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揭秘二战德国喷气式飞翼战斗机:霍顿 Ho 229

 新用户1801vAcf 2023-12-29 发布于浙江
1943年,德国空军司令赫尔曼·戈林拨出50万帝国马克给飞机设计师瑞马尔·霍顿和沃尔特·霍顿兄弟俩,让他们制造并试飞几架采用喷气推进的飞翼式霍顿Ho 229原型机。虽然众多的技术问题困扰着这个项目,唯一的一架使用喷气动力的飞翼原型机(Ho 229 V2)在第三次试飞时坠毁了;尽管如此,这架飞机仍然是二战期间试飞过的最不寻常的战斗机之一。

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  霍顿兄弟:沃尔特·霍顿(左)与瑞马尔·霍顿及他们设计的飞翼模型。
瑞马尔·霍顿称Ho 229为霍顿H IX,而霍顿H IX的构想最初是沃尔特·霍顿在1940年不列颠战役期间作为战斗机飞行员在德国空军服役时萌生的。霍顿是驻扎在法国的JG 26战斗机中队的技术官员。这场战役的性质和德国人使用的战术凸显了螺旋桨战斗机梅塞施密特Bf 109的设计缺陷,而这是德国当时最先进的现役战斗机。战斗机飞行员们为了护送德国轰炸机并攻击英国战斗机不得不飞越英吉利海峡或北海,沃尔特·霍顿亲眼目睹了他所在的中队因为Bf 109战斗机非常有限航程而在敌人的领空上损失了许多人。经常在空战仅仅进行几分钟之后,德国人就因燃料耗尽而不得不返回基地,Bf 109战斗机短促的航程严重地限制了他们的战斗力。同时,Bf 109战斗机本身也很脆弱,因为它采用的液冷发动机哪怕是被一颗子弹击穿了冷却系统的任何部分,都会导致发动机迅速过热并在短短几分钟内失效。

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梅塞施密特Bf 109E 战斗机。

沃尔特·霍顿认为,德国空军需要一种新设计的战斗机,其性能要优于英国最先进的战斗机——秀马林公司的喷火式战斗机。新飞机不仅要有足够的航程飞往英国,而且有能力巡航足够长的时间并参与战斗,然后安全返回基地。他认为,双引擎的飞机可以增强所有这些属性。
1933年以来,瑞马尔一直在试验有人驾驶的飞翼式飞机,利用他作为航空设计师和空气动力学方面的技能,克服了一直困扰飞翼式飞机的几个限制。新的战斗机需要一个强力、坚固的推进系统,使飞机具有极高的速度,而且还能承受一定的损伤并继续运行。当时纳粹已经在非常保密的情况下开发涡轮喷气式动力装置,而沃尔特作为JG 26中队的技术官员,使他有机会获取到有关这项工作的进展信息。沃尔特知道喷气动力将会吸引瑞马尔,因为他可以更容易地将喷气发动机添加到飞翼布局中,从而获得比采用活塞式发动机高得多的性能。
瑞马尔在1940年底开始认真考虑喷气式飞翼。由于极度独立而且缺乏适当的专业知识证书,瑞马尔尽其所能地在德国主流航空团体之外工作。当局拒绝他进风洞测试他的创意,部分原因就是瑞马尔太年轻和缺少高等教育,所以他利用航空模型和有人驾驶飞机来研发他的设计。到1941年,他已经成功试飞了20多架飞机,但采用喷气推进的飞翼将比以往的任何飞翼都更重、更快。为了尽量减少试验这种先进飞机的风险,瑞马尔制造并测试了几款临时设计,每一款都比前一款更快、更重,或在某些重要方面更先进。

 瑞马尔制造了霍顿H V bH V c,用以评估由两台活塞式发动机驱动两副推进式螺旋桨的飞翼式飞机。他在1941年开始考虑在H V型飞翼上安装迪特里希·阿尔古斯脉冲喷气发动机,但是这种发动机有不少缺点。19421月,沃尔特给他的兄弟提供了新的容克斯Jumo 004涡轮喷气发动机的尺寸图和性能曲线图表(这种发动机也被安装在以下飞机上:梅塞施密特Me 262,阿拉多Ar 234和亨克尔He 162)。同年晚些时候,瑞马尔试飞了H VII型飞翼,它与H V型相似但更大并配备了更强大的活塞式发动机。在瑞马尔测试了飞翼滑翔机的特殊中间段以后,H VI型飞翼滑翔机的设计也被纳入到喷气式飞翼的初步气动设计中。

