盗用“捉鬼天师”名号的鬼子战机,有何神通擒杀“英美鬼畜”?

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1938年5月20日清晨,在日本九州各地突然出现大量抗日传单,迫使日本军警大举出动,四处收缴。通过广播和分析传单纸张质地,日本人很快搞清了传单来源,在5月19日至20日夜间,中国空军第2大队第14中队的2架马丁139WC轰炸机(即美制马丁B-10轰炸机的出口型),在徐焕升指挥下从中国宁波起飞,跨海远征日本,在福冈、长崎、熊本等地抛撒传单200万份,这就是史上著名的“纸片轰炸”。此时,中日全面开战已近一年,中国战机飞临日本上空是前所未有之事,令日本军界大为震动,尤其是负有本土防空职责的日本陆军航空队颇受刺激,由此催动了对重火力高速截击型战斗机的研发……

1938年5月,孔祥熙(左一)接见参加“纸片轰炸”的徐焕升(右二)等人。

一、轻战还是重战?

在20世纪30年代中期之前,日本陆军战斗机始终遵循“机动性至上”的设计原则,极力追求水平盘旋机动能力,以期在一对一的格斗空战中击败敌方战斗机,以夺取战场制空权。1937年列装的九七式战斗机(キ-27)就集中体现了上述设计思想,虽然采用了全金属机身、下单翼布局和封闭式座舱等新技术,但保留了固定式起落架,时速仅470千米/小时,武备仅为2挺7.7毫米机枪,以机动敏捷见长,作为太平洋战争爆发前的陆航主力战斗机生产了超过3000架。同期日本陆航战斗机飞行员的训练也以格斗空战为中心,追求在水平机动中进行咬尾精确射击,摧毁目标。

1937年列装日本陆航的九七式战斗机,仍采用固定式起落架。

然而,同时期欧美航空界结合各项新技术打造的新型战斗机呈现出不同于日式战斗机的技术特点,以德国梅塞施密特Bf 109E为例,除了同样的全金属机身单翼布局和封闭式座舱外,还应用了可收放式起落架,配备大功率发动机,水平机动速度达到570千米/小时,具备出色的爬升率和滚转能力,配备2挺7.92毫米和2门20毫米机炮,在空战中以单位时间内的高弹药投射量取胜。与新型战斗机的性能特征相适应,欧美空军也逐渐摆脱了一战时的狗斗空战模式,发展出以速度和高度为中心的“一击脱离”战术,强调垂直机动和抢占高度优势,与日本陆航坚持的空战原则大相径庭。

德国空军的梅塞施密特Bf 109E战斗机。

当时,日本陆航对于西方技术和战术的新发展仍保持相当的敏感度,于1935年派出航空视察团前往欧洲考察欧美航空军备状况和技术发展,视察团归国后提交的报告已经注意到西方重火力高速战斗机和新型空战战术的出现,虽然没有马上改变陆航内部的固有观念,但在技术层面先行有所反应。1936年,中岛公司同时设计了キ-12和キ-27两款战斗机,前者参考了法国德瓦蒂纳D.510战斗机,采用液冷发动机,最大飞行速度达470千米/小时,可在6分30秒内爬升至5000米高度,武器为1门20毫米机炮和2挺7.7毫米机枪,可以说完全按照欧洲最新技术标准设计的。但是,キ-12只是中岛对西方先进航空技术的一种尝试,该机采用的690马力希斯帕诺-苏扎12缸液冷航空发动机和20毫米机炮当时日本尚不能生产,而且以陆航的既有标准衡量キ-12的机动性太差,最终军方还是选择了キ-27,列装为九七式战斗机。不过,キ-12的研制为中岛后来开发偏欧美风格的重型战斗机提供了技术储备。

中岛公司参考法国德瓦蒂纳D.510战斗机研制出的キ-12。

通过对西方航空技术发展趋势的观察研究,陆军航空本部在1938年提出并行开发三种不同类型战斗机的计划,分别是“轻型单座战斗机”,以九七式为基础,延续重视水平机动性的传统路线,这也是日本人最擅长的类型,可以让陆航飞行员迅速适应换装;“重型单座战斗机”,其设计思路跟随欧美战斗机的最新发展趋势,对标德国Bf 109,重在提高速度和爬升率,加强垂直机动能力,能够胜任对敌战斗机和轰炸机的截击作战;“双发万能战斗机”,跟风欧美当时流行的双发多用途战斗机风潮,以德国Bf 110为模板开发远程双座战斗机,通过双发布局实现速度、航程和载弹量的多重提升,一机多用也比较符合日本的国力。上述三种机型依次被赋予キ-43、キ-44和キ-45的研制代号,其中キ-43就是一式战斗机“隼”,キ-45发展为二式双座战斗机“屠龙”,而キ-44就是本文主角二式单座战斗机“钟馗”。

