「航空史話」好風憑藉力,送我上青雲—廢氣渦輪增壓的P-47戰鬥機

往期部分文章


「航空史話」好風憑藉力,送我上青雲—廢氣渦輪增壓的P-47戰鬥機

前言

說起二戰美國的P-47“雷電”戰鬥機,特徵太明顯了——個頭、重量在二戰單發戰鬥機中都是首屈一指!僅以重量來說, P-47N型的最大起飛重量達到了史無前例的20000磅(超過9噸),而雙發動機的P-38“閃電”戰鬥機最大起飛重量也才8噸!

這個粗壯的 “大奶瓶”個性十分鮮明,優點缺點都非常突出,這也造就了它的威名——它是二戰中產量最大的美國戰鬥機,沒有之一

菜鳥的戰鬥

1943年6月,法國福爾熱地區上空,一隊從巴黎的B-17轟炸機被德軍數十架戰鬥機圍攻。一隊“雷電”戰鬥機拍馬趕到前來解圍,其中就有調皮的萌薪羅伯特·約翰遜中尉。說他調皮是幾天前才因為前幾次任務擅自離隊而被隊長狠批了一頓,說他萌新是因為無論是在航校還是在部隊,射擊的科目從沒及格過。他們一加入戰團,就在27000英尺(8100米)高度上被一隊Fw190給衝散了——德國人剛剛攻擊B-17機群后完成俯衝,速度比“雷電”快上不少。

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P-47和它的死對頭Fw190編隊表演

可憐的菜鳥約翰遜還沒怎麼反應過來,就被Fw190一頓痛擊!機身裡20毫米炮彈的爆炸聲響成一片,垂尾被打掉了一半、座艙蓋破裂、液壓系統受損,更要命的是氧氣瓶被打爆外洩,洩漏的液壓油在座艙裡燃起火苗,燒光了約翰遜的眉毛以及一部分頭髮;發動機也被打爆個了一個汽缸,轟轟地響個不停,飛機一頭向右下方栽了下去!

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被20毫米炮打爛的P-47

所幸座艙裡的火只燃燒了一下小會兒,飛機高度大降以後也不太需要氧氣了。慌神的約翰遜用電臺大聲呼救卻毫無反應,於是解開安全帶決定跳傘逃生。他拉了下艙蓋沒有反應,情急之下兩腳踩在儀表板上盡力氣也沒能拉動——艙蓋的滑動軌道變形卡死了。他改為用力錘打艙蓋上已經破碎的玻璃,終於弄出一個洞,卻沮喪地發現這個洞只能勉強讓他鑽出去,卻掛住了他背上的降落傘包!

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P-47C還是有框架的鳥籠式座艙蓋,不容易鑽出來

就在這一通折騰的工夫,飛機的高度掉到了19000英尺(5700米),遠處還能看到幾架Fw190。約翰遜趕緊坐回椅子上,嘗試著打了幾個點射,但風檔玻璃被液壓油糊得死死的,“比盲目儀表飛行時擋得還要死!”不過約翰遜也發現飛機還能操作,於是一邊降低高度準備找地方迫降,他動了一下油門,發動機的異常轟響居然停止了!他試著掉了一下頭,飛機反應居然也很準確!大喜之下,約翰遜駕著重傷的飛機轉向了英吉利海峽。

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發動機重傷後迫降的P-47

然而壞運氣並沒有結束,他突然發現側面跟上來一架發動機罩漆成黃色而機身深藍色的飛機,比粗胖的“大奶瓶”輕巧得多。他的心直往下沉,這是一架Fw190,德軍飛行員相當冷靜地看著被打得破破爛爛的“雷電”,然後做了一個漂亮的側轉,轉到約翰遜的後方。約翰遜能做的只有降下座椅縮起腦袋,果然,7.92毫米子彈的激流潑灑過來,機身上、尾翼上、座椅背後的裝甲板上響起了連續密集的叮叮噹噹聲!

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被Fw190盯上了!

大奶瓶裡裝了啥?

P-47作為一種產量超過15000架的戰鬥機,介紹它的文章滿坑滿谷。我們專注一下:“大奶瓶”到底為什麼這麼粗壯?首先,當然是它裝上了二戰最好的空冷星形發動機——普拉特·惠特尼公司的R2800“雙黃蜂”發動機,2800是指它的排氣量達到2800立方英吋。1939年正式面世時,它就能輸出2000馬力,比功率達到了驚人的0.71 馬力每立方英吋,連緊湊的液冷發動機也只有極少數能和它相比。到了1941年量產時R2800輸出達到了2100馬力,到1944年改進的C型在地面測試時甚至達到嚇人的3600馬力!並運行250小時無故障,實際使用中被調低功率後也達到了2800馬力。