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 飞行中的霍顿H V c,采用两台活塞式发动机驱动。1942年。

沃尔特·霍顿利用他与一些重要官员的私人关系,在喷气式飞翼的早期开发阶段就让这个创意得以延续。1943年初,沃尔特听到戈林抱怨说德国部署了17种不同型号的双引擎军用飞机,这些飞机结构相似,往往性能平庸,但是这些飞机中的任何两种的备用零件都不能互换。他下令,从今以后他不会再批准生产另一种新的双引擎飞机,除非它能以1000公里/小时的速度携带1000公斤炸弹,达到1000公里的“穿透深度”(穿透深度的定义是飞机最大航程的三分之一)。当瑞马尔被要求对此发表评论时声称,只有配备喷气式发动机的战斗机才有可能满足这些要求。

8月,瑞马尔提交了一份简短的飞翼式飞机方案,接近达到戈林的要求,然后戈林给兄弟俩发了一份合同,要求新飞机能在3个月内试飞!瑞马尔回应说第一架霍顿H IX原型机可以在6个月内试飞,戈林在表明自己迫切希望新战斗机能以尽可能快的速度飞上天后,无奈地接受了这一时间表。

瑞马尔用罗马数字来命名他的每一个主要的飞翼设计。当H IX成为德国空军的正式实验项目时,它被称为Ho 229,每架原型机都有一个Versuch(德语:测试或实验之意)的子名称,缩写为V,后面加一个数字,如Ho 229 V1代表霍顿喷气式飞翼机的第一架原型机。第三架原型机被命名为Ho 229 V319449月,戈林选择在哥达公司大规模生产霍顿喷气式飞翼。
所有版本的Ho 229在整体布局上都很相似。瑞马尔将飞翼两侧从机头到翼尖的直线机翼前缘后掠32度,机翼前缘与机翼后缘在翼尖处相会,形成一个优雅的、逐渐收紧的曲线。没有机身,也没有垂直尾翼和水平尾翼,在起落架收起的情况下(第一架原型机Ho 229 V1的起落架主轮是固定的,但机头前轮可以收回),飞翼的上下表面从一侧翼尖到另一侧翼尖平滑延展,没有任何控制面或其他凸出物。霍顿在飞翼后缘安装了升降副翼(结合了升降舵和副翼作用的控制面),还在翼尖安装了扰流板,用于控制飞翼的俯仰和滚转,在扰流板旁边安装了阻力方向舵,以帮助控制飞翼的偏航轴。他还安装了襟翼和一个减速板来帮助飞翼减速。当不使用时,所有的控制面要么收回到机翼内,要么转动到与机翼后缘平齐。寄生阻力或形态阻力几乎不存在。这架飞机产生的唯一阻力是飞翼升力不可避免的副产品。无论在Ho 229之前或之后,很少有飞机能与它的空气动力学形态的纯粹性和简单性相匹敌,但这一成就是否会产生成功且实用的作战飞机,仍然是一个见仁见智的问题。