二、中岛团队的纠结

中岛、三菱、川崎等知名航企都接到了陆航的开发指示,中岛公司包揽了轻重两款单座战斗机的研发,而双发双座战斗机花落川崎,三菱的战斗机业务重心在海军方面,没有参与陆航战斗机的研发计划。中岛直接以Bf109为参考原型,两款战斗机的研制平行展开,由各自的设计团队负责,但都由小山悌技师长担任设计主管,而キ-44设计团队成员还包括森重信、内田政太郎、糸川英夫等人。

说起小山悌在战前的日本航空界可是响当当的人物,现在中国军迷提起日本飞机设计师大多会想到“零战之父”,来自三菱公司的堀越二郎,加上宫崎骏动画电影《起风了》的加持,使得堀越二郎的知名度相当高。其实堀越设计的战斗机中仅有九六式舰战和零战大量装备并投入实战,“雷电”的设计堀越并未全程参与,而其最后的作品“烈风”甚至来不及列装。相比之下,小山悌主持设计了九七式、一式“隼”、二式“钟馗”、四式“疾风”共四型战斗机,全部列装并成为主力机型,论成就丝毫不逊色于堀越二郎。

1943年小山悌(左三)与中岛公司创始人中岛久之平(中)及其他同僚的合影。

小山悌生于1900年,1922年4月进入东北帝国大学机械系学习,1925年12月作为志愿兵在陆军电信部队服役一年。起初小山悌对于飞机设计并无特别兴趣,但他的叔父与中岛公司创始人中岛久之平是海军机关学校的同期校友,小山在服役休假时探望叔父,受到两位前辈的劝说,于是在退役后于1926年12月加入中岛飞机制造公司,并在1927年4月就参与了陆军九一式战斗机的开发工作,而从九七式战斗机开始,小山悌始终是中岛战斗机设计部门的主导人物。

小山悌的最后杰作キ-84四式战斗机“疾风”。

日本战败时,小山悌担任中岛飞机黑泽尻制造所所长,因为常年从事陆军战斗机的设计,被认定负有战争罪责,受到“公职追放”的惩罚,被解除公职,转而从事林业机械的开发,后在1952年被解除惩戒,进入由中岛公司延续而来的富士产业就职,但他拒绝回归航空技术领域,坚持在林业机械技术上发挥余热,直到1974年退休为止。与三菱的堀越二郎、川崎的土井武夫(主持设计三式战斗机“飞燕”)等战前知名设计师在战后积极活跃于公众视野不同,小山悌行事十分低调,从未对外夸耀以往的职业生涯,连回忆录都没有写过。小山曾表露心迹:“一想到有很多人死在我们设计的飞机上,就不想再写‘キ-27好’、‘キ-84怎么样’之类的东西了。”由此可见他对于战争心存负罪感。小山悌于1982年8月25日去世。

战后中岛公司旧同僚的合影,自左向右分别是糸川英夫、小山悌、青木邦雄、内藤子生、森重信。

虽然在小山悌的主持下キ-43、キ-44并行研发,但在中岛内部对这两个项目有所侧重,团队之间也有分歧。据参与设计的青木邦雄工程师回忆,キ-43团队认为按照传统的高机动轻型战斗机路线就能研发出性能比肩Bf 109的机型,相比还需要摸索技术和战术的单座重型战斗机更符合开发策略,而キ-44团队的成员对上述论断表示质疑,认为高速战斗机更符合未来空战发展潮流。然而,日本技术人员缺乏研制高速战斗机的经验也是不争的事实,在中岛公司内部キ-44被视为キ-43的备胎,带有很强烈的技术验证色彩。

与キ-44同时开发的キ-43,即一式战斗机“隼”进度很快,先行首飞。

由于技术团队对轻型战斗机的设计更为驾轻就熟,キ-43的研发进度很快,1938年12月一号原型机就首飞成功,相比之下キ-44的进度大为滞后,连图纸都没有完成。其实,不仅中岛的工程师们对高速战斗机颇感陌生,就是军方对此也没有清晰的概念,迟迟没有提出キ-44的性能指标。在这种情况下,中岛公司在内部评估中以Bf 109为标杆,拟定了安装1250马力发动机、主翼面积15平方米、配备1门20毫米机炮和2挺7.7毫米机枪的初步方案,机体结构部分参考Bf 109。由于九七式战斗机在中国战场上的优势表现,陆航中也出现了“重型单座战斗机无用”的论调,キ-44的研发进程近乎停滞,前景黯淡。

