喷气动力飞机。





SR-71 的成就至今无人能及

　　作为两极世界的另一极，苏联也没闲着。但由于国力和科技水平的差距，苏联方面选择了“跟踪”策略，在发展军机方面慢美国半拍，研制出来的飞机具有更强的针对性，在某些方面具有更好的性能——这一趋势在 70 年代后更趋明显，并持续到苏联解体。

　　这一时期，战斗机研制新秀米高扬设计局和苏霍伊设计局脱颖而出，其中米高扬设计局重点研制前线战斗机，苏霍伊则以研制战斗轰炸机和截击机著称。米格飞机因出口多，“上镜率”高，使得“米格”几乎成为苏联战斗机的代名词。其中米格-25 是继 SR-71 之后唯一一种可以达到 M3 的实用飞机，并创下多个世界飞行纪录。苏霍伊的苏-15 则因两次击落民航机的“战绩”而“名垂青史”。而二战时期成绩斐然的雅可福列夫设计局则转而研究垂直起降技术。1967 年该局研制的“自由画”验证机首次公开。之后，在早期技术探索的基础上，该局研制出雅克-38 垂直起降舰载战斗机——不过该机试飞已经是 70 年代的事了。此后该机一直是“基辅”级航母的主力舰载机，但因性能有限，只能用于攻击和侦察，无法与同一时代的美军舰载战斗机抗衡。



米格-25 全加力起飞


　　法国从改进“暴风”入手，先后发展出“神秘”、“超神秘”战斗机，这是法国的第一代超音速战斗机，在其航空史上占有重要地位。接着，历史上最著名的无尾三角翼飞机之一——幻影 III 出场了。幻影 III 之后，达索又研制出正常布局的幻影 F.1，但性能平平，在和 F-16 的竞争中惨遭失败，受欢迎程度远不及幻影 III。





幻影 III 是这一时期喷气式战斗机的佼佼者，其经典的气动布局被幻影 2000 所继承

　　英国在这段时期内则发展迟缓。尽管研制出性能不错的“弯刀”战斗攻击机、“海雌狐”舰载战斗机、“闪电”截击机等型号，但政府的大肆削减预算使得航空工业元气大伤。加上自身技术瓶颈的限制，超音速的 P.1154 垂直起降战斗机始终未能诞生，60 年代后，昔日的航空大国沦落到无机可继、要向美国定购 F-4 的地步。战斗机方面唯一值得英国人骄傲的是，他们研制出了实用的垂直起降战斗机“鹞”。回想二战期间大英帝国的“喷火”、“兰开斯特”等诸多型号驰骋蓝天，与列强争雄的场景，令人不由得感叹：约翰牛，老矣！



闪电——英国电气的“米格”

　　瑞典萨伯飞机公司则以其独特的设计思想，先后推出 Saab-35 全天候截击机和 Saab-37 多用途战斗机。其中 Saab-35 采用无尾双三角翼布局，早期型号最大速度仅 M1.6，属于第一代超音速战斗机，后期型号则大幅提升到 M2，成为少有的性能跨越两代的战斗机。Saab-37 则是第一种采用近距耦合鸭式布局的实用战斗机，也是首先将“一机多型”概念引入实践的飞机。该机生产数量不大，但在航空史上有一定的地位。



Saab-37 是非常有创意的一种战斗机

　　由于核威慑理论的迅速发展，战略轰炸机部队成为空军发展的重中之重。老式的活塞发动机被全部淘汰，由更先进的涡喷/涡桨发动机取代。早期战略轰炸机的发展方向是载弹量更大、升限更高、航程更远。为了提高性能，德国人研究的后掠翼技术终于在大型飞机上得到应用。美国人首先推出了采用 35 度后掠翼的 B-47。该机在美国军机史上有一定地位，正是在该机基础上，发展出了著名的 B-52——这种“祖父级”轰炸机至今仍然在役，并仍将继续服役一段时间，堪称最长寿的轰炸机。苏联方面则针对性地推出了图-95 和米亚-4，米亚-4 采用涡喷发动机，由于性能不佳很快退役。图-95 则采用涡桨发动机驱动的同轴反转螺旋桨，和它的对手 B-52 相仿，同样成为此后数十年苏联/俄罗斯空军战略轰炸机部队主力，并发展出多种不同用途的改型。中型轰炸机方面，英国人在 50 年代推出了“3V”系列轰炸机——即“勇士”、“火神”和“胜利者”。其中“火神”参加了 1982 年英阿马岛之战，但表现平平。苏联方面比较有名的是图-16，该机也有多种改型，并发展出民用运输型图-104。法国只研制出 SO.4050“秃鹰”轰炸机，这实际上是一种双发双座轻型轰炸机，性能一般，但因在 1967 年“六日战争”中被以色列空军用以成功突击埃及最南端的卢克苏尔和巴斯纳空军基地而成名。




