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折断的飞矢——日本陆军Ki-78型高速试验国精产品一品二品国精品69XX机_ZAKER新闻

潘功胜

The following article is from 燃烧的岛群 Author 群主飞龙本文是 " 燃烧的岛群 " 第 1301 篇原创文章，作者：Behemoth。全文共 4778 字，配图 14 幅，阅读需要 14 分钟，2024 年 11 月 3 日首发。本文收录于作者 "behemoth" 专辑，欢迎持续关注。原载于《兵工科技》杂志赶超世界速度在 20 世纪 30 年代，航空技术发展日新月异，具有单翼布局、全金属结构、大功率发动机和可收放式起落架等设计的新一代高速战斗机不断涌现。而正所谓 " 天下武功唯快不破 "，世界各大航空强国对作战飞机的速度指标不断提出新的更高要求。为了探索高速飞机的设计特性，一系列高速试验机源源不断地从绘图板上飞上天空。其中，德国梅塞施密特公司从 1937 年开始研发的 Me-209 系列试验机在试飞中屡屡打破飞行速度记录，尤其是在 1938 年 4 月 26 日的一次测试中更是飞出了 755.13 千米 / 时的极速，这一飞行速度记录一直保持了近 30 年。图 1. 停放在地面上的 Me-209 V4 原型机由于在中国战场上遭遇了以轻盈高速而著称的苏制 I-16 系列战斗机，己方战斗机在性能上的劣势让日本陆军感受到了 " 切肤之痛 "。同时作为当时世界上有名的 " 哈德派 "，日本陆军对德国人的发展一直保持关注，Me-209 的试验成功也刺激了他们也要在这一领域有所建树。因为之前日本陆军已经相继推出了用于创造长距离飞行记录的 " 航研机 " 和用于冲击飞行高度纪录的 "ロ式 B 型 " 机，因此按照先后顺序这一新机型被赋予了 " 研三 " 的代号。而由于该机是日本陆军投资的项目，并且在设计之初就考虑到了潜在的军用目的，因此还获得了 Ki-78 的日本陆军飞机编号。图 2. 停放在机场跑道上的 " 航研机 "，该机曾于 1938 年创造过 11651.011 千米的不间断航程世界纪录图 3. " 航研机 " 所获得的不间断航程世界纪录证书按照规划，新的高速试验机将分两步发展，第一步是发展出极速可达 700 千米 / 时的一号机，第二部分则是根据一号机试飞的相关经验发展出用于冲击速度纪录的二号机。为了加快研发进展，日本陆军动员了从航空制造商到科研院所的各方面力量，并成立了以东京帝国大学航空研究所专家山本峰雄为设计主任的 " 研三委员会 "，并开始了一号机的设计制造工作。图 4. 日本航空专家山本峰雄，在 20 世纪 30~40 年代期间参与大量机型研发，二战后投身汽车工业，成为日本汽车技术泰斗由于之前在这方面缺乏经验，因此新机型在设计过程中大量参考了 Me-209 的经验。到了 1940 年 4 月，一号机的设计工作基本完成，制造商川崎航空机的设计负责人井町勇等人开始进行实际制造的准备工作。到了 1941 年 3 月实机的工艺设计开始，并于当年 5 月完成了样机生产，到了次年 8 月设计定型，并于当年 11 月完成了一号机生产。1942 年 12 月 26 日，一号机首发成功，标志着 Ki-78 项目取得了初步成功。图 5. 正在地面热车的 Ki-78 一号机和服下的日耳曼骑士如果遮住机徽，很多刚入门的航空爱好者都会将 Ki-78 误认为是一种德制机型。确实，相比起参考了 Me-109 的 Ki-61 系列战斗机，在 Ki-78 身上能找到更多的 " 德国元素 "，甚至在一些关键部位都直接采取了 " 拿来主义 "。（以下的 Ki-78 均指一号机）图 6. Ki-78 四视图Ki-78 机体全长 8.1 米，翼展 8 米，机体空重 1930 千克，最大起飞质量也仅为 2424 千克。