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[图文]生不逢时的德国(2战)前掠翼设计Ju-287

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  Ju-287的设计者汉斯沃克

  Ju-287,世界上第一种前掠翼重型轰炸机,不仅在容克的飞机设计历史上占有极其重要的地位,它的研制成功,在世界航空史上创造了一个新的潮流:前掠翼战机。而它的许多设计理念更是独一无二。如今当我们关注S-37的发展的时候,希望我们还记得这个名字:Ju-287。

  容克Ju-287的产生完全是由于被动的原因。1943年一月开始,美英开始联合对德国本土进行轰炸。当时只有很少的轰炸机连队有远程战斗机护航。到了1943年中期P-51及加装副油箱的P-47大规模为轰炸机护航,德国空军为拦截轰炸机疲于奔命,灵魂缺口发在网易谈兵论坛的,战斗机损失率骤然大增。当时有将近80%的德国战斗机在西线和本土,却抵挡不住美英的“千机大轰炸”。德军制空权顿时丧失大半。

  东线的情况也是如此。1943年下半年库尔斯克战役结束后,德国空军丧失了在东线的战略制空权,且只有20%的德战机留在东线,Bf110、Ju88以及Do217等重要的轰炸机撤离东线,加上苏联空军大量装备La-5和Yak-9,使得对苏联境内的轰炸变得极为困难。战争进行到这时,再也看不到德国空军He111机群的威风了。

  希特勒狂想的脑袋开始琢磨着对英国及盟军据点的打击新方法。在诺曼底登陆后的第六天,V1和V2相继发射成功对英国及安特卫普实施导弹攻击。灵魂缺口发在网易谈兵论坛的,但由于当时的制导技术落后,偏航现象严重。希特勒要求研制一种“能超越盟军任何一种战斗机”的轰炸机,Ju-287由此诞生。

  前掠翼设计

  前掠翼设计不管是当时还是现在看来都是一个大胆且风险性极大的设计,所以只在少数的高空高速战斗机上使用。大家熟悉的俄罗斯S-37以及美国格鲁门公司研制的X-29验证机就是采用前掠翼设计的为数极少的成功例子。灵魂缺口发在网易谈兵论坛的,而F-16在研制时也提出了一个前掠翼方案,甚至在Ju-287研制的同时,亨克尔公司也为国民战斗机计划(Volksjaeger)设计了一种前掠翼He-162,即He-162D型,但这两个计划后来都不见

  

  

  

  上图:X-29验证机;F-16前掠翼型;S-37金雕

  

  He-162型

  Ju-287在最初设计时采用的是后掠翼设计,但由于后掠翼设计使得飞机在低速时稳定性较差,这样必然影响轰炸机的投弹精度。不仅如此,后掠翼的种种问题都使得汉斯"沃克小组放弃了这个决定这个问题就是速度。飞机在飞行过程中,当垂直于机翼前缘的气流速度接近音速时,机翼上表面局部气流将超过音速,而出现激波。有激波就会有波阻,同时会引起激波后面的气流分离,使飞机的阻力急剧增加,且变得难以驾驭,就象出现了一道无形的障碍,即所谓“音障”。对于平直翼飞机来说,垂直于机翼前线的气流速度等于来流速度(或飞行速度),飞机的飞行速度接近音速时肯定产生微波,使飞机阻力剧增,而无法突破这一障碍。后来出现了后掠翼,加上喷气发动机的问世和成功应用,灵魂缺口发在网易谈兵论坛的,才使飞机突破“音障”实现超音速飞行。这是因为影响机翼产生升力和导致出现局部激波的,主要是垂直于机翼前缘的气流速度。按照速度向量的分解法则,对于后掠翼来说,来流速度(或飞行速度)可分解为垂直机于翼前绿的速度分设(vcosX,简称垂直速度)和平行于机翼前线的速度分量(vsinX,简称平行速度)。垂直速度明显小于来流速度,所以后掠翼可以推迟激波的产生,只有在飞行速度更大时才会出现微波。此外,即使出现激波.后掠翼还有减弱微波强度和降低波阻的作用。因此,现代战斗机、攻击机和高亚音速旅客机都广泛采用后掠翼。后掠翼的最大缺点是由于平行速度的影响,使流经机翼的气流往外倾斜,产生从里往外的展向流,使得机另外侧特别是翼尖后缘附近的附面层加厚,容易出现气流分离。而这里正好是飞机的重要操纵面副翼的所在位置,因而它将影响副翼的操纵效率,严重时还会使飞机自动滚转和上仰,及至危及飞行安全。为了克服后掠翼的这一缺点,常采用翼刀、机翼前线锯齿和缺口等措施采进行补救。

