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二战空中霸主,史上最伟大战机——P-51Mustang 野马式战斗机

 天选小丑 2023-10-10 发布于广西
P-51Mustang

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野马战机——公认的二战主力战斗机中综合性能最出色的机种,凭借着具有最高水准高速巡航性能与操控性,在高空护航任务中拔得头筹,成为第二次世界大战空战中的主角,最优秀战斗机,被列为历史上十大战斗机排名第一位。

P-51野马式战斗机(P-51 Mustang),在第二次世界大战期间,属于美国陆军航空军最有名的战斗机之一,也是单引擎战斗机中航程最长,欧洲与太平洋战区战略轰炸护航所使用的最重要的机种,并且一直延用到朝鲜战争。

—— 插曲 ——

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您就说眼不眼熟儿吧,是不是心里咯噔一下儿?70、80后对此一定不陌生,这个画面太过冲击内心了,勾起了无限的童年回忆吧,当年街机厅里霸占最久的游戏之一是不是就有它!《野马战机》,风靡了一个时代,太过经典了!

设计优势

P-51为适应多变的战局状况而不断改进,大部分改进项目都在最终P-51H生产型上达成。因为起落架的适中轮距,使得其在地面降落时更加稳定,滑行时更具稳定性和操控性。无论是液冷或气冷发动机都有别于当时美军的其他战斗机,且倾向采用涡轮增压器以强化高空性能。设计初期因无法取得涡轮增压器配额,从而采用与P-40相同、仅搭配一级增压器(活塞式航空发动机增加气缸进气压力的装置,增进引擎动力)的艾利逊(Allison)液冷发动机作为动力来源;但较于P-40,该机种以更为先进的进气配置与总体布局,使冷却效率大为提高,并融入层流翼(Laminar Flow Wing,飞机翼横切面设计,不同于一般上弯下平的机翼横切面,层流翼的上下翼面都是弯曲凸起,减少流经翼面的湍流和空气阻力,从而加快飞机速度并减少耗油量)设计,从而进一步强化高空中高速性能。之后改装搭配有二级二速机械增压器(主要是空气压缩机的驱动方式是利用发动机曲轴产生扭矩,提高引擎输出功率)的英国梅林(Merlin)发动机,使其高空性能突飞猛进,北美航空(North American Airlines)针对新发动机所出现的问题逐一修改,因此成就了P-51的功勋。

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机身结构
P-51的机身设计拥有超越12G的机身冗余度(安全角度考虑的一个量,保证仪器和设备在非正常情况下也能运转。工程学中冗余是故意重复系统的关键组件和功能,目的是提高系统的可靠性和系统性能),完全符合当时美国陆航的强度标准。具备充分的翼根空间,以安装大容量自封油箱,使其可以获得更大的燃油储备。主翼搭配层流翼型,在保证拥有充分强度与翼内空间的前提下,获得了良好的低阻高速巡航特性。五段式襟翼(高升力装置,改变翼剖面弧度,增加机翼可以提供的升力,低俗起飞和降落时常用,也有减速效果。)则缓解了层流翼低速下升力不足与失速特性的问题。随战局变化该机改进了副翼(安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可调节的小翼面)与升降舵(飞机水平尾翼可操纵的部分,主要作用是控制飞机的俯仰运动)等控制面,使低速到高速都有良好的操控性。北美航空针对前线飞行员的所有反馈使P-51系列进化到最终拥有绝佳的飞行性能。冷却器安装在机腹,依据当时最先进的气动外型理论,进气口随发动机的换装历经了数次改变,以抗破片蒙皮包覆的冷却器外罩曲线则顺势由机翼下方向后延伸至机尾。其独特的曲线也随着后续型号发展逐渐变化。这也成了P-51系列最标志性的外型特征之一。

P-51从最早的实战生产型NA-73开始便具备几乎两倍于同量级欧洲战机的航程。早期的P-51配备低空性能杰出的美制艾利逊V-1710一级增压发动机,而后因偏重高空高速空战与美国陆航第八航空军提出的护航需求,P-51争取到换装引擎的机会,并以击败了众多盟军一线战斗机的出色试验结果脱颖而出,获得英国授权生产美版梅林V-1650系列引擎。自此P-51总体空战性能与战局影响力突飞猛进,并在1943~1944年之间赶上盟军最重要的长航护航需求,快速扭转了欧陆上空的战力表现,终为其赢得“史上最伟大战机”的美名。

