特种武器:二战德国的隐秘航空技术
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“伊弥尔”VS“哥亚”——始源“巨人”的反击

当容克斯的巨人哥利亚出师未捷身先死时,其对手梅赛施米特却是一路高歌凯奏——尽管个头略小一些,但Me 321却最终用事实证明自己是一个更强有力的巨人。

不过挑战就是挑战,摆在梅赛施米特面前的任务,难度并不比容克斯差别丝毫,以时代标准而言,20吨的有效载荷对任何公司都是个头痛的技术难关,更何况除了载荷外RLM还对货舱体积有着详细而苛刻的要求。另一方面,虽然日后梅塞施米特公司的顶梁柱梅塞施米特博士作为世界上最伟大的飞机设计师而为人们所牢记——会因为他不朽的Bf-109战斗机、会因为世界上第一架喷气战斗机Me-262、会因为……他的飞机始终处于航空技术的领先地位,不管是在二战伊始、终结还是在战争中,它们始终都是德国空军力量的脊梁。然而,与容克斯这种老牌厂商相比,1940年初的梅赛施米特公司在当时的德国航空界还只能算是刚刚崭露头角的一匹黑马——虽然后者凭借Bf-109一炮打响,但与容克斯相比,无论是整体技术实力还是在RLM心目中的位置都是梅赛施米特所不能比拟的。再说大型飞机似乎也不是梅赛施米特所长,事实上直至1940年11月1日(RLM规定的巨型滑翔机Spec方案提交最终期限)决定参与RLM巨型滑翔机项目为止,梅赛施米特公司还没有任何机体规模超出Bf 110的作品问世。而反观容克斯在这方面的优势则极为明显,举一个最能说明问题的例子,1920的容克斯G-233为战后大型飞机的发展趋势奠定了基调,图波列夫就是从这架飞机中受益匪浅,日后的TB-1/3/4乃至“马克西姆·高尔基”无不透露出容克斯G-233的影子,一个日后在大型飞机领域呼风唤雨的图波列夫王朝实际上是站在容克斯这个航空业巨人的肩膀上才脱颖而出的……

梅赛施米特Me 321侧视图。

表面上看,作为竞争者梅赛施米特与容克斯似乎完全不是一个量级上的。当容克斯依托G 38的基础驾轻就熟的“唤醒了”圣经中的恐怖巨人Ju 322“哥利亚”,人们不免为梅赛施米特捏了一把汗——这场巨人间的角力似乎是毫无悬念的。不过恰恰是因为此前对任何大型飞机的制造经验全无,自然也就谈不上像容克斯那样还有个G 38可供参考(有投机取巧之嫌疑),所以梅赛施米特团队是在一片空白的状态下从零开始的。但这样一来,梅赛施米特团队却也意外获得了一项好处——俗话说成也萧和败也萧和,哥利亚的“速成”自然离不开其前身G 38,不过G 38毕竟是10年前的设计,其理念在1940年早已算不上先进了,而年轻的梅赛施米特团队却反而可以在不受历史“前鉴”桎梏的条件下,充分发挥初生牛犊不怕虎的精神放开手脚大干一场。结果,在梅赛施米特团队的绘图板上,始源巨人伊弥尔——一个比哥利亚年代更为久远也更为强悍的巨人就这样被唤醒了。

可见,世上的事永远充满了戏剧性,这其中很大的原因大概是因为有梅赛施米特这类黑马的出现,当然“哥利亚”的外强中干出乎了很多人的意料也是个不争的事实(这一点倒是与圣经中的记载颇为一致),不过也正因为如此,整个世界才精彩纷呈。

有意思的是,作为一个航空史上的小插曲,最初梅赛施米特博士对RLM意图的领会却并不是很深(或者说是领会过头了),结果作为见证,一幅由梅塞施密特博士亲笔手绘的草图至今依然保存在伦敦的帝国战争博物馆里,图上显示了一个带翅膀的3号坦克,机身和机翼附加其上,由4架Ju-52运输机牵引……当然,RLM一开始希望得到的东西实际上只能作飞跃海峡的短程单向飞行,从这一点来讲梅塞施密特博士的构思倒是原原本本忠实于此,不过如此因陋就简的设计还是令RLM无法接受。还好在及时调整了思路后,梅塞施密特博士逐渐进入了状态……

