鮮為人知的Ｄ－５８８超音速試驗機

皎　潔

在很多介紹航空史的書刊和資料中，極少見到由道格拉斯公司研制的D－588－1型飛機的身影。但它確是在20世紀40年代，為突破“音障”和超音速戰(zhàn)斗機的發(fā)展作出了貢獻的試驗研究機。

“閃光”遮住“亮點”

耶格爾、貝爾X－1、音障、馬赫數(shù)1，早已成為航空航天界乃至航空知識愛好者眾所周知的名字和名詞；這是因為美國飛行員耶格爾，駕駛貝爾X－1試驗研究機，在世界上首先突破了“音障”，超過了音速即馬赫數(shù)1（M1）。該事件使得由貝爾公司研制的以火箭發(fā)動機為動力的X－1型實驗飛行器，吸引了媒體的注意和公眾的想象力而閃閃發(fā)光。但傳統(tǒng)的、直翼的、正常尾翼的、單臺渦輪噴氣發(fā)動機的、道格拉斯公司的D－588－1試驗研究機，卻被許多人遺忘變得鮮為人知，從而使此亮點黯然失色。

時至20世紀40年代初期，空氣動力學專家還是不能完全解釋這樣一種現(xiàn)象：當時最強大的美、英和德國的螺旋槳式戰(zhàn)斗機，在俯沖中追求盡可能快的速度時，在機翼上卻產(chǎn)生了由超音速而形成的劇烈振動；尾翼表面產(chǎn)生的空氣阻力妨礙了飛機的操縱；飛機的升力中心發(fā)生了偏移，有時還會導致飛機失去控制。

上述現(xiàn)象被稱為“音障”——當飛機的飛行速度接近音速時，飛機的阻力激增；升力下降，產(chǎn)生很大的低頭不穩(wěn)定力矩；機翼和尾翼出現(xiàn)抖動，使其進一步提高飛行速度遇到了障礙。一個時期，人們較難精確地推算出飛機達到多大速度才會出現(xiàn)“音障”現(xiàn)象，粗略估計大約在0.75～1.2馬赫數(shù)之間。這時流經(jīng)飛機某些部位的氣流速度已超過了音速?！耙粽稀爆F(xiàn)象出現(xiàn)的飛行速度范圍被稱為“跨音速”區(qū)域，也被稱為空氣動力學領域的“百慕大魔鬼三角”。

在第二次世界大戰(zhàn)期間，幾乎所有的戰(zhàn)斗機設計工程師為了查明跨音速時出現(xiàn)“音障”現(xiàn)象的原因并尋找解決辦法，往往需要挑選勇敢的試飛員駕機進行跨音速俯沖飛行測試。當時最常用的一種研究方案是：在美國國家航空咨詢委員會的P－51“野馬”戰(zhàn)斗機的機翼上，放置小型的機翼模型，讓飛機進行高速俯沖來測量試驗數(shù)據(jù)。但每次飛行只能獲得幾秒鐘的少量數(shù)據(jù)，同時還要冒著極大的危險。

由此，人們想到要研制一種相對安全而且能測量飛行試驗數(shù)據(jù)的飛機，專門用于跨音速飛行試驗?；诖?，貝爾飛機公司于20世紀40年代中期，為美國空軍研制了一種專門用于突破“音障”的X－1研究機；該機以火箭發(fā)動機為動力，由B－29轟炸機掛帶升空投放，而后點火進行超音速飛行試驗。與此同時，道格拉斯公司受命為美國海軍和國家航空咨詢委員會研制了一種正常式氣動布局的軸流式渦輪噴氣式飛機，即從地面滑跑起飛的D－588－1試驗研究機。

在一些人的記憶中，D－588－1試驗研究機當時被稱為“飛行試驗管”。這是因為此種飛機機身呈簡單的管狀外形；飛機頭部為渦輪噴氣發(fā)動機的進氣道；飛機尾部為渦輪噴氣發(fā)動機尾噴管而得此稱號。后來，“飛行試驗管”就成了試驗研究飛機的代名詞。

頭兩架D－588－1試驗研究機曾被涂成鮮艷的火鳥紅色，以區(qū)別于原先涂成南瓜紅色的X－1試驗研究機。

為了讓X－1研究機作幾分鐘的超音速飛行，需要先用母機把它帶入高空，投放后再由其自身的火箭發(fā)動機為動力推進。與此相反，由愛德華·海涅曼領導的設計隊伍研制出一種簡潔的單發(fā)動機噴氣式飛機——D－588－1研究機；該機可以傳統(tǒng)的方式從地面起飛，而且能以超音速飛行更長的時間。

愛德華·海涅曼是道格拉斯公司的主管飛機設計師，研究方向為軍用飛機。他研制了從第二次世界大戰(zhàn)中使用的俯沖轟炸機到越南戰(zhàn)爭時的A－4“空中之鷹”攻擊機，取得了很多成果。

應該記住的還有英國20世紀40年代中期的原型跨音速研究飛機——無尾的、薄翼的德·哈維蘭DH－108“麻雀”飛機。此機在試驗飛行中，有3名飛行員喪生，其中包括小杰弗里·德·哈維蘭。

D－588－1真容

D－588－1是美國海軍和國家航空咨詢委員會投資，由道格拉斯公司負責研制的一種噴氣式試驗研究機，取名“空中條紋”（Skystreak）。它是美國空軍戰(zhàn)后X－系列試驗研究機的臨時替代品。該機是為解決飛機在跨音速區(qū)飛行時的“音障”問題而專門設計的。

