圆滚滚的故事
二战结束后的第二个月,欧洲未来政治格局初定,即将成为东西方冷战对峙前线,英国小说家乔治·奥威尔在1945年10月首次提出“冷战”一词为此定下基调。在地缘政治愈发紧张的情况下,与强大苏联隔海相望的瑞典认为打造一支现代化空军是重中之重,于是启动了名为JxR的喷气式战斗机发展项目。
以萨博 21螺旋桨战斗机改进的萨博 21R成为萨博公司在喷气式战斗机上的有益探索,该机安装一台RM1涡喷发动机(英国“小妖”2)
时髦的后掠翼
1945年9月,瑞典空军委员会向萨博(Saab)公司简要介绍了军方对高性能喷气式战斗机的要求,要求该机装备四门20毫米机炮,最高速度马赫0.85,并能部署在瑞典独特的分散基地执行截击任务。萨博设计团队为此提出了两种截然不同的解决方案,其中第一种被称为R101,是相对简单的设计,外形接近北美P-80“流星”。
胜出的第二种设计R1001是彻头彻尾的原创设计,其桶形机身足以容纳新型发动机。此时研发中J 21R战斗机使用的德哈维兰“小妖”(Goblin)涡喷发动机的推力无法满足新战斗机所需的性能,所以R1001将安装德哈维兰最新研制的“幽灵”(Ghost)发动机,能产生2.2吨推力。和早期“小妖”发动机一样,“幽灵”也将由瑞典飞机发动机(SFA)安许可证制造,编号RM 2。
早期R1001方案模型
就尺寸而言“幽灵”是一台更大的发动机,最大直径达1.35米,这赋予了R1001粗短的机身,同时也意味该机需要需要相当尺寸的进气口,才能提供发动机所需的空气流量。考虑到这两个参数,到1945年10月,拉尔斯·布里辛(Lars Brising)领导的设计团队完成了R1001的初步设计。其平直翼和圆润外观为该机赢得了“飞行隧道”和“飞桶”(Flygande tunnan)的外号。
RM 2涡喷发动机
没错,到此时R1001仍是平直翼设计。在1945年11月末,一位瑞典工程师访问了瑞士,被批准带回纳粹德国在后掠翼和三角翼上的研究论文。这些论文于当年早些时候被美国人缴获,并分发给德语国家翻译。论文记录了德国战时对不同后掠角机翼进行的各种高速风洞测试,指出当飞机接近声障时(也就是马赫1),后掠的机翼前缘大服降低了跨音速阻力。
德国在二战时期进行的后掠翼研究
论文让萨博工程师如获至宝,因为使用后掠翼将能使R1001达到空军委员会要求的性能。经研究后,该机改用24度后掠的全新机翼设计,以实现高低速性能和稳定性之间的最佳平衡。到1946年2月,后掠翼的R1001已经通过了风洞测试,为了研制测试结果,萨博决定把萨博 91“蓝宝石”教练机原型机改装为后掠翼验证机,为该机安装上一副缩小尺寸的后掠翼来获得低速飞行性能数据。
改用后掠翼设计的R1001方案
“飞桶”诞生记
该验证机被称为萨博 201,在1947年完成了许多成功试飞,获得大量重要数据。在建造这架验证机的同时,设计团队还解决了许多其他技术问题。为了将阻力降至最低,新机表面必须非常光洁,同时仍然允许地勤人员和工程师访问重要系统,因此任何舱门和可移拆卸面板都必须经过精心设计和制造,以确保在外场使用条件下也能与机身表面齐平。
萨博 201后掠翼验证机
新机结构也经过了广泛的应力测试,以提供有关后掠机翼组件的强度数据。最终该机被设计得极为坚固,能在低空最大速度下承受8g过载。作为全球首批后掠翼战斗机,该机的后掠翼和结构都是航空工程的全新领域,拉尔斯·布里辛及其团队出色完成了设计任务。
由于早期涡喷发动机耗油率惊人,因此R1001的圆桶机身除了容纳座舱、发动机、进气口和四门20毫米机炮外,还内置1430升油箱。为了提高飞机的航程和续航力,还可机翼外侧挂架上挂载两个450升可抛副油箱。
