鲜为人知的Ｄ－５８８超音速试验机

2001-06-07皎洁

航空知识 2001年4期

皎　洁

在很多介绍航空史的书刊和资料中，极少见到由道格拉斯公司研制的D－588－1型飞机的身影。但它确是在20世纪40年代，为突破“音障”和超音速战斗机的发展作出了贡献的试验研究机。

“闪光”遮住“亮点”

耶格尔、贝尔X－1、音障、马赫数1，早已成为航空航天界乃至航空知识爱好者众所周知的名字和名词；这是因为美国飞行员耶格尔，驾驶贝尔X－1试验研究机，在世界上首先突破了“音障”，超过了音速即马赫数1（M1）。该事件使得由贝尔公司研制的以火箭发动机为动力的X－1型实验飞行器，吸引了媒体的注意和公众的想象力而闪闪发光。但传统的、直翼的、正常尾翼的、单台涡轮喷气发动机的、道格拉斯公司的D－588－1试验研究机，却被许多人遗忘变得鲜为人知，从而使此亮点黯然失色。

时至20世纪40年代初期，空气动力学专家还是不能完全解释这样一种现象：当时最强大的美、英和德国的螺旋桨式战斗机，在俯冲中追求尽可能快的速度时，在机翼上却产生了由超音速而形成的剧烈振动；尾翼表面产生的空气阻力妨碍了飞机的操纵；飞机的升力中心发生了偏移，有时还会导致飞机失去控制。

上述现象被称为“音障”——当飞机的飞行速度接近音速时，飞机的阻力激增；升力下降，产生很大的低头不稳定力矩；机翼和尾翼出现抖动，使其进一步提高飞行速度遇到了障碍。一个时期，人们较难精确地推算出飞机达到多大速度才会出现“音障”现象，粗略估计大约在0.75～1.2马赫数之间。这时流经飞机某些部位的气流速度已超过了音速。“音障”现象出现的飞行速度范围被称为“跨音速”区域，也被称为空气动力学领域的“百慕大魔鬼三角”。

在第二次世界大战期间，几乎所有的战斗机设计工程师为了查明跨音速时出现“音障”现象的原因并寻找解决办法，往往需要挑选勇敢的试飞员驾机进行跨音速俯冲飞行测试。当时最常用的一种研究方案是：在美国国家航空咨询委员会的P－51“野马”战斗机的机翼上，放置小型的机翼模型，让飞机进行高速俯冲来测量试验数据。但每次飞行只能获得几秒钟的少量数据，同时还要冒着极大的危险。

由此，人们想到要研制一种相对安全而且能测量飞行试验数据的飞机，专门用于跨音速飞行试验。基于此，贝尔飞机公司于20世纪40年代中期，为美国空军研制了一种专门用于突破“音障”的X－1研究机；该机以火箭发动机为动力，由B－29轰炸机挂带升空投放，而后点火进行超音速飞行试验。与此同时，道格拉斯公司受命为美国海军和国家航空咨询委员会研制了一种正常式气动布局的轴流式涡轮喷气式飞机，即从地面滑跑起飞的D－588－1试验研究机。

在一些人的记忆中，D－588－1试验研究机当时被称为“飞行试验管”。这是因为此种飞机机身呈简单的管状外形；飞机头部为涡轮喷气发动机的进气道；飞机尾部为涡轮喷气发动机尾喷管而得此称号。后来，“飞行试验管”就成了试验研究飞机的代名词。

头两架D－588－1试验研究机曾被涂成鲜艳的火鸟红色，以区别于原先涂成南瓜红色的X－1试验研究机。

为了让X－1研究机作几分钟的超音速飞行，需要先用母机把它带入高空，投放后再由其自身的火箭发动机为动力推进。与此相反，由爱德华·海涅曼领导的设计队伍研制出一种简洁的单发动机喷气式飞机——D－588－1研究机；该机可以传统的方式从地面起飞，而且能以超音速飞行更长的时间。

爱德华·海涅曼是道格拉斯公司的主管飞机设计师，研究方向为军用飞机。他研制了从第二次世界大战中使用的俯冲轰炸机到越南战争时的A－4“空中之鹰”攻击机，取得了很多成果。

应该记住的还有英国20世纪40年代中期的原型跨音速研究飞机——无尾的、薄翼的德·哈维兰DH－108“麻雀”飞机。此机在试验飞行中，有3名飞行员丧生，其中包括小杰弗里·德·哈维兰。

D－588－1真容

D－588－1是美国海军和国家航空咨询委员会投资，由道格拉斯公司负责研制的一种喷气式试验研究机，取名“空中条纹”（Skystreak）。它是美国空军战后X－系列试验研究机的临时替代品。该机是为解决飞机在跨音速区飞行时的“音障”问题而专门设计的。