D－588－1“空中條紋”采用正常式氣動布局，如圖一所示。機身呈兩頭收縮的細長圓管形，內(nèi)置一臺機頭進氣的渦輪噴氣發(fā)動機；機翼為懸臂式梯平直下單翼；垂直尾翼與水平尾翼呈十字形配置裝于機身尾部；采用前三點式可收放起落架，可參看題圖。D－588－1全機長10.68米，機高3.7米，翼展7.62米，翼面積13.9平方米；機重4422.6公斤；最高飛行速度1047.5公里／小時；裝一臺艾利遜J35－A－11型軸流式渦輪噴氣發(fā)動機，推力為2223千牛。

D－588－1于1947年4月15日首次試飛。時至當年9月，該機已經(jīng)兩次改寫了官方的飛行速度紀錄。第二次試飛時，由美國海軍飛行員馬里恩·卡爾（二戰(zhàn)時的王牌飛行員，曾擊落18架敵機，后晉升為將軍）駕機飛行，時速差點達到1047.5公里。當飛機的飛行速度越接近馬赫數(shù)1（音速）時，控制飛機翻滾的能力越差。當時解決此問題的辦法是在機翼上裝一個擾流裝置。其作用是攪動氣流，以改善翼表面氣流的分離狀況。這種裝置是D－588－1研制中的一項發(fā)明。直到今天，在許多航班客機和噴氣式公務機的機翼上，都裝有這種擾流裝置，有的還裝在垂直尾翼上。“空中條紋”飛機采用的渦輪噴氣發(fā)動機為突破“音障”提供了強大的動力。以上都是D－588－1“空中條紋”對飛機設計作出的突出貢獻。

在X－1第一次超音速飛行之后差不多一年的1948年9月29日，于一次急劇俯沖飛行中，D－588－1“空中條紋”的速度達到了馬赫數(shù)1.01,即超音速。隨后，美國海軍宣布D－588－1“空中條紋”是世界上第一架達到超音速的飛機。他們認為空中發(fā)射的X－1不能算是一架真正意義上的飛機，它猶如一顆步槍子彈。

受了刺激的美國空軍，隨即停止開發(fā)空中投放的X－1，轉(zhuǎn)而將其改制成能從地面滑跑起飛的X－1，誓與D－588－1一決雌雄。由于改后的X－1降落速度過大，而且起落架的輪胎又太窄，因此只能承受空機著陸，否則會因飛機太重而在落地時爆胎；所以X－1在起飛時，只能加一半燃料，以便著陸前耗盡燃料而能輕裝安全落地。一切準備就緒后，耶格爾駕駛最后一架X－1從地面滑跑起飛了。雖說起飛時脫落了兩個副翼，耶格爾還是使飛機爬升到7000多米，飛行速度達到了馬赫數(shù)1.03，讓美國海軍閉上了嘴。

D－588－1的駕駛艙位于機身前部上方，是一種非常狹窄的側(cè)操縱桿座艙，不適合安裝彈射座椅。為解決飛行員救生問題，采用了將飛機頭部通過爆炸螺栓與機身固定連接的設計方案。當出現(xiàn)危險情況需要逃生時，由飛行員引燃爆炸螺栓使頭部與機身分離，而后飛行員把座椅靠背放平，再爬到后部跳傘逃生。實際上，在如此狹小的座艙內(nèi)完成上述復雜的操作和行動十分困難，這是設計師所沒想到的。

D－588－1“空中條紋”選用的J35－A－11噴氣發(fā)動機，是美國政府開發(fā)軸流式渦輪噴氣發(fā)動機計劃的一項研究成果。J35試驗型是由美國通用電氣公司研制的JG－108改制而成，后又改造成生產(chǎn)型。1946年9月，J35發(fā)動機的設計和生產(chǎn)被遷移到美國通用汽車公司的艾利遜分部進行。直至1955年F－89戰(zhàn)斗機生產(chǎn)計劃結(jié)束，各型艾利遜J35發(fā)動機已生產(chǎn)了14000多臺。由于是軸流式設計，艾利遜J35渦輪噴氣發(fā)動機迅速成為眾多早期噴氣式飛機的最佳選擇，例如北美FJ－1“憤怒”戰(zhàn)斗機、XF－86“佩刀”戰(zhàn)斗機、XB－45“旋風”轟炸機；馬丁XB－48轟炸機；諾斯羅普YB－49轟炸機、F－89“蝎子”戰(zhàn)斗機以及共和F－84“雷電噴氣”戰(zhàn)斗機等。

一些航空史專家評價：象D－588這樣的飛機動力不足。盡管這是事實，但在當時的條件下，要想達到超音速飛行，也只能采用J35這樣的發(fā)動機。而且在當時的條件下，能研制出象D－588－1上的艾利遜J35－A－11這樣的，推力高達2500馬力的輕型軸流式渦輪噴氣發(fā)動機已是一項巨大的成就。

實際上，“空中條紋”只研制了D－588－1和D－588－2兩個型號。D－588－2是在D－588－1基礎上的改進型，采用了后掠翼，以渦輪噴氣發(fā)動機加助推火箭為動力。D－588－2“空中條紋”是一種全新的、飛行速度達到2倍音速的第一架飛機。

由于D－588－1的一生平淡無奇，它幾乎已經(jīng)被人們所遺忘。最早的那架“空中條紋”，現(xiàn)被放置在美國佛羅里達州彭薩科拉海軍航空博物館的大廳中。僅存的另一架“空中條紋”，正在北卡羅來納州夏洛特的一個小博物館中修復；但由于存放在室外，它已嚴重損壞。

雖然D－588在航空史上很平常，但相對于它那些漂亮的對手——X－系列試驗研究機而言，“空中條紋”更能讓我們對實用的、高效的高速戰(zhàn)斗機有更深刻的認識。

責任編輯：育 林■