B-52 的退役仍遥遥无期



　随着时间推移，空地一体防御体系性能日益完善配套，轰炸机再也不能象以往那样大摇大摆长驱直入了。在这种情况下，超音速轰炸机应运而生。美国研制出无尾三角翼布局的 B-58，这是一种 M2 一级的中程战略轰炸机。但因使用、维护方面的诸多问题而很快退役。M3 一级的重型战略轰炸机 XB-70 则胎死腹中。苏联方面推出图-22 作为回应，这是一种常规布局飞机，和 B-58 相比，该机要幸运得多，一直服役到苏联解体以后，并有少量出口。法国也来凑热闹，发展出幻影 IV 超音速中程轰炸机。




B-58 的机腹吊舱中可装载武器和燃油

　　50 年代以后，美苏空军对专用攻击机失去了兴趣，认为高速战斗轰炸机足以取代其地位。苏联空军甚至撤销了强击航空兵。而美国海军则继续坚持发展专用攻击机，并研制出如 A-4、A-6 等一系列经典机型。这一时期，欧洲方面在意大利菲亚特 G.91 之后，也没有专用攻击机出现。尽管“鹞”最终是以攻击机的面目出现，但其原形 P.1127 和发展型 P.1154 在当时却是作为垂直起降战斗机来研制的。但在接下来的几场战争中，残酷的事实证明，在当时的技术条件下，战斗轰炸机并不能取代专用攻击机，由于防护能力不足，使得战斗轰炸机在严密防空体系下的生存率要低于专用攻击机，而其飞行性能也并不完全适合低空攻击。




A-4 的机动性能堪比战斗机

50～60 年代的技术发展

新颖的气动布局

　　在德国研究基础上发展而来的无尾三角翼布局，具有结构强度高、重量轻、内部容积大、跨音速阻力小和焦点移动小等优点，特别适合高速飞机。不过这一布局的缺点也非常明显——机翼升力系数低，机翼后缘用于布置升降副翼，无法放襟翼增升导致起降性能差；大过载机动时在机翼后缘产生较大负升力。为此，瑞典的 Saab-35 将机翼外侧后掠角减小，构成所谓的“双三角翼”，缓解了上述问题。

　　60 年代后期开始出现变后掠翼布局。这种布局兼有大展弦比平直翼低速升力特性好和大后掠角小展弦比机翼高速阻力小的优势，一度引起航空界的广泛兴趣。但这种布局设计难度高，重量大，结构复杂，在一定程度上抵消了变后掠技术带来的优势。第一种实用的变后掠翼飞机 F-111，其舰载型正是由于结构超重而停止发展。投产的空军型也由于过于笨重而不具备当初设想的对空作战能力。






F-111A 的机翼变化过程

飞行控制问题及其解决措施

　　随着飞机速度迅速提高，飞行控制问题日益突出。

　　首先是横向控制问题。早在二战时期就已经发现由于机翼刚度问题，使得飞机在接近副翼反效速度时效率急剧下降。而进入超音速时代，机翼相对厚度进一步减小，这一问题更加突出。对此，最早是采用加大机翼根梢比的方法，借以提高机翼刚度。接着引入扰流片进行横向控制，还避免了副翼偏转造成的不利偏航效应。后来差动平尾开始出现，利用平尾不同步偏转产生横向力矩进行高速横侧控制——这一技术后来被广泛采用。






F-22 的平尾差动


　　其次是“惯性耦合”问题。当初 X-1 对高速飞行的研究试飞就已经发现：超音速后，飞机的方向稳定性将随着飞行速度的增大而下降，由此引发“惯性耦合”问题。这是由于飞机质量分布在滚转时产生的不稳定力矩造成的。当这种不稳定力矩超过飞机垂尾提供的稳定力矩时，飞机就会失控。F-100 曾经因为这一问题全面停飞，造成严重损失。解决这一问题，一是提高飞机高速方向稳定性，另一途径是引入先进的自动飞行控制系统，利用舵面自动偏转提高稳定性。

