分享

帝国闪电——阿拉多Ar 234A喷气侦察机

 昵称7536781 2013-11-27

  前言:纳粹德国是最早在实战中应用喷气飞机的国家之一,在当时德国使用的几种喷气战机中,阿拉多公司研制的Ar 234无疑占有重要地位。该机的名气虽然远远无法与大名鼎鼎的梅塞施米特Me 262战斗机相提并论,但却是世界上第一种专用喷气侦察/轰炸机,而在其身上应用的先进技术对战后各国的第一代喷气轰炸机产生了了重要影响。Ar 234A是Ar 234家族的第一种机型,其研制在世界航空史上具有重要意义。

KG 76的Ar 234轰炸雷马根大桥,这也是Ar 234参加过的最著名的战斗

KG 76的Ar 234轰炸雷马根大桥,这也是Ar 234参加过的最著名的战斗

阿拉多飞机公司的兴衰

  阿拉多的历史可以追塑到一战时期腓特列港飞机公司在瓦尔讷明德(Warnemünde)设立的飞机工厂,这家工厂当时生产的FF49水上飞机在战争中得到广泛应用。1920年11月,德国商人胡戈?施廷内斯(Hugo Stinnes)收购了闲置的厂房,成立了迪诺斯(Dinos)汽车制造公司瓦尔讷明德分厂,主要从事家具、游艇和帆船的制造。该公司当时曾向南美出口过一种外形酷似耕犁的帆船,而西班牙文中“犁”一词正好写作“arado”(译音阿拉多),受这种帆船成功的鼓舞,公司于1925年正式更名为阿拉多贸易有限公司(Arado Handelsgesellschaft mbH)。1922年,公司聘请到了飞机设计师瓦尔特?雷特尔(Walter Rethel),正式进军飞机制造业。这时看来,公司的名字颇有一语双关的意味,因为德语中“犁”写作“Pflug”,发音和“flug”(飞行)一词相近。

阿拉多第一任飞机设计师瓦尔特?雷特尔(Walter Rethel)

阿拉多第一任飞机设计师瓦尔特?雷特尔(Walter Rethel)

  阿拉多公司早期的主要业务是按许可证为其他公司生产飞机,迟至1925年雷特尔才设计出阿拉多的第一种飞机——S I型双座教练机。此后,雷特尔又先后设计出多型双翼战斗机、教练机及两种单翼运动飞机。施廷内斯于1924年去世后,瓦尔特?布卢姆(Walter Blume)取代雷特尔成为新的总设计师。1933年希特勒上台执政后,德国政府向阿拉多注入大量资金,这时的阿拉多已完全专注于飞机制造,并于同年3月再度更名为阿拉多飞机公司(Arado Flugzeugwerke GmbH)。新公司成立之初推出的最重要的两种飞机是Ar 66双座教练机和Ar 68单座双翼战斗机,不过阿拉多的主要工作还是按许可证生产He 60、He 111及Bf 109。1939年9月6日,阿拉多收购了勃兰登堡(Brandenburg)以西诺因多夫(Neuendorf)的一个旧的炼钢厂,飞机生产工作于6个月后展开。

阿拉多S I型双座教练机

阿拉多S I型双座教练机

阿拉多第二任飞机设计师瓦尔特?布卢姆(Walter Blume)

阿拉多第二任飞机设计师瓦尔特?布卢姆(Walter Blume)

Ar 66双座教练机

Ar 66双座教练机

Ar 68单座双翼战斗机

Ar 68单座双翼战斗机

  阿拉多于1936年被收归国有,公司的财政状况因此有了很大改善,不久后就推出了Ar 95水上飞机,两年后又成功研制了Ar 96双座教练机,该机很快成为德国空军的标准高级教练机,总产量达3000架以上。接下来,阿拉多又开发了Ar 196双座水上侦察机,它的原型机有两种浮筒设计,一种是在机身中部装一个大号浮筒,翼下安装稳定小浮筒;另一种为双浮筒设计,后者在实际使用中更受各方的欢迎。