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▲NA-73

飞行动力
早期野马(NA-73/NA-83、NA-91、A-36A、P-51A)采用艾利逊V-1710发动机,本系列发动机仅具备一级一速机械增压器,然而,当飞行高度超过12000英尺1 英尺=0.3048 米之后,输出功率会快速下降,使得高空性能不佳,之后的野马便换装了由英国劳斯莱斯公司(Rolls-Royce)授权美国派卡德公司(Packard Corporation, USA)生产的梅林发动机(V-1650),该发动机具备二级二速的机械增压器,充分改善15000甚至20000英尺以上高度时的功率输出,这造就了后来著名的P-51B/C/D/K。最终型号的P-51H其高性能的源头依旧是源自于劳斯莱斯实验型发动机RM.14.SM发展而来的V-1650-9。P-51机身下方的散热器也是其获得高速的原因,当前方的空气进入此散热器被发动机的冷却液冷却,之后这些空气会被加热后,得到更多动能,再从后方以更高的速度喷出产生大约1556牛顿推力,相当于一个可产生1556牛顿推力的喷射发动机。


武器装备
野马在不同型号中采用过不同的武器装备:

NA-73构型的P-51(美军编号)或“野马Mk.I”(英军编号)采用4挺12.7mm伯朗宁(Browning)重机枪及4挺7.62mm伯朗宁轻机枪。

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▲Mk.I
NA-83构型的P-51采用2挺12.7mm重机枪及4挺7.62mm轻机枪。
NA-87 / NA-97构型的A-36A(俯冲轰炸机型),有6挺12.7mm重机枪。机鼻下方两挺,左右双翼各两挺。

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A-36A

NA-99构型的P-51A取消了A-36独特的机鼻下方机枪位,只有4挺12.7mm重机枪。一部份机体装备4门西斯潘诺Hispano20mm机炮。

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A-36

美国陆航的P-51 B / C亦采用4挺12.7mm重机枪(关于弹链供弹角度卡弹的设计问题在D型之后解决)

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P-51 B

P-51D的12.7mm伯朗宁重机枪

机枪的安装角度这个设计变更终于使P-51D之后型号的野马在高重力机动下也能顺畅的持续射击。采用6挺12.7mm伯朗宁重机枪。(弹药:标准荷载1880发。最内侧两挺各400发,外侧四挺各270发)

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P-51D
P-51H亦采用6挺12.7mm M2重机枪(弹药:标准荷载1820发,最大荷载2060发)

战后的P-82 / F-82在内翼部采用6挺12.7mm伯朗宁重机枪作为固定武装

另可在中线挂架下加挂一个内置8挺12.7mm重机枪的吊舱。此重装下的P-82将拥有14条火线。从火线数与单位时间内打击力评估,与同期海军战斗机型的F7F同属双发机中最顶级的射击火力。

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F-82

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P-82

NA-73野马Mk.I型
英国皇家空军第一批320架
使用V-1710-F3R发动机
武装为4挺12.7mm重机枪与4挺7.62mm机枪

NA-83野马Mk.I型
英国皇家空军第二批共300架

NA-91野马Mk.IA型
英国皇家空军第三批共150架,其中93架改用4门西斯潘诺20mm机炮

根据英军飞行员反馈,野马的射击稳定性良好,较同为四炮装备、英国自产的喷火Mk.Vc或飓风Mk.IIc更能充分发挥该炮的射程和瞬间打击优势;但因重量的增加,飞行性能较标准型(装配机枪)略有下降。