　　需要指出的是，在这一时期，失速尾旋问题并没有得到明显重视和很好的解决。当时飞机的设计思路是首先保证飞机的高性能和高机动性，为此不惜牺牲其大迎角飞行品质。对于可能出现的尾旋问题，主要采用告警方式加以弥补。因此这一时期的飞机尾旋特性都不好，尾旋事故频频。如在 1966 至 1970 年间，美国空军因尾旋而损失飞机 225 架！

多转子发动机和变循环技术

　发动机的研究在这一时期也取得了明显进步。早期涡喷发动机都是单转子发动机，增压比小，发动机热效率低，耗油率居高不下。此外，这种发动机所有压气机以同一转速运转，有时会出现前几级压气机超速运转，而后几级压气机尚未达到最佳转速的情况。为了解决上述问题，50 年代中后期，双转子发动机开始出现。这种发动机的低压压气机和高压压气机分别由各自的涡轮轴驱动，以不同转速工作，从而获得更高的增压比。美国普·惠 J57 是其中典型代表。50 年代后期，为了适应 A-11 飞机高达 M3 的飞行速度，专门研制的 J58 发动机采用了变循环原理——平时以涡喷发动机方式工作，达到预定速度后开启旁路系统，绕过最后几级压气机和燃烧室、涡轮段，空气直接进入加力燃烧室燃烧，以冲压发动机的循环方式工作。不过这种发动机过于复杂，除了 SR-71 外，再没有一种实用飞机采用变循环发动机。直到 80、90 年代 ATF 选型，配套的通用电气 YF120 发动机才又采用了变循环工作方式，但仍因结构复杂、技术风险等诸多原因败给了 F119。




J58 的变循环过程

先进的传感器和信息显示系统

　　作为航电重要组成部分之一的火控雷达，开始由磁控管雷达过渡到行波管雷达。早期磁控管雷达采用低脉冲重复频率（LPRF），测距精确，但下视能力差。行波管和高速计算机的结合，使得脉冲多普勒雷达（PD 雷达）得以问世。这种雷达可以通过提取目标的多普勒频移将目标从背景杂波中分离出来，从而具备良好的下视能力。光电传感器作为获取外界信息的另一手段，于 1960 年投入实用——早在二战期间德军就曾使用过这种系统，但随着纳粹德国投降而销声匿迹。20 年后，F-4B 和 F-102A 才再度采用了红外传感器。这类传感器属于被动传感器，不会暴露本机位置，但受气象条件影响严重。




F-4 机鼻下方的红外传感器

　　随着战术信息的增多，飞行速度提高，老式的仪表盘已经远远不能满足要求。美国海军从1955年开始研究平视显示器，使得飞机员可以在抬头状态下了解所需的飞行、导航、瞄准等相关信息。但第一台实用平显却出自英国人之手。随后，英国“掠夺者”攻击机率先装备平显。到 60 年代末已经出现第二代平显，采用数字式字符发生器，可编程处理，更加准确可靠。




F/A-18C 的平显

空空导弹和全面导弹化

　　空空导弹也在这一时期出现并迅速发展。早期空空导弹主要是针对轰炸机的——当时的轰炸机防御火力已经对只装备航炮的截击机构成严重威胁。不过，随着空空导弹性能的提高，开始逐渐具备攻击战斗机的能力。空空导弹靶场试验的乐观结果对战斗机的重型化、多用途化趋势起了推波助澜的作用，并直接造成 60 年代“要导弹不要航炮”现象的出现——当时很多新研制的战斗机都放弃了航炮。只挂装导弹。但这种做法在越南战争期间遭到严重失败，由于导弹性能、可靠性未臻完善，加上其它方面的因素，使得美国空军战斗机一度被老式米格机打得灰头土脸。如同朝鲜战争一样，越南战争空战的结果再次改变了人们对未来空战的看法，直接导致了第三代超音速战斗机的诞生。