Ar 95水上飞机

Ar 95水上飞机

Ar 96双座教练机是阿拉多的第一种单翼设计

Ar 96双座教练机是阿拉多的第一种单翼设计

单浮筒的Ar 196原型机

单浮筒的Ar 196原型机

生产型Ar 196改为更加实用的双浮筒

生产型Ar 196改为更加实用的双浮筒

  尽管推出了不少自行研制的飞机,但阿拉多的主要生产能力还是被He 111、Bf 109及Fw 190这些更为重要的机型占据。截至1944年年底,瓦尔讷明德、勃兰登堡和柏林附近巴贝尔斯贝格(Babelsberg)的工厂共生产了近4000架Fw 190。这些工厂还参与过Ju 88中型轰炸机和He 177四发轰炸机的生产工作。

  在战争初期,阿拉多的设计部门完成了多型新式飞机的设计工作,其中部分进入了原型机试飞、甚至小批量生产阶段。海军定购的Ar 231是一种可由潜艇搭载的可折叠微型水上侦察机;Ar 233是一种水陆两用飞机,唯一一架原型机在完工前毁于盟军轰炸。更为重要的两种机型是Ar 232(项目代号E440)运输机和Ar 240(E625)多用途战斗机。前者有着很强的运输能力,其最大特点是机身下方装有一排小轮,使飞机可在崎岖不平的跑道上起降,Ar 232投入了小批量生产,并衍生出两种改型:一种装两台BMW801发动机;另一种装四台BMW323发动机。Ar 240仅完成10架原型机,它在试飞中暴露出严重的操纵性问题,但却因性能出色而曾被德国空军用于对英国的侦察行动。

Ar 231分解后非常紧凑

Ar 231分解后非常紧凑

为了方便折叠,Ar 231的机翼为不对称设计

为了方便折叠,Ar 231的机翼为不对称设计

Ar 233最后只留下了图纸

Ar 233最后只留下了图纸

Ar 232运输机采用奇特的单尾撑布局

Ar 232运输机采用奇特的单尾撑布局

Ar 240的外表看起来就像是<a href=http://www./aircraft/me110.html target=_blank class=infotextkey>Me 110</a>和<a href=http://www./aircraft/me210-me410.html target=_blank class=infotextkey>Me 210</a>的综合体

Ar 240的外表看起来就像是Me 110和Me 210的综合体

  上述这些飞机虽然取得了一些成功,在技术上也是可圈可点。但真正令阿拉多公司留名青史的还是Ar 234,该机是二战德国仅有的几种投入实战的喷气战机之一,同时也是世界上第一种实用型喷气轰炸机。正是Ar 234的成功,才让人们始终没有忘记阿拉多这家在当时德国航空界并不算十分起眼的公司。

  二战结束后,阿拉多和其他德国飞机制造商一道被盟军彻底解散。联邦德国于1955年重新获准发展航空工业后,德国航空界曾一度传出重建阿拉多公司的传言,但在布卢姆于1963年去世后,这一话题再也无人提起,阿拉多公司就此永远定格在历史之上。

德国喷气发动机的发展

  德国是世界上最早从事喷气发动机研制的国家之一,谈到德国的喷气发动机项目,就不能不提到一位重要人物——赫尔穆特?舍尔普(Helmut Schelp)。

1978年英德喷气发动机先驱们在美国见了面,从左到右分别是赫尔穆特?舍尔普、弗兰克·惠特尔爵士(英)、汉斯?冯?欧海因博士和马克思·本特勒

1978年英德喷气发动机先驱们在美国见了面,从左到右分别是赫尔穆特?舍尔普、弗兰克·惠特尔爵士(英)、汉斯?冯?欧海因博士和马克思·本特勒

  1937年8月,舍尔普加入了帝国航空部(RLM)技术处下属的研究部(LC1),负责脉冲和冲压喷气发动机的研制工作,但他此时已经确信,燃气涡轮发动机具备更大的发展潜力。他的观点首先被提交给德国航空试验研究所(DVL)讨论,结果引发了很大争议。他后来回忆了当时的情景:

  “(我的观点)在他们中间引发了一阵骚动,但他们最后还是接受了我的观点,我得以向他们解释涡轮发动机的原理,并介绍了包括涡桨和涡扇发动机在内的各种涡轮发动机。一些著名的工程师认为我的想法纯粹是异想天开,研究所的教授和审查员们也提出了质疑。此时我完全是一个人在研究,根本不知道亨克尔、容克斯及英国人在该领域的进展。”

  1938年9月,在LC1主管阿道夫?博伊姆克(Adolf Baeumker)博士的建议下,舍尔普被调往LC8(负责飞机发动机的研发)工作。LC8主管沃尔夫拉姆?艾森洛克(Wolfram Eisenlohr)起初对涡轮发动机持怀疑态度,但舍尔普很快便获得来自汉斯?毛赫(Hans Mauch)的支持,后者在LC8担任特种动力装置顾问,当时的主要兴趣还是火箭发动机。舍尔普向毛赫讲解了涡轮发动机的可行性,并使他相信应该对这种发动机展开广泛的研究。

  1938年秋季,两人拜访了戴姆勒-奔驰、容克斯、BMW和Bramo(勃兰登堡发动机工厂)等四家德国主要的航空发动机制造商,他们对各公司展开游说,试图说服他们着手进行喷气发动机的研制工作,但收效甚微。戴姆勒-奔驰直到很长一段时间以后才对喷气发动机产生了兴趣,但另外三家公司很早就开始着手进行喷气发动机的开发工作。

容克斯公司

  早在1936年,容克斯便在赫伯特?瓦格纳(Herbert Wagner)的领导下,开始研制涡轮发动机。瓦格纳当年虽然年仅36岁,但已经有着德国最为卓越、思想最为前卫的航空工程师的美誉。容克斯希望他能够“...为飞机制造这个保守的行业注入新的活力和观念。”瓦格纳的工作始于研制一种带增压座舱的大型高空飞机。这项研究的目的事研发一种能横跨大西洋的高空飞机。他通过研究很快得出了传统的航空发动机无法驱动此类飞机的结论,并很快获准研究全新类型的航空发动机。

赫伯特?瓦格纳(Herbert Wagner)

赫伯特?瓦格纳(Herbert Wagner)

  与此同时,容克斯发动机公司的奥托?马德(Otto Mader)也在从事涡轮发动机的开发,但他的观念过于保守。不过情况随着安塞尔姆?弗朗茨(Anselm Franz)的到来出现了很大改观,时年36岁的弗朗茨毕业于格拉茨高等技术学院。1938年,他奉命对公司内的所有涡轮发动机项目进行了全面评估,他很快便否决了赫伯特?瓦格纳及其助手马克思?阿道夫?米勒(Max Adolf Müller)此前所作的工作,并指出要达到必要的性能,唯一的出路是采用简单的涡轮喷气布局。

安塞尔姆?弗朗茨(Anselm Franz)博士老年时的照片

安塞尔姆?弗朗茨(Anselm Franz)博士老年时的照片

  弗朗茨后来解释说:“RLM在1939年时曾希望我们接管瓦格纳的发动机项目,但被我拒绝了。就在那年秋天,政府正式定购了我们的T1发动机,也就是后来的Jumo 004。它堪称世界上第一种成功的轴流式喷气发动机,其整体布局为后来的喷气发动机树立了设计标杆。Jumo 004同时还是世界上第一种投入量产和实战应用的喷气发动机。”在弗朗茨看来,瓦格纳是“...一个很勤奋的人,正如马德所言,他试图克服客观条件的限制。他才华横溢,但思想却有些不切实际。”现在看来,这显然是指瓦格纳让米勒将有限的人力分散到多个互相冲突的项目中。他如果将手头全部资源集中于某一型发动机,可能会会取得更大的成果。