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▲NA-91

NA-99/P-51A
NA-99构型最初名为P-51A(之前的P-51编号后并无英文字母),最初P-51作为战斗机采用的型号,由对地攻击型的A-36改良而来。仍使用美制艾利逊引擎,但低空与高空的性能要比之前型号稍加强化,取消了A-36独特的俯冲减速板与机鼻下方的枪位。由于部份机体改造是由原本要发往英国,但又被美国滞留并补充陆航阵容的NA-91,因此武装与标准型不同,只有4挺12.7mm重机枪,一部份机体装备4门西斯潘诺20mm机炮


P-51B
V-1710虽然扎实抗损,使早期使用艾利逊的野马拥有相当突出的低空性能,但缺乏二级机械增压器,让P-51在高空时马力不足,高空表现不理想,早期的艾利逊野马虽一度是当时的低空速度之王,当时却无法适应欧洲主流的高空高速空战态势,只能担任低空高速侦查与扫射的次要角色。虽然英国皇家空军对其飞行特性相当佩服,称赞为'目前为止获得的最佳美制战机',但对仅能作低空运用的动力特性也表示不满。1942年初开始与美方积极交流与探讨换装发动机事宜。由于艾利逊发动机厂商当时设计部门编制人数很少仅有25人,面对眼下业务量已是无法应对,难以依照军方期望设计出二级增压器的V-1710发动机。而V-1710的构造若要调整为二级增压器则必须变长变重,重心与尺寸的制约,使北美航空不得不面临如搭载新引擎后的野马必须修改机鼻、延长机身、重新飞测的巨大工作量,到能够列装服役,最快也要一年多至两年的时间,在当时紧张的战局状态下,这种大规模的改进工程难以被接受。恰巧英方在1942年提供了当时Mk.9所搭载的二级二速梅林60系列发动机供野马改装的方案,以此引擎进行改装工程的话对机身布局就会是很小的改动量,从而也就能达到高空性能提升。
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1942年底英美双方都成功地将新的英制梅林发动机换装至野马上,性能上获得了惊人的跃进。劳斯莱斯抢先完成了'野马X',在速度与爬升能力上展现出超乎预料的提升。但稍后完成的北美XP-78方案,则以不同的处理方式将后冷器后移整合至机腹的冷却器组内,使机鼻仅剩下方的化油器进气口,从而令曲线更加流畅。机腹进气口继承了A-36与P-51A的基本架构,在展示了与英方同等级性能的同时,XP-78以更先进的细节处理、更好的引擎架设计和更利于维修等优势而胜出,最终获得英美双方正式采用。屡次修改之后获得XP-51B编号。再经过多次的细节修改,P-51B正式登场,其优秀的性能足以和当时德国主力的Bf 109和Fw 190等杰出战机对抗甚至略胜一筹。虽然在使用V-1650-3时期的P-51B/C型多少也存在诸多问题,面对轴心国的一线级战机并非具有全面性的优势,但各方面优秀的潜能、足以为盟军及时提供战略需求上理想的护航任务,而且设计上也为后续机型奠定了良好的基础。


P-51C

P-51C-10NT,历史上闻名遐迩的“塔斯基飞人队(The Tuskegee Airmen)”(轰炸机护航队),也就是那支传说中以纯黑人组成而闻名的“红尾队”,大家是否看过《红色尾翼》这部电影?没错,讲述的就是这支美军战斗历史上第一支黑人飞行队的故事。

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部份C型是由B型机的座舱罩改用类似喷火式战斗机的'马科姆'气泡式座舱改良,其它跟B型机相同,因此部份人误解P-51C就是气泡舱罩的P-51B,事实上也有改装气泡舱罩的P-51B。C型和B型主要区别于制造厂商,B型是加州厂生产,C型是德州厂生产,除细节以外,性能完全相同。

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P-51C-10NT

P-51D

1944年5月,采用水滴型座舱罩且机身结构线条更加流畅的D型机加入列装序列并服役,除换装拥有两段式机械增压器的派卡德梅林发动机,强化机翼武装至6挺12.7毫米机关枪与6枚空射火箭挂载硬点,在机身后半部增加了副油箱的P-51D,其航程足以全程掩护轰炸机队至柏林往返,因此第八航空军大量换装为日间四引擎轰炸机编队的护卫机,使得日间执行轰炸任务的轰炸机战损率下降到可容忍的比率。挂上副油箱的P-51D足以全程护卫盟军轰炸机进出轴心国领空,是盟军可持续战略轰炸的一大功臣。在仅仅使用机内油箱时,P-51D的续航力为950英里【1 英里=1.609344 千米(公里)】,在携带可抛式油箱时才具备1300英里的续航力,而P-51D的绝对续航距离为2080英里。