一架国民警卫队的 F-4C 准备挂载 AIM-9P“响尾蛇”与 AIM-7E“麻雀”空空导弹





——现代



飞向未来——60 年代末以来作战飞机的发展

　　印支半岛那片热带丛林上空，用血与火换来的教训表明：典型的第二代超音速战斗机并不能完全适应现代空战模式，以重大代价突出设计的高空高速性能在实战中很少有发挥的余地。设想中的超视距空战主宰一切的时代尚未到来，近距空战仍然是现代空战不可或缺的一环。在这样的思想背景下，第三代战斗机自 60 年代末以来相继问世。由于有越南空战的前车之鉴，其设计目标非常明确，就是要克服越南空战中遇到的问题。其典型特征是：最大速度 M2.0～M2.5，开始采用翼身融合体技术，以及涡升力技术；低翼载，高推重比；大部分采用放宽静稳定度设计；装备第三代中距、近距空空导弹，内置式固定航炮；全向、全高度、全天候火控系统；多功能 PD 雷达。

　　美国先后研制出 F-14、F-15、F-16、F/A-18 四种第三代超音速战斗机。四兄弟在近年来的几场局部战争中都有上佳表现，以航电设备完善、机动性良好著称。但敌我识别系统仍是美军隐痛，多次发生误伤事故。



F-14、F-15、F-16、F/A-18

　　苏联直到 80 年代中，第三代战斗机米格-29 和苏-27 才相继服役。这是苏联三代机的代表作，也是苏联战斗机的绝唱。就气动设计而言，苏联三代机并不亚于美国同期产品。但航电水平始终是苏制战机永远的痛。80 年代服役的两种三代机，其航电只相当于美国 70 年代初的水平，严重限制其作战能力的发挥。




俄罗斯飞行表演队的米格-29 和苏-27

　　西欧各国（英、德、意）在 70 年代研制出“狂风”战斗机，但这实际上是一种多用途战斗轰炸机，性能上和第三代机有较大差距。80 年代为了替换主力制空战斗机，西欧国家再次联合发展，这就是欧洲战斗机（EFA）计划。90 年代后，由于苏联解体，EFA 进度急剧放慢，并降级成为 EF2000。由于研制时期较晚，该机得以采用许多新概念和新技术，作战能力超过典型的第三代战斗机，成为所谓的“三代半”战斗机。





“台风”的最新型号：带保形油箱和矢量喷管的“台风”2020


　1978 年法国的三代机幻影 2000 问世，采用达索典型的无尾三角翼布局，但应用了放宽静稳定设计、电传操纵、复合材料等新技术，使得性能大幅提高。但该机 M53 发动机性能比同代的美国 F100 发动机差一个档次，严重制约幻影 2000 的性能，这是法国飞机的致命伤。80 年代初法国也曾参与西欧 EFA 计划，但因作战要求和研制主导权问题退出，自行发展 ACX 战斗机——该机后来演变成“阵风”。这也是一种三代半战斗机，放弃了达索传统的无尾三角翼布局，改用近距耦合鸭式布局，以期进一步提高机动性能。不过“阵风”的经历和 EF2000 差不多，进度严重拖延。





2011 年 轰炸利比亚行动中的法国空军“阵风”和“幻影”2000D

　　瑞典则研制了 Saab-37 的后继机 JAS-39，该机同样采用欧洲流行的近耦鸭式布局。其突出特点是廉价，多用途（只需更换软件和在必要时加挂吊舱，即可执行不同任务）以及良好的可维护性。因此尽管该机各项性能在三代机中都不出众，但仍然以其高效费比赢得不少用户。




JAS-39 的最新型号：“鹰狮”NG

　　1991 年，美国空军 ATF 选型竞争落下帷幕，设计较为传统的 YF-22（选装 YF119 发动机）中选——这标志着第四代超音速战斗机的诞生。这种飞机按照所谓的“S4”概念设计，即超音速巡航、隐身、超机动性、可维护性。这一概念后来也成为第四代超音速战斗机的判断标准。从性能上说，F-22 的确足以傲视群雄，但其高昂的价格也令美国空军倍感吃力。在这种背景下，JSF 计划出台。该机最大特点是在设计过程中严格考虑价格因素，开创了军机设计的先河。尽管 JSF 的性能和 F-22 这样的标准第四代战斗机相比有一定差距，但它在设计中引入并完善的一些概念（如可操作性、可维护性、低成本等），却足以改变未来飞机的设计方向——这也是 JSF 的真正先进之处。