  汉斯?毛赫对瓦格纳和米勒的工作遭到否决十分恼火,他认为两人的研究并非毫无价值,更不应在未作进一步调查的情况下就被全盘否决。尽管如此,容克斯仍于1939年获得一份发展新式轴流式涡喷发动机的正式和约。航空部要求新发动机在海平面速度900公里/小时时能产生600公斤推力,静推力700公斤。新发动机的开发由弗朗茨主持,他没有为其应用新颖但存在隐患的设计,弗朗茨的基本设计思想是在尽可能短的时间内将新发动机投入量产和服役,它从一开始就被设计以柴油为燃料。弗朗茨回忆:“为了降低风险,确保成功,我决定不追求极限性能,只设定了一个保守的目标。我相信,这样的设计思想,正是这种全新的发动机为什么能在如此短的时间里完成开发,并投入量产的主要原因。”

  1939年10月,容克斯发动机项目在弗里茨?伯特格尔(Fritz B?ttger)的领导下正式启动,弗朗茨负责整体设计,为了获取第一种设计的数据,设计人员决定先制作一个缩比模型,对部件进行单独的测试,而不必过度耗费资源。模型于1939年末完成,但它在测试中却出现燃烧不充分和严重的震动现象。单项测试此后集中在压气机上,但模型最后还是在一次高速测试中因叶片故障被毁。缩比模型失败后,设计人员决定将研究重点放到全尺寸发动机上。1939年12月,容克斯开始着手制造代号Jumo T1(即后来的Jumo 004)的新发动机。

弗朗茨提出的新的轴流式方案,结构力求简单

弗朗茨提出的新的轴流式方案,结构力求简单

  在选择发动机的基本设计规格时,容克斯决定选用8级压气机,叶片设计时主要参考了格丁根空气动力学研究中心(AVA)的恩克(Encke)工程师所提供的数据。根据以往在涡轮增压器领域获得经验,弗朗茨更青睐离心式压气机,但他最后还是选择了轴流式压气机,原因是后者直径较小,以及他相信沿直线运动的气流能带来更高的工作效率。他虽然知道环形燃烧室更为优越,但出于简化结构的考虑,最后仍选择了6个独立的管状燃烧室。单级涡轮起初为实心叶片设计,涡轮的设计主要听取了通用电子公司(AEG)克拉夫特(Kraft)教授的建议,他在燃气轮机制造方面有着丰富的经验。尾喷管内装有截面积可变的喷嘴,根据实际需要,可通过油门杆控制伺服马达对其进行调节。

  Jumo T1的设计工作在1940年春季宣告完成,原型机的测试在1940年10月11日展开,它这时还没有安装喷嘴。同年12月,发动机的转速达到了设计要求的9000转/分钟,到1941年1月末推力达到430公斤。压气机的定子叶片在试验中出现严重的震动现象,由此引发的叶片故障导致原型机几乎被毁。经过6个月的艰苦努力,设计人员才发现用钢制定子叶片取代以前的轻金属制品可部分解决震动问题。在试验阶段,容克斯共完成了15台原型机,1941年8月6日发动机的推力终于达到了设计要求的600公斤。1942年3月15日,充当空中试验平台的Bf 110首次搭载T1升空,受试验结果的鼓舞,技术处订购了40台T1发动机,并于1942年夏季授予其Jumo 004A-10的正式编号。这些发动机的推力达到840公斤,主要用于后续发展及在Me 262和Ar 234的首架原型机上进行机身适用性测试。

Jumo 004B结构图

Jumo 004B结构图

1946年,美国人在研究Jumo 004发动机

1946年,美国人在研究Jumo 004发动机

BMW和Bramo

  BMW公司的喷气发动机项目由库尔特?勒纳(Kurt L?hner)主持,他将精力放在开发一种配备两级离心式压气机、环形燃烧室和单级轴流式涡轮的涡喷发动机。这种发动机据信获得了P3301的项目代号,由于在开发过程中遭遇大量技术难题,其发展计划在大战爆发时终止。

  Bramo技术总监布鲁诺?布鲁克曼(Bruno Bruckmann)和主管研究工作的赫尔曼?厄斯特里奇(Hermann Oestrich)起初对涡喷发动机持反对态度,而在用活塞发动机驱动涵道风扇的可行性做了大量研究,但在经历了一系列令人失望的飞行测试后,两人终于将未来的工作重点放到纯粹的涡喷发动机上来,之所以作出这一决定很大程度上还是受到1939年初从技术处获得的和约的影响,这份合同要求新发动机的推力达到600公斤,直径600毫米。没过多久,Bramo被BMW并购,喷气发动机的全部发展工作遂由后者接管。

