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在二战中,航空工业得到了极大的发展,活塞式发动机越来越强悍。然而其发展到后期,越来越复杂,桨尖已经突破了音速,阻力大为增加,要想再提高功率几乎不可能了。
怎么解决这一个问题呢?答案就是换一种发动机。早在1921年,法国人马克西姆·纪尧姆获得了第一个喷气发动机的专利。
其工作原理并不复杂,先从前端吸入大量空气,在燃烧室与燃料充分混合燃烧,然后高速喷射出去,获得巨大的推力,但同时也有油耗大,可靠性不佳的缺点。
随着新技术的发展,喷气式发动机的问题逐步得到了解决,英国的格罗斯特“流星”战斗机就是在这个过渡时期诞生的。
1928年,英国克伦威尔皇家空军学院的弗兰克·惠特尔提出了新的喷气发动机设计。
1929年,他把方案提交给了英国航空部。官老爷们觉得惠特尔的想法不切实际,不予支持。
不服输的惠特尔不屈不挠地继续研究,终于在1930年1月16号取得了一项燃气轮机的专利。
1935年,在绝对没政府支持的情况下,惠特尔设法获得了一些私人资金支持,继续他的研究。
同年1月,他将设计交给了英国汤普森·休斯顿公司,第二年4月,他的WU(Whittle Unit)发动机被安装到试车台上,准备测试。
这是一个巨大的飞跃,新发动机包含了一个单级双面进气离心压气机,与后面的单级涡轮相连。
当空气进入U形燃烧室后与燃料混合燃烧,从尾喷管高速喷出,同时驱动涡轮带动前面的压气机继续压缩空气。
最初的喷气式发动机故障不断,1937年4月12号进行试车时,发动机不停地喘振,即使切断了油门,还会加速到8000转/分,燃烧效果也很不好。直到燃油消耗殆尽,发动机才停止运转。
惠特尔后来回忆道:“燃烧的问题没有正真获得根本解决,压气机的性能也远远低于预期,必须继续改进。”
惠特尔提出了新的设计,制造了第二台发动机。它的燃烧室是直的,空气经过压气机后,通过十根管子流到燃烧室,但是这种发动机寿命很短。
第二台发动机只进行了9次试车,最后一次试车时,涡轮发生了故障,损坏相当严重。之前转速从未超过8500转/分,但最后一次转速达到了13000转/分,持续了半个小时,直到出现故障。
惠特尔重新设计了燃烧室,将10个独立的燃烧室径向布置,两端与压气机和涡轮平行。它被命名为U.1,成了后来W.1发动机的雏形。
这台新发动机从1938年10月底开始测试,发动机功率逐渐增加,运转良好,直到3年后涡轮盘粉碎性断裂。
英国航空部终于意识到了喷气式发动机的重要性,在1938年3月签订了W.1喷气式发动机的第一份合同。
协议要求该发动机在气动和热力学设计上与U.1相似,并进行减重,但工作进展缓慢。1939年,惠特尔找到了格罗斯特公司的主管乔治·卡特尔,向他提供了喷气发动机的新设计。
英国航空部也要求格罗斯特公司研发一款喷气式飞机,如果性能出色的话,可优先考虑装备军队。
在1940年2月,英国航空部与格罗斯特公司签订了第一份喷气式飞机项目合同,项目代号E.28/39,要求该飞机的主要目标是进行发动机安装和飞行试验。
有了官方支持,大量财政拨款被下发到喷气机项目。这架新飞机由发动机设计师惠特尔和飞机设计师卡特尔联手打造。
他们设想了一款下单翼飞机,发动机安装在座舱后面,采用前三点起落架,机头进气,然后从座舱两侧的管道进入发动机。
尽管E.28/39项目被定为技术验证机,但飞机仍然有优异的表现,生产了W4041和W4046两架原型机。W.1喷气发动机可提供近400千克的推力。
1941年5月15号19点45分,飞行员杰里·塞耶驾驶W4041号机从克伦威尔空军基地起飞,在空中飞行了17分钟,打开了英国航空工业的新篇章。
皇家海军著名试飞员埃里克·温克尔·布朗上尉在1944年驾驶了W4041号机,那时该机换装了W.2/500发动机,推力是W.1的两倍。他这么回忆道:
“我在范保罗驾驶了这架喷气式飞机,从一名飞行员的角度来说,进入座舱的第一感觉就是视野非常开阔,机头没有巨大的发动机。第二就是在飞行中就没有震动,第三点就是噪音比活塞式飞机小,这在活塞式飞机里是不敢想象的。”
按英国人的设想,实用的喷气机需要拥有大航程和优异的高空性能、爬升率和速度,能够承担截击任务,而单发根本实现不了这么多的要求,因此航空部认为双发喷气机才是未来的发展方向。
W4041和W4046号机已经进行了大量的试验,获得了大量数据,E.28/39项目也就到此为止了。
其实早在1940年4月10号,英国航空部就向格罗斯特公司发出了双发喷气机的招标书。
要求飞机的重量控制在3856~4082千克之间,可以携带680千克的载荷,最好使用惠特尔的W.2喷气式发动机,装备2~4门20机炮或7.7mm机枪,这样既可以截击,也可以改装为轻型轰炸机。
然而格罗斯特公司的卡特尔觉得应设计一款重量为约5000千克,可以携带1360千克载荷的双发飞机。
在经过商讨后,双方达成了一致,采用轻量化的设计,飞机重量控制在3946~4082千克之间,可携带810千克的载荷。装备4门20mm机炮或两门20mm机炮和6挺7.7mm机枪。
1940年11月14号,英国航空部赋予了双发喷气战斗机项目官方名称为F.9/40。稳妥起见,F.9/40更多的采用传统的设计。
1941年2月7号,根据F.9/40项目规定,格罗斯特公司接到了12架“格罗斯特惠特尔飞机”的订单,即“流星”战斗机的原型机。
1941年夏,由于分包商和W.2B发动机生产问题,“流星”原型机的制造变得异常缓慢。W.2B发动机单台推力为740千克,比之前的提高不少。
1942年6月26号,装备W.2B喷气式发动机的第一架“流星”原型机DG202/G进行了滑跑试验。直到1943年3月5号,换装了哈尔福德H.1喷气发动机的DG206/G才进行首飞。
虽然首飞获得了成功,但剩余6架原型机生产进度十分缓慢,据称就等发动机了。然而此时又发生了一起试车台上发动机爆炸事故,后来DG204干脆换成了Metro-VickersF.2发动机。
到了DG205又装回W.2B发动机,并被要求尽快进行发动机测试。在这些原型机中,DG206是唯一可以飞行的,DG207、DG208都有一定的问题待修复。
而不靠谱的W.2B发动机又出现了叶轮在高速时断裂的故障,就连英国航空部都快对它失去了信心。
后来通用电气公司生产出了靠谱的叶轮,并且W.2B发动机的研制和生产也被劳斯莱斯公司接管了,发动机问题才得到缓解。
原型机的测试工作终于走上了正轨,随着试飞的顺利推进,该机生产型被命名为流星Ⅰ战斗机。第一批订单有20架,生产工作正在如火如荼地进行着,虽然订单早就在1941年9月发布了。
第一架编号为EE210很快下线月才开始飞行。飞机装备了两台劳斯莱斯产的W.2B/23C发动机,单台推力为770千克,新型的流星Ⅰ战斗机在3050的高度飞出了667km/h的速度。
生产型的流星Ⅰ战斗机与原型机外观总体差别不大,但机身进行了一些小改进,换装了一个更清晰的座舱盖,并加装了4门20mm机炮。
首批计划的20架中,有16架被交付给了皇家空军。1944年7月,第616中队成为第一个装备流星Ⅰ战斗机的中队,也是首个装备喷气机作战的盟军部队。
虽然流星Ⅰ是一款革命性战斗机,但最初的性能并不比活塞机好多少,在4000米高度仅比喷火FⅩⅣ快34km/h,爬升率也不高。
更讽刺的是,当流星Ⅰ投产时,英国皇家空军不知道应该让它执行什么任务。直到1944年6月德军使用V-1导弹袭击英国时,才发现它适合执行拦截V-1任务。
当时的螺旋桨飞机,在低空即使用了150辛烷值的燃料,喷火最大速度为590km/h,暴风Ⅴ为621km/h,野马Ⅲ为627km/h,而且只能短时间保持。
流星Ⅰ战斗机能在600米的低空飞出超过640km/h的巡航速度,完全能追上V-1导弹,因此它是最好的拦截武器,还曾用翼尖挑翻过V-1导弹。
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