F4D的外號，竟然不叫天光？三角翼噴氣機的先鋒，源自德國的奇妙設計，打破五項世界紀錄的超級攔截機！|美國海軍|歷史|冷戰

在20世紀50年代初 要說一架飛機的造型奇怪 反而是一件奇怪的事 二戰結束以後 美國的航空工業迎來了一個黃金時代 在一片勃勃生機 萬物競發的景象裡 奇怪形狀的飛機太多 大家早就見怪不怪了 古怪的飛機雖多 但這些試驗機往往都沒有實戰價值 只是作為一些技術的驗證機存在 因此往往只是曇花一現 很快就消失在人們的視野當中 然而我們今天的主角卻並不在此列 1951年2月 一架全新的怪飛機出現在公眾的視野裡 而這架飛機的造型 和當時的其他戰鬥機都不太一樣 它有著當時極為罕見的 類似於三角翼的佈局 機身和機翼幾乎完全結合在一起 形成了一個十分緊湊 優雅且具有未來主義特色的外觀 即使是到了今天 顏值也是十分在線的 而它就是道格拉斯開發的 F-4D天搖戰鬥機 在正式介紹F-4D之前 我們必須先解決一個問題 那就是怎麼稱呼它 一般來說 在中文圈子裡 F-4D戰鬥機的代號Skyray 往往會被翻譯成天光 但這個翻譯完全是不對的 這是一個典型的忘文生意的譯名 我們先來拆解一下這個名字 道格拉斯設計生產的飛機 經常會被冠以Sky的前綴 例如A1天襲者 A4天鷹 F3D天空騎士等 翻譯為漢字天是沒有問題的 問題的關鍵在於如何理解 F-4D Skyray中的Ray 在英文中 Ray最常見的含義是光線射線 例如Xray就是X光 X射線的意思 如果按這樣理解 Skyray確實可以翻譯成天光 但是隻要稍微注意一下英文的資料 例如就會發現 F-4D之所以叫Skyray 是因為其有著獨特的記憶形狀 據美國國家海軍航空博物館的說明 F-4D的Skyray之名 來自於黃鯛魚 然而呢 這裏有一個問題 比起黃鯛魚 F-4D其實更像是浮糞 一些國外的博主也認同這一說法 因此綜合這兩種觀點 這裏認為最好用這兩種魚共同的代稱 也就是搖來翻譯 比較合適一些 接下來我們就將稱呼F-4D為天搖戰鬥機 好了 既然我們解決了稱呼問題 就該看看天搖這架奇怪的海產品 是怎麼來的了 要說起來 F-4D多少還有點德國血統 1945年5月初 兩名來自道格拉斯的空氣動力學家 吉恩·魯特和他的助手M.O.史密斯 作為美國海軍的技術代表 登上飛機前往歐洲 此時的納粹德國都不是土埋眉毛了 已經是黃土埋到頭皮 就差最後一鏟子了 在歐洲大半平定的當下 魯特和史密斯的任務 也不是和德國兵拼命 而是從繳獲的德國文件和戰俘口中 獲取航空航天相關的資料 不過令他們沒料到的是 他們一下飛機就得知了納粹投降的消息 幾天後 這邊是巴黎人民歡慶勝利 街道上鑼鼓喧天 鞭炮齊鳴 那邊的魯特和史密斯兩個人 卻只能苦哈哈地蹲在閣樓底 檢查德國人的崩動數據和報告 最讓這兩個人破防的 並不是巴黎人放假他們工作 而是這群倒楣的德國人 在投降的時候 把技術檔案和報告丟到了井裡 現在他們必須小心翼翼地 把這些文件一張一張揭開 掛在閣樓上晾乾 再挨個用相機拍下來 存到微縮膠片裡 以供將來進一步研究 突然 魯特在一篇論文裡 看到了一個熟悉的名字 亞歷山大·尼皮斯 他是人類史上第一個 也是最後一個投入使用的 火箭動力戰鬥機 ME-163彗星的設計者 在魯特檢查文件的這幾天 尼皮斯正被關押在 巴黎塞納河畔的聖日日曼 就在前兩天 這兩個美國人還去聽過他的講座 作為德國航空工業的風雲人物 空氣動力學的先驅 尼皮斯雖然身陷淪雨 卻氣度不凡 頗有領域大拿的氣勢 他談到了一種噴氣動力的 飛翼攔截機 把在場的美國人聽得一愣一愣的 魯特和史密斯沒想到 他們竟然在這一堆 發爛發臭的文稿中 找到了尼皮斯的論文 這恰巧是飛翼 或者說三角翼相關的風洞報告 二人不敢怠慢 將尼皮斯的報告仔細拍照 小心保存 又向上打了個報告 連同尼皮斯本人一起 打包帶回了美國 至於尼皮斯後來 怎麼在美國東山再起 這也都是後話 我們今天暫且暗下不講 先說F4D天搖的開發 道格拉斯的工程師們 拿到了尼皮斯的材料 可謂是如獲至寶 並開始將這些德國數據 應用在道格拉斯自己的 無尾飛機研究中 什麼是無尾飛機呢 