Bramo技术总监布鲁诺?布鲁克曼(Bruno Bruckmann)

Bramo技术总监布鲁诺?布鲁克曼(Bruno Bruckmann)

  Bramo提出过两种设计方案:一种是结构较为复杂的P3304,它装有共轴反转轴流式压气机;另一种是P3302,这种结构简单的轴流式发动机配备了6级压气机、环形燃烧室和单级涡轮。与Jumo T1一样,P3302的性能指标也是在900公里/小时速度下产生600公斤推力,静推力同样是700公斤。P3304和P3302分别被航空部命名为109-002和109-003,前者因为结构过于复杂而在1942年年中下马。

Bramo P3302最终发展为BMW003

Bramo P3302最终发展为BMW003

  BMW003在开发中曾遇到大量棘手的技术难题,但经过一番努力,最后还是完成研制,并成为Ar 234系列的主要发动机之一。

BMW003轴流式涡喷发动机结构图

BMW003轴流式涡喷发动机结构图

亨克尔

  这里有必要再介绍一下汉斯?冯?欧海因(Hans Von Ohain)和亨克尔公司在喷气发动机领域的贡献。早在1935年11月9日,年轻的大学生冯?欧海因的喷气发动机设计就获得了专利,但由于缺乏资金,他决定与亨克尔公司进行合作。作为一个富有远见的商人,恩斯特?亨克尔(Ernst Heinkel)立即觉察到新发动机的前景,但他没有向航空部通报计划的细节。

汉斯?冯?欧海因与德意志博物馆的HeS 3发动机合影

汉斯?冯?欧海因与德意志博物馆的HeS 3发动机合影

  1938年初,以欧海因发动机为动力的He 178进入细节设计阶段,这种单薄的上单翼飞机只制造了两架,第一架安装的仍是老式的固定式起落架,第二架改用可收方式起落架和面积更大的机翼。经过长期研发后,可产生700公斤推力的第一台实用型欧海因发动机装上了He 178。1939年8月27日,He 178V1完成了喷气飞机有史以来的第一次飞行,正式开创了喷气时代。亨克尔后来又进一步研制出了HeS08(正式编号109-001)发动机,它成为世界第一种喷气战斗机He 280的动力装置。尽管亨克尔在喷气发动机领域取得不小的成就,但航空部却依然倾向于为空军的喷气战斗机配备Jumo 004和BMW 003发动机。

1939年8月27日,He 178V1完成了喷气飞机有史以来的第一次飞行,正式开创了喷气时代

1939年8月27日,He 178V1完成了喷气飞机有史以来的第一次飞行,正式开创了喷气时代

He 178发动机安装示意图

He 178发动机安装示意图

所采用的HeS 3发动机是离心式结构,直径较大

所采用的HeS 3发动机是离心式结构,直径较大

HeS 08发动机成为世界第一种喷气战斗机He 280的动力装置

HeS 08发动机成为世界第一种喷气战斗机He 280的动力装置

设计与发展

  1940年夏季,航空部技术处要求阿拉多公司研制一种新型轰炸/侦察机,动力装置为两台容克斯和BMW正在研制的喷气发动机。航空部此时并没有对新飞机提出明确的性能指标,只要求它的作战半径能覆盖英国北部的斯卡帕湾海军基地。设计规范在很大程度上是远程侦察机部队总监西奥多?罗韦尔(Theodor Rowehl)要求下的产物。

远程侦察机部队总监西奥多?罗韦尔(Theodor Rowehl)

远程侦察机部队总监西奥多?罗韦尔(Theodor Rowehl)

  新飞机的初始设计工作由吕迪格?科辛(Rüdiger Kosin)主持,他后来回忆说:“这次没有按照惯例发布正式的技术规范和进行方案竞争。只有阿拉多得到委托,我们的使命包括对开发一种具备必要性能飞机的可行性进行评估。飞机的预计产量为50架。出于这个原因和对喷气发动机缺乏信心,阿拉多技术总监瓦尔特?布卢姆对该项目没有表现出多大兴趣。因此,我们高级设计部进行这个简单设计时几乎没有受到干扰。”