作为参照，著名的零战五二型机体全长 9.121 米，翼展 11 米，机体空重 1856 千克，最大起飞重量 2733 千克。可见为了追求高速，Ki-78 采用了当时日制单发飞机中罕见的小机体加大翼载（实际翼载约为 200 千克 / 平方米）设计。为了最大限度进行减重，Ki-78 机体各部分大量采用镁合金材料（例如机头的发动机支架），较传统的铝合金材料节省了不少重量。作为一款以高速作为主要设计目的的机型，选择一台功率大且性能可靠的发动机就成为了研发成败的关键。而且为了尽可能减小飞行阻力，飞机机头的横截面积要尽可能小，这样一来所能选择的就只剩下了高性能液冷活塞发动机。由于当时日本本国航空工业难以满足这样的需求，因此日本陆军就选择了德制 DB-601Aa 改进型作为 Ki-78 一号机的动力。当然 Ki-78 一号机所安装的这台发动机并非 " 德国原装进口 "，而是由川崎航空机特许生产，这也是考虑到川崎航空机在同期研发 Ki-61 而对仿制德制液冷发动机这一工作 " 驾轻就熟 " 的原因。作为原型的 DB-601A 的最大功率为 1175 马力，而通过增大转速（从 2500 转 / 分提升到 2700 转 / 分）、增加甲醇喷射装置和提高涡轮增压器的增压效果等方式，将最大功率提高到了 1550 马力，经过计算该机可以达到的最大速度为 686 千米 / 时。此外，为了降低阻力，发动机的涡轮增压进气口位于左翼前缘，而发动机排气口为向后排气，等于给飞机增加了几台 " 微型喷气式发动机 "。图 7. Ki-78 使用的甲醇喷射装置实物图由于对 DB-601Aa 的改进实际上等同于 " 打鸡血 "，因此在实际装机过程中必须克服散热问题。作为 Ki-78 机体最明显的标志之一，在驾驶舱后的每侧机身后段均有一处凸起，凸起的前段设有纵向散热进气口，空气通过每侧进气口进入后带动 2 个小型散热器，而在后排风口时则装有挡板，用以控制气流。此外，在发动机整流罩上也有散热开口，用以辅助散热。另外，为了兼顾散热需求，在散热器的上下表面外均有一个套层，期间注入用于冷却的液体，通过冷却液的流动保证机身和发动机散热。图 8. 国外静态比例模型玩家制作的 Ki-78 模型，图中可以清楚看到位于机头的散热开口、位于左侧翼根的涡轮增压进气口和机体中后侧凸起上的纵向散热进气口图 9. Ki-78 全机散热设计示意图为了适应高速飞行需求，Ki-78 采用了当时日本最新研究出的 "LB 翼 " 型层流翼型，由于担心在机翼制造过程中用于固定的铆钉或其他凸起会在飞行过程中产生涡流从而增加阻力，因此在设计初期曾有整体铸造成型的激进提议，不过受制于强度不足等原因而未能实现，最终的结果是由超硬铝制造的带有两个前后主梁的半硬壳结构主翼，既保证了结构强度又提升了耐用性。各控制舵面除了副翼翼面有金属材料加强其余均为帆布翼面，为了保证高速下的舵效，襟翼为两段式，即主襟翼为开槽式而副襟翼为分裂式，以确保将着陆速度控制在 160 千米 / 时一下。为了降低阻力，座舱盖由塑料制成，并被直接固定在机身上而没有开合设计。由于座舱内容易集聚热量，因此绝大多数试飞都是在开盖的情况下进行的。为竞速而生的 Ki-78 的整个机体几乎没有一丝 " 多余 " 的设计，这实际上也彻底 " 封死 " 了该机作为战斗机等机型的改进可能。尽管该机的一些技术可以被其他机型所借鉴，但其本身实际上从设计起就注定了 " 短命 " 的结局，而事实也确实如此。向极速冲刺的试飞1942 年 12 月 26 日，Ki-78 一号机进行了首飞。虽然飞行顺利，但由于液压油过热导致起落架出现故障。而在 1943 年 1 月 17 日进行的第二次试飞和之后的几次试飞中又先后暴露出可变距螺旋桨可变机构故障、仪表显示失灵、升降舵无法正常动作以及散热效率低等故障问题。为了排除这些故障，一号机机体进行了一系列改动，包括将机身的四个散热器之一改为机油散热器等。在上述问题得到大致解决后，Ki-78 一号机开始进行探索飞行速度纪录的试飞。