战争事典之热兵器时代6:西西里杰拉登陆战、华沙装甲战、“约翰斯顿”号在萨马岛
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另类格鲁曼诞生

1942年秋季,世界大战进行得如火如荼,格鲁曼公司的F6F“地狱猫”已经通过了美国海军的检验,可以投入量产。“地狱猫”无疑是种设计可靠的武器,它即将走入部队,在战争中成为最著名的美国战斗机之一。但是第二次世界大战这几年技术飞速突进,战斗机如果不保持升级,会在一两年间就彻底过时。而即使继续升级,也未见得能够跟上时代进步,为此必须提前设计新一代战斗机。格鲁曼公司自然在这两条路上同时前进。

另一边,普拉特·惠特尼公司生产的R-2800风冷发动机已经成为美国海航和陆航新型战斗机的动力系统。1940年,该公司就很有前瞻性地开始对R-2800发动机进行大规模修改。这个举措最终产生新的C系列发动机,势在取代“地狱猫”上安装的B系列,为多种新型战斗机提供动力。有了新发动机,格鲁曼公司也能用更强的发动机动力指标设计飞机。

英国之旅

虽然应该规划未来的方案了,不过直到1943年9月,发生的意外事件才会让格鲁曼的新一代战斗机研发有所进展。三名格鲁曼公司的高层前往英国参观缴获的轴心国战斗机,这三个人分别是:公司总裁勒罗伊·格鲁曼本人;飞行测试部的副经理、试飞过同期所有美国战斗机的巴德·吉利斯;实验工程部的主管、飞机设计师兼试飞员的罗伯特·哈尔。

这个三人小组在英国试飞了多种飞机,他们对其中的德国新型战斗机,即福克沃尔夫设计制造的FW 190最感兴趣。这架缴获的飞机是FW 190 A-4型,它的性能让人惊讶,飞行特性也颇为出色。飞机安装的BMW-801发动机能输出1730马力,看似比“地狱猫”所用的R-2800发动机低,但是它的重量只有3969公斤,功率载荷只有2.27公斤/马力。而“地狱猫”虽然功率大270马力,重量却多了大约1450公斤,功率载荷有2.74公斤/马力,比福克沃尔夫战斗机高不少。结果就是,在爬升率与飞行速度上FW 190A都有明显优势。

吉利斯和哈尔都测试了FW 190,他们立刻在这架飞机上发现了很多好特性,这些特性应当融入任何美国海军的新战斗机。FW 190就该是“地狱猫”的下一代战斗机应有的样子。当然,福克沃尔夫可不会根据舰载要求设计陆基战斗机,所以新飞机必须融入舰载机需要的性能。

FW 190 A-3与F8F-1对比,可见这两种飞机在尺寸上比较接近,但是它们本身线条完全不同,而且“熊猫”的机翼面积明显大出不少

英国人缴获的FW 190 A-3, MP499是英国机号。实际上现在不知道格鲁曼公司考察的到底是哪一架FW 190

美国海军的要求有两点,足够的前下方视野,能在降落时尽可能看到甲板,同时方便大偏角射击时瞄准。另外一点则是飞机的结构和起落架必须加强到能承受粗暴的航母操作。舰载机必须有较低的翼载,这一点没有额外要求,但却是舰载战斗机的基础。起降性能良好是在航空母舰上安全使用的基础。实际上FW 190的翼载颇高,失速速度也高,低速下飞行性能差,不经改进完全无法在航空母舰上使用。

宝马发动机虽然功率较低,但是它有个出众的特点:全自动发动机控制系统。在美国发动机上,转速、油门、混合比、增压器切换需要分开操作,而宝马发动机只需要一根油门杆,其他的操作都会自动与油门杆联动,发动机会利用多个膜盒组与油门杆位置自动判断当前理想的运作状态。这套系统极大降低了飞行员操作负担,他只要推拉油门获得想要的动力就行了。在空战时可以让飞行员关注战斗本身,而不用考虑上升或下降高度时切换增压器,也不用考虑发动机转速与油门位置的关系,实际上美国飞行员们在空战时对这些操作花了很多精力。不过这就不是格鲁曼公司能控制的事情了,普拉特·惠特尼公司在发动机自动化控制上比较落后,到了战争末期的型号上才有自动控制系统。

FW 190的座舱视野非常好,但它的前下方视野确实很糟,这是出于飞机减阻的缘由,将飞行员座位放得很低,座舱凸出机背很少。但是座舱盖的加强筋很少,飞机在其他所有方向上的视野都让测试组惊讶。此前的F6F只有前下方视野比FW 190更好,其他方向的视野不是受到加强筋干扰就是被机背挡住,显然新战斗机必须跟上时代。

被德国战斗机触动的三人匆匆回国,开始规划这样的高性能战斗机。由于即将投产的R-2800的C系列发动机能输出更高功率,至少能达到2400马力,这让格鲁曼能计划比FW 190更强的指标,最终新战斗机也确实超过了预计的性能。

设计美国福克沃尔夫

观察组回到美国后,立刻开始设计新战斗机,格鲁曼本人也直接参与了设计。新飞机的设计思路是小型、紧凑、轻便的舰载战斗机,它的尺寸和重量都接近FW 190A。同时在布局上也有些类似的地方,例如集中在机身两侧的排气管,还有向内收起的主起落架。不过由于R-2800在功率上有明显优势,飞机的动力载荷指标定得更低,达到了2.04公斤/马力。

这就是格鲁曼的第58号设计方案,设计指标在7月28日就规划完毕,基本设计草图绘制得相当快。到了11月29日,美国海军已经通过了58号方案,并订购了两架原型机。此时飞机编号和名字也定下来了:F8F“熊猫”。

