全金属半硬壳时代另类 美国木质XP-77战斗机 浪费时间金钱的产物

引言

第一次世界大战期间，军用飞机（Military aircraft）被大量应用于战场上。早期的军用飞机，结构都非常简单，其机身及主翼骨架均采用木材制造，骨架外覆盖有织物（大多数为布料）制成的蒙皮。

容克斯J1 历史上第一种全金属结构的飞机

1915年12月初，一架采用全金属结构制成的单翼飞机，被送到位于德国勃兰登堡州（Brandenburg）“第一飞机替换部”（Fliegerersatz-Abteilung 1 FEA 1）所属的达高·德贝里茨（Dallgow-Dberitz）机场。它的到来，立刻引起“第一飞机替换部”人员的围观。在仔细的检查了这架飞机之后，他们先是对其采用的全金属结构，感到非常的惊讶，随后开始严重怀疑，它能否像其他飞机一样飞起来。

容克斯J1 历史上第一种全金属结构的飞机

12月12日上午，试飞员西奥多·马林克罗德（Theodore Malincrow）中尉，在朋友的帮助下爬进了那架全金属结构飞机的驾驶舱。在一切都准备就绪后，考虑到起飞距离会很长，马林克罗德中尉驾机选择用机场里最长的一条跑道起飞。随着滑行的速度越来越快，令在场人员感到惊讶的一幕出现了，这架飞机竟然成功的离开了地面，并且飞到了离地3米的高度。虽然在随后的降落过程中，横风致使机身向左倾斜、左翼翼尖撞到地面损坏严重，但此次试飞，还是证明了将金属材料应用于飞机的可能性。

“舍本逐末”

一战期间的莫拉纳索尔尼爱L型飞机

第一次世界大战结束后，各国积极裁减军备，同时减缓了在国防工业上的投资。在这一段时间中，民用航空领域的需求，带动了包括机体材料（从木材、布料向金属材料转变）等众多技术的发展与成熟。

P-26，美国第一种全金属半硬壳结构飞机

到20世纪30年代中期左右，随着各国对于制空权越来越重视，加之民用航空技术的飞速发展，各国战斗机的结构，大多数已经演变成更为结实的全金属半硬壳结构，即机身和主翼骨架，采用金属材料制成，蒙皮则采用部分金属和其他非金属材质制造。但就在这个时候，在美国又出现了用木材来制造战斗机的情况，咱们今天就来聊聊这个事。

来自于对战略物资短缺的担心

“模型32”三视线图

1939年9月1日，德国闪击波兰，第二次世界大战爆发。后来不断恶化的战局，让美国察觉到，未来战略物资（例如石油、金属等）可能会出现匮乏的情况，从而对武器制造，特别是军用飞机的大规模生产产生影响（铝材）。另外，日本在太平洋地区的不断扩张，也将不可避免的损害美国的利益，参加第二次世界大战只是时间问题。

“模型32”的设计方案之一

在这一大背景之下，1941年10月，美国陆军航空军（United States Army Air Forces， USAAF）派出代表与各大飞机制造商展开讨论。讨论的目的，是希望能够开发一种大量使用“非战略物资”制造，尺寸小、速度快、机动性好的“轻型战斗机”。之所以会出现这种需求，第一是因为当时的美国军方认为，未来可能爆发的战争，会是一场艰苦且长期的战争；第二是如果与日本开战的话，“轻型战斗机”将非常适合在太平洋诸岛使用。

“模型32”风洞模型

10月30日，美国陆军航空军将该开发计划，交由贝尔飞机制造公司（Bell Aircraft）的首席工程师罗伯特·J·伍兹（Robert J. Woods）和他的团队来完成。

木材制造的小飞机

“模型32”风洞模型

在贝尔飞机制造公司，“轻型战斗机”的这个项目，最初被命名为“模型32”（Model 32）。后来，为了响应美国陆军航空军提出的三个性能要求，即发动机功率400匹、重量1814.36千克（4000磅）、每小时400英里（643.73公里），被改为“Tri-4”（即上述三点的简写）。在获得开发计划的六个月后，罗伯特·J·伍兹向美国陆军航空军提交了“Tri-4”的设计方案。

“模型32”风洞模型

“Tri-4”方案，采用了大展弦下单翼（配手动襟翼）、低平尾布局加一个十分紧凑的机身。发动机舱布置在机体前方，几乎占据了机体总长度的一半。驾驶舱布置在机体靠后的位置，配备了“水滴型”座舱盖。与贝尔飞机制造公司设计的其它战斗机一样，“Tri-4”方案，采用的也是“前三点”式起落架（区别于当时许多战斗机采用的“后三点”式起落架）。前起落架（单轮）布置在发动机舱下方，主起落架（单轮）布置在主翼下。方案中建议采用的武器装备，为一门20毫米机炮及两挺12.7毫米重机枪。

“模型32”风洞模型

“Tri-4”方案最大的特点，即准备大量使用所谓的“非战略物资”、也就是木材进行制造。其机体和主翼骨架，均为木材制成，并通过胶粘或钉子进行连接及固定。机体前部，即发动机舱部分覆盖的蒙皮，采用钢和硬铝制造；而机身后部的蒙皮，有资料显示是用塑料来制造的。

