钢铁是这样炼成的——谈Me109的制造技术（一）

原作发表于2002年航空史研究，文字无更新，配图和图示全新！

1930年代，当各大飞机制造公司的设计小组正在竭尽全力来提高其产品性能的时候，德国的飞机设计大师威利·梅塞施密特正在掀起另一场飞机制造技术的革命： 即将飞机制造产业化。 1935年出现的Me109正是其设计思想的最好体现，这种飞机不仅是二战期间产量最高的战斗机(各型总共生产了33000架，总装备数占德国全部战斗机装备数的60%)，而且也是许多德国王牌飞行员的首选座机，所以在很多人的眼里，Me109就代表了德国空军。 在长达30年的服役期里，Me109经历的西班牙内战，第二次世界大战和第一次中东战争，直到1965年，其西班牙的衍生型HA-1112才退役，在以下的文章里我们就来分析一下到底是怎样的一种制造技术使得Me109有如此之强的生命力。

早在一战期间，由于雨果·容克率先采用了管架式机体结构和铝制波纹蒙皮，使德国在航空制造领域大大领先于其他国家。停战之后，由于《凡尔赛和约》禁止德国生产军用飞机，雨果·容克转而将早先用于生产军用飞机的技术和设备用于民机生产，据此发展而来的F13运输机取得了理所当然的成功。与此同时，德国人并没有放弃生产军机的计划，除了为日本等国设计了一些军用飞机以积累经验之外，他们还大胆地将一些新兴的民机制造技术用于军用飞机，比如硬壳式和半硬壳式机体结构、全封闭式座舱、收放式起落架、可变桨距螺旋桨和翼尖前缘缝翼等等。反观其他国家（除了美国），虽然也从这些技术中得益，但由于受到保守主义的影响，航空制造技术的发展反倒是不如战败的德国。

威利·梅塞施密特也受到了这股风潮的影响，更重要的是，他认识到军用飞机的生产必须抛弃过去手工作坊式的生产方式，并要大幅降低造价，以适应未来战争所需的大规模生产方式。在生产Me109之前，BFW（巴伐利亚飞机制造公司，之后改名为梅塞施密特公司，所以Me109之前也被称为Bf109）生产了一系列的滑翔机和特技飞机，这些单翼飞机对梅塞施密特的影响极其深刻，促使他将一些更加简捷的制造技术用于Me109。

Me109的设计始于1934年，并于1935年9月进行了首次试飞。虽然Me109早在1936年的柏林奥运会和1937年的苏黎世航展上露过面，但真正引起世界瞩目还是在西班牙战场上，与这种采用全金属承力蒙皮、全封闭式座舱、收放式起落架和直列式水冷发动机的战斗机相比，He51甚至是当时风头正劲的I-16看起来都像是老掉牙的古董。但Me109也暴露出了不少问题，比如由于机翼面积过小而导致的过高的翼载以及机翼振颤等，不过这些问题不久便诸如襟副翼和翼尖前缘缝翼之类的增升装置解决了。

当然，与其它公司的产品相比，Me109最引人注目之处在于它是为大规模生产设计的，并采用了最先进的生产线技术。1937初，法国工程师Guy duMerle在西班牙仔细检查一架被俘的Me109B（第一种量产型号，装有木制的定距螺旋桨）。他对这种飞机赞不绝口，特别是其简捷的生产技术和可替换性给他留下了深刻的印象。1938年，他回到法国，以Me109为例证，希望法国的设计师们能将在设计飞机时考虑到制造技术的简捷化和产业化，但没有引起足够的重视。

与此同时，在英国，霍克飞机制造公司正在研制一种高性能的单翼机（也就是之后的飓风式战斗机），以替代悍妇式双翼机。但从根本上来说，他们的设计可以说是换汤不换药，因为这种飞机仍采用了与悍妇式相同的管架式机体结构。这种过时的设计对于战争所需的大规模生产并不适宜，而且在很大程度上限制了其改进潜力。在法国，Morane-Saulnier MS.406有着同样的缺陷。

当然，随着战争的爆发，各国也逐渐认识到了简捷的制造技术的重要性。不过此时，Me109又一次走在了前面，通过减少零件数量和制造工时，其改进型号的生产变得更加简捷，当Me109F取代Me109E投入生产时，每架飞机制造时间减少了30％，从9000小时降到6000小时，同时其单价也下降了五成左右（由奥地利维也纳Neustädter飞机制造公司生产的Me109F的单价是63000德国马克）。