设计理念

战争的急迫往往让人们作出鲁莽的选择,Ju 322已经被证明是非常明显的有勇无谋之作,难以抵消倾注在它身上的珍贵资源,不过梅塞施密特博士却还是义无反顾的投入到了这轮豪赌中。当然,如果这个赌注成功的话,梅塞施密特博士将又一次证明自己是一个天才,但是如果不成功的话,历史将记住一个傻瓜,但事实最终证明我们很难将梅塞施密特归于后面那个角色。也许是自认为对大型飞机的设计经验匮乏,所以自知斤两的梅赛施米特对Me 321所持的设计理念非常简单,它并没有Ju 322半飞翼布局的噱头,而是质朴的让人不敢相信——它基本上是围绕一个长11米、宽3.15米、高3.32米的箱形货舱为中心,然后其结构从这个金属框架上延伸开来,加装机翼并进行气动修形,使之符合空气动力学原理。按此思路设计而来的Me 321,本质上说成是一个飞行集装箱也不为过,虽然货舱比哥利亚略小,但无论是载重量还是体积仍能满足RLM的要求。

当然,无论机体规模如何令人吃惊,毕竟也还是一种无动力滑翔机,所以为了达到最理想的升阻比,Me 321的机翼设计及对机身的气动修型自然是梅赛施米特的工程师们所要考虑的重中之重,事实上这也是这个飞行集装箱的设计核心。

众所周知,滑翔机的滞空原理与普通固定翼飞机并无二致:借着机翼截面拱起的形状,当空气流经机翼时,上方的空气分子因在同一时间内要走的距离较长,所以跑得较下方的空气分子快,造成在机翼上方的气压会较下方低,下方较高的气压就将飞机支撑着,从而能浮在空气中。实际上,这就是所谓的伯努利(十八世纪荷兰出生,后来移居瑞士的数学与科学家)原理。根据伯努利原理,飞机速度愈快,所产生的气压差(也就是升力)就会愈大,升力大过重于重力,飞机就会向上窜升。而滑翔机升空后,除非碰到上升气流,否则空气阻力会逐渐减缓飞机的速度,升力就会愈来愈小,重力大于升力,飞机就会愈飞愈低,最后降落至地面。所以为了让滑翔机能飞得又远又久,它必须有很高的升力阻力比(衡量滑翔性能优劣的参量称之为滑翔比——前进距离与下沉高度之比,滑翔比与升阻比的数值相等),结果我们在Me 321上看到了一副展弦比达30以上带扰流板的狭长上单翼(扰流板向上打开时,会将机翼上的气流扰乱,而使滑翔机减慢速度并下降,这个功能在降落时也是很有用的,可以调整攻角),同时内部容积硕大的货舱也在包裹了一层圆滑的外壳后形成了一个流线型的细长机身,这一切与普通滑翔机的设计原则完全吻合。此外,鉴于以满载状态进行滑翔飞行时,在沉重机体的拖累下,Me 321机翼受气流影响可能会倾向左右两边摇摆,所以整个主翼的内翼段水平而外翼有上反角,亦即从机身前、后看,两翼略成V字形,以减轻左右摇晃的倾向,同时内翼外伸的三分之二处到货舱底部骨架间有大型支柱加强。

Ju322 Ju321与AS58同比例对比。

虽然在布局上走的完全是普普通通的常规路线,与容克斯的哥利亚相比,“魄力”自然显得有些不够,但正是这种稳妥的风格却最终成为了Me 321赖以竞争乃至的最大资本。实际上,如果冷静的分析会发现,结构超重并不是击倒哥利亚的那枚石子(假以时日,木制部件的加工技术容克斯早晚会掌握),稳定性的先天不足才是。哥利亚的失败实际上代表了飞翼在早期发展中存在的突出问题——由于无机身或机身较短,结果俯仰操纵的力矩小导致了俯仰不稳定。因为在升力面积巨大的飞翼上,一股配平控制的升降舵很靠近重心,所以操纵力臂短,操纵效能也就大大降低了。这就是说,需要增大操纵力臂和作用力来弥补小的力矩,在水平飞行中为很小的配平校准,就要移动升降舵,这样就增加了所谓配平阻力。尽管容克斯也意识到了问题的症结所在:为了配平机翼以正攻角产生的向上升力,似乎飞翼布局同样需要一个平尾以负的攻角产生向下的升力才能求得飞机在飞行中的纵向稳定,虽然为此Ju 322特意保留了源自G 38的后机身用以增大操纵力臂,然而这仍旧于事无补,试飞证明操纵力臂短配平阻力高的缺陷在哥利亚身上仍然不可调和——由于升力压力中心与重心的相对位置变化颇大,飞行中机翼会绕横轴翻转,所以Ju 322在某一飞行速度下还容易保持稳定,但是一旦飞行进度和姿态变化时,压力中心移动,结果就很难会保持稳定飞行。实际上,机头下俯带来自然的加速,气动控制面的作用增加,飞行员相对容易改出,问题还小些;但机头上仰带来自然减速,气动控制面的作用减少,飞行员就不容易改出,而是容易导致失速和螺旋。

