• 11月05日 星期二

末日挣扎:二战日本喷气式战机研发始末(中)

(接上期)三.立川KI-162喷气式战斗机

看到KI-162计划的复原彩图,再看看“162”这个编号,很容易想到这款飞机就是德国HE—162“国民战斗机”的仿制品。事实上也的确如此。前面我们说过,日本在20世纪30年代取得航空工业“爆发”式成就,很大程度上是欧美科技转移的成果。无论是整体飞机的设计构型、航空材料还是发动机,日本人都奉行“拿来主义”,把到手的外国技术抄了个遍。比如日本在30年代末的多款空冷发动机,什么“火星”、“荣”,实际上都是美国“黄蜂”发动机的仿制品或者直系后代。

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三式战斗机大量使用了德国技术

不过随着日本与英美关系的恶化并最终开战,想再用钱买到他们的技术是不太现实的了。日本“技术援助”的唯一希望就是德国。二战后期日本相对先进的“飞燕”战斗机不仅有着一颗“德国心脏”,甚至连整体设计也是参考HE-112和Bf-109的;而至于四式战斗机疾风采用的大直径空冷发动机,整体构型给人一种“东洋Fw-190”的风味。除了活塞式发动机,德军在二战末期投入实战的三种喷气式战斗机:Me-262、He-162和Me-163,日本也全部试图进行仿制,日本其他的喷气战斗机计划亦带有浓浓的德国技术背景。而在这三种飞机中,He-162恐怕是最对日本人胃口的。

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He-162战斗机

立川飞行机株式会社的前身是20世纪20年代成立的石川岛飞行制作所,20世纪30年代搬到有大型陆军航空兵机场的立川市并扩建。从当时开始,立川主要负责研发和生产各型教练机。太平洋战争爆发后,立川也承接了中岛公司一式“隼”战斗机的制造工作,以扩大这款陆航主力战机的产量。战争后期,立川承接了日本陆军航空兵多款“高技术新式战机”的研发计划。比如万米高空设计飞行时速达到750公里的KI-94式截击机,比如喷气式战斗机。

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BMW003发动机

1944年,立川在陆军航空兵技术人员的参与下上马了多个涡轮喷气式发动机项目。一开始的产品编号为NE-12,后来又弄出了推力更大的NE-12B、NE-20、NE-230等等项目。不过在航发问题还没搞定的情况下,被B-29轰炸弄得焦头烂额的军方已经要求立川拿出喷气战斗机的方案了。要求是重量轻、生产方便、尽量节约材料、能拦截头顶的重型轰炸机……立川下属的两个设计团队在1945年夏天提交了自己的草案。

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保存在博物馆中的NE-20试验样机

其中一号方案把喷气发动机布置在机体中后部,进气道贯穿整个机身,采取机头进气的方式。这种外形也是战后第一代战斗机,如苏军的米格-15式和美军的F-86式普遍采用的,与二战后期各国设计师偏爱的吊舱式发动机布置相比是一种创新。德国在二战后期设计的TA-183“乌鸦”式战斗机也采用机头进气,但并没有日本拿到其技术资料的证据。

二号方案则是将发动机舱单独放在了机身上部,这样一来机身更加纤细,而且机头空间可以沿中轴方便地布置武器。这个方案就是KI-162。是日本人对He-162进行仿制的结果。

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德军在战争末期装备的He-162

HE-162其实是二战末期德国相当失败的一个航空计划之一,其之所以可以投产和装备部队唯一的原因就是便宜和好造。德国高层当时认为,Me-262战斗机虽然性能优异威力巨大,但成本太过昂贵、工艺相当麻烦,而且飞行员训练要求也很高,无法扩大喷气机群的数量,遂要求设计一款制造方便、成本低廉、容易上手的简易喷气机或者所谓“国民战斗机”。二战末期德国人喜欢给廉价武器都安上一个“国民”的称呼,什么“国民突击步枪”、“国民手榴弹”之类的,“国民战斗机”的含义大概是数量多到人手一架,普通人经过简单训练也能驾驶喷气机上场作战。

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位于地下的He-162生产车间,可见其半成品数量庞大

亨克尔公司最终中标,随后在90天内神速造出了样机。已经濒临绝境的德军立即要求投入量产,到战争结束前一共赶工了400架成品和800架半成品,对于当时已近乎崩溃的德国军工生产而言的确是个相当庞大的数量。

这款飞机可谓将“廉价”发挥到了极致:发动机使用在Me-262研发选型中被淘汰的BMW003式涡轮喷气发动机,全机除了大梁以外几乎全部采用木质,甚至连起落架都直接“挪用”现有战机的。其设计时速达到830公里,拥有两门20毫米机炮。

