讓P-51戰鬥機稱霸天空的工程'錯誤'

日期為1944年3月4日，柏林上空28,000英呎處。一隊美國重型轟炸機編隊， B-17空中堡垒正在執行比以往任何白天轟炸任務都更深入納粹德國本土的任務， 而且與他們並肩飛行的，是德國空軍根據所有計算都認為不可能出現的事物。 存在一架單引擎的美國戰鬥機，護送轟炸機飛越柏林上空。國防軍元帥赫爾曼·戈林 戈林曾多年來一直作出一個明確的公開承諾。他宣稱，絕不會讓任何盟軍戰鬥機得以倖存。 永遠無法將轟炸機護送這麼深入德國境內。物理定律不容許這種情況發生。 燃油計算上是不可能的。然而，他們卻真的出現在那裡。P-51野馬戰機。銀色與橄欖色 灰暗。每架飛機配備六挺.50口徑機槍，使原本近乎自殺的白天轟炸行動變得截然不同。 變成德國空軍再也無法阻擋的事物。後來戈林向他的美國審問者這樣說道 在1945年的紀錄中，當他看到梅塞施密特戰機出現在柏林上空時，便知道大勢已去。 但戈林並未理解這一點。這一點，德國方面也沒有人明白。 不是在1944年3月。也不是在後續的分析與俘獲的飛機所經歷的年份裡。 擊落他空軍的那架飛機，根本就不是應該建造的樣子。 它腹部凸出一個散熱器，就像一個水泡一樣。對一輛車來說，這簡直是一場徹頭徹尾的災難。 空氣動力學家。它配備了不適合其最終用途的發動機。它的機翼也無法胜任。 實現其設計者所承諾的功能。三個工程上的選擇，無論從 commissioning, testing, and operation, the system consistently met or exceeded performance expectations. 1940年代的傳統標準看起來就像是錯誤。三個錯誤共同造成了 二戰期間最致命的戰鬥機。如今，我們所關注的並非 殺人數才重要。我們不在意銀色機身的浪漫，我們在進行法醫分析。 審計。我們正在提出德國工程師在1945年佔領工廠時所提出的問題。 而且無法回答。三個看似工程失誤的選項是如何結合起來產生的？ 一架飛機，其速度、爬升能力和航程都遠超納粹德國所能投入空中作戰的任何飛機？ 要理解戈林那天在柏林上空看到的情景，我們必須將時間倒回三年半前。 一段持續約30秒的兩人對話，以及一項紙面上的決定 本不該被製造出來。第一部分。1940年4月。法國距離崩潰僅剩數週。英國皇家空軍 德軍正為將來的不列顛戰役做準備，同時一組英國官員 自稱為英國採購委員會，由亨利·塞爾夫爵士領導，走進了 加州英格爾伍德的北美航空公司的辦公室，並提出一個具體要求：為我們建造一架 寇蒂斯P-40在授權生產下盡快趕工，英國急需戰鬥機。對面桌上的那人 他們之中有詹姆斯·霍華德·金德伯格，所有認識他的人都稱他為「荷蘭人」，他是總裁。 北美航空。他幾乎從零開始，將北美航空打造成為一家具實力的公司。 航空公司的總經理，而他辦公室隔了三間房間有一位首席設計師，這位設計師一直默默無聲地工作。 多年來沉迷於훌격設計。金德伯格找到那位設計師，只問了一個問題 問題。設計師的名字是愛德華·施穆德。他是一位自學成才的德國移民。 曾在福克公司短暫工作過，且天性正是那種有條不紊的類型， 一個平淡無奇的工程師，沒有人會拍電影講述他的故事。