随着设计向细节的深化,在航空母舰上弹射和阻拦着舰的要求已经显然会造成飞机超重,重量必然会超过最初的3969公斤目标。

当然格鲁曼先生和设计组还没准备放弃,他决心用各种必要的方式给飞机减重。某些海军曾经在“地狱猫”上要求的,也是此时算是标准配置的东西被削减了。比如6挺M2航空机枪减少到了4挺,飞机的内部燃油从946.3升减少到617升。可调座椅应该带有比较重的防滚架,用来在飞机机背着地时保护飞行员,这也只有取消。不过在第二架生产型F8F-1在“军马”号护航航空母舰(CVE-30)上完成起降测试后,海军还是要求给飞机加装简单防滚结构。现在座椅直接安装在地板上,飞行员用垫子或者降落伞包来调整位置。折叠机构也大为简化,“地狱猫”采用了比较复杂的旋转折叠机翼,更省空间,也更重,现在改成了简单折叠形式。同时折叠点向机翼外段移动,以减少结构补强重量。“地狱猫”有3个油箱,现在被改成单独一个大油箱,同样是为了节省重量。

当然就单项措施来说,以上这些都比不上发动机本身的减重,由于新的C系列发动机性能增强不少,可以省掉二级机械增压器,只使用一级增压。虽然高空性能稍弱,但是中低空性能比以前更强,而且增压器和更大的发动机支架都是重量消耗大户。但即使到了这一步,3969公斤目标似乎仍遥不可及。

终于,格鲁曼的飞机结构总设计师皮特·厄尔冷森拿出了一个异乎寻常又相当有趣的主意,这可以在机翼上节省额外的104.3公斤重量,这将让飞机达到预期目标。

皮特还记得在海军要求的“地狱猫”结构强度测试中,试飞员科温·迈耶遇到了压缩效应,他在抖振边界上拉起飞机,改出时过载超过了7G。此前没有任何格鲁曼战斗机经历过如此灾难性的现象,回到机场后发现水平尾翼严重变形。后来格鲁曼公司才知道洛克希德P-38和共和P-47战斗机都遇到了这个问题。P-38尤为严重,整个尾部脱落,两名飞行员丧生。在“地狱猫”的服役生涯中,那些不知道压缩效应为何物的战斗机飞行员们也发现了这点,他们在大过载改出俯冲时进入原因不明的抖震,最后飞机平尾变形或者破损。

幸运的是平尾和升降舵弯曲或者破损位置都正好在中央铰链外侧,损坏反而减小了尾翼受到的压力,让它不至于整体脱落。剩下的尾翼结构足够让飞行员将飞机带回航空母舰。残余尾翼部分实际上由于负荷较小而且力臂很短,相对的坚固了许多。

这个现象启发了皮特,他想可以将机翼能设计成到了9G的极限过载点,机翼最外段三英尺自行脱落,那机翼就能减少受到的负荷。而剩下的内翼段则可以承受13G载荷,这是当时战斗机的设计标准极限。剩下的部分应当足够飞行员进行一次虽然速度会稍微高些但是安全的航空母舰降落。

他提议用仔细设计的特殊铆接,从中间连接可折叠的外翼段部分,副翼也要设计可断开的连接处。这样最外段机翼可以连着副翼尖端整体脱落,而又留下一半副翼和副翼的中央、内侧两个铰接点,足够让飞行员操作飞机进行着陆。

格鲁曼公司花了些精力才说服海军同意使用该方案,它实在是过于奇异。不过战况带来的压力使得海军需要更好的爬升性能,而爬升性能又直接与功率/重量的比例挂钩。还好格鲁曼公司在海军高层和飞行员们之间的口碑很好,所有人都知道“格鲁曼钢铁厂”的外号,他们信得过格鲁曼设计,于是终于通过了这个方案。

初步设计部门的负责人是迪克·赫顿,他在格鲁曼工作了很久,带领的“熊猫”设计组对FW 190的设计概念非常狂热。因为专用发动机没法按时交付给格鲁曼公司,他们用一台“地狱猫”的发动机临时安装在XF8F-1原型机上,这架飞机的航空局编号为90460。这倒与格鲁曼先生的保守哲学一致:新飞机不能直接装新发动机。

格鲁曼公司绘制的“熊猫”安全翼尖草图,两侧斜线阴影部分即为可脱落的安全翼尖

XF8F-1原型机安全翼尖铆接处剖面图,左图为沿翼弦方向剖面,左侧箭头指向此方向为机翼前缘。右图为沿翼展方向剖面,右侧箭头指向表示此方向为机翼外段

新的C系列发动机计划要到第二架原型机才安装,而这还不是专门给“熊猫”设计的发动机,而是F7F“虎猫”所用的型号,这架原型机计划会在第一架原型机之后4个月试飞。1943年11月,在“熊猫”设计开始的同期,普拉特·惠特尼公司也开始计划最后一代R-2800发动机。不过这一代的E系列发动机在“熊猫”首飞后很久才制造出样机,投产后只在最后几个型号“熊猫”上使用。E系列发动机的最大特点是拥有液力传动的增压器,同时整合了期待已久的发动机自动控制系统,不过与宝马的那套稍有不同。在这个问题上,虽然格鲁曼公司很早就向海军航空局和普拉特·惠特尼公司提交了相关意见,然而他们也只能坐着等待新发动机。由于发展中遇到很多难处,同时战争结束让研发节奏慢了下来,E系列发动机正式交付推迟到了1947年。