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KI-162的设想复原彩图

不过这种战机真的被开上天了就是另一回事了。因为气动外形存在缺陷,飞机相当难操纵,别说什么“稍加训练”的新手,就连老飞们都对其敬而远之,因为偷工减料飞机结构强度又相当之低,正常的机动动作都很难完成。看上去先进的弹射座椅在使用时稍不留神就可能把飞行员的双腿斩断;喷气机最大的优势就是速度,但HE-162因为发动机存在缺陷根本无法飞出理论数值,许多飞行员回忆其最大时速充其量也就600多公里——这和二战后期的活塞螺旋桨战机没什么区别,甚至比起一些优秀型号还要更慢一些。不客气的说,HE-162除了短时间内让德国喷气机纸面数量膨胀起来以外毫无用处,完全是病急乱投医造出来的废品。

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想象中涂刷第244战队涂装的KI-162

1945年4月,就在德国行将就木之际,一批滞留在德的日本武官和航空技术人员来到了位于罗斯托克的HE-162地下生产线参观。日本人自然无法看到HE-162真实的飞行表现,但却被其庞大数量和简单的制造工序所震撼——这种武器难道不正是被美军B-29轰炸的日本所急需的么。

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KI-162与美军喷气机进行空战的设想图

可能是到了最后时刻,德国人对日方也没有什么技术隐瞒了,说HE-162的技术图纸你们随便看,实机随便测量,有啥疑问的就问。不过仗打到这个份上,已经不再可能用潜艇把图纸和样品运回日本了,日方人员只能通过远程电报的方式把数据和一些文字性资料传回国内。不过总体而言,HE-162比起ME-262没有什么技术创新,甚至可以说是喷气机的技术后退,哪怕技术图纸和资料的缺乏,日本通过电报文字相比也能掌握其大略的设计概念。

实际上,日本当时的涡喷发动机也在地面测试当中,如果时间足够,搞出“日本版He-162”也不是很困难的。但造出来了,其原型糟糕的可靠性想必会因为日本更加糟糕的生产工艺而“发扬光大”。不过历史没有留给日本人时间:到1945年8月日本无条件投降时,KI-162仍旧停留在绘图板上。

四.中岛“火龙”式战斗机与“橘花”式攻击机

“火龙”和“橘花”从外形看都是德国Me-262喷气战斗机技术转移的结果,甚至连它们预定使用的发动机也是。之所以搞出了两个型号,主要还是因为陆军和海军之间“老死不相往来”的结果。“火龙”是为陆军研发的,主要当做截击机使用;“橘花”则是海军航空兵的订单,预定充当反舰攻击机。更加尴尬的是,这两个型号的研发任务都由日本老牌航空制造企业中岛株式会社承接。为此中岛不仅专门搞出了两个设计组,而且两组间几乎不通气、也不技术共享,各干各的。其实完全可以集中力量搞一种型号,然后再根据陆海军不同的需求研发专门的亚型即可。这样既可汇集最好的设计人员,又可以节约物资加快工时。不过可能陆海军的甲方都认为,面子比飞机重要。

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德军Me-262战机展现了拦截轰炸机的巨大威力

Me-262在1943年试飞以后就得到德国空军指挥官——比如加兰德的盛赞。甚至到现在还有说法认为如果这种喷气机能在1943年大量投入德国本土防空战就可以挫败盟军的空中战略轰炸。装备两台JUMO004发动机的Me-262最大速度可以冲到900公里/小时,机头集中了4门30毫米大口径MK108机炮,在熟练的飞行员手中堪称无法拦截的轰炸机杀手。

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“橘花”式喷气攻击机

德国在1944年就同意向日本转让Me-262战斗机以及轴流型喷气发动机的技术。1944年4月,一艘德国潜艇携带了喷气发动机的零件以及Me-262、Me-163战机的技术图纸离开了法国港口航向亚洲,随行的还有一位名叫严谷英一的日军航空技术人员,他之前在德国考察和学习后因为缺乏回国的手段一直滞留当地。

7月,德国潜艇到达新加坡,随后卸货返航。日军随后将这些宝贵的物品装上了自己的伊-29号潜艇运回本土。不过因为海上航速太慢,严谷英一被命令拿着一部比较核心的技术文件搭乘飞机先回国。结果伊-29在半路被美军给干掉了飞机样品和大量图纸也灰飞烟灭,只有严谷带的那一小部分资料保存了下来。

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“橘花”的还原彩图

在战局持续恶化的时候,德国人已经不太可能再拿一艘潜艇突破重重围堵给日本人送资料了,而且即使送来,几个月甚至接近半年的海底航程也无法再等。日本人遂根据严谷英一保留下来的资料开始了自己的喷气战斗机研发,缺的东西只能自己想办法补上。