根據施穆德本人後來的敘述， 保存在他個人文件中的記載顯示，金德伯格直截了當地問他，他們是否想要建造 P-40戰機在北美公司與施穆德處 Peek，他們已等待多年，就為了迎接這樣一個問題。 給出了一個已成為航空史一部分的答案。他說他們不應該建造一個 過時的飛機。他們應該造一架新的。整個對話就這樣。就這樣。 P-51野馬一誕生，但這裡正是工程錯誤開始之處。 因為施穆德所提出的建議，表面上看來是不可能實現的。英國方面表示他們需要 立即飛往。金德伯格返回他們那裡，提出了一個合理的人不會拒絕的還價。 商人本該這麼做。他告訴亨利·塞爾夫爵士，北美公司能夠設計出一個完全全新的方案。 從零開始打造一架新戰鬥機，製造出可運作的原型，並在120天內讓它飛上天空。 120天內完成軍用戰鬥機的設計、工程與建造。相比之下，P-38閃電式戰鬥機 從概念到首次飛行花了大約兩年半的時間，而P-47雷電戰鬥機則幾乎花了三年。 金德伯格提出可在四個月內完成同樣的工作。英國人因迫切需要任何幫助， 同意。合約簽於1940年5月。以下是大多數人不知道的部分。 北美團隊並不需要完整的120天。此原型機被命名為NA-73X，其 民用註冊編號 NX19998 的飛機被推上礦場機場的滑行道摈，該機場即今日的機場。 洛杉磯國際機場，恰好在合約簽訂後的102天。它當時 以借來的AT-6教練機的起落架推出，因尚未安裝引擎。 艾莉森尚未交付V-1710，便與一個木製模型一起被拍攝了照片，刊登在報紙上。 排氣煙囪。但那是一架飛機。一架在102天內建造完成的飛機。當引擎啟動時 終於抵達，10月26日，自由職業試飛員范斯·布里茲爬進駕駛艙時。 1940年，滑行出發進行首次飛行，飛行了五分鐘，然後又過了十分鐘。 就在同一天，那些建造這東西的人意識到，他們手中掌握著某種不同尋常的事物。 奇怪的是，它的腹部竟垂挂着一些东西。因為埃德加·施穆德在壓力之下 在截止日期前，已做出一個決定，這項決定將讓全世界其他所有武打設計師都無法不感到震撼。 告訴他這是個錯誤。他將飛機的主要冷卻散熱器——那個熱交換器——放置在了…… 將熱量從引擎冷卻液中抽出，而不是在引擎下方，也不是在噴火式戰鬥機的機翼根部。 放在機身腹部下方，位於駕駛艙後方很遠的一個吊架上。 一個伸入氣流中的導流板。一個根據每位空氣動力學專家計算，本不應存在的導流板。 應該會產生如此大的阻力，以致於飛機永遠無法達到所需的飛行速度。 高速飛機的散熱器存在已記錄且可量化的問題。 李·阿特伍德，北美航空公司的副總裁，在數十年後於一篇文章中解釋了這一點。 刊登於1999年5月的《飛機雜誌》。他寫道，在全功率運作時，野馬飛機的螺旋槳產生的推力約為 一千磅的推力，而散热器产生的阻力約為四百磅。 發動機每產生一英磅推力，幾乎有一半都用來維持發動機自身運作。 來自自身熔化。這是在1940年每一架液冷式戰鬥機面臨的核心問題。 不是如何讓引擎更強大，而是如何冷卻引擎，同時不損壞飛機的性能。 大多數工程師的回應是試圖將散熱器做得更小，並將其收進氣流之外。 施穆德的團隊卻做了相反的事。他們把它放在了最糟糕的位置。他們製作了那個勺子 巨大而顯眼，他們故意把它掛在駕駛艙後方，讓每個人都能看見。 航空界在首次仔细審視這項設計時，對它表現出相當的禮貌。 英國人接受了這架飛機。首份生產合約已簽訂。共320架機身， 英國皇家空軍指定為「野馬MK1」。