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霍顿Ho 229 V1原型机(无动力滑翔机)。


在试飞霍顿H VH VII所获得技术的基础上,瑞马尔设计并制造了有人驾驶的原型机滑翔型号Ho 229 V1,试飞员海因茨·希德豪尔在1944228日驾驶该机首飞。这架飞机遭遇了几起小事故,但在接下来的几个月里,一些飞行员在奥拉尼堡进行的测试中试飞了该型飞翼,大多数人对其性能和操控品质评价良好。瑞马尔利用从这型滑翔机上获得的经验来设计和制造采用喷气推进的新型号Ho 229 V2
虽然木材是制造喷气式飞机的非正统材料,霍顿兄弟很可能更愿意使用铝合金,但瑞马尔无疑是有能力用木材设计制造外翼段,而飞翼的内部承力结构采用焊接钢管,霍顿兄弟几乎所有的飞翼都是用这种方法设计和制造的。瑞马尔的计算表明,如果他想接近戈林要求的1,000公里的穿透深度,他需要将飞翼内部的大部分容积转换成燃料空间。也许瑞马尔既缺乏专业知识,也缺乏用金属制造这种 '湿 '机翼的特殊密封剂。不管是什么原因,但他认为用铝合金制造飞翼是不合适的。
在开发Ho 229的过程中,霍顿兄弟将飞翼的性能与梅塞施密特Me 262喷气式战斗机进行了对比。根据瑞马尔和沃尔特的说法,Me 262的翼载荷要比H IX高得多,而且它需要很长的跑道来起飞,在德国只有少数几个机场具备这样的条件。Ho 229的翼载荷要低得多,这使得它可以在跑道较短的机场上运作。瑞马尔还认为、也许有点天真,他的飞翼可以在长满草的跑道上起降而Me 262则不能。如果这是真的,那么驾驶Ho 229的飞行员就会比驾驶梅塞施密特Me 262的飞行员有更多的机场可供飞行。

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容克斯公司制造的Jumo 004-B型喷气发动机。


Ho 229 V1的成功试飞让第一架带动力的飞翼Ho 229 V2得以制造出来,但与发动机制造商的沟通不畅导致了这架飞机的最终完成拖延了很长时间。霍顿首先选择了宝马公司生产的BMW 003型喷气发动机,但后来改成容克斯公司的Jumo 004喷气发动机。瑞马尔根据容克斯公司送来的发动机规格建造了大部分飞翼中段,但是当两台发动机最终到达后,瑞马尔的团队试图在安装它们时,发现发动机的直径太大,无法装进飞翼上预留的发动机空间里。数月之后,霍顿重新设计了飞翼,喷气式飞翼终于在194412月中旬得以首飞。

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霍顿Ho 229 V2原型机。

装满燃料准备飞行的霍顿Ho 229 V2重约9吨,因此它更类似于中型的双引擎轰炸机,如亨格尔He 111。霍顿兄弟认为需要一个有驾驶重型多发飞机经验的飞行员来试飞喷气式飞翼,而希德豪尔缺乏这些技能,所以沃尔特请来了空军的老飞行员埃尔温·齐勒中尉。不同来源的试飞记录显示齐勒试飞了大约2-4次,但在他的最后一次试飞中,由于一个引擎发生故障导致Ho 229 V2坠毁,齐勒不幸身亡。

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试飞员埃尔温·齐勒中尉身穿加压服坐在霍顿Ho 229 V2的座舱里。由于Ho 229没有设计加压座舱,所以采取了给驾驶员配备加压服的办法。这种加压服看上去颇具“科幻”色彩。

据目击者称,齐勒在约2000米的高度上通场三次,以便来自雷希林测试中心的一个团队可以使用一种叫做经纬仪的特殊仪器从地面测量他的飞行速度。然后,齐勒接近机场准备降落,并在大约1500米的高度放下起落架,然后开始大范围地盘旋下降飞行,但在就要飞越机场边界之前坠机了。检查飞机的残骸清楚地表明有一台发动机发生了故障,但目击者没有看到飞机采取任何控制动作或试图对准跑道,怀疑有什么东西使齐勒失去了控制能力,也许是运转中的发动机产生的浓烟。

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霍顿Ho 229的立体剖视图。 

沃尔特确信发动机故障并没有导致不可控制的偏航,并认为齐勒本可以关闭正常运转的发动机,然后进入滑翔直至安全迫降,甚至可能抵达跑道并无损降落。沃尔特还相信可能是有人故意破坏了飞机,但无论原因如何,沃尔特记得“这是一个可怕的事件!我们所有的工作都在这一刻结束了。”齐勒的试飞似乎表明有可能获得巨大的速度,也许最高可达977公里/小时。虽然从未得到证实,但这样的性能有助于回答德国空军技术专家对飞翼布局的批评。在齐勒坠机的时候,帝国航空部已经计划在哥达批量生产15-20Ho 229
霍顿曾计划在第三架原型机上安装机炮,但战争在这架飞机完成之前就结束了。他和沃尔特都不知道,哥达的设计师们在试图完成V3原型机的过程中对机体进行了大幅改动。例如,与V2原型机上的配置相比,他们使用了一个巨大的机头前轮,瑞马尔猜测是1000公斤炸弹携带量的设计要求影响了他们,他认为这些改动都是不必要的。