首先要攻克的是发动机难题。海军航空技术厂(简称空技厂)利用在自主研发的NE-12发动机的技术积累,参考德制BMW003轴流型喷气发动机的技术加速了研发工作。1945年初,编号为NE-20的发动机样机完成制造,并进行了推力测试。

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橘花装备的NE-20发动机

总体而言,NE-20虽然没有全抄德国人的资料(因为潜艇沉没造成资料不完全),但仍旧带有浓浓的德国技术风格。受限于日本脆弱的技术水平和相对糟糕的工艺,这款喷气发动机的推力仅仅达到500千克,远远低于原版BMW003的900千克。不过能造出成品已经是日本航空工业的成就了,毕竟喷气发动机和活塞发动机是完全不同领域的东西。

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日军技术人员在“橘花”样机旁

发动机推力大减,那么战机设计也必须在ME-262的基础上进行重新的修改。日本首先缩小了飞机尺寸,尽可能地减轻重量。随后为节约材料,在飞机上大量使用木制件。为了减少工时,ME-262的外侧后掠翼被改为平直翼,原型的多曲线流线型外形也被改得比较方正,飞机的起落架则直接“挪用”自零战和“银河”式轰炸机

新式喷气机被命名为“橘花”,而装备编号则一直成谜。“橘花”受发动机推力限制,最大飞行速度仅达到670公里/小时,和末代活塞式战斗机处于一个水平。日本海军准备把“橘花”当做攻击机使用,可以挂载一枚800千克炸弹。主要战术是利用高速突破敌军防空火力,小角度俯冲投弹后再凭高速逃走。对于一架双发攻击机而言,这样的载弹量的确少了点,但发动机不行也只能如此。因为同样的原因,飞机也无法加装沉重的机炮系统,只能单纯地丢完炸弹就跑,无法进行空战。

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“橘花”在停机坪上进行试飞前的准备

1945年7月,日本海军航空兵组建了专门的喷气式战机部队——721航空队,指挥官为伊东佑满大佐。这支部队网罗来了上百名飞行员——不过大多数是新手,随后部队开始利用教练机进行特训,内容主要是小角度俯冲轰炸攻舰。比较有想象力的是,日军居然还训练飞行员驾驶战机降落美军机场搞破坏——莫不是认为自己的手下都是“兰博”?

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战后被美军缴获的“橘花”

有一种说法认为“橘花”是担任特攻任务的自杀性飞机,这恐怕是把它“特殊攻击机”的名称想当然地简化为“特攻”带来的误解。实际上没有任何日军文件显示要拿“橘花”去特攻,721航空队也不是作为特攻部队组建的(参加特攻部队的飞行员都要填写所谓的特攻意向书),训练内容也没有撞击敌军目标。“特殊攻击机”的意思即为喷气式攻击机,因为独一无二,自然是“特殊”了。从常理而言,日军也不太可能拿技术复杂的喷气机去执行这样的自杀任务,完全是对物资的巨大浪费。

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试飞员登上“橘花”

1945年5月,中岛的飞机制造厂房遭到B-29猛烈轰炸,“橘花”所在的库房也被炸伤,不过正在生产中的飞机没有受到损失。日军后来对生产设备进行了疏散,“橘花”原型机最终是在乡下的一间农舍中完成的总装。

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“橘花”的首飞被摄影师记录了下来

1945年8月7日,“橘花”进行了首飞并取得成功。飞机只搭载了一部分燃料,升空后仅仅绕场飞行,起落架也保持放下状态预防意外。8月12日,在进行第二次试飞时,“橘花”原型机因为发动机故障起飞失败、冲出跑道受损。3天后日本无条件投降,“橘花”的故事也戛然而止。

到战败时,已经有两架原型机组装完毕,20余架“橘花”正在总装当中。这些成品或者半成品都被美军缴获。日本计划在1945年生产500架“橘花”,不过哪怕战争继续打下去,在B-29天天轰炸、工业生产濒临崩溃的情况下这个数字无疑是痴人说梦。有一架“橘花”的机身现在保存在美国国立航空博物馆中。

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博物馆中的“橘花”机身

相比海军的“橘花”,陆军的“火龙”进度就要慢得多了。“火龙”计划(编号KI-200)的技术指标比“橘花”定得更高,中岛的设计团队准备把最新式的NE-130轴流式喷气发动机用在这个项目身上。NE-130是NE-20的后续改进型号,设计推力超过900千克,基本达到了德国原版BMW003的水平。基于这个不错的动力设计,“火龙”的尺寸比“橘花”要大不少,预定的最高速度超过850公里/小时,在机头装备2门HO-5式20毫米机炮和2门HO-155式30毫米机炮。