这幅彩绘表现了诺门罕空战中,日军九七式战斗机与苏军伊-16战斗机格斗的场面。

正所谓峰回路转、柳暗花明,发生于1939年5月的苏日诺门罕冲突为キ-44的开发注入了新的动力。尽管以九七式为主力的日本陆航宣称在空战中占据优势,但是部分苏军飞行员驾驶装备2门20毫米机炮的伊-16战斗机,采用“一击脱离”战术,让惯于缠斗的日军飞行员十分不适应,蒙受了相当的损失。实战教训让日本陆航多少意识到传统格斗战术的局限,对新型高速战斗机产生了期待。1939年6月,陆军航空本部也终于下达了キ-44的性能指标:在4000米的最高速度为600千米/小时,能在5分钟以内爬升到5000米高度,以400千米/小时的巡航速度可飞行2小时并进行30分钟空战,作战半径600千米,配备12.7毫米机枪和7.7毫米机枪各2挺。基于诺门罕空战的战训,中岛公司和陆航都对高速战斗机有了清醒的认识,而キ-44的设计也获得了实质性的推进。

三、发动机的选定

要设计一款新型战斗机,首要问题就是发动机的选择,飞行性能首先取决于动力性能。诸如Bf 109、“喷火”等欧洲新型战斗机能在性能上获得飞跃,其核心设计要素就是在最小的横截面积下安装一台动力最强劲的发动机。为了缩小机体横截面积,减轻空气阻力,上述机型都选择了大功率液冷发动机,其发动机气缸呈纵向直线或V型排列,正面直径较小,有助于机体的流线型设计,但结构也相对复杂。与液冷发动机相对的气冷发动机,气缸以螺旋桨轴为中心横向排列,好似星芒,因此也被称为星形发动机。气冷发动机依靠空气流动冷却,因此必然需要较大的迎风面积,导致正面投影较大,增加了飞行阻力,优势是结构相对简单。基于キ-44的性能要求,最佳的选择当然是液冷发动机,但当时日本在这一领域的技术储备很弱,发动机性能较西方差距很大,相比之下日本气冷星形发动机技术更为成熟,小山悌只能退而求其次,选择了中岛公司自研的1250马力ハ41型双排14缸气冷发动机,这也是当时日本国内功率最大的航空发动机。

梅塞施密特Bf 109使用的DB-601液冷发动机,日本也有仿制。

这里简单介绍一下20世纪20~40年代日本航空发动机的发展状况。日本航空发动机分为液冷和气冷两类,通常冠以ハ(Ha)加数字的研制代号,定型后有时还会赋予名称,比如大家熟悉的“荣”“誉”“金星”等。日本在液冷发动机领域相对落后,多为实验机型,较成功的是仿制德国DB-601的ハ-40型,而在气冷发动机方面日本的技术水准更高也更成熟,先后研发了多种类型的气冷型号,比如9缸代表机型“寿”系列,14缸代表机型“荣”“瑞星”“金星”“火星”系列,18缸代表机型“誉”系列等。

上述机型普遍应用于陆海军各型飞机,比如著名的零战主要使用“荣”(ハ25)系列,海军“雷电”截击机采用了“火星”(ハ101)系列,而キ-44选用的是ハ5系列发动机。从技术特征上说,上述三个系列都属于双排14缸星形气冷发动机,总体原理和大致结构相近,最大的区别在于排气量。“荣”系列排量为27.86升,功率为900~1300马力;“火星”系列排量为42.1升,功率为1450~1850马力;ハ5系列排量为37.5升,功率为800~1500马力。排气量不同导致发动机的体积尺寸也有差别,同系列子型号之间相差不大,但不同系列之间差异就比较明显了,因此日军战机在改进动力时都尽量在同系列发动机内选择,避免体积变化较大导致机体设计的大幅改动。

中岛公司开发的“荣”系列双排14缸星形气冷发动机。

ハ5发动机是中岛公司以英国布里斯托尔“木星”气冷发动机为原型于1933年开发完成的,最初功率仅为800马力,经过改进后提升至1250马力,称为ハ41型,后期发展为1500马力的ハ109型。ハ5和ハ41的直径均为1255毫米,长1355毫米,前者全重625千克,后者全重630千克,可以说相差无几。ハ109型换装机械式增压机,直径增至1263毫米,长1575毫米,全重增至720千克。相比全重在570千克上下、尺寸更小巧的“荣”系列,ハ5系列重量较大,因为该型号起初是为轰炸机研制的,轰炸机对于发动机重量不像战斗机那么敏感,但“荣”系列动力不足,而动力相当且更为轻盈的“金星”(ハ112)系列是竞争对手三菱的产品,主要供应海军,陆军拿不到足够的配额,无奈之下ハ5系列就成为キ-44的最优动力选择。