D－588－1“空中条纹”采用正常式气动布局，如图一所示。机身呈两头收缩的细长圆管形，内置一台机头进气的涡轮喷气发动机；机翼为悬臂式梯平直下单翼；垂直尾翼与水平尾翼呈十字形配置装于机身尾部；采用前三点式可收放起落架，可参看题图。D－588－1全机长10.68米，机高3.7米，翼展7.62米，翼面积13.9平方米；机重4422.6公斤；最高飞行速度1047.5公里／小时；装一台艾利逊J35－A－11型轴流式涡轮喷气发动机，推力为2223千牛。

D－588－1于1947年4月15日首次试飞。时至当年9月，该机已经两次改写了官方的飞行速度纪录。第二次试飞时，由美国海军飞行员马里恩·卡尔（二战时的王牌飞行员，曾击落18架敌机，后晋升为将军）驾机飞行，时速差点达到1047.5公里。当飞机的飞行速度越接近马赫数1（音速）时，控制飞机翻滚的能力越差。当时解决此问题的办法是在机翼上装一个扰流装置。其作用是搅动气流，以改善翼表面气流的分离状况。这种装置是D－588－1研制中的一项发明。直到今天，在许多航班客机和喷气式公务机的机翼上，都装有这种扰流装置，有的还装在垂直尾翼上。“空中条纹”飞机采用的涡轮喷气发动机为突破“音障”提供了强大的动力。以上都是D－588－1“空中条纹”对飞机设计作出的突出贡献。

在X－1第一次超音速飞行之后差不多一年的1948年9月29日，于一次急剧俯冲飞行中，D－588－1“空中条纹”的速度达到了马赫数1.01,即超音速。随后，美国海军宣布D－588－1“空中条纹”是世界上第一架达到超音速的飞机。他们认为空中发射的X－1不能算是一架真正意义上的飞机，它犹如一颗步枪子弹。

受了刺激的美国空军，随即停止开发空中投放的X－1，转而将其改制成能从地面滑跑起飞的X－1，誓与D－588－1一决雌雄。由于改后的X－1降落速度过大，而且起落架的轮胎又太窄，因此只能承受空机着陆，否则会因飞机太重而在落地时爆胎；所以X－1在起飞时，只能加一半燃料，以便着陆前耗尽燃料而能轻装安全落地。一切准备就绪后，耶格尔驾驶最后一架X－1从地面滑跑起飞了。虽说起飞时脱落了两个副翼，耶格尔还是使飞机爬升到7000多米，飞行速度达到了马赫数1.03，让美国海军闭上了嘴。

D－588－1的驾驶舱位于机身前部上方，是一种非常狭窄的侧操纵杆座舱，不适合安装弹射座椅。为解决飞行员救生问题，采用了将飞机头部通过爆炸螺栓与机身固定连接的设计方案。当出现危险情况需要逃生时，由飞行员引燃爆炸螺栓使头部与机身分离，而后飞行员把座椅靠背放平，再爬到后部跳伞逃生。实际上，在如此狭小的座舱内完成上述复杂的操作和行动十分困难，这是设计师所没想到的。

D－588－1“空中条纹”选用的J35－A－11喷气发动机，是美国政府开发轴流式涡轮喷气发动机计划的一项研究成果。J35试验型是由美国通用电气公司研制的JG－108改制而成，后又改造成生产型。1946年9月，J35发动机的设计和生产被迁移到美国通用汽车公司的艾利逊分部进行。直至1955年F－89战斗机生产计划结束，各型艾利逊J35发动机已生产了14000多台。由于是轴流式设计，艾利逊J35涡轮喷气发动机迅速成为众多早期喷气式飞机的最佳选择，例如北美FJ－1“愤怒”战斗机、XF－86“佩刀”战斗机、XB－45“旋风”轰炸机；马丁XB－48轰炸机；诺斯罗普YB－49轰炸机、F－89“蝎子”战斗机以及共和F－84“雷电喷气”战斗机等。

一些航空史专家评价：象D－588这样的飞机动力不足。尽管这是事实，但在当时的条件下，要想达到超音速飞行，也只能采用J35这样的发动机。而且在当时的条件下，能研制出象D－588－1上的艾利逊J35－A－11这样的，推力高达2500马力的轻型轴流式涡轮喷气发动机已是一项巨大的成就。

实际上，“空中条纹”只研制了D－588－1和D－588－2两个型号。D－588－2是在D－588－1基础上的改进型，采用了后掠翼，以涡轮喷气发动机加助推火箭为动力。D－588－2“空中条纹”是一种全新的、飞行速度达到2倍音速的第一架飞机。