但在戰鬥機設計師的圈子內部，卻有著 安靜的假設，北美已經孤注一擲卻輸了。接著原型機墜毀。十一月 1940年，20日。北美航空公司的首席試飛員保羅·巴爾福，被指派駕駛NA-73X進行飛行。 高速測試。根據史莫德在其個人筆記中保存的紀錄，設計師 他自己主動提出在飛行前'ào導巴爾福走過駕駛艙程序。巴爾福 據報導，他拒絕了。一份帳目記載，他說其中一架飛機就像另一架一樣。大約12架 飛行開始不到幾分鐘，巴爾福的燃油就用盡了。他忘了切換到備用油箱。 艾利森引擎停止運作。他降落在林肯大道西側的一片翻耕過的田地裡，原型機則是 那架後來成為戰爭中最著名戰鬥機的唯一現存樣例， 翻轉過來，朝天而躺。這架飛機的總飛行時間已達三小時二十分鐘。 「野馬」計畫本可以就此結束。但它並沒有。飛機被從場地拖了出來。 並重新建造。新的首席試飛員羅伯特·C·奇爾頓接過了該項目，當奇爾頓接手時 他進入了重新建造的NA-73X，並在他的紀錄中留下了一張字條，這張字條至今仍被保存著。 他說這架飛機飛行起來非常順暢，沒有任何不良的飛行特性。一架每位設計師都說過的飛機。 不該飛行，僅用102天建成，第五次試飛時墜毀，如今卻飛行與操控更佳 任何當時在美國服役的戰鬥機都無法與之相比。北美公司的工程師們知道一些別人不知道的事。 航空界的其他人都明白。他們清楚自己為何會把散熱器安置在那個位置。 數學顯示，那個凹槽——每個空氣動力學家都稱之為錯誤的東西—— 原本是要產生推力，而不是減少阻力，是要產生推力。高溫的排氣會推動 飛機向前。如果這是真的，那麼人們對戰鬥機設計的全部認知即將迎來重大改變。 變更。第二部分。要理解為何那個散熱器飾板成為整個野馬車款故事的中心， 我們必須再往前追溯五年，回到1935年，一座位於皇家飛機廠的研究大樓。 位於英格蘭法恩伯勒的設立。那裡工作的男子名叫弗雷德里克·威廉·梅雷迪思。 他是一位英國工程師。他並不出名，也沒有什麼人脈關係。他正在解決一個問題。 整個航空界都認為是一項永久性的限制。你則針對此情況進行了設計。 你設計時考慮了重力的影響。問題在於，每一具液冷活塞式航空發動機都必須排出 將大量廢熱排入大氣中。你所採用的方式是透過泵送 冷卻液流經散熱器，同時空氣被吹過散熱器。這個過程不可避免地產生了阻力。 拖曳力就是冷卻所付出的代價。你無法避免，只能盡量將其降至最低。梅雷迪思 問了一個似乎沒有人在問的問題：如果廢熱根本不需要…… 廢棄物？他在1935年發表了一份技術報告，英國航空研究委員會報告與 備忘錄，編號1683，標題為《飛機引擎的冷卻，特別參考乙二醇》 散熱器封閉在杜茨內。這是一種乾燥、數學式的表述，如果你仔細閱讀，就會發現它所說的內容是 革命性的。梅雷迪思主張，只要你能正確設計冷卻風道，只要空氣能夠順利流動， 通過精心設計的進氣口進入，於擴散器中減速，隨後通過 輻射器處於壓力狀態，然後通過一個收縮噴嘴排出，廢熱將會 一些意想不到的情況。它會加速排出的空氣。高溫的排氣流將會排出 氣流在管道內以較高於冷卻進氣流的速度流動，以及物理學中的動量變化 條件下，被強行推入。冷卻系統可能像一個原始的低溫衝壓噴射引擎般運作。它不會 產生足夠的推力以抵消所有冷卻阻力，但可能僅能抵消大部分。這成為 稱為梅雷迪思效應，航空業在1935年閱讀該論文時， 大多忽略它。理論論文不斷發表。許多