四、机体与机翼的构型

在机体设计上,キ-44采用了全金属机身下单翼布局,机身覆盖金属蒙皮,但操纵面依然使用织物蒙皮,封闭式座舱和可收放式起落架也成为标准设计,主起落架向内收起,值得一提的是,キ-44的尾轮也能向后完全收入机尾,这在陆军飞机上是很少见的设计。キ-44初始设计中全长为8.9米,高3.24米,翼展9.45米,主翼面积15平方米,翼面载荷为184.67千克/平方米,在量产和改进上述尺寸和数据有细微变化。

キ-44-II,即二式战斗机二型的三视线图。

キ-44既然选择了大直径的ハ41发动机,就得接受正面迎风阻力大的弊端,而要减轻其不利影响,满足截击机所需的高速度和高爬升率,就只能在机体线形上进行优化,做到有效减阻。无独有偶的是,堀越二郎主持设计“雷电”战斗机时也遇到相同的困境,但堀越和小山采取的解决方案大相径庭。堀越二郎选择将发动机位置后移,设计成纺锤形机体,而小山的方法是自机首向后机体迅速收窄,从后方观察颇有头大腰细的不协调感。“雷电”的机体设计导致重量增大,但螺旋桨推力的有效面积也大,而キ-44的设计保证了较轻的重量,但螺旋桨推力的有效面积较小,总之各有利弊,反映出两位设计师思维方式的不同。

在面对同样的减阻难题时,“雷电”(上)和キ-44(下)采取了不同的机身线形设计。

キ-44团队的主力糸川英夫在下班途中看到两个孩子在荡秋千,突发灵感,构思出一套双重操纵系统,纵向和横向运动控制相互独立,这样飞行员在进行横向或纵向机动时机体不会有多余的动作,非常有利于在高速状态下保持稳定的飞行姿态,从而为瞄准射击创造良好的条件。这套巧妙的操纵系统随即应用于キ-44,经过优化后被キ-84四式战斗机“疾风”所沿用。不过,凡事都是有两面性的,为了适应这套系统,キ-44的垂直尾翼面积较小且位置靠后,几乎与水平尾翼错开,导致起降时稳定性不足,加之キ-44的降落速度远高于现有机型,使得起降阶段事故频繁,遭致恶评,后来改进时加大了垂直尾翼。

キ-44的主翼采用双梁箱型构造,内侧还进行了特别加固,中岛公司称机翼强度就是进行850千米/小时以上的高速俯冲也毫无问题,但当时日本陆航对“一击脱离”战术并不熟悉,将俯冲速度限制在650千米/小时以内。最终测试结果表明,キ-44的机翼可以承受12.6G过载,超过Bf109的10.8G。由于机翼较短,为了延缓失速,采用抗失速能力强的直线翼型翼尖,并采用蝶形襟翼以补偿机翼面积小带来的机动性下降问题,不过由于结构复杂后来被放弃了。实际上,以日本标准衡量机动性很差的キ-44,在水平机动性上依然优于同期欧美战斗机。

二式战斗机(キ-44)的机身结构剖视图。

五、机载武器与防护

在武器配置上,中岛最初选定是1门20毫米机炮和2挺7.7毫米机枪,但从火力密度和持续性考虑,改为2挺7.7毫米机枪和2挺12.7毫米机枪。在机首上部安装2挺八九式7.7毫米航空机枪,通过机枪协调器穿过螺旋桨旋转面射击,在两侧主翼内各装1挺一式(即ホ103 型)12.7毫米机枪,每挺机枪的备弹数量均为250发,在座舱正前方安装一具望远镜式的八九式射击瞄准具。相比仅有2挺12.7毫米机首机枪的キ-43,キ-44的火力明显增强了,但相比同期欧美战斗机安装6~8挺机枪或2挺机枪加2门机炮的配置,还是显得威力不足,特别是在后来面对机体坚固的盟军轰炸机时必须取得更多的命中才能加以摧毁。

二式战斗机(キ-44)的武器包括机首的2挺7.7毫米机枪和主翼内的2挺12.7毫米机枪。

キ-44的两种机枪都是当时日本陆航的标准空战武器,八九式7.7毫米机枪是日本许可生产的英国维克斯E型7.7毫米机枪,长1035毫米,重12.3千克,采用弹链供弹,初速820米/秒,射速达800~1100发/分;一式12.7毫米机枪则是仿制美国勃朗宁M2型12.7毫米机枪,长1267毫米,重23千克,弹链供弹,初速780米/秒,射速800发/分,除了仿制美国原装弹药的穿甲曳光弹、普通弹外,日军还特意开发了特种燃烧弹和破片榴弹,以增加威力。随着战争的推进,キ-44的后期改型将7.7毫米机首机枪升级为12.7毫米机枪,备弹量不变。

收藏于泰国空军博物馆内的二战日本陆航机载武器,中间的就是一式12.7毫米机枪。

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