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HO-5机炮,的确就是一个大号的勃朗宁机枪

前者是日本陆军在太平洋战争初期,参考海军99式航炮(仿瑞士厄利空FF型)的结构,在HO-103式12.7毫米航空机枪(仿美制勃朗宁M2)基础上扩膛而来。这种机炮曾装备过二式“钟馗”战斗机、二式双发“屠龙”重型战斗机等机型,因为过分追求弹药和枪身的轻量化(还是因为发动机功率不足的问题)故障较多,前线反馈并不算好。以至于1943年日本干脆以潜艇运输的方式从德国进口了一批MG151/20式20毫米机炮。这种重量轻、射速快、弹道直、可靠性还强的武器对于日军而言完全是不同位面的“黑科技”,随后装备了一部分三式“飞燕”战斗机,用过的飞行员都说好。不过MG151特殊的击发方式和精密的生产工艺是日本完全消化不了的,哪怕给了全套图纸都仿不出来——这就是工业基础差距对武器生产的影响。

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德军为MG151/20装填弹药

到1945年时,从德国运来的MG151/20和配套弹药(没错,日本人连德国炮的弹药都仿不出来)已经所剩无几,所以“火龙”作为新锐机型也只能沿用HO-5这种旧炮。

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30毫米航炮对轰炸机有巨大毁伤力,图为被德军MK-108机炮摧毁的英国轰炸机

HO-155是日本陆航在二战后期研发的一款大威力航炮。当时日本人意识到20毫米炮对付重型轰炸机可能威力还是不足,而37毫米甚至更大口径的火炮虽然威力够,但重量太大、射速慢、载弹量小,而且弹道弯曲不好瞄准。30毫米是大威力航炮的最好口径。“德国盟友”早就意识到了这一点,其研发的MK-103和MK-108型30机炮性能都相当优秀,对盟军重型轰炸机构成严重威胁。日本通过潜艇运输从德国人那弄来了MK-108的样品和图纸,不过还是老问题:德国货太精密,对加工工艺要求很高,日本人照抄都搞不定。无奈之下只能自己搞“简化版”了。

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HO-155航炮

HO-155仍旧以美制勃朗宁大口径机枪为技术基础进行扩膛,整体结构的改进还参考了海军未能批量生产的25毫米航炮(从军舰的95式高射炮改造而来,原型则是法国的哈奇开斯机炮)。1945年投产后,HO-155曾在部分四式“疾风”战斗机上装备过。“火龙”用上它也是在预料之中。不过很难理解为何“火龙”采用20炮和30炮的搭配方式,而不是像ME-262一样全部装备30毫米炮。可能在预想中的拦截轰炸机之外,也想承担与敌军战斗机格斗的空战,20毫米炮更加适合这样的任务。

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“火龙”战机紧急起飞的设想图

不过“火龙”最终还是栽在了发动机上。很明显,日本人连NE-20的可靠性问题都还没解决,仅仅生产了部分样机来测试,推力大幅提高的NE-130被各种技术问题卡住实属正常。飞机围绕着发动机展开其他设计,“心脏”都没稳定,其他又变成了空谈。日本人预计1945年底“火龙”将投入量产,说不准可以赶上想象中的1946年“本土决战”。但1945年8月日本就战败了。

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“火龙”拦截B-29设想图

“火龙”并不是完全的绘图板游戏,而是留下了一些实物。中岛航空设计所的原址在战后变成了一所大学。2015年6月,该校在施工时发现了一台埋藏在地下的喷气发动机。后被证明正是“火龙”项目用来测试的NE-130原型。

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“火龙”还原彩图,采用第244战队涂装

值得一提的是,可能是日本仿制德国喷气战机的过程太不顺利,在战争最后期还继续向德国求援。1945年4月15日,U-234号潜艇离开汉堡港驶向日本。该艇属于大型远洋布雷潜艇X级,潜航排水量超过2200吨,是当时德军现役潜艇中体积最大的。U-234上不仅装上了全套的Me-262技术图纸,甚至还有生产线和工厂图纸。梅塞施密特公司还派出两名工程师随船前往日本,帮助其建立量产喷气机的工厂并解决仿制中遇到的问题。传统的印度洋—太平洋航线因为盟军重重拦截太过于危险,U-234选择先开向北大西洋,随后沿美洲南下,绕过南美以后再进入太平洋的方式前进。这一路线要远得多,但更加安全,沿途U-234将接受事前派出在预定地点游弋的货船的补给。

就在U-234离开德国的第二天,苏军发起了攻克柏林战役。1945年5月8日,德国向盟军无条件投降。正在北大西洋海域航行的U-234放弃了援助日本的任务,上浮打出白旗。二战中德国对日本的最后一次技术援助也宣告失败。(未完待续)

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