机体架构

Me109 的机身可以分成前、后、尾三部分。 前部包括发动机支架、发动机防火墙和驾驶舱，发动机防火墙呈梯形，但并没有将发动机和驾驶舱完全分隔开，为了容纳一些辅助部件，比如Me109F上的那挺桨毂同轴航炮的炮管，不得不在防火墙上开口，使之能延伸到驾驶舱。 在驾驶舱地板的下面是工形主梁，由一根硬铝板和两根横梁铆接而成（硬铝于1909年由德国的杜拉公司研制，所以也称为杜拉铝，它是由纯铝掺入少量铜、镁、锰等制成的轻质高硬度合金，最初用于齐柏林飞艇上，之后用在容克公司的飞机上，由于不能焊接，所以只能通过铆接的方式连接）。 后部机身由左右两半拼接而成，每一半由7块蒙皮壁板组成，这一点很像现代的塑料模型飞机。 这种酷似虾尾的结构是Me109最值得称道的部分，所以在其众 多的改进型号上，这一部分除了增加了一些开口和紧固件之外，基本上没有改动。 每一块蒙皮壁板由0.8mm厚的硬铝制成，使其既保持了良好的延展性和弯曲性又有一定的强度。 如果仔细观察某些Me109的这部分机身，你会发现每一段壁板上都有数字编号。 标有偶数的壁板是承力部件，也可以说是机体构架的一部分，其左右两边都有双Z形的突缘伸向机身内部。 而奇数壁板只是弯曲的蒙皮，他们被铆接在偶数壁板的其中一个Z 形突缘上，以形成一个平滑的机身外表面。 在机身内部，数根Ω形截面桁条穿过偶数壁板的另一个Z 形突缘，并通过埋头铆钉将各块壁板铆接在一起，以形成横向骨架。 最后，在顶部和底部用两根超宽Ω形截面桁条将两半机身铆接在一起。 如此的设计在当时可以说是非常先进的，既兼顾了简易性和强度，又有很好的气动特性，相比之下，喷火和众多法国战机仍在使用半埋头铆钉。

8） 两半机身合体，需要工人钻进去打铆钉

尾部直接铆接在后部机身上，支撑着尾翼，并为尾轮提供收放的空间，F型采用的是弹簧固定的收放式尾轮（之前采用的是固定式尾轮），但很多飞行员为了防止机械故障或是战损而导致尾轮放不下来，仍将尾轮锁死在放下的位置上。

起落架

Me109的主起落架支柱通过复杂的锻造钢制构架直接连接在前部机身的两侧，并由一组支撑杆加固，而这组支撑杆同时还支撑着两个倾斜的发动机支架，以及机翼的前部连接点，这种将承力系统三合为一的设计能将机身载荷（特别是着陆时受到的载荷）集中在一个相对较小并且经过加固的区域，使得了机体结构强度有了大幅增加。但这种设计也有一些弊端：任何一部分的连接部件断裂都会对整个机体结构造成严重的破坏。

由于Me109的主起落架是连接在机身侧壁上的，所以主轮轮距过窄一直是Me109最头痛的问题，为了增加轮距，主轮支柱被设计成各向外撇开17度。但即使如此，轮距还是太短了，比如Me109E上主轮轮距是1.97米，G型是2.06米，而K型是2.1米。很多人认为过窄的轮距是导致Me109着陆事故的主要原因，但这并不完全正确，喷火的轮距甚至更窄，只有1.68米。事实上，由于起落架支柱不是垂直于地面的，所以着陆时的撞击载荷并不是通过主轮支柱传导到转轴上，而是会在脆弱的液压收放作动筒的压力头上形成一个侧向力矩。并且，由于主轮支柱过于靠前，使飞机的重量分布不均，尾轮支撑着很大的一部分机身，所以在着陆时飞机的重心更靠近尾轮，如果正好遇到凹凸不平的地面或是转向过猛极易使飞机转向失控甚至是原地打转。而这都会在液压收放作动筒的压力头上施以很强的横向应变，轻则使机身翻覆，重则使起落架折断。

德国人很早就认识到了问题的严重性并竭力改进，比如加长尾轮支撑杆、提高垂尾高度和加装尾轮制动系统等，但最终他们还是放弃了，因为必须改变整个机体结构才能彻底解决问题，而同时起落架的很多优点也将不复存在。比如，由于飞机的重心靠后，着陆的时候不需要滑跑很长的距离就可以使尾轮着地，刹车时头点地的可能性也大大减少。其次，机翼不必承受地面载荷，可以造的更轻更简单，理论上也有更多的空间装载武器。最重要的是，由于起落架是独立于机翼的，所以机翼的制造、安装和拆卸变得更加简单，这在战时是十分重要的。二战末期，很多Me109是在很窄的坑道里生产的，然后在露天用很少的时间安上机翼，这对于别的飞机来说是很难想象的。

此外，为了将机轮完全收入机翼内，必须要研制一种特别窄的轮胎，并尽可能减小轮轴和主轮支柱之间的角度。当设计第一架原型机Me109V-1时，这种轮胎还没有研制出来，所以不得不在上翼面设计两个很大的鼓包，以容纳机轮。但由于战斗机重量的不断增加，导致机轮的尺寸和机轮主轮支柱之间的角度也势必增加，所以在G-4上，类似的鼓包再次出现，并在后期的型号上不断增大，这也说明Me109已经达到了设计极限。

