德国Ju-287轰炸机由德国
容克公司生产,是
世界上第一种
前掠翼重型
轰炸机。它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前掠翼
战机的潮流。
产生背景
容克 Ju-287的产生完全是由于被动的原因。1943年1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,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。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。
发展历程
Ju287是世界上的一种前掠翼喷气式轰炸机。1943年,Junkers公司的由Hans.Wocke领导的设计小组受命研制一种能够超越盟军任何战斗机的重型轰炸机。首次提出的方案是
涡轮喷气发动机和后掠翼方案。这种方案在高速飞行中优点明显,低速时则有不易操纵的缺点。因此,设计小组提出:将后掠翼方案改为前掠翼方案,兼顾高速和低速飞行的需要。
为了加快研制进度,第一架原型机Ju287V1机身采用He177A的现成部件:机尾沿用Ju388;主起落架沿用Ju352;前起落架甚至取自被击落的美军
B-24轰炸机。只有前掠翼是重新设计的。装用4台Jumo004m型
涡轮喷气发动机,两台布置于前机身两侧,另两台吊装翼下。
1944年8月16日,Ju287V1首次试飞,结果十分令人满意。可是在接下来的试飞中,当速度达到650KM/h时,气动发散问题开始出现,幸而只是感觉舵效减小,飞机不自主地趋于俯冲。经过将前机侧的
发动机改为翼下悬挂,问题得到抑制,并增加增压座舱,这就是第二种原型机Ju287V2,使用4台Heinkel-Hirth011A喷气发动机,每侧翼下挂两台。由于该发动机生产厂被盟军炸毁,不得已改为使用6台BMW003A-1发动机。如每侧翼下悬挂3台,称为Ju287V2,如每侧翼下悬挂2台,前机身侧保留1台,和V1型一样,称为Ju287V3型,即预生产型Ju287A-0。
第一架原型机在战争结束时被德军秘密炸毁,第二架原型机被苏联缴获,运回本国继续研究,并于1947年试飞成功。由于它的行能不如后来的“伊尔-22”最终被苏联放弃。然尔,在德国由汉斯·沃克设计的前掠翼布局的MBBHFB320“
汉萨”却在1964年4月16日试飞成功,作为“Ju 287”的第二代,它的翼尖加装了向机翼前缘吐出的体外油箱,可以起到解决“
气动弹性发散”造成的翼尖扭转的问体。这一理念对后来地效飞机稳定性问题的解决提共了方向。在占领佩纳明德和Dessau以后,苏联人并没有因为V1型的损毁而悔恨并停止了这项具有
历史意义的工程。在Dessau,苏军完成了V2的装配工作,并且制造了V3型(当然是在汉斯·沃克小组的配合之下)。并且于1945年夏进行了试飞。汉斯·沃克设计小组虽然成了苏联人的阶下囚,然而仍然在为苏联设计一系列Ju-287型的衍生机种。之后,在苏联人的监督之下,德国
工程师巴德将EF131计划推进了日程。1946年8月EF131原型机的第一次试飞准备完毕。但是就在试飞开始之前,苏联人却将全部设备移至苏联境内的Podberesje继续进行,此举也是出于对西方保密的目的。之后,在1947年5月23日在苏联Stakhanovo机场,德国飞行员保罗·朱格勒进行了EF131的第一次试飞。
之后又相继推出了两种机型:EF140和EF132。EF132的
模型在Dessau完成。与Ju-287的设计相反,EF132采用了传统的后掠翼设计,6台发动机排列成一排安装在机翼根部的后部,而
机舱采用了Ju-288的设计。EF132的设计日后成为了苏联大型飞机的
典型设计,如Mya-4Bison野牛。但是在第一架原型机开始制造之前,EF132计划也无故夭折了。这成为了Ju-287系列在Dessau设计的最后机型在这架原型机身上已经完全看不到Ju-287的身影。机翼采用传统的后掠翼,并且采用了许多新型设计:T形尾翼,机翼尖端安装平衡轮,并且安装两台苏制LyulkaAl-5引擎。从EF150的整体设计已经可以看到日后苏联50年代到70年代战斗机及轻型轰炸机的影子。EF150的两架原型机于1951年到1952年相继开始制造并进行了测试。但不幸的是,图波列夫You-16的生产取代了EF150,1952年EF150进行了最后的测试后推出了历史舞台。
设计特色
前掠翼
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-47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。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下文。
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,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。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,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。
动力装置
Ju-287V1型采用4台Jumo 004m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-Hirth 011A型发动机,后改用6台BMW 003A-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,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。
基本型号
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;
