本帖最后由 dukeiii 于 2023-6-14 15:57 编辑
在航空迷的心目中，飞行器不仅是技术与工程学的结晶，也是一个国家民族精神气质的体现。
艰难的战争年代里，表现的更为明显。
铺天盖地的B17、B29机队，美(帝国)实用主义: 实力干碎一切。
冒死出击的iL-2，悲壮的俄罗斯英雄情结。
A6M零战，把有限资源发挥到极致的岛国工匠精神，灿烂却短暂。
44年后出现的各种Luftwaffe神机，如同第三帝国般邪恶又危险，却不乏魅力。
然而从没有哪一款飞机像喷火那样，融合了技术与美感，在关键的不列颠之战中(并肩)力挽狂澜，成为RAF乃至英国顽强不屈的象征，进而演化为一个不朽的精神符号。这样的经历航空史上恐怕难以再现。
孕育了喷火的英国空军与军事航空工业已走过100多年，从一战的空中交锋，到不列颠之战的考验，坚守过核威慑之下的冷战年代。
百年间闪耀的明星无数，跌宕起伏也令人黯然。
2018年在英国旅行（这是一篇迟到五年的游记），正好赶上RAF博物馆的百年纪念大展 “First To The Centry”。 走马观花做了些记录，从航空技术演进角度做一些心得分享，个人认知有限，谬误之处欢迎指出。涉及军事话题难免跑偏，不作价值观的讨论，感谢。
RAF Musem 有两个分馆，一个在伦敦北郊，基于早期的RAF Hendon station，馆区比较小综合布展精美。 另一个在伯明翰西北方向的 cosford，基地规模更大，有更多露天展出和珍贵的原型机陈列。我去的是前者。从北郊的conlindale station出来，往graham park way步行30分钟，就看到了这个机库模样的建筑，并不打眼。
同样低调的Base Gardian Mk IX。战时飞行员资源非常紧张，从工厂飞到各基地的交付运输是由妇女航空队来完成的，不知这位翼下乘凉的老人，是否有类似的经历与故事。
机库即展馆，一共六个。
- Hangar 1 RAF Stories, The First 100 Years 1918–2018 综合展
- Hangar 2 The First World War in the Air 1914–1918 一战时期
- Hangars 3, 4 historic hangers and 5 也叫Bomber Hall 顾名思义面积最大。二战时期为主，包括皇家空军、Luftwaffe和第八航空队的主要装备。战后喷气时代展开直至70年代，英国航空业的全胜时期。
- Hangar 6， The RAF in an Age of Uncertainty 航空工业动荡的年代，英国自主/欧洲联合研制的机型。
一战馆，抱着看文物的心态来补课。
早期的星型气冷发动机, 十公升排量马力只有百匹上下。To 气冷 or to 液冷， that is the question. 持续了40年。
螺旋桨的制造，多层木板材粘合靠夹具成型。木制螺旋桨并不代表落后，Fw190系列一直到D9，主要都是木制。
二战产量过万的机型很多，能活下来展出甚至保持飞行状态的，就屈指可数。
一战老机则可想而知，这架Royal Air Factory RE8，还有后面的Albatras D.Va，都是来自新西兰Vintage Aviator 公司的复制品，用到了部分原机的结构。对于航迷，如果能参与复刻老飞机，倒是不错的退休project。
Albatras D.Va 是D.1家族的后期型号，几个有意义的知识点：
- 与当时普遍的框架结构加织物蒙皮不同，机身主体由纵梁和1公分的木制层压板半硬壳结构。层压板相当于承力蒙皮，增加了结构强度和抗损。
- 直列6缸液冷，160匹马力，水平机动性略亏。但加速和爬升能力占优，空战中给了飞行员接敌的选择自由。（论航空器遗传学）