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被美军缴获的霍顿Ho 229 V3的中段部分(未完成)

19454月,巴顿将军的第三军团的美国陆军第八军在德国的弗瑞德里希沃达村发现了Ho 229的原型机V3V6。霍顿将V4V5的机身设计为单座夜间战斗机,而V6设计成双座夜间战斗机的教练机。V3的机身大约完成了一半,是四个机体中最接近完成的。陆军人员在三天后将其拆解并装船运往美国,不完整的V3飞翼中段部分于1952年运抵银山(即现在的马里兰州苏特兰,保罗·E·加伯车间)。没有证据表明在弗瑞德里希沃达村找到了任何机翼部分,然而空军第9空降兵师的人员在离这个村约121公里的地方发现了一对机翼,这对机翼可能就是属于Ho 229 V3原型机上的那一对。

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被美军缴获的霍顿Ho 229运抵美国。

1983年,瑞马尔在《飞翼: 霍顿飞机的历史1933年——1960年》一书中写道,他曾计划在Ho 229喷气式飞翼的大面积表面的木质层板之间加入由锯末、木炭粉和胶水构成的混合物,形成三明治状的多层复合屏蔽层,他说,“整架飞机”将远离雷达,因为“木炭粉”应该可以吸收电磁波。在这种屏蔽层之下,钢管构成的机身内部空间框架发动机将是雷达“看不见的”。瑞马尔描述的是一个减少从飞翼上反射雷达能量的过程,目的是降低Ho 229的雷达反射截面积即RCS,这样喷气式飞翼就更难以被敌方雷达发现,因此能够以极佳的隐身能力完成任务。
80年代中期接受采访时,瑞马尔进一步声称,他特意用木材制造了Ho 229的很大一部分,是因为这种材料不会反射雷达能量。当被要求解释这些行为的原因时,这位设计师回答说:“这是我们自己的灵感。”他们并没有得到帝国航空部的指示,要求避免飞机在攻击装有空中搜索雷达的盟军舰船时被发现。瑞马尔在“Ala Volante Caza Horten IX (飞翼战斗机Horten IX)一文中首次提到了RCS,发表在19505月的RevistaNacional de Aeronautica(阿根廷出版的国家航空杂志)上。
19881122日美国诺斯罗普公司的B-2隐形轰炸机公开亮相后,人们对飞翼式飞机的兴趣大增,再加上瑞马尔之前说法的火上加油,一些作者从B-2Ho 229(都是飞翼飞机)的相似性推断,认为瑞马尔设计了世界上第一架隐形飞机,因为他采用了飞翼布局,有目的地降低了Ho 229喷气式飞翼机的RCS。例如比尔·斯威特曼所写的《隐形轰炸机看不见的军用飞机》一书,以及大卫·贝克的文章“在阴影的峡谷中——隐形的黑色世界”。
他们显然不相信瑞马尔设计出Ho 229的飞翼外形仅仅是因为空气动力学的原因,不相信这架喷气式飞机仅仅是霍顿一长串飞翼式飞机中的一架,而且也不存在任何实物或文件证据来支持霍顿的说法。他的故事因其他几个原因而显得很脆弱:虽然盟军的舰船装备了空中搜索雷达,然而与从1943年夏天开始日夜不停地轰炸德国的一波又一波的重型轰炸机相比,这些舰船对德国空军来说是低优先级的目标。当时德国需要的是大量截击能够打破为轰炸机群护航的盟军战斗机屏障,而不是低RCS的远程攻击机。奇怪的是,瑞马尔·霍顿和沃尔特·霍顿都没有在战后立即向盟军情报专家提及瑞马尔在1983年声称的他在战争期间应用于Ho 229RCS技术,鉴于瑞马尔对他在盟国航空公司重新工作的强烈兴趣,这是一个奇怪的疏忽。最后,如果Ho 229真像瑞马尔估计的那样快速,它的速度甚至可以超过任何盟军战斗机,那为什么还需要规避雷达的探测呢?