不过这类问题到了Me 321上却迎刃而解。飞机的俯仰方向上的静态稳定性有两个重要的点,一个是重心,这是在机体俯仰运动的支点;另一个是升力压力中心,这是升力作用的点。重心处于升力压力中心前的话,飞机在俯仰方向上是静态稳定的,或者说飞机有自然恢复水平姿态的趋势。而典型的高升阻比常规布局滑翔机设计使Me 321具有先天的俯仰稳定性特性:前翼后尾的常规布局本身保证了重心处于升力压力中心前;而Me 321修长的机身又保证了足够的操纵力臂长度,所以不需要很大的平尾就能获得良好的俯仰稳定性,这也就是所谓的静态稳定。也就是说,水平飞行的飞机如果受到扰动而机头上仰的话,增加的机翼迎角将产生更大的升力,更大的升力向上作用在靠后的升力压力中心上,以重心为支点,将使机头下压,机体姿态恢复水平。机头在扰动作用下下俯的恢复机理正好反过来。总之静态稳定的飞机能自然地保持飞机的稳定飞行,静态不稳定的飞机则需要不断地补偿气动扰动,否则飞机将很快失控。不过静态稳定性太高,飞机不容易改变飞行姿态,也就是机动性不好,但对Me 321这种重装备突击滑翔运输机来说,只要能飞的四平八稳就好,不必要的机动性根本就不是设计中所要考虑的。

Me 321的机身框架结构示意图。

结构

除了设计上的“保守”外,Me 321在结构上更是“复古”,似乎与全金属时代完全脱节。按照RLM的要求,梅赛施米特Me 321除机翼大梁及机身框架等少数承力结构外,剩余的部件基本上全部采用木制或织物材料制成。作为前机身的货舱本身以及向后延伸的整个后机身全部为钢管骨架结构,该货舱地板面积约40平方米,用坚固的金属横梁加强,可承载22吨货物,整个容积达108立方米,在中段增设辅助隔板后,可构成足以运送200名全副武装士兵的双层甲板布局。金属机翼大梁则位于货舱上方,是由四根钢管焊接成矩形结构,并由N型钢管进行结构加强形成翼盒,主翼梁钢管支持架向后延伸铰接着全翼展的后缘活动翼面,全部后缘活动翼面共分为四段:左右外侧两段为副翼,内翼两段为带调整片的开缝式襟翼。至于Me 321机体的其余部分则完全是非金属材料的:用于保持翼型的木质翼肋,木质胶合板外壳的机翼前缘,尾翼更是全木质结构并用支柱进行加强以弥补强度的不足,最后覆盖整个机翼与机身的蒙皮则理所当然的选择了织物类材料。当然,梅赛施米特之所以在Me 321上大量采用木料及织物类材料, RLM的要求固然是个不可否认的因素,但这其中的主要原因还在于一方面是出于节约战略性稀缺物资的消耗、降低这种高战损率装备的成本;另一方面则是出于减重的考虑,此外,可生产性高可能也是个极有吸引力的优点。

至于飞行员座舱则置于主翼前缘位置的货舱天花板上,视界良好。机上乘员组共5名:其中飞行员1名,无线电操作员1名,装卸指挥员1名,机枪手2名。与如此庞大身躯相比Me 321的防御火力略显单薄,除了驾驶舱乘员的必要装甲外,机上仅有的固定武器为机头货舱门上部左右伸出的7.92毫米MG15机枪,另外货舱还开有供搭乘士兵用MG34机枪射击的小窗。由此可见,梅赛施米特将Me 321能否在空战中生存下来的赌注完全压在了护航战斗机上。