- 1917年4月，面对攻势且整体数量占优的英国皇家飞行队机群。德国人通过在地面前线预警，协调集中机群阻击，在己方控制线后接战(被击落飞行员的生存率)。加上装备质量与训练优势，击落245架，交换比接近4:1。被打懵的英国人大受震撼，史称bloody april。二十多年后，学到的教训被原封不动地还了回去。(论历史的轮回）
Last but not least, 一战结束后Albatras 公司来了一个新的试飞员。这个小伙子志在航空，战时遵从家训当了骑兵，战后一拿到机械工程学位就加入了航空业。战后军工行业困难，公司破产在政府的压力下并入Focke-Wulf，那个年轻人也开始参与设计工作。他叫 tank， KURT WALDEMAR TANK。
进三号馆,眼花缭乱如入宝山，
先聊喷火吧，三件事
1. 喷火的家族识别。
茴字有四种写法，年资深一点的航迷也喜欢搬弄考证。喷火算上研发中没投产的型号，二十四个Mark.加上各种亚型大几十种是有的，喷学家可以研究半辈子。这张网图来自IWM
主要的视觉特征有：
- 桨叶数量，两片是原型机，I，V都是三叶，Mk.IX引擎功率提升开始用四叶，XVI和一些griffon引擎的later Mks是五叶
- 机翼类型A，B，C，D，E 上翼面没有明显凸起（机炮供弹）的是Mk.1, 切尖的大概率是Mk.V，是否搭载西斯潘诺机炮等
- 散热器布局，IX以前是右翼下方形引擎液冷散热器，左翼下圆形油冷散热器。从IX开始两翼下都是加大的引擎液冷散热器
- 引擎排气口，前期6后期12
- 引擎罩，griffon排量大横截面大，容纳气缸头的部分引擎罩突出很明显
- 气泡座舱盖，后机身修型
- 垂尾，IX以前基本相同，Griffon型号普遍加大了垂尾面积，顶部形状也有变化。
馆内陈列的型号有门口的IX，一号馆的Mk.V, 三号馆的I，XVI和F24。 没能一一细拍，用后来在IWM拍到 的Mk.Ia 比较一下。
2. Eliptical wing。双椭圆外廓主翼除了低诱导阻力，也给了喷火特有的优雅的气质。（过道对面 憨厚的109 😮💨）
然而机翼设计的来源，是否涉及抄袭有过一些争议。现今接受的版本，简短讲是这样的：
- 上世纪初英国和德国的航空理论家分别就椭圆翼做出了研究描述，英国人早了十年，彼此的研究独立，并无交流。
- 25年德国首先采用了椭圆翼在运动机上，后来有30年Heinkel He70，35年的He111。
- Beverley Shenstone 加拿大空气动力学家，早年在德国Junkers工作，并于提出椭圆翼研究的德国科学家有过交流。后来他加入Supermarine在Reginald Mitchell(喷火之父)手下工作,负责气动及机翼设计。
He70，与喷火的机翼投影如初一辙，然而翼型厚的多，毕竟是大型机。参考借鉴肯定是有，说抄袭就过了。
航空史上生搬硬套的事例茫茫多，读书人的事...
3. Spitfire experience， 博物馆的导览项目，坐进喷火的座舱，专人一对一的讲解，主要涉及这架Mk. XVI的历史，座舱内的操作，发动机启动管理，起降操作，主要仪表，武器系统等。细致程度适合航迷或有一定飞行经验的人。提前做个功课体验更佳。15英镑 很超值。几个小点：
- 后期型的聚酯玻璃很薄，进出座舱不能撑在上面。喷火的座舱带向下侧翻门，算方便的。
- 是否好奇过英式操纵杆的圆环加摆臂的复杂设计？喷火里坐姿很直，腿部横向空间有限。摆臂带着操纵缆可以减少左右满杆需要的空间。
- 务必清空口袋里所有零碎物品。座舱里没有地板，座椅下面就是线缆和机身蒙皮，杂物卡进去很尴尬。我忘了侧兜里还有地铁卡，害小哥费劲弄出来😳。
Spitfire 家族在机动性指标上一直堪称标杆，但航程不足的问题没有根本的解决。着空中战线的东移，第八航空队占据了舞台的中心。
回首40-41英国最艰难的日子，并肩战斗的Hurricane才是数量上的主力、付出了巨大的牺牲，贡献了不列颠之战六成战绩。