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在P-51D出现之前,战斗机的航程普遍相对较短,而重量级的P-47及P-38在护卫任务上因航程限制与引擎技术问题不尽理想,轰炸机在接近目标区的1/3往返航程中,完全都是需要在没有护航的前提下,顶着德军高炮部队的枪林弹雨和战斗机的追杀,还得维持队型进行轰炸,这样虽然能基本有效炸毁目标,不过轰炸机的损失也非常惨重。在执行任务的330架轰炸机中,高达100架被击落,另有多机遭重创,在回到英国后直接报废。有了P-51的护卫,使得来自德国空军战斗机的威胁大大降低,更有利于轰炸机编队对目标进行轰炸任务,进而给德军也带来毁灭性的打击。Hermann Goring赫尔曼·戈林)在战后接受访问时曾说:“当我看到P-51在柏林上空时,我知道大势已去!”

太平洋战区方面,自从美国海军陆战队在1945年初攻下硫磺岛后,P-51D就以此做基地陪同B-29超级堡垒轰炸机轰炸日本各主要城市。


P-51E
P-51E的编号原本是要给德州达拉斯厂生产的P-51使用,但是稍后这些生产的P-51编号改为P-51D-NT,而P-51则完全没有使用。


P-51H
这是野马式战斗机最后一款进入量产的改良型。美国在设计野马时机身抗荷结构采用美国标准的底限7.33G,远远超过英国标准的5.33G,在空重上比同级动力的英国喷火重了将近一吨,英国认为P-51的结构仍有大幅轻量化的空间,最终,英美双方希望新机种能拥有近似喷火的回旋性、Fw190的滚转率、更高的速度和更低的后勤需求等全面性的优化,因此北美航空进行名为NA-105的开发案,以P-51D设计作机身结构轻量化并换装三种引擎进行测试,分别是:
XP-51F(与P-51D相同的V-1650)
XP-51G(梅林14SM发动机)
XP-51J(艾利逊V-1710-119)

这三种试验型号比D型减轻将近一吨空重、且大量优化处理的细节改造案获致了惊人的性能提升,其中以XP-51G最为成熟,但部分试飞员反应对大幅度减重后的结构不放心,最后都未进入量产。测试时的轻量型野马展示出的优异性能,却让改良计划得以继续推动,北美航空在与军方协调并修改后,推出比三款试验机更为结实的NA-126机型开发案,也就是后来的P-51H。P-51H装设无段变速机械增压器的派卡德-梅林V-1650-9发动机(初期紧急最大出力2080匹马力,最后增强到2270匹马力)。在7620m高度时可达到784km/h的高速(根据针对低空或高空强化的各种增压器 / 作战重量配置设定,量产型P-51H的最大速度在760~796km/h之间)。

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机腹的散热进气口距离机身下表面更远,滑油散热器从散热器组中移出,使得散热器组体积减小并去除了通往发动机滑油管(长且易损)。这正是先前应急改装梅林动力的P-51B / C / D / K等型号由于下方罩门面积过大,导致对地攻击时生存性不佳的主要原因。P-51H保留了与先前D型野马同级的所有防护装备,因此针对轻量化P-51H指称其抗损性更低的指控是不实际的。

为解决滑油散热问题,在滑油箱前方与中冷器之间安装有热交换器,靠通往后散热器的乙二醇溶液转移滑油的热量。由于先前P-51D曾因后油箱设计过大而导致存在稳定性的设计缺失,P-51H也在此点上作出修正,将该处油箱容量减少至50加仑。减小后方油箱体积以取回适当的纵向稳定性,也缓解了后机身内部的空间紧张,在不影响驾驶座椅后方安装无线电与敌我识别等电子设备空间的同时,加大后的冷却器组得以更加深入安装,较先前梅林动力野马的配置更远离机腹表面外板,间接提高机腹冷却器组的抗损性。