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粗壯的R-2800發動機造就了大奶瓶

而對手呢?日本的“零”式戰鬥機用的中島“榮”式發動機,也是星型空冷,略早於“雙黃蜂”,不到1000馬力!後來號稱“大東亞決戰機”的“疾風”,中島“譽”式發動機,設計指標有2000馬力,後來改稱1900馬力,而實際起飛功率僅1820馬力,而且各種毛病纏身,十幾架“疾風”轉場經臺灣轉場到菲律賓,最後到達目的地僅9架,其它都因為發動機壞在了臺灣!而且到1944年6月才生產出125臺,量產的好多“疾風”連600公里的時速都飛不出來,功率注水嚴重。德國方面,痛打約翰遜的Fw190所用的BMW801星型發動機,也源自普惠公司的“黃蜂”發動機,率先使用了燃油缸內直噴技術,但最大起飛功率僅1600馬力。

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Fw190上的BMW801發動機

R2800的抗打擊能力也遠遠強過液冷發動機,它每個汽缸都是獨立單元,打壞一兩個其它的還可以繼續工作,本文開始時約翰遜中尉就被打爆了汽缸,二戰中R2800的最高紀錄是被爆了9個汽缸仍然繼續工作!而即使再優秀的液冷發動機如“野馬”、“噴火”上用的“灰背隼”發動機,別說汽缸就是散熱管道被打漏,也會快速過熱後失效,抗損完全不能和R2800相比。此外,星型風冷發動沒有複雜的液冷散熱系統,結構簡單故障少易維護。

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P-47的散熱器進氣口也在機頭,顯得格外粗壯

不過R2800雖然性能強悍,但有風冷發動機的通病——要讓大量空氣流經每一個缸體帶走熱量,所以結構不緊湊,不像液冷式發動機可以把汽缸排成細長的一列。R2800的直徑達到了52.8英吋(1.342米),容納它的飛機就必然會比較粗大,這會大大增加飛行阻力,好在它澎湃的動力彌補了這一點,直接造就了二戰最“胖”最重的兩款單發戰鬥機——第二名是美國海軍的零戰天敵F6F“地獄貓”。海軍的另一款F4U“海盜”也用的是R2800,但它巧妙地把增壓器和滑油散熱器放在倒鷗翼的根部,機頭因此纖細了許多。

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紅圈中是“海盜”的散熱器進氣口,機頭因此比較纖細

獨門密技

說回到P-47“雷電”,它比相同發動機的F6F“地獄貓”、F4U“海盜”要更加粗胖,還有另外一個原因:安裝了廢氣渦輪增壓器。這是二戰中美國的獨門密技,別無分號!說起增壓器開車的朋友都不陌生,型號中帶T的汽車風靡一時,以較小的排氣量獲得較大的功率還能省油,但飛機上裝增壓器最主要的原因還不是增加功率,而是為了應對高空飛行。高空空氣稀薄,活塞式發動機缸內燃燒缺氧,必須安裝增壓器增加發動機的進氣量才能維持住輸出功率

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P-47發動機後面的渦增壓器集氣管


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渦輪增壓系統把P-47變得格外粗壯笨重

不過其它國家發動機配的增壓器是機械增壓器,它由發動機驅動,消耗一部分功率來完成對進氣的增壓,技術上相對比較容易,但越是高空吃發動機的功率越厲害。以前面提到的二戰最好的液冷發動機“灰背隼”為例,羅·羅公司為它配的二級二速機械增壓器技術算比較先進,

但在30000英尺(9000米感謝多位讀者指下原來的錯誤,修正為9000)以上隨便就吃掉了500馬力,佔到發動機總功率的三分之一以上!

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“灰背隼”的2級2速機械增壓器

而P-47“雷電”上的R2800採用的是通用電氣出品的廢氣渦輪增壓器,它由發動機排出的廢氣驅動,最大的優點就是不損耗發動機的輸出功率,越是高空優勢越明顯

。不是其它國家不想製造廢氣渦輪增壓,實在是在當時這個技術難度較大——近千度的高溫廢氣持續衝擊增壓器的渦輪葉片,還要以極高的轉速轉動——GE的CH-5增壓器的轉速超過了2萬轉,還要控制得恰到好處不能超壓。這些技術難題使增壓器往往用上幾次就壞掉了。英國人沒有冒這個技術風險。德國人倒是試驗過,他們有好的軸承,在空氣冷卻葉片上還取得了不錯的進展,不過他們把這項技術搬到噴氣式發動機上去了。而日本人做個陀螺儀都達不到2萬轉以上的轉速,直到戰爭結束前才試飛了廢氣渦輪增壓的“零”戰和“雷電”局地戰。

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P-47上的CH-5型增壓器

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日本J2M4“雷電”局地戰的渦輪增壓器,仿自美國P-38“閃電”

除了技術難度大以外,整套廢氣渦輪增壓器的重量、體積比較大,還要在發動機上安裝廢氣集氣管。P-38“閃電”戰鬥機上的V-1710液冷發動機汽缸排成直列,集氣管還好辦比較好安排,如下圖紅圈中。而R-2800發動機本來就比較粗壯,汽缸呈星形分佈,安裝集氣管後就更加粗大了,最終把P-47“雷電”變成了一個“大奶瓶”!不過廢氣渦輪增壓不負眾望,

CH-5型使R2800C型發動機在34300英尺(10500米)高度上爆發出2800馬力,噴出的廢氣又額外增加了1.8千牛的推力,令看似笨重P-47飛出了473英里(761公里)的時速,比德棍引以為傲的Ta-152還快上1英里!事實上一些瘋狂的飛行員甚至再加大進氣壓力把R2800壓榨到3000馬力,最後把飛機推到了510英里(820公里)的時速!噴氣式的Me262“風暴鳥”也不過如此!