F-22 已正式停产，最终数量 183 架

　　轰炸机方面，70 年代以后只剩下美苏两国在研制新一代的战略轰炸机。

　　美国在下马的 B-1A 基础上进行了全面改进，强化隐身性能，加强结构，主要以低空高速方式突防，发展出 B-1B。1978 年启动的先进技术轰炸机（ATB）计划，最终发展成新一代隐形轰炸机 B-2，开创了轰炸机的一个新时代。同期的苏联图-22M 轰炸机以作战威力强大和准洲际航程一度成为美苏限制战略武器第二阶段谈判的焦点。而其“多用途轰炸机”计划最终发展出图-160，该机隐身性能不佳，仍强调高空高速突防，与同期美系轰炸机风格迥异。




B-2 的理念和强调高速突防的图-160 截然不同



　　进入 90 年代后，俄罗斯已无实力继续研制新型战略轰炸机。美国也没有这方面的迫切需求，其空军甚至计划让现役轰炸机群服役至 2030 年。如无意外，很长一段时间内我们都将见不到轰炸机家族的新面孔了。






图-160

　　攻击机的发展呈现明显的螺旋上升趋势。1966 年美国空军启动 A-X 计划，研制专用攻击机，即后来的 A-10（参与竞争的 YA-9 被淘汰）。苏联则针对性地推出了苏-25。这两种飞机的共同特点是：装甲厚，火力强，强调低空性能而放弃了对高速性的要求（均为亚音速飞机），专用于近距空中支援。进入 80 年代，战斗轰炸机再度兴起，由于技术的发展，这一代的战斗轰炸机真正实现了双重用途——最典型的莫过于 F-15E，曾经强调“没有一磅重量用于对地攻击”的空优战机改型。不过，这时的战斗轰炸机重点是纵深遮断，而非近距支援。




F-15E 用于取代 F-111，作战性能大有提高

　　随着 F-117A 的出现，攻击机进入了隐身时代——尽管该机被称为“战斗轰炸机”，但由于气动性能不佳，这种飞机实际上就是一种专用的纵深攻击机。90 年代以来，防区外发射武器技术日渐成熟，从而大大强化了作战飞机的对地攻击能力，并提高了其战场生存力。相比之下，厚重装甲对生存力的影响却明显下降。以 A-10 为代表的一代攻击机逐渐过时，美国空军开始逐渐将其淘汰（当然，这类飞机仍在其它国家继续服役），JSF 计划已经明显体现出这种趋势。也许，在不久的将来，我们又将进入一个战斗轰炸机大发展的时代。



F-35 更应该被视为隐身攻击机

　　说到这里，终于也该告一段落了。这实在不是一个轻松的话题——那片冰冷的铁翼上，不仅凝聚了人类文明的精华，也凝聚了太多的血色和沧桑。和平主义者也许希望军用飞机永远停止发展，但没有永恒的和平一样，只要人类还在这地球上，军用航空就永远不会停止发展。


30 年来的技术发展

涡升力技术

　　60 年代末以来，涡升力技术逐渐成熟，进入实用阶段。由此诞生了两种先进的气动设计——边条翼和近距耦合鸭式布局。其根本原理都是利用机翼上表面的稳定涡流诱导产生涡升力，并为上表面附面层补充能量，推迟机翼失速。涡升力技术的应用，大大提高了飞机的机动性能，并成为第三代超音速战斗机的典型特征之一。其中，鸭翼可以兼作操纵面，在欧洲 80 年代战斗机设计中颇为流行。不过，近耦鸭式布局有两个固有缺点：配平能力不足，鸭翼偏转时 RCS 增大。因此美国 ATF 在方案论证时最终放弃了鸭式布局。




歼-20 打破了鸭式布局不隐身的神话

随控布局

　　“随控布局”设计思想也是在这一时期发展起来的。这一思想实际是建立在业已成熟的自动增稳系统技术基础上的。但与之不同的是，飞控系统的设计不再是飞机外形确定之后的才考虑的事，而是在研制过程中与气动外形进行一体化设计。采用随控布局设计，不仅可以显著改善飞机的稳定性和操纵性，还可以优化飞机外形、降低成本等。在 70 年代美国空军 LWF 计划中，通用动力公司率先将随控布局设计用于实践，研制出一代名机 F-16。此后，所有高性能战斗机都采用了随控布局设计技术。