为了证明铆接的安全翼尖能够承受足够的过载,直到断裂点9G才按照设计脱离飞机,格鲁曼公司进行了一次非常详尽的地面测试。必须注意的是,新飞机机翼承受的过载都是先由工程师们估算而出,安装调整过后才进行的测试。

在海军接受安全翼尖设计前,他们要求格鲁曼在F4F“野猫”上做一次飞行测试。格鲁曼要按要求证明机翼和副翼的连接点在6G过载时能同时断裂,然后“野猫”还能保留可接受的飞行品质,足够进行安全的航母降落。为此,一架航空局编号为04085的“野猫”被转来进行测试,在成功的机翼地面断裂测试后,这架飞机改装了有安全翼尖的特制机翼。格鲁曼试飞员卡尔·阿尔伯于1944年3月14日进行了一次试飞,在2133米高度,两侧3英尺长的翼短和副翼都成功脱落,两侧脱落的时间差还不到0.1秒。所有事情都按照预定计划发生了。这架飞机还展示了足够的机动性,完全可以进行让人满意的航空母舰着陆,着陆速度只比正常的“野猫”快每小时12.9公里。现在海军和格鲁曼公司都认同了安全翼尖设置,这种设计在F8F上使用是可行的。

测试用“野猫”的安全翼尖草图,面积比“熊猫”稍大

从追踪机上拍摄的04085号“野猫”测试连续照片,前图中“野猫”座舱盖上方块状物即为脱离的翼尖部分

飞行测试开始

1944年8月31日,此时距离格鲁曼观察组回国才过了11个月。第一架原型机就已经完成了,并且在这天由罗伯特·哈尔驾驶首飞。试飞只进行了短短25分钟,但却让哈尔觉得难以置信。他在降落后的第一条意见是平尾翼展必须增加0.61米,在原型机拉进试验机专用机库后改造工作立刻开始。格鲁曼的另一名试飞员科温·迈耶在F7F-3N“虎猫”上伴飞观察,降落后他终于找了个空闲时间问哈尔记录了什么数据,能在首飞后得出这样的结论。哈尔镇定地用波士顿口音说:“我什么数据都没记,如果哪架飞机完全不稳定,那只有这样修改它了。”

到9月8日,罗伯特·哈尔已经完成了四次试飞,接下来他把飞机交给科温·迈耶。后者负责测试飞机的震颤包线速度,这个测试同时将决定“熊猫”在各种高度的最大平飞速度。

迈耶第一次在“熊猫”上的飞行也许是他飞行生涯中最激动的时刻。起飞时飞机的表现就超过了他最狂野的想象,并且让他感到在“地狱猫”上训练出的能力还不够驾驭“熊猫”。在襟翼放下三分之一(即15度)时,“熊猫”的起飞滑跑距离不到“地狱猫”的一半!此后好几次,在迈耶将油门推满之前,他就发现如果不立刻开始大角度爬升,那么飞机速度就会超过允许起落架放下的安全速度,连收起起落架的时间都不够。当然,这样的大角度低速爬升让迈耶颇为满意,他知道这会让下面的观众们也很高兴。在首次向12390米升限的全动力爬升中,仅安装了B系列发动机的“熊猫”原型机表现出两倍于“地狱猫”的爬升率,后者只有每分钟975米。

接下来是震颤飞行测试,每次增加飞行速度40.2公里/小时,在水平飞行中要用拳头猛敲操纵杆。既要在俯仰方向上,又要在滚转方向上,还要猛踏方向舵踏板,检查在3个控制轴上是否有潜在的震颤倾向。这个流程要持续到最大平飞速度,高度则从海平面到9144米,以1524米为间隔。这种简单的测试手法自从莱特兄弟的时代以来就一直在使用。

对于迈耶来讲很幸运,格鲁曼的飞机控制配平哲学是要求100%静态稳定性,以保证无震颤,无论是升降舵、副翼还是方向舵均如此。由于100%静态稳定需要比较重的配平铅,很多其他公司的战斗机设计师认为在3个操作轴上有50%配平重量就足够了。于是在试飞中他们都遇到过很多次毁灭性的机翼和尾翼震颤,在20世纪30年代到40年代,许多试飞员为此丧生。当然格鲁曼先生自己是个非常保守而且学识渊博的试飞员,即使在他不再自己飞战斗机后,依然对此相当负责。在该系列测试完成后,XF8F-1的最大速度达到过732.3公里/小时,让格鲁曼公司和海军都相当满意。

1944年8月31日,90460号原型机正在暖机,准备起飞

1944年8月31日,“熊猫”原型机首飞。注意此时飞机垂尾前没有背鳍,只有一根很窄的安定片。由于缺乏实际效用,后来改成了较大尺寸的背鳍

这架PB-1V巡逻机机腹下挂载的是“熊猫”1/4比例高速俯冲测试模型

从正后方拍摄的90460号原型机,飞机表面非常光滑,再加上涂装所用的光泽深蓝,即使在黑白照片上也可以看到机身和机翼上的映像

“熊猫”结构测试

在结构测试的阶段,由于“熊猫”的机身空间狭小和临界条件下重心靠后,它需要引入独特的仪表安装法。此前“地狱猫”测试机上的常用仪表包括又大又重的光面板,会反射许多仪表读数,再加上一台摄像机将读数拍下。还有很大的36频段示波器,用来测量飞机结构负荷。这些东西都安装在空旷的后机身内。而“熊猫”的机身空间有限,摄像机只能直接安装在飞行员左臂下方,对着座舱内6个最关键的飞行仪表直接拍摄。结构检测的示波器从36频段减少到12频段,连接在飞行员背后的装甲板上,伸入后机身。为了平衡飞机,在飞机最前方的位置,即螺旋桨毂中添加了22.68公斤配重。在安装完毕之后,迈耶就觉得座舱稍微拥挤了。