所謂的無尾飛機 就是指除了主翼以外 沒有其他水平氣動表面的飛機 一般來說 可以和飛翼飛機劃等號 它的優點就是機身阻力低 而且在大嶼腳下的爬升率 十分的可觀 但無尾飛機的缺點也很明顯 就是可動表面少 飛行的穩定性比較差 對飛控的要求也比較高 最典型的例子就是BRU0轟炸機 道格拉斯對無尾飛機的研究 始於1930年代 當時的道格拉斯 在加利福尼亞州的艾爾塞貢多 合資成立了一家公司 這家公司就是諾斯洛普飛機公司 而它的首席設計師 就是大名鼎鼎的傑克·諾斯洛普 諾斯洛普是非常知名 且狂熱的飛翼愛好者 他堅信平直翼和後掠翼的時代 很快就會過去 未來是屬於各種飛翼飛機的 1940年前後 他主持設計了諾斯洛普N9 也就是所謂的外比三五轟炸機 其中的許多設計理念 即使是今天看來 也是十分超前的 呃 抱歉 不是這個 這個有點太過於超前了 總之 雖然諾斯洛普後來出去單幹了 但許多道格拉斯的工程師 對飛翼異形都有一個特殊的感情 其實這裡有一個問題 那就是為什麼道格拉斯也好 諾斯洛普也罷 都對無尾飛機這麼感興趣呢 1946年9月 前面提到的那位AMO史密斯 在一份備忘錄中寫道 目前困擾噴氣式飛機的主要問題 就是航程不足 而飛翼的構型恰恰能夠解決這一問題 史密斯認為 如果將這種飛翼構型的展旋比 縮小到接近1 再加上一些邊界層控制手段 一方面可以大幅降低阻力 減少燃油消耗 另一方面 由於飛機翼面積增大 還可以在飛機機翼中藏上更多的燃油 進一步增加了航程 他認為這一構型 無論是應用在戰鬥機還是轟炸機上 在各個方面都要比現有的傳統機翼要強 當然了 他在這裡描述的展旋比 接近1的飛翼構型 其本質上也就是三角翼 到了1946年10月份 道格拉斯和加州理工大學合作 設計了四個比例模型 並放入風洞進行測試 這些模型都是相同的飛翼構型 有著50度的前緣後略角 展旋比都剛剛超過1 但在此之前 展旋比低於2比1的飛機 都是十分少見的 然而道格拉斯製作的這四個飛翼模型 最大的太大 超過了風洞的容量 最小的太小 沒法測量出準確的值 不過好在中間大小的兩個測試結果 相當不錯 因此雖然史密斯計劃中的邊界層控制方案 在當時的技術條件下非常難以實現 雖然測試飛翼模型的風洞 還需要進一步改善 但美國海軍仍然看中了 飛翼戰機的潛力 尤其是在爬升率上 當時的美國海軍最擔心的 就是蘇聯人的高空轟炸機群 他們迫切地希望獲得一架攔截機 能夠在發現蘇聯轟炸機算起 5分鐘內爬升到4萬英尺 也就是12000米的高度上 迎擊蘇聯的轟炸機群 有了海軍作為外部採購的動力 研究推進起來就快得多了 道格拉斯的飛翼戰機設計 也被賦予了規格設計編號D571 開始正式作為一個商業項目來對待 最初的D571由阿基史密斯設計 這是一架真真正正的飛翼飛機 由兩臺帶加力燃燒室的西屋J34噴氣引擎帶動 預計總重量為7噸左右 機頭安裝4門20毫米機炮 飛行員的位置就放在 機翼前緣附近的一個小氣泡座艙裡 不過隨著風洞實驗的進行 道格拉斯針對飛翼構型的阻力問題 對機身佈局進行了優化 在D571的後續型號裡 機翼逐漸變薄 機身變大 長長的機鼻也凸顯出來 其結果就是 相比最起初的D571 科幻外形 後期版本的D571-4 乃至最後的F-4D戰鬥機 更接近於傳統的飛機外觀 說完了F-4D的機翼問題 我們再來看看另一個問題 那就是引擎 50年代初的美國航空工業 最缺的就是先進的引擎 雖然當時美國的噴氣式引擎 已經是世界領先水平 但往往還是沒法滿足 飛機設計者的要求 這是因為新型噴氣式引擎的開發 比機身的開發要慢得多 經常出現機身已經造好了 但配套的動力系統卻還沒硬的是 例如道格拉斯的F-3D天騎士 沃特的F-7U彎刀 麥克唐納的F-3H惡魔 都遇到了這種問題 F-4D也不例外 F-3H惡魔和F-4D天鵝的開發 都是圍繞著西屋J-40 渦輪噴氣發動機設計的 最要命的是 當時的美國海軍官員 把西屋的這個J-40引擎吹上了天 他們宣稱J-40開啟加力後的推力 超過了11000磅力 是當時麥克唐納F-2H女妖戰鬥機上 所使用的J-34噴氣引擎的三倍還要多 這是什麼概念呢 