使用线传操纵随控布局的 F/A-18E/F

涡扇发动机和收扩喷管

　　发动机自 60 年代以来，开始进入涡扇时代。和以前的涡喷发动机相比，涡扇发动机主要区别是增加了一个前风扇（低压压气机），从而获得更高的增压比，提高推力，降低耗油率。不过，在这期间，涡扇发动机也走过一段弯路。在为 F-15 研制 F100 发动机时，曾出现过只重性能和先进性而忽略其它方面的情况，结果导致早期 F100 可靠性极差，F-15 大批趴窝。此后，重视发动机可靠性成为发动机研制过程中不可动摇的原则。在发动机发展的同时，作为其重要组成部分之一——喷管，也在 60 年代末有了突破性进展。传统的简单收敛喷管适应性不佳，在某些情况下造成的推力损失严重到令人难以接受。而先进的收敛-扩散可调喷管则可以控制喷管的有效面积比，实现增推的目的。1967 年，在 F-14 战斗机上，这种喷管首次得到实际应用。不过，F-14 采用的是独特的光圈式结构，其后的大多数战斗机都采用了铰接鱼鳞板结构。




F100 的铰接式收敛-扩散可调喷管

推力矢量技术

　　进入 90 年代，新一代推力矢量技术开始投入实用。早在 50 年代，霍克公司研制 P.1127（即“鹞”的前身）垂直期间战斗机时就开始应用推力矢量技术。但当时的推力矢量设计严重影响飞行性能，因此始终未在主流战斗机上得以应用。而新一代的推力矢量喷管，则可以完全与飞机后机身融合，并不影响飞机性能，虽然付出了一些重量代价，但在操纵性方面获得的好处却是难以衡量的——特别是在超大迎角范围内，气动舵面都已失效的情况下，推力矢量控制更显出其价值。如苏-37 的“弗罗洛夫法轮机动”，正是借助矢量推力的帮助完成的。




F-22 的推力矢量喷管结构

先进显示系统

　　战术信息的增多，使得平显早已不敷使用。于是，80 年代诞生了下视多功能显示器，取代了原来的仪表盘。多功能显示器可以集中并根据需要分别显示飞行速度矢量、飞行姿态角信息、机上功能系统、武器系统、导航数据等多种信息，而不是象传统仪表一样将所有信息全部显示在飞行员面前，由飞行员去选择并处理，从而增强了飞行员对信息的管理能力，提高了其作战效率。80 年代服役的苏-27、米格-29 装备了头盔瞄准具，可以显示有限的武器和飞行信息，算是平显和多功能显示器的补充。美国也进行了相关研究，但未投入实用。到了 90 年代，头盔瞄准具的功能进一步扩展，可以显示多种战术、导航、飞控信息，从而取代了平显，成为“头盔显示器”——在 JSF 的获胜型 F-35上，“头显”已经成为正式装备。





F-35 飞行员的头盔瞄准具

隐身技术

　　隐身技术的出现和发展，是这一时代的又一个重要特征。实际上，现代隐身技术的真正源头是在苏联。1962年，一位苏联物理学家发表了一篇关于衍射的论文，正是在这篇论文的基础上，美国在 70 年代开始启动飞机隐身多面体的研制工作。受限于当时计算机的能力，洛克希德只能对一系列三角形表面组成的二维外形的雷达反射截面积（RCS）进行计算——其成果就是“海弗蓝”验证机，该机最终发展成第一代隐身攻击机 F-117。其特点是强调隐身，气动性能严重恶化。之后，计算机能力的增强使得设计人员可以计算曲率连续变化外形的 RCS，在此基础上诞生了第二代隐身飞机 B-2 战略轰炸机。该机仍突出隐身性能，但飞行性能明显改善。其最大问题是隐身性能维护不易，连续作战能力受影响。F-22 则是第三代隐身飞机，强调隐身性能与机动性能相结合，并大幅降低了隐身维护的成本和难度。F-35 则进一步改善可维护性，成为一种真正的“可用得起”的隐身飞机。时至今日，隐身已成为现代战斗机的重要特征之一。即使不能实现全隐身，至少也要降低 RCS。





第一代隐身攻击机 F-117