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霍顿Ho 229 V3的木质层板蒙皮的断面结构


2008年,诺斯罗普·格鲁曼公司的一个工程师小组对V3原型机用木质层板制成的中间段鼻锥进行了电磁波测试。他们测试的频率范围为12117太赫兹,波长为10微米。鼻锥的厚度为19毫米,由多层薄木板胶合制成。该小组观察到:“Ho 229的前缘与作为对照样品的胶合板具有相同的特性,只是频率不完全匹配并且具有更窄的带宽。”该小组从视觉检查中假设胶合板中存在碳黑,而后得出结论:“两次测试的相似性表明,使用碳黑类型材料的设计导致了一个糟糕的吸收器。”此后,史密森学会对V3原型机上使用的材料进行了技术研究,并确定“没有发现碳黑或木炭存在的证据”,因此提出,以存在炭黑来解释V3原型机木材的吸波性能与诺斯罗普·格鲁曼公司在测试中使用的胶合板对照样品略有不同是无效的。
像霍顿Ho 229这样的喷气式飞翼设计比常规的当代双引擎飞机具有更小的雷达反射截面积(RCS),是因为机翼与机身融为一体,没有大型螺旋桨旋转面,也没有垂直尾翼和水平尾翼来反射典型的可识别雷达信号。

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霍顿Ho 229 V3机身中段的空间框架结构(模型)。
2008年初,诺斯罗普·格鲁曼公司与电视纪录片制作人迈克尔·乔根森和国家地理频道合作制作了一部纪录片,以确定Ho 229是否是世界上第一架真正的“隐形”战斗轰炸机。诺斯罗普·格鲁曼公司制造了一架全尺寸Ho 229 V3的非飞行复制品,主要用木材制成。与此不同的是V3原型机内部大量采用钢管制成的空间框架,外表面的木质层板蒙皮则用螺栓固定到这些空间框架上,这些空间框架由直径达60毫米的钢管焊接而成。V3原型机中段内部也是这些钢管框架组成的承力构件。在花费了大约250000美元和2500个工时后,诺斯罗普公司的Ho 229复制品在该公司位于美国加利福尼亚州特洪的RCS测试场进行了测试,它被固定在一个15米高的铰接杆上,使用20-50兆赫范围内三个相同的高频/甚高频边界区频率的电磁能源,在100米距离上从不同角度进行了测试。

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诺斯罗普·格鲁曼公司制作的Ho 229 V3全尺寸复制品,在该公司的特洪雷达测试场进行测试。

雷达模拟显示:一架假想的Ho 229、以模拟的雷达信号特性、在既没有金属框架也没有发动机的情况下、以885公里/小时的速度,距海面15-30米高度从法国接近英国海岸,它被英国CH雷达发现的距离为发现Bf 109战斗机距离的80%这意味着Ho 229在英国CH雷达探测下的正面雷达反射截面积只有Bf 109战斗机的40%。美国《航空周刊与空间技术》杂志发表了关于Ho 229隐身技术的总结,一些报道指出:霍顿Ho-IX/哥达Go-229只有涡轮喷气发动机的环形空气进气口、机头和座舱盖以及固定在喷气发动机进气口内侧与发动机舱相连的机翼滑轨等处反射雷达回波。

综合以上研究与测试可知:Ho 229 V3本身并没有使用任何可吸收雷达波的材料,它的雷达低可探测性源于其本身采用的飞翼外形并且飞翼的大部分蒙皮、翼肋等构件是采用木质层板制造的。该机的“隐形”性能只是飞翼布局的副产物,也是一种符合当今技术潮流的巧合,却并不是霍顿兄弟设计的初衷。其实即使抛开名不符实的隐身性能不谈,Ho 229的飞翼布局设计本身已经是领先时代的技术跨越了。窃以为完全没必要神话二战时的德国航空技术,那只会扰乱我们对历史真相的认识。

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Ho 229 V3原型机现在收藏于美国斯密森国家航空航天博物馆。

Ho 229 V3的主要技术参数:

翼展:16.8

机长:7.47

机高:2.81

空重:5,067公斤

毛重:8,999公斤

发动机:容克斯Jumo 004-B-2型涡轮喷气发动机(两台),推力900公斤。

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霍顿Ho 229多角度视图。

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霍顿Ho 229侧视结构图

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