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风雷云雨电:二战日本“雷电”战斗机开发沿革(二)

 fairyfail 2022-07-03 发布于河北

接上文......



奇特造型,日版“奶瓶”?

面对重重困境阻碍,海军航空厂于1939年制定了实用机试制计划“Y10”,此举是为了让大直径的“火星”发动机尽可能减少空气阻力,而对各厂进行了设计技巧上的指导。

其中,东京大学航空研究所出身的谷一郎所员所提出的“LB翼”层流翼型的设计理论在“十五试水上战斗机”的设计中被纳入参考。该理论参考了层流翼的相关理论,设计中,接近机身后半部部分在整个机身中横截面最大。气流从狭窄的机头到驾驶舱附近横截面最大部分为止,此举能让这部分机身的空气边界层不发生乱流,使空气阻力最小的设计。至于层流翼究竟为什么可以减少阻力,可以参考以下视频,文字解释稍显枯燥,在此不再专门展开赘述。

https://www.bilibili.com/video/BV1r44y147cf

在上述的理论指导之下,“十四试局地战斗机”和“十五试水上战斗机”均装有开口处收小整流罩,机体设计上从此处开始勾勒出丰满的机身,驾驶舱附近为横截面最大处,两机均采用了这种使空气阻力最小化的层流翼型设计。

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▲配有“火星”二三甲型发动机后的雷电机体线图,其机身直径达1.34米

“十五试水上战斗机”在设计上采用了共轴反桨,流线型机首以及较粗的机身,而“十四试局地战斗机”设计的流线型机首中内置延长后的发动机轴与强制冷却风扇,机体则与线图图纸中描绘一致,某种意义上与它远在美国异父异母的兄弟P-47,有种体态上的相似。

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▲上图的彩绘对比中,更能凸显出“雷电”与“紫电”的机身差别

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▲日制“火星”23型甲型发动机。其左侧有延长的发动机轴和末端的强制冷却风扇

此外,还有一些当前阶段只为单纯的试验机性质的试验机,分别为“Y10高速实验机”(其装备液冷发动机的方案、装备大直径、大马力气冷发动机的方案依然有概念图留存)、“Y20长距离实验机”和“Y30高海拔实验机”。

在对该三机重新考虑后,被“实用战斗机试作计划”取代的“Y10高速实验机”的试作计划被取消。剩下的Y20也发展为十五试双发陆基轰炸机,随后改称为试制“银河;Y30发展为“十六试陆上侦察机”,后改称“十七试陆上战斗机”,最终被Y40计划取代而废止)。


期待与希望:从绘图板迈向现实

为安装直径1.34米的“火星”发动机,设计者们必须认真考虑机首的收缩外形。与巨大桨毂盖下安装共轴反转螺旋桨的“十五试水上战斗机”不同,“十四试局地战斗机”采用延长的发动机轴并加装强制冷却器,同时使整流罩的开口处尽可能地缩到最小。气流从整流罩缩口的最前缘沿着流线型机体直到最粗的机体中部这一过程中,基本消除了气流湍流,降低了阻力。

经计算,装有强制冷却装置的“火星”一三型发动机地表出力为1280马力;对外宣称增压器一速,海拔2700米时,出力为1400马力;增压器二速,海拔6100米时为1260马力。根据上述数据来源“J2报告第四号 J2M1及M2第一次性能推算书”所述,该机最高速度为海拔6100米,二速增压器全开时的323节(598.2千米/时)。

虽未能达到“性能标准”中要求的350节(658.2千米/时),但此次推算,也证明了“火星”发动机的性能提升型——“火星”20型系列投入实用的可能性。经计算,若换装“火星”20系发动机,即便不搭载甲醇水喷射装置,也能达到342节(633.4千米/时),完全满足“性能标准”中的要求性能。在爬升性能上,装备“火星”一三型的J2M1爬升至6000米时,需耗时5分30秒,而J2M2爬升至同高度则需要耗时5分17秒,实战中会发挥比较优秀的性能。

注1:根据「第一次性能推算书」中的计算,“火星”20型系列发动机作为“火星”13——MK4C的性能改进型,没有喷射甲醇水的情况下,地表出力1550马力,对外宣称增压器一速,海拔2100米时出力1680马力;二速,海拔5700米时出力1510马力

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▲日制“火星”发动机的一系列数据

得知海军研发的战斗机如此强劲,陆军方面也开始眼馋。1941年下半年,陆军航空本部决定将和海军之间机种共通化下的产物——“海军重战”作为陆军飞机使用,

与此对应,1940年版的“陆军航空本部兵器研究方针”中也将装备“Ha-115”发动机(该发动机为二速增压器发动机,性能相当于海军的“荣”20型发动机)的“试作Ki-65”的研发方向转为重型战斗机。

当时陆军的试作战斗机中能达到350节(648.2千米/时)的,除了“Ki-64特殊战斗机”外,没有任何一款日军飞机能够达到如此速度。因此,“十四试局地战斗机”的速度、爬升性能对陆军来说便是最吸睛的亮点

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▲日本陆军航空部队使用的“川崎Ki-64”试作战斗机实物,该机采用共轴反桨、层流翼、表面冷却等多种新锐技术

1941年12月末,三菱重工名古屋飞机制作所终于完成了一号机组装,现场的工作人员喜悦之情溢于言表,甚至编了一首“J2完成之歌”,以此庆祝一号机的完成。

其部分歌词收录如下:“我们满怀热忱,充满蓬勃干劲,如今终于迎来一号机之诞生.....”

歌声带着对新锐高性能战斗机的期待、希望,回响在一号机的诞生地,名古屋市大江町的填海地之上

歌声带着对新锐高性能战斗机的期待、希望,回响在一号机的诞生地,名古屋市大江町的填海地之上

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(全文未完,待续)

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