发动机带来的麻烦

“模型32”原型机机首结构

1942年5月，贝尔飞机制造厂将“Tri-4”方案的报价，提交给了美国陆军航空军。5月16日，后者在批准购买25架原型机的同时，提出了需要具备挂载136千克（300磅）、147千克（325磅）航空炸弹或145升的附油箱能力的附加要求。由于这样做的话，重量肯定会有所上升，为保证机动性等方面不受影响，罗伯特·J·伍兹等人只好放弃装备20毫米机炮的计划。至此，“Tri-4”方案的固定武装，只剩下两挺12.7毫米重机枪。

制造中的“模型32”原型机

最早计划为“Tri-4”设计方案选择的发动机，是游骑兵发动机公司（Ranger Engines）开发的“Ranger”XV-770-9型倒置直列式风冷增压发动机，它可提供580匹马力。据设计团队工作人员计算，“Tri-4”方案在选用这种发动机后，可在8229.59米（27000英尺）的高度，达到每小时659.83公里的最高时速。

“模型32”机首部分，可看到其详细结构

正当贝尔飞机制造公司准备开始生产原型机的时候，游骑兵发动机公司传来消息，称他们无法在一年时间内，准备好“Ranger”XV-770-9型倒置直列式风冷增压发动机。在这种情况下，贝尔飞机制造公司决定为原型机先安装功率较小的“Ranger”V-770-6型倒置直列式风冷发动机（功率下降到525匹）。但很不凑巧的是，这种“降档”发动机，贝尔飞机制造公司也只能获得6台。

XP-77一号原型机

由于发动机交付出现问题，1942年8月20日，美国陆军航空军将购买数量从之前的25架减少到8架（其中有两架不配备发动机，主要负责静态测试）。与此同时，军方将原型机命名为“XP-77”，序列号从43-34915至43-34920，并且规定第一批飞机在六个月内交付。

木质零件带来的麻烦

XP-77二号原型机试飞中

XP-77一号原型机

在开始制造原型机时，贝尔飞机制造公司又遇到了两个新问题：第一个是就是没有合适的木材（虽然有的木材合适，但是价格不菲）。第二个是贝尔飞机制造公司，没有用来加工木头的厂房及设备。在这种情况之下，贝尔飞机制造公司开始寻求与那些家具制造厂展开合作，让他们帮忙加工零件，但是找了半天，没有任何一家家具制造厂愿意与之合作，原因是他们无法加工出达到贝尔飞机制造公司要求精度的零件。

XP-77原型机与试飞员

几经辗转，并在美国军方的帮助之下，贝尔飞机制造公司终于与位于马萨诸塞州（Commonwealth of Massachusetts）的维达尔研究公司（Vidal Research Corporation）展开合作。经过多次尝试，维达尔公司终于加工出符合要求的木质零件。

XP-77二号原型机

木质零件带来的麻烦，不仅让第一批原型机的交付时间大大推后，还让成本大大增加。到1943年时，成本达到了250万美元。

木质“小飞机”诞生

XP-77原型机与B-29轰炸机

1943年8月3日，美国陆军航空军将购买数量，从之前的8架减少到3架（其中一架为不装发动机，负责静态测试的测试机）。

1944年3月初，第一架XP-77原型机（序列号43-34915）被制造了出来。该机机体、主翼骨架，用树脂胶水粘合的层压木制造，装备了一台“Ranger”V-770-7型倒置直列式风冷发动机（属V-770-6型发动机的改进型，520匹马力）。

XP-77原型机

1944年4月1日，试飞员杰克·乌拉姆斯（Jack Wulams）驾驶这架XP-77原型机进行首飞。飞行过程中，杰克·乌拉姆斯发现，当发动机转速达到每分钟1700到2300转时，会产生共振，从而导致机身剧烈抖动。在1219.19米（4000英尺）高度时，最大速度仅达到每小时531公里（330英里）。另外，起飞距离过长、视野较差（驾驶舱距离机头过远）、驾驶舱内噪音太高，“前三点”式起落架的收放也存在一定的问题。

XP-77与其它飞机对比

1944年6月前，第二架XP-77（序列号43-34917）原型机被制造出来。随后，两架原型机被送往位于佛罗利达州（State of Florida）的埃格林空军基地（Eglin Air Force Base）进行全面测试。1944年10月2日，第二架原型机，因操纵装置故障坠毁，飞行员成功跳伞逃生。

测试过程中出现故障的XP-77原型机

在此之后，第一架XP-77原型机，继续进行着各种测试。但美国陆军航空军方面，对其较差的性能感到失望。1944年12月2日，“轻型战斗机”项目被取消。随后，第一架XP-77原型机被送到赖特-帕特森空军基地（Wright-Patterson Air Force Base），最后在风吹雨打下变为一堆烂木头。

总体评价

测试过程中出现故障的XP-77原型机

最大飞行速度低（531公里/小时），不携带副油箱的情况下最大航程短（491公里，这意味着作战半径不超过150至200公里），起飞距离长（无法在野战机场起降），木质结构强度差、无法安装防弹钢板，火力差（只有机翼两挺12.7毫米重机枪）。存在这么多问题的“XP-77”，如果真的投入欧洲、太平洋战场的话，那只能充当一个被“吊打”的角色。

1946年的XP-77原型机

毫不夸张的说，“轻型战斗机”项目自开始之时，就只是一项浪费时间、金钱的技术实验。与那个年代“普通战斗机”相比较，它除了向人们展现用木材来制造飞机零件的复杂程度以外，再无其他作用。