此前是要求飞机以5G过载拉起,现在增加到了7.5G,同时速度要增加到每小时869公里指示空速,在“地狱猫”的804.6公里/小时极限速度基础上,又增加了64.4公里/小时。迈耶意识到在增加速度时必须非常小心谨慎,以免飞机进入压缩效应,使它无法操控而导致事故。这种事故,此前不久他才在“地狱猫”测试时遇到过。

与“地狱猫”相同,在所有测试项目完成前,“熊猫”已经投入了生产。过载测试将在第一架生产型“熊猫”上进行,该机的航空局编号为90437。1945年2月5日,空速计和其他仪表校准完毕,飞机立刻开始测试。从9144米开始做拉起改出机动,以确定抖振边界。过了抖振边界后,继续拉杆也不会让机翼产生更多升力,增加飞机过载。拉起动作以1524米为间隔减小高度继续测试,直到海平面才算结束,同时也要包揽“熊猫”的整个速度包线。

以这种形式,格鲁曼公司确定了海军的要求能够满足,原始要求是在2286米高度以7.5G改出俯冲,实际上“熊猫”能在3962米以下都达到这个过载。对于海军要求的展示飞行,飞机可以轻松在2286英尺高度分别以563.3公里/小时和740.3公里/小时的速度执行7.5G机动。不过海军最终的俯冲极限要求只有3.5G过载,而速度增加到869公里/小时,这是由于预计会遇到压缩效应,飞机达不到太高过载。随着俯冲空速超过平飞空速,猛敲操纵杆的测试又开始进行,以完成震颤测试项目。最终所有7.5G俯冲改出项目都正常完成了。

最大俯冲速度测试则更为困难。就迈耶的经验看来,他决定从7620米开始做俯冲角不大于45度的俯冲,以免进入跨音速压缩效应区域。试飞时他确实有效地控制了飞机马赫数,在完成了震颤项目后,开始以3.5G过载改出,此时飞机突然一声巨响,座舱内充满了浓烟。飞机立刻在没有操作的情况下飞到了8.5G过载!迈耶立刻全力向前推操纵杆,同时收回油门到最低的待机位置。

当迈耶从高过载中恢复意识后,发现飞机高度增加了1500多米,速度大约每小时320公里。追踪机飞行员卡尔·阿尔伯平静地对迈耶建议说不需要放下左侧起落架,还没到降落高度。阿尔伯似乎还没搞清楚发生了什么,接着他意识到出了问题后,才严肃地报告说左侧起落架在最大速度时自行展开,另外满载的弹药箱从机翼底部掉了出去,消失得无影无踪。而后又补充说左侧打开的起落架仓内有小股烟雾冒出。阿尔伯继续检查“熊猫”,迈耶则放下右侧起落架和尾轮,看能不能进行正常着陆。降落过程很平静,但是飞行一时半会儿还结束不了。

迈耶尝试在着地前打开座舱盖,但是无论他如何努力,甚至双手一起拉它,座舱盖仍纹丝不动。后来检查才发现座舱盖后缘跳出了滑轨,卡在距离正常位置几英寸的地方。因为飞机维护长不想损坏舱盖,又花了20分钟才让迈耶从座舱中出来。

检查表明,由于飞机向左侧大角度偏航,空气对座舱盖造成了过大压力,使得它跳出滑轨。偏航原因则是左侧起落架自行展开,造成飞机两侧阻力不均等。另外还发现了烟雾来自发动机滑油散热器,超过8.5G的过载损坏了滑油散热器的安装带,并导致一根油管破裂,滑油漏到了排气管集成上,被加热后产生烟雾。

第一架生产型F8F-1,航空局编号为90437,发动机排管外安装了测试用的不锈钢整流片。在最大速度俯冲测试中,飞机上产生了无法解释的顺翼展方向气流。整流片修改,再加上后期将5根排管合并成3根,这些措施将排气位置下缘提高10.16厘米。修改起到了作用,将问题解决。飞行员脑后的摄像机就是用来拍摄气流情况的

第五架生产型飞机,注意排管还没有修改。这就是迈耶那架起落架出问题的测试机

问题根源是“熊猫”起落架上位锁强度不足,在大过载下扭曲变形,导致起落架自行放下。后来的地面测试表明上位锁很容易变形,所以只能重新设计并测试。新上位锁设计能承受9G过载。所有已经产出的“熊猫”被停飞,直到新上位锁送到并改装为止。起落架毛病还没结束,测试组很快发现他们还没走出问题的森林。

由于在8.5G过载改出测试中,测试机的机翼承受了巨大负荷,格鲁曼公司决定将第五架F8F-1生产型(90441号)转来共同承担测试。该机加装了测试设备,将用于每小时869公里的高速俯冲和3.5G改出测试。

在第三次试飞中,当起落架应当正常展开时,迈耶发现左侧起落没有成功锁定。他尝试了所有方法,包括在跑道上用左轮和右轮单独着地的状态滑行和弹跳。许多在跑道上的观察员看着飞机动作,最后他们一致同意左侧起落架看起来似乎已经锁定了,然后在无线电中通知迈耶。