EF122:最后期型;最后期型的EF122拥有和Ju-287V1型相同的动力学配置,但最后发展为Ju-287的却是EF125
EF125:近似于Ju287V3设计。EF125已经相当接近于Ju-287系列,但翼下仅挂两台容克Jumo012或BMW018发动机,翼展为19.40米
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
乘员:3人
发动机:4台容克Jumo 004B-1(后加装4台瓦尔特Walter HWK109-502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采用的容克Jumo 004
涡轮喷气发动机性能:
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,于是设计小组在原先基础上在前机身驾驶室下加挂两台Jumo 004,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 Walter HWK 109-502
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。
Ju-287的驾驶舱采用当时很流行的全花房式,使得驾驶员及领航员的视野非常清晰,不过也降低了此处的防御力。在“花房”的上方可以看到两个为乘员准备的通风窗。
原型机V2
由于在试飞中发现前机身下悬挂之两台发动机之后产生的启动发散问题会造成飞机在飞行中前机身不稳定,使得机体在飞行中不自主地向下微微俯冲,专家小组将前机身地两台发动机移至翼下,解决了该问题。这就是所谓的原型机V2。起初,设计小组有用Heinkel-Hirth 011A发动机代替Jumo 004的想法,主要是Jumo 004的推力太小,甚至无法达到起飞的要求。
由于盟军对Heinkel的厂房进行的轰炸,Heinkel-Hirth 011A的供应源头被切断,设计小组无奈换用BMW 109-003型发动机,并将原定的4台发动机增加为6台,呈三角形挂于机翼下。
Ju287后期发动机主将:BMW109-003A
阿拉道Ar234上装备4台BMW109-003,此布局与Ju-287型很相似
Ju-287 V2 性能诸元:
机翼面积: 58.4 平方米
全长: 18.06 米
高: 5.40 米
空重: 11 990 千克
起飞质量: 31 230 千克
发动机: 4 Heinkel HeS 011-A (后装BMW109-003A)
推力: 4 X 1300 Kgp
速度(7000米高度): 885 千米/时
巡航速度: 800 千米/时
巡航高度: 14 000 米
最大速度持续时间: 5. 42 分钟
武器装备: 4000 公斤炸弹
原型机V3
由于汉斯·沃克设计小组以及他本人还有在流水线尚未装配完成的V2原型机于1945年初在佩纳明德被苏军俘虏,所以V3也并没有完成,而是一起被缴获。虽然V3仍然在流水线上,但已经被定为Ju-287的量产型,即Ju-287A-0型。
V3型的组装是在苏联完成的,但设计小组早在设计出台时已经将其定型。预生产的A-0型设计沿用V2的设计,但将每个翼下的一个发动机又移至前机身的驾驶室下方,且设计小组对机翼的结构也进行了一些改进,这样发动机的移前不会导致V1型的气动发散的问题了。
苏联接手
在占领佩纳明德和Dessau以后,苏联人并没有因为V1型的损毁而悔恨并停止了这项具有历史意义的工程。在Dessau,苏军完成了V2的装配工作,并且制造了V3型(当然是在汉斯·沃克小组的配合之下)。并且于1945年夏进行了试飞。汉斯·沃克设计小组虽然成了苏联人的阶下囚,然而仍然在为苏联设计一系列Ju-287型的衍生机种。之后,在苏联人的监督之下,德国工程师巴德将EF131计划推进了日程。
1946年8月EF131原型机的第一次试飞准备完毕。但是就在试飞开始之前,苏联人却将全部设备移至苏联境内的Podberesje继续进行,此举也是出于对西方保密的目的。之后,在1947年5月23日在苏联Stakhanovo机场,德国飞行员保罗·朱格勒进行了EF131的第一次试飞。然而仅仅过了1年,1948年6月苏联方面突然停止了EF131的发展,由于文献记载甚少,终止原因已无从考证。
之后又相继推出了两种机型:EF140和EF132。EF132的模型在Dessau完成。与Ju-287的设计相反,EF132采用了传统的后掠翼设计,6台发动机排列成一排安装在机翼根部的后部,而机舱采用了Ju-288的设计。
EF132的设计日后成为了苏联大型飞机的典型设计,如Mya-4 Bison 野牛。但是在第一架原型机开始制造之前,EF132计划也无故夭折了。这成为了Ju-287系列在Dessau设计的最后机型。
EF140是基于EF131的设计。EF140采用了EF131的机身,并且装备了两台苏制发动机:Mikuline AM01。之后在1948年9月30日进行了第一次的试飞。
其中的一种机型后来发展成EF140r,但是由于气动发散问题造成的剧烈震动无法避免,最终数量方面停止了EF140型的研究。之后在Podberesje进行的各型的开发工作由于当时的军事机密已经变得非常难以考证,但可以知晓的一点是,1951年5月,苏联方面出台了Ju-287系列的最后一个正式期型:EF150。
在EF150原型机身上已经完全看不到Ju-287的身影。机翼采用传统的后掠翼,并且采用了许多新型设计:T形尾翼,机翼尖端安装平衡轮,并且安装两台苏制Lyulka Al-5
引擎。从EF150的整体设计已经可以看到日后苏联50年代到70年代战斗机及轻型轰炸机的影子。
EF150的两架原型机于1951年到1952年相继开始制造并进行了测试。但不幸的是,图波列夫 You-16的生产取代了EF150,1952年EF150进行了最后的测试后退出了历史舞台。