Me 321的制造车间。

虽然在身材上比容克斯的哥利亚略小,但这只是相对而言,Me 321仍是一个真正的巨兽:它长达28米,翼展约56.3米,比当时世界上任何战略轰炸机都大,也比当时在役的所有运输机大(事实上,除了哥利亚外,Me 321只比ANT 20Bis“马克西姆·高尔基二号”略小一些,是当时世界上第三大固定翼飞行器),它的总重量约34459千克,可负载22000千克,足以容纳当时德军的陆战主力PzKW III/IV坦克。由于Me 321的最大起飞重量是之前的同类所不能比拟的(几乎3倍于空重),所以起落架如何才能承受起降时的巨大冲击是个棘手的问题,在这方面梅赛施米特团队颇下了一番苦心。最终出现在Me 321绘图板上的起落架设计可以说是拿来主义与实用主义相结合的产物:因为要携带全部载荷进行机降,着陆重量与最大起飞重量毫无差别,所以显而易见的是起降架在着陆时所承受的冲击力要远大于起飞阶段,而且根据此前DFS 230A-1轻型突击滑翔机在投入实战后暴露出的问题:着陆距离太长,这使得DFS 230A-1型容易着陆过程中很容易遭到地面防空火力的杀伤,缩短着陆距离最好的办法就是增加着陆时的阻力,前线部队通常在滑翔机的着陆滑撬上缠绕大量铁丝,这种做法逐渐成为德军空降部队惯用的战地改装手段。为此,梅赛施米特团队干脆在机尾增设减速伞,并且在机身下部直接安装了4个结实而又摩擦系数大的钢制滑撬用于着陆,机身尾端也同样装有带缓冲装置的钢制尾撬,这种简单而有效的设计与容克斯的Ju 322以及DFS在1940年末对DFS 230B-1的改进不谋而合,可见科学思维总是有其共性的,不存在谁抄袭谁的问题;当然,钢制滑撬是无法用于起飞的,所以梅赛施米特团队又采取了拿来主义的态度,把直接取自Ju90主起落架的两个轮子装在主翼支柱下两侧当作主轮,机头下则由Bf109主起落架的轮子当作前轮(用一个十字轴将这些轮子与滑撬进行连接),起飞后这些轮子将被投弃(在这一点,虽然与Ju 322的起飞滑车不尽相同,但两者也算有异曲同工之妙)。

Me 321主起落架特写。

在整体上Me 321属于中规中矩的上单翼常规布局,不过作为一个对后世影响深远的经典设计,该机的很多细节都是开创性的。比如,为方便车辆进出,货舱底板离地面很低并设计了特殊的坡道,最特别是,前面的机头被设计为可向两旁张开的贝壳形货舱门,也就是所谓的蚌形设计,这一思路至今仍为很多现代机型所效仿。

经RLM初步审查后,作为容克斯Ju 322的补充,梅赛施米特于1940年11月6日得到了包括原型机在内生产200架的指令(注意,这个时间实际上还要早于RLM正式Spec的发布)。起初,由于时间及经验两方面的欠缺,梅赛施米特团队只得一边进行细节设计,一边进行机身的制造,与容克斯的闲庭信步比起来显得要狼狈许多。但令人吃惊的是,虽然普遍不被看好,但“华沙南”(RLM给予梅赛施米特公司团队的研制代号)的运转从一开始就要比“华沙东”(RLM给予容克斯公司团队的研制代号)平滑顺利。