于是迈耶就开始正常着陆,整个流程都没出问题,最后他左转进入停机坪。弯还没转到一半,左侧起落架就垮了,飞机斜倒在地上。螺旋桨倒是表现了一番——如何在这种情况下通过撞地快速停转。迈耶心想:“早知道就不信那些家伙了。”他意识到应该先停下,让飞机维护长先检查下位锁是否锁定。这起事故发生的位置就在5号工厂正面,所以一大群人见证了事故的发生经过。后来的检查表明,起落架下位锁指示器的微型开关被设定在了不合适的位置:在它操作范围的尽头,而不是中间。这个设置用于补偿测试中过载导致的结构变形,但是起落架完成锁定时,指示器的位置又不正常。生产线为此进行了一次矫正,所有F8F-1的微型开关都进行了修正。

工程师们还发现事故对主翼造成了负荷,不仅撞掉了安全翼尖,还影响了翼根结构。这让该机不能再按计划投入海军要求的测试。在重新安装了全新的左翼后,它在地面进行了承受7.5G过载的测试,于5周后作为普通生产型交付海军。

还好此时最初的“熊猫”测试机90437号完成了修理,在进行了一整轮地面测试后,宣告可再度投入试飞。现在公司又计划用这架飞机完成海军要求的测试,此后测试顺利完成了,没再出现严重事故。

1945年3月,海军终于决定给所有“熊猫”装备NACA设计的俯冲襟翼。这样飞机在进入跨音速压缩效应的区间后,仍然可以轻松改出俯冲。理所当然的,装了新东西之后又要进行飞行测试。这次的要求是飞机从使用升限开始,以全动力进入垂直俯冲,然后以较低的4G过载改出。

收起后的俯冲襟翼,安装位置正好在起落架门后方

1945年1月,用于掉落测试的“熊猫”机身,发动机位置安装的是配重

主试飞员迈耶在1945年4月7日完成了三次试飞,俯冲角度逐渐达到了垂直。而且这三次的俯冲速度都超过了“熊猫”的临界马赫数0.76,分别达到了0.785、0.805和0.815马赫。飞机俯冲到大约8840米时再打开俯冲襟翼,让飞机以4G过载改出,这个高度以下空气密度的增加会开始降低飞机马赫数。虽然与“地狱猫”和“虎猫”一样,在压缩效应发生后,“熊猫”也表现出了无法改出,操纵杆不能掰动,还有飞机低头的俯冲飞行特性。但是俯冲襟翼表现完美,让飞机可按设计改出俯冲。至此飞机预定的结构测试终于全部完成。

海军的其他飞行性能要求

作为“熊猫”测试的一环,海军要格鲁曼公司用不对称的机翼进行起降展示。即在移除飞机左侧或者右侧安全翼尖的情况下,仍要表现出可接受的飞行性能,在航空母舰上安全降落。以防万一大过载机动时只有单侧翼尖脱落,而导致飞机不能正常操作的情况发生。

4月5日和6日,迈耶驾驶第二架XF8F-1原型机90461号进行了展示飞行,两个架次测试中分别拆除左侧和右侧安全翼尖。在向航空母舰巡航时,仅靠副翼和方向舵配平就能操控飞机。飞机的操纵特性虽然也表现得不对称,但是如果襟翼下放角度限制在最大15度以内,飞行性能仍可接收。如果襟翼下放角度超过15度,那么飞机在进场转弯时,较短侧机翼会非常重。另外,航母降落的进场速度会增加每小时16.1公里,不过第二次世界大战时使用的航空母舰(主要是埃塞克斯级)能容许这种程度的降落速度增加。

按照今日的标准,对于这么一种独特的设计,两个试飞架次完全不够。但是当时美国军队即将登陆日本本土,对新型战斗机的需求愈加迫切。在这种前提下,格鲁曼公司和美国海军都认为这就够了。但到了后来才明白,为了尽快让“熊猫”形成战斗力,加入太平洋战区,所有人都低估了这个问题。

在飞机螺旋性能方面,则是要“熊猫”进行5圈向右和向左的直立螺旋,2圈向右和向左的倒螺旋,最后是在着陆状态下飞一圈螺旋。NACA的“熊猫”模型风洞测试表明飞机能正常进入和改出各种螺旋。

为了在可能发生的意外情况下确保90461号原型机的安全,它安装了一个2.44米大小的安全伞,拴在4.57米长的尼龙绳上。在发生不可改出螺旋时,飞行员可以打开它。在发动机全功率运行状态下的地面测试中,安全伞顺利放出,但是它没法成功抛掉,在气流中前后挥动。检查表明,释放机构的钩爪与尼龙绳附件的金属环卡在了一起,使得安全伞无法释放。重新调整过钩爪,将其稍微放松后,飞机在地面测试中就能每次都正确抛弃安全伞了。接下来的飞行测试也表明安全伞能提供足够阻力,并且正常脱离飞机。

第二天(4月19日),迈耶准备正式进行螺旋试飞。看起来该试飞项目会是个简单的任务,但实际上却不然。在新飞机上,过往的正确安全流程是先进入螺旋,转半圈改出,再每次增加半圈。到飞机能转两三圈后,飞行员会理解飞机在螺旋中的旋转速度和机头俯仰指向。“熊猫”的半圈、整圈、一圈半螺旋改出表现得比较稳定,飞机在下一圈内就能正常改出螺旋。但是在接下来的两圈测试时,飞机机头转了一圈半后就快速抬起,指向地平线。这个现象表明“熊猫”进入了不可改出的水平螺旋。迈耶将方向舵和升降舵都打到最大可动范围,但是飞机丝毫没有改出的迹象。在等了一圈之后,他决定打开安全伞。安全伞瞬间打开,立刻将飞机扯离螺旋航迹,机头垂直落下。迈耶此时惊讶地发现他已经面朝海面,长岛外冰冷的海水扑面而来,反应过来后立刻抛掉了安全伞,并且从俯冲中改出。