北美航空以P-51H更低的阻力系数和经济巡航设定,作为回应因减少内油容积而导致航程缩减的问题,虽然仅靠内油储备对于航程确实有所减短,但仍在可接受范围,携挂副油箱时仍拥有与先前型号相同的航程,也可拥有更高的运动性与战斗巡航速度。而在某些低速或高空巡航飞送等经济巡航前提下,打击半径或转场航程要比P-51D更长。

尽管由于北美航空在设计发面与陆航自相矛盾的需求之间经过了多次拉扯与妥协,回旋性与滚转率并未达到预设的期望指标,但综合机动性也已较先前所有野马型号更为接近设定目标。

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P-51H在试飞报告中逐次修正、解决了先前型号的大部分问题,整体性能大幅提升,也改善了维护性。最终该机几乎在所有评鉴项目中都获得陆航'满意”和”优良'的极高评价,也得到该型号在开发初期技术合作方英国的高度肯定,此等成就在美制机种中算是极为罕见。

原本美军预定量产取代P-47N,并发下了2000架订单交由加州英格坞(Inglewood)生产,不过因为德国和日本接连投降,最终,只生产了第一批的555架后便取消后续订单。

由于生产时间太过延迟,导致P-51H在二战期间并无实战纪录。此型号就性能而言位于野马系列中的顶尖地位,但美军部分飞行员依然不适应因以降低机体结构强度来换取提升性能的设计方式。二次大战中美军战机普遍采取较高冗馀度的结构设计,机体较同期的各国对手更为沉重,但很结实。导致美军飞行员在作战中,较倾向于以最大输出和最大杆量将飞机性能施展到最大限度的粗暴操作。

受NA-105阶段XP-51F / G / J轻量过头使飞行员不安的流言影响,部分飞行员对于在最大动力状况下仍要分神关注机体结构限制的P-51H产生排斥感。事实上这种顾虑是完全多余的,P-51H在NA-105 —— NA-117—— NA-126的演进阶段中已逐次补强回来。这也是量产版P-51H空重远比三款轻量实验机要重的原因。根据北美航空与陆航(战后的空军)验收报告指出,P-51H的抗荷结构较先前所有型号的野马至少强韧10%(事实上结构冗馀上限与F8F同为14.4G),并在7~9G范围内拥有比先前所有梅林野马拥有更佳的抗应力特性与操控性能,即使执行9G机动也不再发生副翼脱离或破损问题。更为卓越的运动性源自于不断改良的操控行程;在初审阶段,副翼角度在有限制下滚转率完全不达标,强化副翼与操控钢索后解除限制,副翼打到底时,低速下滚转率约高于初审成绩近两倍,高达140度/秒,几乎达到期望值,但滚转率随速度提高快速衰减的问题也使得野马在高速操控上优于德机优势完全丧失。在量产第一批次的P-51H上再作修正,将滚转率曲线的变化幅度降低,中低速运动性仍增益10%以上,但相较先前的P-51B/C/D/K,新野马在640km/h以上时速的舵面效应则稍有减损,时速达800km/h前后则各控制面将完全锁死,控制极限较先前型号提前约50km/h。这原是北美航空为了不让驾驶员拉出超过机体荷载的动作所下的苦心,但陆航认为更加高速的新飞机若无法拥有更优的高速操控性则是失去意义的,北美航空回应此为原有副翼的物理极限。因此在接受NACA(美国国家航空咨询委员会,National Advisory Committee for Aeronautics,NACA)建议而修正的新式全金属副翼后,P-51H-5之后的新生野马最终在所有速度与迎角下都拥有较先前P-51B/C/D/K明显更高的滚转率和更快的操控响应。

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但由于缺乏实战机会验证,P-51H便无从展示北美航空对其所做的各项设计巧思,无法摆脱'轻量过头使人不安'的流言。加上战机喷射化世代的来临,活塞螺旋桨机多转往二线任务,重视的是更低的成本、更佳的抗损、更久的滞空时间、更大的打击半径、更长的寿限、与更大的武装携载量,然而P-51H仅能勉强满足前四者。这结果导致轻量化、气动优化完全往空优性能发展的P-51H与类似概念的海航同期机种F8F遭遇了相同的命运:失去展现舞台。