虽然在 1943 年 10 月 5 日进行的第 24 次试飞过程中暴露出了发动机震颤的问题，但在修正后继续投入试飞，最终到了 1943 年 12 月 27 日，Ki-78 一号机在试飞中飞出了 682 千米 / 时的速度，在排除了仪器误差后最终确认极速为 699.9 千米 / 时，这使得 Ki-78 成为了当时速度最快的日制飞机。图 10. 一张截选自 Ki-78 一号机第 31 次试飞的黑白电影画面的图片到了 1944 年 1 月 11 日，Ki-78 完成了其第 32 次试飞，之后日本陆军计划将其转场至陆军航空审查部所在的多摩机场。但由于多摩机场附近树木茂密，这对着陆速度较快同时着陆进场角度较小的 Ki-78 一号机而言无疑是巨大的威胁，因此最终并未成行。未起飞的二号机就在一号机的研发制造工作正在进行时，围绕二号机研发制造的先期准备工作也拉开序幕。由于该机的设计最大时速可达 800~850 千米 / 时，因此该机的设计在当时堪称 " 梦幻 "。为了为机体提供强大动力，川崎航空机计划将 2 台 DB-601 进行组合，从而获得 "1 台 " 最大功率可达 3000 马力的 X 型或 H 型 24 缸液冷活塞式发动机，除了较为传统的活塞式发动机，日本当时通过与德国的技术交流已经获得了一部分德制喷气发动机的技术资料，因此日本国产喷气式发动机也被列入考虑范围。除此之外，该机还计划采用铝镁合金制造主翼，甚至考虑引入可变后掠翼和无尾设计。图 11. 德制 He-177 型轰炸机使用的 1 台 DB-606 型发动机，该发动机由 2 台 DB-605（由 DB-601）组合而成，Ki-78 二号机所使用的发动机结构应与其类似根据计划，二号机将于 1941 年 9 月开始设计，1942 年 3 月完成。但由于一号机的研发出现了延宕，加之战况恶化，因此最终该机的研发工作半途而废，甚至没有完成主体设计。支离破碎的结局随着战事越来越朝向不利于日本的方向发展，诸如 Ki-78 这样的试验机已无继续发展的可能，包括川崎航空机在内的厂商将全部人力物力都投入了几个主战机型的生产中。1944 年 1 月 18 日，在一次会议上 Ki-78 被决定终止研发，这也就意味着在 1944 年 1 月 11 日的那次试飞后一号机再也没有机会重返天空，此后该机就在各务原机场的机库中度过了战争的剩余时间。1945 年 8 月 15 日，日本宣布无条件投降，而 Ki-78 则在机库中迎来了战争的终结。作为胜利者的美军派出调查团对包括各务原机场在内的日本境内各大陆海军机场进行了走访，重点对各种日军装备的机型进行评估和试飞。相比起 " 流星 "、" 银河 " 等日本新锐作战机型，美军对 Ki-78 这样的试验机倒是显得兴味索然。一方面该机所具有的 " 高速 " 性能在当时已经研制出实用型喷气式飞机的美国航空业看来已无参考价值，另一方面该机也并没有出现在实战中，对美军对比性能和评估己方空战战术等并无帮助，因此仅仅在进行了简单的考察之后就将一号机机体予以了销毁。图 12. 被一辆 M7" 牧师 " 自行榴弹炮碾压销毁的 Ki-78 试验机一号机虽然由于唯一一架试验机机体被毁，加之大量技术资料在战败前后被毁，因此在战后很长一段时间对 Ki-78 的研究一直围绕少数遗留照片和记录展开，但这并没有影响其凭借优雅造型而作为日制飞机的代表作而为后世的日本航空爱好者所追捧，有关 Ki-78 的资料挖掘工作也一直没有间断。曾参与 Ki-78 开发工作的山本峰雄的后人曾向国立科学博物馆捐赠一批其生前遗留的研究资料，在 2020 年一段关于 Ki-78 一号机的第 31 次试飞的黑白电影画面首次在研究资料被发现，在经过修复后于各务原市 " 航空宇宙博物馆 " 公开放映，成为了 Ki-78 存世最珍贵的影像资料之一。图 13. 模型厂商推出的假想中的 Ki-78 战斗改型模型封绘图 14. 可能是东京游就馆里的研三高速机- 全文完，敬请期待下一篇！-