同时兼任试飞员和设计师,罗伯特·哈尔有很多螺旋测试经验。他认为“熊猫”在高攻角螺旋时需要更大的航向稳定性。这是由于垂尾和方向舵在机翼失速尾流中动作,起不到足够效果。于是在测试机的机尾下方实验安装了一个7.62厘米宽、2.13米长的腹鳍,垂尾前方也额外加装了一段背鳍。测试表明,飞机在各种情况下的航向稳定性增加了许多。后来加大的背鳍和腹鳍都作为标准融入了生产线。

在最初的几次螺旋测试之后,90460号原型机加装了背鳍。后来飞机被送往兰利机场的全尺寸风洞进行测试,实际上测试进行的时候,背鳍已经加入生产线好几个月

兰利机场的风洞中前后测试过4架F8F,这是90448号飞机,1946年1月4日至2月18日进行测试,注意该机的排气管已经修改过了

此后的螺旋测试中,飞机在螺旋中的转向率表现稳定,也有低头倾向。5圈螺旋后再操作时,只需要再转一圈就能改出。倒螺旋则更轻松,由于垂尾在高能空气中操作效果更好,不到一圈就能改出。

4月25日,90461号测试机转场到帕塔克森特河的海军航空测试中心,在这里向海军做展示飞行,并且通过检验。1947年8月时,XF8F-2原型机95330号在同样项目试飞中也遇到了安全伞无法抛弃的故障,导致飞机无法操纵,最后飞行员在低空跳伞,落地时受了致命伤,不过最后测试仍然顺利完成。

还没等格鲁曼公司喘口气,美国海军又对F8F-1提出了新要求。新项目是所谓的滚转改出,具体来讲要求在指定的高度与速度下,飞行员在0.1秒时间内向侧面打杆到底,然后当飞机达到最大滚转率时再拉杆做5G过载的改出机动。测试开始之前,迈耶决定先在一架F4F-4“野猫”(航空局编号4085)上练习该动作。“野猫”在服役历史中以坚固著称,看起来很适合用于练习。

“野猫”的操纵杆从置中位置到侧面顶点的行程为27.94厘米,迈耶很快发现在安全带正常系紧时,如果要于0.1秒内完成要求,会让他的肩膀与背部扭曲。后来在“熊猫”上执行这个机动时反而容易许多,因为后者的操纵杆行程只有16.51厘米。他先完成了12次机动,包括向左和向右滚转拉起,然后再进行三次逐渐增加空速的机动,直到最后达成5G过载标准,速度和高度条件则分别为683.9公里/小时与2286米。

而后迈耶也将这架测试“熊猫”转场到帕塔克森特河,为了让海军代表们满足,由5月5日至11日在这里连续进行了几天展示飞行。

海军航空兵接收“熊猫”

海军飞行员第一次接触到“熊猫”还是在1944年10月的战斗机联合会议上。海军在帕塔克森特河航空站组织了这次大会,目的是评价现有战斗机的特性,并探讨未来战斗机需要怎样的性能。海航、陆航、情报机构、飞机公司送来了各种现役战斗机、缴获的敌机、测试中的原型机参加测评。

会议举行时,“熊猫”原型机首飞才一个多月,生产还远没有开始。但是格鲁曼公司对于飞机性能非常自满,而且他们需要拿出什么新东西用来对抗包括XF4U-4和F2G原型机在内的多种“海盗”型号,就让XF8F-1参展了。

因为飞机还在早期试飞阶段,只有5名飞行员试驾了原型机。他们对原型机飞行性能的评价非常好,比如:“杰出的爬升率”“如果哪种飞机有这么好的性能,它一定会是顶尖截击机”“如果火力再强点就太好了”“这是架顶级战斗机,它机动性非常好,而且给人一种非常扎实的感觉”“从作战的角度看来,我认为它可轻松登上海军第一战斗机的位置”。

试飞过的飞行员普遍认为座舱布局很合适,简单且容易操作,只是稍显拥挤。飞机在起降时操纵性表现不错,没有太多坏毛病,前下方视野很好。但是俯仰配平显得不足,降落时有低头趋势。

飞机升降舵和副翼操纵需要的杆力比较小,且俯冲时的操纵力增长缓慢。升降舵要到表速超过600公里/小时之后才会很重,方向舵则一直很轻,直到表速640公里/小时之后,才需要配平。

临时使用的发动机受到的评价一般:“意外的平顺和安静”“激起了我的信心,在高动力区间运转比较暴躁,但也不是无法接受,在南太平洋进行航母降落时可能会过热”“转速控制杆操作不准确,倒是美国飞机常见毛病”。

在部分细节项目上,原型机收到了几条批评:“降落时副翼不是十分有效”“踩舵时,需要很大的操纵杆位移,才能抑制飞机的滚转倾向”“飞机空速系统反复无常”。最后这条只是原型机的毛病,F8F当然还要经过许多改进才会投入生产。

实际上“熊猫”原型机的反响如此之好,或许让格鲁曼公司都深感意外。参会的飞行员,再加上各军种和公司的技术人员共百余人,在会议结束时对一大串项目投票表决,以选出在该项上最好的飞机。虽然只有5名飞行员试飞过原型机,但在投票环节中,“熊猫”获得了颇为不错的成绩。