喷火的光环变成了传奇，Hurricane 却被渐渐淡忘。人性原本浅薄，事了拂衣去也许才是英雄最好的选择。
P51与P47的关系相仿。先说野马
广为流传的段子有两个：
NAA总裁面对英国采购负责人表示，“准备P40生产线的时间（我们就没打算这么干），用同样发动机和武器系统我们可以在四个月内造出更好的飞机。”（猫粉，这话耳熟）
“当我看到柏林上空的mustang...” - 戈林
段子难辨真假，性能不容有虚：
- 说烂了的两级增压的Merlin，其实面向低空的Alison并不差，低空最快的型号是51A，气泡舱盖阻力也是很大的。
- 基准内油184加仑，已经是喷火内油的220%。算上85加仑的机身增程油箱（稳定性限制先不展开），和两个标准110加仑的外挂油箱，飞不到柏林才奇怪。转弯性能比喷火差一些也不奇怪。
- 非常低的寄生阻力系数 0.0163, 等效面积0.35平米不到。这可是相当大的一架飞机。相比尺寸小的多的109F，除了低速区诱导阻力差异太大吃亏外都是优势，然而野马没理由慢下来打。
低阻来自于一系列的技术运用，广为传播的两条
- NACA45-100 层流翼型，利用了NACA在低阻翼型的前期研究成果。至于量产是否能保证足够工艺精度，战时粗放维护条件下能否达成实现层流的苛刻条件？至少这是一个相对低阻的翼型。
- 机腹散热（集中布置了液冷交换器，油冷交换器，增压器after cooler）配以可调喷口，带来的Meredith effect （冲压进气加热膨胀产生正推力）。实际环境下是否有净正推力，这一点存在争议。不过只要能抵消一大部分散热器的阻力，相比翼下布置，减阻，提升机翼效率，腾出翼内空间布置油箱，简直赢麻了。（Hurrican 也是类似的布局）
减阻靠的是全面的细节功夫，现场观察感受非常直接。近80岁高龄的老飞机，经历过多少次拆修，想想出厂的样子。
- 除了发动机进气和机腹散热进气，再无多余的进气/整流装置。设计定型晚，不需要像喷火 德系机型那样应对发动机，武器系统和机载设备的不断升级。
- 完全覆盖的两片式主轮舱门，完全收放带舱门的尾轮。有了充足动力的保证，用重量和复杂性换取更低的阻力是合算的，这一点美国人走在了欧洲同行前面。（737 😳）
- 机翼.50机枪开口，也采用了NACA验证的低阻设计。
- 机身曲线异常平滑，首次完全采用conic曲线数学描述机身设计，减少干扰阻力。
- 优秀的加工工艺，见不到一颗凸起的铆钉，优化摩擦阻力。英国人表示如果喷火能有同等的制造条件，还能快不少。
美系优势可以归总三点：
- NACA（NASA前身）的基础研究，国家机器的前瞻性投入
- 私营公司运用、整合新技术的能力
- 强大的工业制造能力，低成本 高效率 高质量
令人窒息的对手
Jug只说了一个词， POWERRRR！
前面的发动机是喷火后期型的Griffon，不要被这个视角误导。
这边英国人的Tempest， 与P47定位类似。虽然采用液冷发动机，也是二战末期身大力不亏的路数。 他的前辈Typhoon借出展览，两者容易弄混。
P47用的是R2800双黄蜂，一级机械增压加涡轮增压。整个系统体积庞大，涡轮，进气，送气，排气，中冷，机身必须粗壮。
如果A10是在一门炮上造了一架飞机，那P47？
对比同款R2800，两级三速机械增压配置的F4U，涡轮系统（灰线）可以调整压缩比，始终保持最大的进气压力满功率输出。越是高空动力优势就更为明显，也正是P47相对P51占优的包线区间。
P47在43年更早装备第八航空队为轰炸德国任务护航，啃的是还能打的Luftwaffe硬骨头。等年底P51大量装备的时候，对手大势已去，Jug也开始加入喷火的行列，转型CAS。产量接近，战绩接近的P47，为什么完全被野马抢走风头？
除了颜值公关吃亏，航程与速度上的些许劣势，还有成本的因素。 P47的出厂价43年币值83,000美元，野马只要51,000, 更早出局的P38则是97,000。