Me109V-1的机轮鼓包

主翼

主翼以单根翼梁为承力中心，但为了给主轮腾出空间，这根翼梁并不在机翼最厚的地方，而是在机翼的45%弦长处。翼梁与上翼面铆接在一起，并由相对较少的翼肋和桁条加固。下翼面则由若干可以轻易拆卸的翼板组成，并在中部开有一个很大的舱口，以容纳起落架和散热器。主翼通过3个连接点与机身相连接，2个在主梁突出部的两侧，另一个如前文所述，在机翼前部，主要用来传递扭转载荷。以上这些设计使得机翼的制造过程十分简单，而且大幅降低了重量，但却牺牲了结构强度。所以当Me109在高速机动时，副翼的偏度会使机翼变形，这会减小操纵效率，并使滚转速率降低。喷火也有类似的缺陷，但并不严重，而象台风、暴风、P-51 和 P-47这类飞机则根本不受这一缺陷的困扰，所以与Me109相比，在战术上它们更有优势，尤其是在俯冲时。

缝翼也经过几次简化，比如为了在机翼内安装武器，每条缝翼的长度减小了。其长度从 Me 109B（没有机翼航炮）的2.9米降到E型的2.29米，再降到F型的 1.76米。由于缝翼作用是改变流经上翼面的气流并延缓气流的分离，所以长度的减小看来并没有影响其操纵特性。

Me109的前缘缝翼在低速时自动伸出，增加升力

1939年4月26日，Me109以755公里/小时的速度打破了世界纪录，不过 Me109在实战中的速度可能更高。1943年，试飞员卢卡斯·施密德（Lukas Schmid）驾驶一架经过特殊改装，并装备了弹射坐椅的Me109F，在 5,790 米的高度成功地达到了900公里/小时。为了增加飞行速度，梅塞施密特的设计小组采用了一种简单的解决方法，就是减少机翼面积。F型的第一架原型机 Me109V24的新型机翼和Me109E的机翼几乎完全相同，但短了大约0.5米，副翼长度也从1.68米减小到1.45米，同时弦长轻微增加，以弥补舵效率的损失。虽然目的达到了，但增加了翼载，导致难以操控的飞行特性，所以最终F型还是采用了比E型稍大的翼展（7.16米），并在机翼上加装了一个椭圆形的翼尖延伸部分，看起来很像简易版的喷火机翼。

Me109V24的图纸，翼尖还是E型的

由于增大了展弦比，F型机翼的诱导阻力大幅下降，并提高了偏转性能。此外，为了追求更好的气动特性，还将散热器移到了翼根处，并将原来的布制襟翼蒙皮替换成了铝制。这使得 F 型的操纵性能明显提高，而后期的G型和K型虽然采用了类似的机翼，但为了提高高空性能和火力，操纵性能反而不如F型。

Me109F的翼尖原件

尾翼

尾翼的结构很标准，垂尾和水平安定面是全金属结构的，方向舵和升降舵采用的是由冲压合金翼肋组成的轻型框架结构，布质蒙皮。虽然以当时的标准来衡量，Me109在某些方面非常先进，但一些落后于时代的设计仍使人惊讶，比如在F型出现之前，Me109的水平安定面和下部机身之间仍保留着支撑杆。而由于垂尾和水平安定面的机翼面积很小，所以采用了非对称的机翼曲面用以抵消螺旋桨扭距。

在初期的型号上，方向舵采用的是一种动态补偿方式——突角补偿，不过由于缺少调 整片，操作起来很费力，在后期的型号上，方向舵使用了木制组件使得强度降低，所以不得不使用静态补偿方式——在铰接点上安装了一块固定式配重，并加上了调整片。

随着发动机功率及螺旋桨扭矩的增加，垂尾和方向舵也不断被增大。这些增大的部件是由早期型号直接翻新而来，但和原先较小的型号相比，在偏航飞行时操控性能显得有些不足。为此，德国人设计了一对优美的蝶形尾翼，安装在一架编号为 Werknr 14003/VJ+WC的 Me109G 上，并于 1943年3月到5月间进行了试飞。试飞员鲍尔（Baur）和温德尔（Wendel）认为其结果令人失望，起飞时的偏航控制甚至比普通的 Me109更加困难，已经大大超过了一般飞行员的能力，所以不久计划便被搁置下来。

随着战争的继续，为了减少战略原材料的消耗，特别是铝合金的消耗，许多铝合金制成的次要部件逐渐被胶和板所替代。早在1942年，Me109G上检查舱口、仪表板和座舱地板已经就已经开始木制化，而G-6和G-14采用了全木制的尾翼，它们和金属部件结构完全相同（当然性能要差的多），并可以完全互换。二战后期，更多的机体结构使用了木材，这也是为什么最终改进型 Me109K被称作“混合结构飞机”的原因。

作者定期在孔夫子旧书网出售二战相关二手书籍，点击以下链接访问作者的店铺。进入首页，选择全部商品就可以看到在售书籍：

如无孔夫子账号，可以在咸鱼交易，请在公众号给作者留言，有包邮优惠！