XF8F-1原型机在最佳座舱评比中荣获第一,得36票。第二名的“虎猫”只有20票,第三名“地狱猫”16票。

在最适用起落架和襟翼控制评比中XF8F-1获得第一,不过得票只有19,刚好比第二名的“地狱猫”多一票。

最舒适座舱评比中XF8F-1以18票获得第二,次于24票的P-47。

最佳全向视野评比中XF8F-1获得了第三名,得票数22,第一名则是得25票的P-51,第二名是P-47。考虑到“地狱猫”在这个项目上只得了6票,“熊猫”的进步可以说非常明显。

小场地重载起飞项目中,XF8F-1排名第二,得票数为21,比第一名“地狱猫”少了7票。

以上这些都是小奖项,“熊猫”最大的两个桂冠是7620米以下最佳战斗机,以及最有潜力的舰载战斗机。前一个项目中得票数为30,虽然仅比第二名的P-51多一票。但作为一架原型机,它比最著名的现役战斗机更受飞行员瞩目,“熊猫”的性能毋庸置疑。后一个项目完全可以说让格鲁曼扬眉吐气,“熊猫”以50票遥遥领先。第二名的XF4U-4只获得了15票,第三名的F4U-1只有13票,而安装了巨大的R-4360发动机的F2G只得到了3票,飞行员们对这种毫无平衡可言的升级方式并不买账。

会议中一名飞行员写下的评语可以说完美描绘了格鲁曼公司的心情:“格鲁曼正在那里骄傲的膨胀,我不想再评论什么了。”

1945年4月4日和5日的展示飞行完成后,迈耶将原型机留在帕塔克森特航空站。这架飞机已经不用回去了,因为此时“熊猫”生产线正在运转,生产型飞机开始下线。托马斯·康纳利中校(在F-14“雄猫”项目时他已经升任海军航空作战部副司令)试飞了“熊猫”,在飞行中记录了一些意见,下机后扩展成一份完整的描述报告交给迈耶。他对新战斗机的每个方面都有极大热情,还要求迈耶将他对飞机喜欢和少数不喜欢的部分记下来,一并带回格鲁曼公司。他对座舱内4个开关的位置有意见,此后在生产型飞机上全都进行了调整。

VF-19中队的“熊猫”,该中队正在前往前线,战争就结束了

海军检验与测量局给出的报告高度赞美了“熊猫”,交给他们的测试机轻松通过了检测,一点大毛病都没出。“熊猫”飞起来令人激动,原型机的飞行速度比“地狱猫”快每小时130公里。在有25节迎头风的情况下“熊猫”只需要61米甲板就能起飞,而“地狱猫”要大约99米。原型机海平面爬升率达到了每分钟1932米,这是“地狱猫”的两倍,比战时的其他螺旋桨战斗机都强。海军航空兵的飞行员们都喜欢“熊猫”的爬升性能,自从第一次世界大战之后,爬升得比敌机更高对于空战越来越重要。

航空母舰上的军官们也很快发现紧凑的“熊猫”更容易排布,以前能排列36架“地狱猫”的空间,现在能排列50架“熊猫”。你能想象海航飞行员们的感受,他们驾驶的“熊猫”中低空飞行性能远超过陆航的主力型号P-51、P-47和P-38战斗机,在海军航空站周边遇到训练的陆航战斗机时就能好好展示一番。

送往美国海军进行航母起降测试的90438号F8F-1,它起飞需要的甲板长度只有“地狱猫”的60%

机翼折叠后的F8F-1,可见“熊猫”采用的简单折叠方式。这种方式在折叠效率上不如“地狱猫”,但是飞机本身尺寸小得多,甲板排布仍然比“地狱猫”密集

1945年8月,这架94841号F8F-1在下午2点12分起飞前往海军航空站进行交付。飞行员舍尔茨上尉在起飞后18分钟就返回机场,降落滑跑240多米之后飞机翻覆。这架飞机没有防滚架,飞行员情况不明

就这样,“熊猫”以最快的速度进入了舰队。当时VF-19中队已经从前线回国几个月,正驻扎在圣塔罗萨海军辅助机场,一边训练一边等待下个作战期到来,现任中队长是乔·史密斯中校。1945年5月21日,距离原型机首飞不到9个月,VF-19中队拿到了首批F8F-1。转用“熊猫”的作战训练立刻开始,该中队在8月初登上“兰利”号轻型航空母舰,出发参加太平洋战争。在该中队前往西太平洋途中,两枚原子弹爆炸,过了几天日本宣布无条件投降,“熊猫”就这样错过了战斗。

安全翼尖问题浮现

在容光焕发地服役了几个月后,格鲁曼服务部门报告说,有一名飞行员只拉断了单侧翼尖。当时他正从俯冲轰炸中改出,而另一侧过了会儿才脱落。安全翼尖没有按照格鲁曼的设计过载脱落,所以公司匆忙派出了工程组前往调查。

问题逐渐浮出水面,在航空母舰上降落造成的冲击,模拟空战中接近抖振边界的机动也会带来很强震荡。这些负荷累计起来,就对翼尖的铆接处带来了远超设计的应变疲劳。格鲁曼没有充分考虑过这个问题,海军为了尽快让飞机投产交付也没有多想。最后还发现,在格鲁曼生产线上,铆接处的质量控制不恰当。为了避免“熊猫”机队继续出现事故,海军只得将飞行包线限制到5G过载。