经设计细化后的R1001
R1001从一开始就被设计成一种易于维护的战斗机,为了让工程师和地勤人员接近发动机,整个发动机舱舱盖可被卸下,完全暴露出发动机和尾喷管。
R1001的座舱模型
艰难试飞
1947年2月,英国试飞员罗伯特·摩尔(Robert Moore)少校成为萨博首席试飞员,由于当时瑞典没有经验丰富的喷气机试飞员,所以只能聘请外国人。他驾驶J 29首架原型机29001进行地面试车、系统测试和滑行测试,然后在1948年9月1日驾驶首架J 29原型机进行了首飞。
J 29首架原型机29001
头三架J 29原型机
原型机在试飞中遇到的其他问题包括全展长联动式襟副翼的过于给力,导致滚转速率超过180度/秒,于是第二架原型机上被改成更传统的较小且独立的襟翼和副翼。根据摩尔的说法,这项改进使该机具有了“漂亮的”操控性。
试飞中的J 29原型机
随着试飞的继续,J 29的速度稳步提高,但到马赫0.8时另一个问题显现出来,此时飞机开始“蛇行”,表现出纵向不稳定性,进而进入“荷兰滚”,也就是在偏航轴和俯仰轴都出现不稳定现象。萨博的解决方案是对后机身进行修形以防止气流分离。第二架原型机于1949年2月29日加入试飞,随后是8月18日的第三架原型机,然后是1950年7月21日的预生产型原型机。
荷兰滚
J 29的试飞比较漫长且问题不断,这情有可原。在计算机出现之前的日子,人们必须手动收集和分析每次试飞的数据,尤其是当飞机以接近马赫1的速度飞行时。萨博工程师们在当时空气动力学和工程学的极限前沿工作,而一切都要手工计算。
丑小鸭变成雨燕
尽管让该机尽快服役的压力很大,但萨博仍在小心翼翼地试飞,步步为营对试飞结果进行分析和学习。完成包线扩展后,J 29还要测试翼下外挂副油箱和武器,并在整个速度范围内研究这些外挂物对后掠翼气流和飞机操控性的影响。这种谨慎的试飞方法可确保项目成功,萨博的工程师和设计师从项目中获得的知识使他们成为欧洲领先的后掠翼技术专家。要知道J 29服役时,英国的超马林“雨燕”(Swift)距离服役还有两年的时间,并最终成为一架灾难性的战斗机,霍克“猎人”(Hunter)则还有四年,在性能上与J 29比肩的只有F-86和米格-15。
超马林“雨燕”
当集成了所有试飞改进的第四架J 29原型机首飞时,该机终于达到了瑞典空军要求的马赫0.85极速,并且解决了所有操控问题。虽然滚圆的机身和八字主起落架让J 29在地面看似笨拙,但在空中却具有出色的性能和操控性,用罗伯特·摩尔的话来说就是:“地面的丑小鸭一升空就就变成了雨燕。”
1951年5月J 29开始开始交付诺尔雪平的F 13联队。由于该机没有双座教练型,因此飞行员只能在瑞典空军的J 21R或J 29“吸血鬼”平直翼喷气式战斗机上积累喷气机驾驶经验。但后掠翼的J 29在操纵特性上与这两种飞机截然不同,特别是在降落阶段,因此在该机在服役初期发生了一系列事故。在给飞行员更多的喷气机飞行时间和上更多后掠翼理论课之后,事故得到了遏制。
第13联队的J 29A
J 29生产型的批量生产与萨博制造的原型机和预生产型有很大不同,因为制造的每一个阶段都要求极高精度,为了确保J 29达到并维持其生产目标,萨博投入巨资升级其林雪平工厂的工具和机械,尤其是装配夹具,事实证明这种投资非常成功。从1951年到1953年,至少有224架J 29A出厂。
林雪平的J 29生产线
者:Armstrong
转自 空军之翼