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P-47的渦輪增壓系統

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紅圈中P-38“閃電”的渦輪增壓器

堅若磐石

當然,在1943年6月,約翰遜的P-47C最快也只有427英里(687公里),在被打爆了汽缸之後更是難以擺脫Fw190的追殺。機槍子彈連續錘打著他的座椅裝甲,幸運的是Fw190的20毫米機炮沒有開火,很可能是炮彈打光了。約翰遜情急之下踩著踏板左右晃動方向舵,飛機劇烈擺動著降低了速度,居然沒有散架。Fw190猝不及防一頭衝過約翰遜飛到了前頭。約翰遜甚至又打出了幾梭子,但被糊住的風擋完全無法瞄準。

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Fw190A-8

Fw190再次和約翰遜並肩,德國飛行員看了一會兒這個破爛的大傢伙,再次轉彎飛進約翰遜的6點鐘,再一次潮水般的機槍子彈洗刷著約翰遜的“大奶瓶“。約翰遜再次蹬踏板減速,Fw190這次有了準備,快速收油門又一次和約翰遜並肩!德國人注視了一會,敬了個禮,第三次滑向6點鐘方向開火,這次德國人甚至輕輕擺動機頭,讓機槍子彈打爛P-47的整個機尾!約翰遜感到時間彷彿變慢了,噹噹聲是如此漫長。

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一架機身後部被打爛的P-47D

忽然間槍聲停止了,德國人飛上來驚訝地看著約翰遜和他的飛機,又敬個禮還搖了搖機翼,然後轉彎脫離了——他可能已經打光了所有的子彈。約翰遜鬆了口氣,重新坐正拉桿,“大奶瓶“穩穩地飛向英國,最後還回到了自己的機場,子彈沒有打破輪胎,著陸很順利,但液壓油洩漏導致剎車失靈,約翰遜又一次左右踩踏板讓飛機不停地拐彎減速,終於停在跑道盡頭。

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關鍵時候,“大奶瓶”能保住飛行員的命

約翰遜從機艙往外爬時才發現腿上中了兩槍,所幸只是擦傷並不重。他的座機中了21發20毫米炮彈,7.92毫米彈孔在數到第100個時候就放棄了,飛機最後沒有修復而是被拆掉了回收零件,地勤人員說它身上幾乎找不到一個完好的零件。

約翰遜傷好後又得到了一架新的P-47,在上面刷上了“LUCKY”。從此他脫胎換骨——直到德國投降,他出擊了91次,43次遇到德軍飛機,其中36次開了火,擊落了32架!這是對照德軍戰史修正後的結果!粗壯的“大奶瓶”給了他成為大王牌的信心!

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從菜鳥到超級王牌,中間只隔著一架P-47“雷電”

結語

P-47“雷電”就是這樣個性十足,在中低空它非常笨重,爬升緩慢,轉彎性能堪稱二戰最差!不過一旦進入高空,它的速度優勢就上來了,沉重的身體帶來了極好的俯衝性能,加上優彎的橫滾、旺盛的火力、堅不可摧的機身,能戰勝任何對手,曾經在一次遭遇戰中把一隊日本的“疾風”被打出11:1的交換比!

喜歡輕巧的“噴火”的英國飛行員很不喜歡它,美國國內也不少人討厭如此笨重的單發戰鬥機。阿諾德將軍有次專門請到一位專黑“大奶瓶”的專欄作家,拿出一張繪有各種先進戰鬥機飛行包線的圖但沒有標明飛機的型號,讓他選出最好的飛機,作家仔細推敲後選擇了三條線,阿諾德告訴他三條線都是美國飛機,第一名就是本文的主角P-47“雷電”。

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航展上的P-47D

淘金客說:如今還有不少“大奶瓶”保持著良好的狀態在航展上飛行表演,R2800本來就是臺長壽的發動機。北航校內的航空博物館就有一架P-47在做靜態展示,它的不遠處是數量稀少而珍貴的P-61“黑寡婦”夜間戰鬥機,也是採用R2800發動機!

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博物館裡的P-47

對於這款個性十足的飛機。

設計師並非不知道它的缺點。共和公司也曾經制造過減重版的XP-47J,性能脫胎換骨,但結構強度、火力都嚴重下降,這在後面對地攻擊為主時是個嚴重缺點,加上新型號可能影響產量,所以最後沒有投產。可見對於“大奶瓶”來說,取捨後的最佳結果就是如此。如今“雷電”這個響亮的名字被另一款結實、火力旺盛的戰機繼承過去——屢次想要退休卻越戰越通的A-10“雷電”攻擊機。而渦輪增壓技術在沉寂了一段時間後,又普及到了小汽車上!

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A-10“雷電II”


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