  对于前掠翼来说,流速度也可以分解为垂直和平行两个速度分量,其垂直速度分量必然小于来流速度,因此前掠翼与后掠翼一样也有延缓激波产生.减弱微波强度和降低波阻的作用6)但是,前掠翼酌平行速度分量,不是从里往外,而是从翼尖流向翼根方向,因此前掠另飞机在大迎角时气流在翼尖甚至是大部分外翼段都不容易分离失速.这对于改善飞机的升力特性,提高副翼的操纵效率都是大有好处的。当然,由于从外往里的展向流的作用,使前掠翼的翼根处容易分离失速,对此只要在前面安装一对鸭式前翼就很容易使这一问题得到解决。因为,在较大迎角飞行时鸭式前舅会向后拖出两个翼尖涡,正好流经两侧的翼根处,它可以将即将分离或已经分离的翼根表面的气流带走,使翼根的流动状态得到改善。前掠翼的问题不在于此,主要在结构上因要求过高而难以解决。由于机翼前掠后,结构形式上,本身就使机翼的抗弯扭能力减弱,加上在气动力的作用下,灵魂缺口发在网易谈兵论坛的,使外翼向前上方弯扭,迎角增大;迎角增大后,升力增大,又使外翼向上扭转得更厉害;如此恶性循环,直到使机翼扭转折断。这种现象就称为气动弹性发散。为了防止这种情况的出现,需要增加机翼的抗弯扭刚度,这样一来就会导致机翼结构重量的增加,以致完全抵消了采用前掠翼所带来的好处。而汉斯沃克小组通过对机翼的结构和弹性变形方面作了成功的改进,使得飞机的静稳定性大大提高,很大程度上改善了上述的问题。

 4-6台发动机分布

  Ju-287V1型采用4台Jumo004m型涡轮喷气发动机平行安装,两台布置于前机身两侧,另两台置于翼下,到后期V2及V3型则又增加了两台涡轮喷气发动机,V2型前气原本计划使用4台Heinkel-Hirth011A型发动机,后改用6台BMW003A-1型全部置于两侧翼下,而V3型又改为前机身下挂两台,两侧翼下各挂两台

  

  Ju-287的发动机布局非常的少见而又给飞行带来了极大的好处。4-6台发动机分布保证了飞行速度,前机身的两台发动机工作减轻了机翼挂载喷气发动机时的压力,而前掠翼设计减轻了发动机喷口处高速气流对其他发动机的影响,这样做不仅提高了每台发动机的效率,更重要的使得飞机稳定性有了提高。而实际上效果也极佳,灵魂缺口发在网易谈兵论坛的,Ju-287在5000米高度的最大速度达到864千米/小时,跟Me-262A-1a型不相上下,比P51-D高出了161千米/小时;爬升率也达到6000米/10分钟

  原型机阶段

  在Ju-287V1定型之前,设计小组提出了诸多的设计方案,这些方案不仅有前掠翼机后掠翼设计,甚至在发动机的布局方面也是五花八门,包括以下各种设计方案:

  EF55:前掠翼设计,无发动机,为前掠翼研究机;

  EF56:传统的后掠翼设计,未设计发动机,后掠翼研究机;

  EF57:V型翼,未设计发动机;

  EF58:前掠翼设计,翼尖为椭圆形,发动机挂在翼下;

  EF59:机身略同于EF58,前机身加挂两台发动机;

  EF66:前掠翼角增大,翼下挂两台发动机;

  EF67:前机身挂两台发动机;

  EF68:发动机挂载研究机;

  EF116:后掠翼研究机;

  EF122:最后期型;

  EF125:近似于Ju287V3设计。

原型机V1

  V1原型机可以说完全是拼凑出来的。在EF122方案定型后,设计小组迫不及待的要测试EF122的机翼设计,于是V1型应运而生。

  V1原型机性能诸元:

  机身亨克尔He-177A-3

  机尾容克Ju-188G-2

  前起落架B-24

  主起落架容克Ju-352

  乘员3人

  发动机4台容克Jumo004B-1(后加装4台瓦尔特WalterHWK109-502发动机)

  全重17820千克

  全长18.30米

  高4.70米

  翼展20.11米

  最大速度7000米高度560千米/小时

  

  Ju-287V1三视图

  Ju-287V1采用的容克Jumo004涡轮喷气发动机性能:

  RLM标准型号推力:重量:转速:

  109-004B900kg(1984磅)745kg(1588磅)8700转/分

  109-004C1015kg(2238磅)720kg(1588磅)8700转/分

  109-004D1050kg(2315磅)745kg(1588磅)10000转/分

  109-004H1800kg(3970磅)1200kg(2646磅)6600转/分

  109-0122780kg(6130磅)2000kg(4410磅)5300转/分

  109-0224600ehp2600kg(5733磅)5000转/分

  Jumo004发动机分解图:

 

  设计之初,Ju-287V1同EF122一样都只安装两台Jumo004在翼下,但试验机庞大的身躯使得发动机提供的起飞能量相形见绌,灵魂缺口发在网易谈兵论坛的,于是设计小组在原先基础上在前机身驾驶室下加挂两台Jumo004,但提供的动力仍然太小,无法正常起飞,于是便在每台发动机下方加挂一只“豆荚”(pod)――瓦尔特WalterHWK109-502火箭发动机。这四台火箭发动机提供了足够的起飞动力,而在起飞后便将其丢弃。

  

  在这张照片中我们可以很清楚地看到在四台Jumo004下方各挂了一台形似豆荚的WalterHWK109-502发动机。

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