在相同重量下 已經摸到了惠普F-100引擎 不開加力時的推力 要知道F-100那可是1974年的東西 現在的F-15和F-16都還在用它 可以說是終極超時空戰士了 不用想也知道 這臺發動機從開發之初 根本就是西屋和軍方聯合畫的大餅 百病纏身也是自然的事 J-40原本於1949年 完成150小時的鑑定測試 卻一直推到了1951年才完成 而加力燃燒器方面 更是推遲到了1952年8月 這臺發動機不但大大延期 沒有完成所承諾的推力 甚至在可靠性上也有著極大的問題 引擎上的心臟病 直接導致了F-3H和F-4D的拖延 尤其是F-3H惡魔戰鬥機 更是被時代雜誌稱為一場慘敗 35臺使用J-40的F-3H 有8架發生了重大事故 4名飛行員犧牲 說回F-4D F-4D這邊雖然沒有惡魔那麼倒黴 但也耽誤了不少進度 在剛一發現J-40延期的時候 道格拉斯的設計團隊 就覺得西屋這個J-40不靠譜 在航母模擬測試階段 J-40由於發動機啟動週期長 以及從怠速到全推力的加速性能較差 因此飽受測試員的詬病 道格拉斯的工程師 也提前對F-4D的發動機做出調整 在原型機上 F-4D使用的是愛立遜的J-35發動機 而在生產型飛機上 F-4D長期使用惠普的J-57來替代J-40 雖然J-57的功率更大 但它的體積也更大 F-4D的原始進氣道與J-57也不匹配 天搖戰鬥機不得不重新設計進氣道 以匹配J-57引擎 然後就又搞出了一系列的問題 例如尾翼和方向舵的抖震 縱向操縱力和靈活度過大 人工力感系統不可靠 不可接受的緊急手動飛行控制系統 最小配頻速度過高 以及一些駕駛艙控制問題等 雖然有一些缺陷 但評估小組對這架飛機的能力印象深刻 F-4D具有超過1馬赫的平飛極速 以及超過5400米每分鐘的爬升速度 F-4D的性能 優於迄今為止的任何飛機 並建議盡一切努力 使飛機保持在目前的重量 並為其提供足夠的動力 以實現其完全的性能 1953年10月 F-4D的原型機在3公里的距離上 加速到了1200公里每小時的極速 打破了飛機加速性能的世界紀錄 而在之後的1958年 兩天之內 天搖創造了五項世界爬升時間紀錄 在2分36秒內 從靜止狀態飛到了15000米的高空 給蘇聯人了一些小小的美國震撼 這架打破了多項紀錄的天搖 也被稱為地獄大蝙蝠 直到1954年 差不多解決了動力問題的F-4D 纔算正式進入艦隊服役 然而到了這個時候 北美航空的F-100超配刀 和蘇聯的米格-19都已經投入使用 F-4D雖然可以完成預定的射擊目標 卻已經顯得稍微有些過時了 1956年4月 美國海軍航空兵的VC-3 成為第一個使用F-4D的中隊 而直到1964年2月 F-4D退出現役 專為高空攔截任務設計的F-4D 具有極高的爬升率 它帶有20毫米機炮和AM-9相位射導彈 因而成為了 北美防空司令部的最佳選擇 前面說到的VC-3 是唯一一個隸屬於 北美防空司令部的海軍中隊 並連續兩年 榮獲北美防空最佳中隊的稱號 由於開發進度上的落後 F-4D剛好錯開了1950年的朝鮮戰爭 又因為F-4鬼怪的橫空出事 在越南戰爭爆發前退役 整整八年間 美國並沒有打過仗 這架超音速大搖魚 自然也沒有用武之地 讓天搖迅速退出現役的原因 除了配套技術上的落後 以及截擊機概念的迅速淡化 還有一個重要的原因 那就是當時的飛機控制系統 還比較原始 而由於可動翼面較少 而且缺乏尾翼的配屏 三角翼對飛控系統的要求極高 為了能夠讓天搖不失控 道格拉斯的設計師 一邊將F-4D原型機的平直翼根進行修剪 另一邊又為它設計了 複雜的液壓助力控制系統 雖然這個系統非常先進 但作為一架航母上的艦載機 複雜的液壓結構 意味著維護起來十分困難 1964年 F-4D天搖開始逐步退出現役 此時的海軍已經有了 更大更快的F-4鬼怪 F-4D天搖只能黯然退場 先是被用於海軍飛行員培訓 後來由於出色的加速性能和爬升性能 被NSA相中 作為實驗平臺繼續飛行 不過三角翼和飛翼的夢想 卻並沒有因天搖的沉默而停止 隨著電船飛控的開發 以及機載飛控計算機的應用 通用動力的F-16XL 或許可以看作天搖的精神續作