美国空军:贝尔X

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美国空军:贝尔X

2024-07-16 16:06:49| 来源: 网络整理| 查看: 265

紧急战斗机项目源于1944年7月3日,当时的德国空军最高指挥部意识到,必须对盟军的频繁空袭进行强力反击,因此急需开发第二代喷气式战斗机来应对盟军的威胁。尽管该项目遭到德军一些重要人物的反对,主要有德国著名的“王牌飞行员”、德国空军战斗机总监阿道夫·加兰德(Adolf Galland),但由于德国元帅赫尔曼·戈林的支持,该项目得以继续进行。

第二次世界大战期间,尽管所有主要参战大国都想方设法开发技术先进的喷气动力飞机,但德国和英国仍然处于该领域的前沿。虽然当时德国的航空技术处于世界的前列,可由于战争局势对德国越来越不利,德国已经处于被动防御之势,而盟军的轰炸行动主要针对德国工业基础设施,其损失相当惨重。纳粹帝国航空部(RLM)几乎放弃了轰炸机的生产,把重点集中在开发制造各型战斗机上,尽管很多还只是处于设计阶段。帝国航空部(RLM)加紧组建喷气动力战斗机机队,在当时那种情况下,这种做法几乎是孤注一掷。

1944年7月15日,RLM发布“紧急战斗机项目”的设计规范要求,具体如下:

新型机在距离地面7000米空中最高时速必须达到每小时621英里(约1000公里/小时) 带加压座舱的飞机最高升限要达到46000英尺(约14000米) 装备4门MK-108航空机炮 动力由一台燃料容量为264加仑(约1000升)的Heinkel-Hirth HeS 011系列涡轮喷气发动机提供(燃料容量必须保证飞机能飞行半小时)

1944年7月24日,在德国航空航天工程师沃尔德玛·沃伊特(Woldemar Voigt)博士的领导下,完成了新战机的初步设计方案。新战机由梅塞施密特的工程师汉斯·霍隆(Hans Hornung)设计,他将项目命名为P.1101。这个初步设计方案也称Me P.1101第一设计。

汉斯·霍隆的Me P.1101第一设计方案为单座单引擎喷气式战斗机,它由一台Heinkel HeS 011涡轮喷气发动机提供动力。发动机安装在机身内部下方,并由位于驾驶舱两侧的两个圆形进气口吸气。该设计还采用了“v”型尾翼布置、可完全伸缩的三轮式起落架系统、后掠式机翼。另外,机翼前缘后掠角为40°,后缘后掠角为26°。

1944年8月30日,又推出了P.1101第二设计方案。之前设计的粗壮机身被加长并变窄,在驾驶舱前面增加了一个锥形机头部分。原复合后掠翼(compound sweep wing)的设计概念被放弃,取而代之的是与Me 262飞机类似的机翼。

随后,又推出了Me P.1101第三设计,第四设计以及型号为P.1101 L的设计方案。P.1101L采用的是冲压发动机和火箭发动机相组合的设计。冲压发动机是喷气发动机的一种,它利用发动机的前向运动以压缩空气,没有采用带有可旋转叶片的压缩机。冲压发动机经常与脉冲喷气发动机混淆,脉冲发动机采用间歇的燃烧方式,而冲压发动机采用连续燃烧的方式。因此,这两种发动机有着本质的区别。

P.1101原型机V1的生产过程

为了加快项目进度,数据收集和评估测试工作与建造用于试飞的V1原型机同步进行。1944年11月10日,最终的设计方案和相关测试数据提交给了建设局,V1原型机由威利·梅塞施密特(Willy Messerschmitt)亲自设计。

为了尽快完成原型机,帝国航空部(RLM)决定,只要原型机需要,就拆卸现有的其他各型飞机上任何部件为其提供方便。P.1101 V1原型机的制造工作由位于巴伐利亚州上阿默高(德语:Oberammergau)的梅塞施密特秘密工厂负责。原计划要求于1945年6月开始首飞。

P.1101 V1原型机的机身采用了硬铝材料,其主翼依旧沿用了Me 262的设计。其独特之处就是在起飞前,飞机机翼后掠角必须在地面进行调整,有三种角度选择,分别为30度,40度和45度。可以说,该机的可变后掠翼设计,是后来发展的各型可变后掠翼式战斗机的先驱。

V1原型机的主起落架是Messerschmitt BF 109K战斗机的改装版。由于V1原型机的机身和原设计有所不同,原设计方案中的Heinkel HeS 011涡轮喷气发动机无法安装,因此,改为安装一台Jumo 004B发动机。Jumo 004是世界首款投入量产与实战的涡轮喷气发动机,该发动机由德国容克斯公司制造。另外,原型机没有装备武器。

V1原型机的理论规格如下:

最高时速为534英里/小时(约859公里/小时) 上限32808英尺(约10000米) 爬升速度39英尺/秒(12米/秒) 空载重量4815磅(2184千克) 起飞重量7066磅(3205千克) 燃料重1830磅(830千克)