原型机的建造与试飞及梅赛施米特对容克斯的最终胜利。

Me 321三面结构示意图。

正如前文曾经详细阐述的,原本综合实力占优的容克斯团队却受G 38基本框架束缚,再加上缺乏木制飞机制造经验,哥利亚的缺陷在绘图板上就已经注定是天生的,至于制造过程的挫折则更是难以尽数。而正当所有人的目光全部聚焦在哥利亚的一举一动时,作为可有可无的配角儿,一旁的梅赛施米特团队却在设计室与车间24小时的轮班苦干中悄悄开始了伊弥尔身躯的装配。Me263设计组不分昼夜地加班进行细部设计,图纸一出就交生产部门,由于是边制造边设计,所以钢结构的机身骨架、起落架、然后是钢管机翼翼梁等是被逐次完成的——科马德沃的曼内斯曼公司负责制造钢管焊接的机身骨架和主翼大梁、梅塞史米特公司利佛海姆( Leipheim)工厂负责制造起落架滑撬,最后当由斯图加特的曼伊家具厂委托生产的木制部件(木质尾翼、主翼翼肋、前缘外壳和主翼与机身接合部整形材)到达利佛海姆( Leipheim)后,始源巨人伊弥尔的真面目赫然呈现在人们面前(由更专业的木器加工商代为生产木制部件无疑是个相当明智的决定,观其竞争对手,除了设计上的先天缺陷外,容克斯所犯的最大错误就是对自己加工飞机木制部件的能力估计不足,结果先天不足的哥利亚在这个方面跌了个很彻底的大跟头,再也没能爬起来)。

事实上,1941年2月也就是得到生产指令的14个星期后,当第一架Me 321被拖出厂房时(同时还有62架在生产线上组装,其中11架已进入最后组装阶段),一开始风光无限,在设计进度上大大领先的哥利亚也不过如此,两家在时间上基本上打了个平手(对缺乏经验的梅赛施米特团队来讲,这样的“平手”是十分难能可贵的)。需要提及的是,在梅赛施米特内部,这架设计编号为Me 321的巨型滑翔机被简单的称为“巨人”,其中的寓意可一言而蔽之——既然这场角逐只能有一个胜利者,那么作为全族独一无二的最终存在,无论这个胜利者曾经被称为什么,“巨人”都将是它理所当然的唯一特指(就如同没有人会在乎最后一只恐龙究竟是梁龙还是腕龙,恐龙两个字代表了一切)。

为了进行最初的试飞,作为Me 321理想中的牵引机,一架容克斯Ju 90被RLM特批借给梅赛施米特用于“华沙南行动”(容克斯Ju 90是当时德国最大最成熟的四引擎军用运输机)。当然,这对容克斯来说,充满了辛辣讽刺——自己的飞机现在却要拖着竞争对手上天。

起飞中的Me 321V-1。

1941年2月25日,在Ju 90的牵引下,Me 321 V1原型机上了天。虽然无论如何梅塞施密特从少年时期就开始设计滑翔机了,不过问题在于,此前没有人曾经飞行过这么大的滑翔机,所以尽管Me 321 V1的设计从空气力学角度似乎无懈可击,但这个家伙究竟飞的如何还是充满了未知。好在事实很快就击碎了一切怀疑,较为“平庸”的Me 321除了舵感略有沉重外,整体操纵性居然好的令人称奇,飞行员基本上没遇上什么困难就轻松完成了“巨人”的首次翱翔。值得一提的是,在这次飞行的尾声,Me 321V1返场时的滑降速度达到了约140千米/小时,优于设计指标近20千米/小时,并试验性地使用了大型条状减速伞进一步缩短了降落滑跑距离(不使用减速伞的理论降落滑跑距离是400米)。其实,关于这次飞行还有一点更能说明问题,与稍后空载上阵的Ju 322不同,首飞中的Me 321 V1还带了4吨砖头作为压舱物,不过试飞结果表明,这点载荷对Me 321来说完全就是无关痛痒。

RLM对Me 321的表现完全可以用欣喜若狂来形容,而后Ju 322那糟糕的表现更加重了Me 321在RLM心目中的印象,事实上,当一辆坦克从Ju-322“哥利亚”那脆弱的木质地板上坠落下来之后,戈林便将目光转向了梅塞施米特。由于哥利亚的表现就像是一出闹剧,其结果就是容克斯被扫地出门,整个重型突击滑翔机项目的大蛋糕终于为梅赛施米特所独享。至此,梅塞施米特终于在这场巨人的角力中取得了对容克斯的完胜。由于实在挑不出什么毛病,RLM要求梅赛施米特对Me 321所作的修改可以说是屈指可数,主要一项就是考虑到在远距离飞行时,为减轻飞行员负担,RLM要求从第101架开始,为Me 321在座舱内加装副驾驶席位,机组人数则由5人相应的增加到了6人。当然,这样一来,也就引起了型号上的变化,此前的100架单座驾驶舱型被称Me 321A,至于后面生产的双座型自然就是Me 321B了。

梅塞施米特公司利佛海姆( Leipheim)工厂内完成组装的Me 321。