  设计工作在阿拉多公司内部以E370的代号下展开,设计人员共考虑过9个方案,其中一些采用四发布局,还有一种的翼展达23米。机组人员的数量为最多为4人,自卫武器是MG131型13毫米机枪。

E370座舱模型,奠定了生产型机头的“鱼缸”外形

E370座舱模型,奠定了生产型机头的“鱼缸”外形

  第一个设计定案E370/IVa在1944年10月出台,这是一种传统的上单翼飞机,机身为雪茄形半硬壳设计,尾翼呈十字形。动力为吊挂在翼下的两台BMW P3302 V11至V14发动机。两台Rb50/30或Rb75/30相机装在后机身内,1挺MG131型13毫米机枪只具有象征意义。飞机的总重为7000公斤,全部4000升燃料分布在6个油箱(机身和机翼内各3个)内。考虑到要在面积较小的军用机场起降,科辛设计组提出在机身下方安装一片木质滑撬起落架。

E370最终的气动布局,非常光滑简洁

E370最终的气动布局,非常光滑简洁

  1941年10月24日,航空部技术处对E370/IVa的设计进行了审查,罗韦尔出席了会议,技术处在会上决定出台一个正式规范来指导项目的后续发展。这一阶段的需求是:产量50架,预计将取代刚服役不久的Ju 86R高空侦察机。但航空部技术总监恩斯特?乌德特(Ernst Udet)在11月17日的自杀导致项目被推迟。乌德特的继任者埃哈德?米尔希(Erhard Milch)元帅以主张发展现有机型著称,他对E370的前景表示怀疑。

  1942年1月末,E370的设计得到进一步的完善。机身的体积和长度略有增加,机身内三个油箱的容积显著增加。BMW发动机在开发种中遇到很大困难,被Jumo 004所取代,戴姆勒-奔驰ZTL涡扇发动机(109-007)成为备份发动机。滑撬起落架改为装有一排小轮的可收方式小车,这种设计曾被Ar 232运输机所采用,发动机短舱下方加装结构简单的辅助滑撬,用于降落时平衡机身。机翼被重新设计,前缘的两段后掠角度被取消,机翼内部油箱被完全撤除。

E370三面图

E370三面图

  1942年2月4日,埃哈德?米尔希视察了位于勃兰登堡的阿拉多工厂,布卢姆向他介绍了E370的设计细节,米尔希对E370表现出了极大的兴趣,并批准阿拉多进行结构发展和木质模型的制作。几乎就在同一时间,航空部正式授予该项目8-234的正式编号,即Ar 234。

最终设计把油箱都集中在了机身内部

最终设计把油箱都集中在了机身内部

  两个月后,技术处正式订购了6架Ar 234A原型机,此时该项目又做了进一步的完善。起落架又改回滑撬式,但变为金属结构,发动机下方的辅助滑撬被保留下来。在起飞滑跑时,飞机将被装在一部重635公斤的三轮滑车之上,滑车将在飞机升空后在半空中被抛下,然后打开降落伞返回地面,回收后可再次使用。设计人员还提议在发动机外侧翼下挂装可抛式起飞助推火箭。

  在当年剩下的时间里,相当一部分的设计工作和缩比模型风洞测试随着项目的进展而不断作出调整,获得更多的有关发动机的细节情况后,飞机的整体设计也随之完善。Jumo 004发动机燃油经济性的改善促使阿拉多将Ar 234A的总载油量削减至3700升,这些燃油存放在三个机身油箱内,前后方的两个油箱为自封闭设计,中间的油箱没有任何防护措施。飞行员的唯一防护手段是头部后方的15毫米装甲。机翼前缘又重新变回双重后掠角,机翼面积也有所增加,后缘平配备了翼弦极窄的菲瑟勒型副翼。

转载空军之翼文章敬请保留本文链接:http://www./aircraft/arado-ar234-story-part1.html

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多