在二战后大规模裁军风潮中,从美国陆航改制而来的美国空军将旗下的所有P-51H都转至到美国空军国民警卫队。其中一架P-51H送给英国作为测试平台,另外编号44-64192的P-51H交给美国海军改名为BuNo 09064作为跨音速翼形测试用,1952年归还给空军国民警卫队。由于P-51D在部署、后勤和运用经验上较P-51H更加成熟,尽管P-51H的性能更加优秀、设计更加精炼,但韩战爆发时该型数量过少导致征调成本不划算、对地性能与大量既有的P-51D相比无成本上的明显优势,因此并未参加韩战。


P-51K

P-51K是达拉斯Dallas工厂出品、装配A.P.(航空器材)公司新式螺旋桨的P-51D,原本期望透过已在轻量化型上验证成功的新式高速桨,将提升梅林野马高速飞行时的效率,进而提升航程与高空性能。但由于桨叶与机身匹配不佳,震动频发,除了临界马赫数较D型微幅提升以外,其余飞行性能几乎无变化甚至更低。因此领到K型的飞行员多半比较失望。虽然A.P.公司积极的到前线各处纪录并修正问题,但当K型彻底解决问题时战争已接近尾声,同时新螺旋桨为既有机种所能提升的性能幅度仍不如预期,因此P-51K很难说是一次成功的尝试。

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A.P.公司的新螺旋桨原本就是为轻量野马而量身订做的新设计,末期量产的H型并未遭遇到K型出现的问题,动力输出大幅提升,在马力与稳定性的表现上也更为出色。

同时转战太平洋战场上的P-51也成功护航B-29轰炸机群进行轰炸日本的任务,虽然在太平洋参战晚且次数也少,但猎杀率却相当高。野马式在二战时被大量生产以提供给各盟国使用。

A-36A

P-51独特衍生型:A-36A俯冲轰炸机,是P-51A的对地攻击机型,绰号“阿帕奇”,加装了阻力减速板的俯冲轰炸机,根据飞行员的描述,A-36除了是一架称职的俯冲轰炸机之外,同时也是一架性能良好的中低空战斗机。

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F-6A

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以下为各型野马改装的战术侦察机
F-6B、F-6D、F-6K
F-6C为P-51C的侦查型号


各型号生产规模
·NA.73X原型机:1架
·P-51:150架
·P-51A:310架于加州英格坞Inglewood生产
·P-51B:1,988架于加州英格坞生产
·P-51C:1,750架于德克萨斯州达拉斯(Dallas)生产
·P-51D:总生产量8,156架:6,502架于加州英格坞生产,1,454架于德克萨斯州达拉斯生产,另外还有200架于澳大利亚的Fisherman's Bend生产
·XP-51F:3架
·XP-51G:2架
·P-51H:555架于加州英格坞生产
·XP-51J:2架
·P-51K:1,500架
·P-51L:无生产 - 计划遭取消
·P-51M:1架于德克萨斯州达拉斯生产
·野马I:620架
·野马III:852架
·野马IV:281架
·野马IVA:595架
总生产数量:约15,466架(二战美国战斗机总生产量第二名,仅次于P-47战斗机)

1950年,朝鲜战争爆发,P-51成为联合国军(United Nations Command)的对地攻击机参与到战斗中,按陆航改制空军后的新命名规则将编号改为F-51,部分退役的F-51D由美国富商买下当作公务机出租称为CAVALIER MUSTANG卡维利尔野马)。

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▲卡维利尔野马

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卡维利尔野马MK-2型
1960年美国国防部军事援助部分经济困难的友好发展中国家,把完全翻新的F-51D 卡维利尔野马MK-2型,以反游击战作为最后的军事用途而持续投入,直到1984年全部退役。

螺旋桨传奇战机的时代结束!

参考资料:来源于官方数据资料
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