1945年4月29日,尽管梅塞施密特公司竭尽全力组装V1原型机,但遗憾的是,美军地面部队已经占领了上阿默高,并且发现了隐藏在隧道中的P.1101 V1原型机。其整机建造大约完成了80%。早在盟军占领德国前,由于担心P.1101的重要数据和相关文件会落入盟军的手中,梅塞施密特公司将这些数据保存到缩微胶卷上,然后将其分散隐藏在四个地方。与此同时,法国军队紧随美军进入该地区,法军搜寻到了部分隐藏的P.1101缩微胶卷。

梅塞施密特的首席设计师沃德玛·沃伊特和贝尔飞机公司的首席设计师罗伯特·伍德斯(Robert J. Woods)希望将P.1101 V1原型机的建造工作继续下去,但这个请求遭到法国人的否决,并且,拒绝交出其缴获的一部分文件数据。1948年8月,美国将P.1101 V1原型机运往纽约布法罗的贝尔飞机公司。贝尔飞机公司对P.1101 V1原型机进行了深入细致的研究后,开发了可变后掠翼试验机——贝尔X-5。

贝尔X-5可变后掠翼试验机

1948年8月,美国将德国的P.1101 V1原型机运到贝尔飞机公司。贝尔的工程师们对该机进行了仔细研究,并由首席设计师罗伯特·伍德斯领导,提出了类似的设计方案——贝尔X-5。在美国,带有X标志的飞机仅用于研究目的。X试验机主要是用来测试研究飞机设计的飞行极限,其收集到的相关重要数据将用于今后新飞机的研发中。

贝尔X-5实际上是基于梅塞施密特P.1101的设计理念,而且在整体设计上大量借鉴了P.1101的方案。因此,两者在外形上极为相似。最大的区别在于,P.1101只能在地面上调整机翼后掠角度,而贝尔X-5通过贝尔工程师设计的一套电动系统可在飞行中改变机翼后掠角度。

X-5原计划是为美国/北约开发的低成本战术战斗机。该机的可变后掠机翼设计,其技术要复杂得多,由于飞机可在飞行过程中调整机翼的后掠角度(具有20°, 40°和60°三个预设角度),因此,无论飞机起飞、着陆、需要作低速飞行或需要高速飞行,飞行员可通过改变机翼后掠角度来提高飞机在低速或高速时的飞行性能。

但是,由于X-5的空气动力学布局存在缺陷,特别是机尾的垂直尾鳍定位不佳,如果飞行中改变机翼后掠角度,会造成飞机尾旋失速而无法恢复到正常状态,以至于酿成灾难性后果。

贝尔公司共造了两架X-5(序列号分别为50-1838和50-1839),首架于1951年2月15日完成,并在1951年6月20日首飞。第二架50-1839于1951年12月10日进行首飞。其中,有200次试飞的速度达到了0.9马赫,并且高度达到40000英尺(12200米)。

1953年10月14日,在爱德华空军基地进行的一次飞机尾旋测试时,一架X-5因未能从60度后掠角的旋转中恢复正常而坠毁,飞行员空军上尉雷·波普森(Ray Popson)因此而丧生。另一架则继续用于试验测试,直到1955年10月25日。随后,X-5作为新型实验机测试时的追踪机一直服役到1958年。

1958年3月,幸存的这架X-5被美国空军国家博物馆收藏,陈列在博物馆的研发机库中。

结语

尽管梅塞施密特P.1101最终没有飞起来,但其超前的可变后掠翼设计理念对后来可变后掠翼飞机的发展,其意义具有历史性。而在此基础上开发的X-5,虽然稳定性存在问题,但可变后掠翼在设计上的先进性和性能优势在X-5试验机上完美的体现出来。以此验证了这种机翼适用于需要在许多不同的速度下执行任务的飞机。并且,可变后掠翼的设计理念被成功地应用于许多飞机上,如:F-111,F-14雄猫,米格-23,米格-27,苏-17/20/22和苏-24,图-22M和图-160,狂风战斗机以及B-1“枪骑兵”。

其中比较突出的就是F-14雄猫战斗机,该机被公认为是一款相当成功的超音速空优及长程拦截机。飞行过程中,F-14的机翼后掠角度可在20°至68°之间变动,最大变动速度为每秒7°。后掠角由机上的中央航空数据计算机(CADC)自动控制,使机翼后掠角随马赫数的变化保持在最佳升阻比,因此,F-14的高速及转向性能相当优秀。如果有必要,飞行员还可以手动控制该系统。紧急情况下,F-14可以在机翼完全掠至68度时降落。F-14在测试中以不对称的机翼后掠角安全飞行,紧急情况下也能在航母上降落。飞机停放时,机翼后掠角可增至75°,与水平尾翼(升降舵)部分重叠,以节省航母甲板的空间。

F-14在美国海军服役达32年,2006年9月22日正式退役。而伊朗装备的F-14A至今还在服役,两伊战争期间,伊朗的F-14至少击落了160架伊拉克战机,自己仅损失了12至16架,而这其中一半损失是由于事故造成的。

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