经济账的背后，是国家采购新装备的支付能力，工业界快速研发换代批量交付的能力，拿出装备的最优解，支持指挥官去完成目标。女王的军队比不了，对手的日子就更难。
苦撑东西两线，打满全场的luftwaffe两兄弟。
The biggest engine on the smallest aircraft 一句话概括了109。这架E3上的DB601 有33.8L，而同期Mk.V 的Merlin45才27L。
最大的动力匹配最小的重量与阻力，作为前线空优战机是正解。后来美国人把mig的设计思路总结为All engine no fuel，作战思想相近，工程方案也趋同。
不同与英美系战机，设计渊源，测试数据易于考证。战后德国千疮百孔，技术档案资料散失殆尽，关键人员也难以探访。大部分比较研究，靠对战利品的集中测试进行，受限于短缺的零配件，引擎工况，并因燃油品质不同影响结果（德国和日本一样，受困于低质燃料。美国人对紫电，疾风的测试数据，远超实际运作水平。）。
一些设计思路更是难于考证。比如109为什么采用倒置的V12？
有一种说法是为了降低轴心机炮的安装重心（火力布置的话题待190再聊）。然而
可见中置机炮主体在发动机防火墙之后，只有炮管在输出轴里。
剩下推测有两种，一是配合机身造型减阻。二是降低场外维护的难度，想象一下你是维修技师要更换全部的火花塞，站在地上就搞定了。
英美系的两级两速/三速的设计，增压器通过齿轮系连接主输出轴，跟引擎转速存在固定线性关系。每一级增压瞄准一个固定的作战高度优化，提升manifold pressure进气压力（决定着引擎输出功率）。超过这个高度增压比不能满足需要的进气压力，引擎出力开始下降，直到更高一级压缩机/速度介入提升进气压力，进入下一个循环。接近三万英尺最后一级压缩比用掉，引擎出力开始随高度线性下降。
问题出在低空，最低一级的增压器的优化高度也在12000英尺上下，低于这个高度同样的引擎转速会造成进气压力超过安全值，敲缸损毁引擎。必须通过限流来控制进气压力，影响到引擎效率。而这个机械系统上还耦合着控制发动机输出的定速螺旋桨控制器，又是另一套控制区间。理论上想着就头大，实操规范固定化以后也许还好办。
英美系通过燃油优势，扩展进气压力上限和输出包线，提升性能的同时部分解决了这个问题。德国的早期引擎设计都是基于普遍的B4燃油标号87。英美空军燃油标号100往上，允许的进气压力就差了20%。所以DB601大得多的排量输出功率却相近。诺曼底登陆的时候盟军甚至用上了采用新型抗震添加剂的150标号燃油，griffon引擎的Mk.XIV可以获得36磅的压力，海平面飞到400mph，高空450mph，升限50,000英尺。当时的德日工程师如果得到这个情报，不知道是什么心情。
德三的武器设计经常被评价为 Over Engineering，但其中优秀的案例也比比皆是。DB601的机械增压设计就完全不同，非常先进。
英美系增压器紧贴在engine block后，进气压缩完成180度的气流转向进气歧管。
DB601的压缩机是90度侧置，所以德系引擎罩这个位置安排进气和空滤。190A系的进气差不多也在这个位置，藏在引擎罩下面，外面看不到。
更关键的是压缩机叶轮通过一个液力变矩装置跟主轴相连，可调速。
这个设计能在更大的高度范围内，连续调节压缩比，匹配进气压力，优化引擎输出，提升效率。
也非常适合luftwaffe 东线低空，西线高空的需求。可以集中的资源，全力生产满足前线需求。
后期引入了GM1，MW50等喷射添加剂，通过气化吸热降低进气温度提升压力，增加燃烧工质，大幅提升引擎输出。每次使用时间5-10分钟左右，携带量可满足三次（中间需要等引擎降温），基本满足战斗紧急动力输出的需求。
同时期，109特有的自动前缘缝翼slats。配合后缘襟翼可以改善低速操纵性和失速特性。这个slats是Spring loaded，靠飞行时与气动压力的平衡，自动控制伸出与缩回，没有调整限位，也没有左右机翼的联动装置。地面状态时可以地勤手动压回去，直到飞机下一次启动再自动伸出，避免卡入异物。
我去的时候这个缝翼就是缩回状态。没有拍到展开状态的细节，上面借一张网图作对照参考。
实力雄厚的美国人可以不断换代，其他阵营还是集中资源挖潜，形成了几个主要机型家族。
其中Fw190系列的综合评价很高。从整个生命周期来看，其性能指标并不突出。但在实战中的表现，一直为东西两线的对手所敬畏。
总设计师Kurt Tank，独特的个人经历和教育背景，用更贴近实战的思路来规划190的定位，并在动力系统，飞行控制系统，人机界面采用了一系列的创新设计。在二战航空技术研究者中评价很高。非常值得展开细品，不好随意带过。
遗憾的是RAF 伦敦博物馆只有一架A8双座馆藏，陈列位置拍摄也不理想。等以后走了更多地方看到更多实机，再展开分享。
Bf110-G4 夜战型，配备FuG 202/220 Lichtenstein 雷达。 Bf-110原本速度就不快，天线的巨大阻力让追击任务更艰难，应急的stop gap solution。
42年间专攻夜间任务的英国轰炸机群，开始屡屡被精确追踪，让盟军非常紧张。获取雷达信号特征是拿出干扰方案的关键。英国人专门改装了一家威灵顿轰炸机搭载电子设备随队出击作为诱饵。求锤得锤，多次任务后终于被德机盯住，打的千疮百孔。挣扎飞过海峡后迫降在kent郡外海里。机组奋力带出了记录信号的装置，被授予 Distinguish Service Order , 仅次于Victoria Corss。后者相当于Medal of Hornor，可见军方重视程度。
为航迷熟知的Mosquito，也曾加装Serrate 系统 （早期的RWR）, 追踪配备雷达的德国夜间战斗机，hunter hunted.
盟军与luftwaffe夜战部队在云端电波上的持续较量，同样惊心动魄。
馆藏陈列的这架是45年产的B35后期型，投入使用的时候战争已经结束了，保存完好。
战争的势头此时已基本清晰，而更高技术位面的较量则刚拉开序幕。
Fritz X，43年首次投入实战的无线电遥控制导反舰制导炸弹。尾部有燃烧发光装置，bombardier需全程观察炸弹和目标方位，控制下滑轨迹命中。
技术流的美国人从41年开始，开展了多个制导项目，包括电视人工, 无线电遥控无人机，雷达全自动等，陆续投入实战。 然而公众只会记住第一个，就像Sputnik。
44年欧洲战场，美国开始用老旧轰炸机改装成无人机，满载炸药遥控撞击V1发射基地。8月份一次任务中，载机意外提前爆炸，导致 Joseph P. Kennedy Jr. 和另一名机组丧生。老肯尼迪痛失长子，全盘规划的政坛之路留给了二儿子，另一个肯尼迪入主了白宫。
众多第三帝国末日项目之一，Heinkel He 162 Volksjäger，戈林的人民战斗机。同期的喷气发动机结构简单、节省工时，造价只有活塞发动机的三分之一。He 162 尺寸小、木制、结构简单，一切为了大量生产。为了避免飞行员逃生时被吸入进气口，配备弹射座椅，单座飞机首次。
待解决完一系列严重问题开始量产的时候，时间已经来到45年1月。Too few、too late.
从35到45年，动力，材料，结构，气动，电子系统，人机工程，自动控制，战争把技术推进到了前所未及的高度。
喷气动力的研究由英国人开始，德国人抢先铺开实用。跨过早期障碍后，开始释放潜力，对抗也进入了新的篇章。
上篇完
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310112100042806
发表于 2023-4-13 03:52
发表于 2023-4-13 09:52
楼主的照片把这种感觉表达出来了，色调更是抑郁中透露着曾经的磅礴