然而海军仍然需要这种性能出众的战斗机,很快就和格鲁曼公司达成一致,允许用另外的方式保证安全翼尖正常使用。这种方法不能仅仅依靠特殊铆接工艺,靠这点已经不行了。

第一个方案是往飞机上安装30.5厘米长的导爆索,放在铆接处外侧的下方蒙皮内。导爆索由电控开关控制,在某一侧翼尖脱落后,会引爆另一侧导爆索,确保两侧翼尖同时脱落。格鲁曼公司自己把这个东西叫作“冰盒子”开关,系统本身则有个“7月4日系统”的小名,因为这天通常会放烟花庆祝独立日。

地面测试的景象至少可以用壮观来形容,在多次成功实验后,一架“熊猫”安装了该系统。为了测试效果,该机的左侧翼尖结构被调整为在5G过载下就会脱落,理论上来说此时右翼的“冰盒子”开关会用电引爆导爆索,让右侧理论在7.5G过载脱落的翼尖立刻被炸掉。

使用30.5厘米长度导爆索测试后的照片。95802号飞机左侧翼尖飞脱,右侧还连在飞机上

试飞仍然由迈耶进行,选择的测试点是在2286米高度,速度为724公里/小时,俯冲角度为30度。测试机的座舱后方安装了摄影机,拍摄两侧机翼的情况,F7F-3N追踪机也会跟踪记录。为了保证左翼脱落以及右翼顺利引爆,迈耶拉到了5.5G过载。

随着一阵壮观的火焰和烟雾,还有碎片乱飞。左侧调整过的翼尖在5G过载时顺利脱落,但是右侧爆炸后仍然连接在飞机上。追踪机飞行员飞上来检视了右翼的损坏情况,他看到下表面蒙皮上有个大洞,导爆索很确实的按照预期点火了。右翼的空洞尺寸有30.5厘米×10.1厘米,而且就在承力最重的位置,但是却没有使安全翼尖脱落。还好这个洞没有对右侧副翼造成太多震颤干扰。迈耶曾经降落过只有单侧翼尖的飞机,他也准备好了再来一次。

在飞行结果汇报时许多工程师们感到困惑不解。迟疑了半天之后,其中一名羞怯地说可能没有足够考虑到每小时724公里的滑流效应。无论如何,现在只有回到绘图板上,从这里重新开始。

项目工程师建议导爆索增加到66.4厘米长度,足以覆盖该位置的机翼一半弦长。地面测试自然是必需的,因为太强的爆炸可能对内侧机翼本身造成损害,如果在空中发生不测,很可能会导致机毁人亡。第二次试飞时,迈耶拉到了6G过载,这次两侧安全翼尖都脱离了飞机。虽然地面测试中导爆索的声音震耳欲聋,但是在座舱里却听不到,而且迈耶自己只能盯着G力表,不便观察周围。两个追踪机飞行员反而比迈耶更惊讶,他们在外面看到的效果相当壮丽,后来说看起来飞机就好像爆炸了一样。而且两侧导爆索都引爆了,左右安全翼尖带着金属碎片洒满天空。

降落后大家发现机翼剩下的部分颇为干净,甚至没什么小碎片,而且没有其他损伤。海军和格鲁曼公司都认为该次实验获得了巨大成功。顺便提一下,测试组在安全翼尖内塞满了木棉,这样它们在落水后会漂浮在海面上,就能被捡回来。

海军现在要求格鲁曼重新完成一次包线展示飞行,就与在此前做过的那些相同。在这次展示飞行中,迈耶本应将飞机拉到5G过载,让翼尖断裂。但是他注意到飞机达到了6.5G过载,比他试图控制达到的数值高不少。他在各种格鲁曼战斗机,包括F4F、F6F、F7F、F8F上都负责该项测试,做了几百次改出机动,能将过载控制到0.1G的误差水平上,所以这个超过载的现象让他感到不安。告诉工程师后,他们却回复说该现象只是因为太紧张而已——影射迈耶操作失误,他们自己想不出理由时通常就这么敷衍了事。

接下来工程师们将两侧安全翼尖的铆接点加强到7.5G断裂,又装上了66.4厘米长的导爆索,试飞立刻开始了。在第一次改出时,迈耶拉到了8G过载,他确定这个过载下一侧或者两侧的铆接都会断裂。实际上它们也断裂了,带着烟火脱离飞机。在降落后,迈耶看见过载表上记录的最大过载达到了9.5。他立刻强调说没有操作失误,需要空气动力学部门做出解释,还骂了几句脏话。在气动学家们研究过后,发现飞机确实会在机翼发生变化,特别是翼展、翼面积、展弦比这几个关键参数变动时,会让飞机的俯仰运动规律也大幅度改变。结果就是飞机会增加1.5G过载,而操作失误的说法到此也就不攻自破。

该展示飞行项目算是完成了,带来的额外俯仰问题被写入当期版本的飞行手册,以提示飞行员们可能会遇到的现象。海军对此表示高兴,“熊猫”终于回到了完备的使用状态,所有飞机也都安装了导爆索。

然而就长期来说安全翼尖的问题还没结束。导爆索确实是电点火,但是所有人都忘了应该为它提供安全措施,以防在地面维护时有人操作错误。所以很快报告就来了,一个战斗机中队在维护飞机时造成了短路,地勤当时在做某些电气测试。结果一架“熊猫”的机翼就在机库甲板爆炸了,导致一名维护人员身亡。

海军忍够了,他们不想再用这个给飞机减重的安全翼尖了,现在要求将翼尖钉死,并拆除导爆索。“熊猫”机队的飞行过载限制再度降低到了4G。航母降落给飞机带来了负荷,空战机动中又很容易超过4G过载,这些因素最终导致两起事故,都是单侧机翼于飞行时断裂。最后格鲁曼给所有飞机生产了钢制加强组件,改装组件当然会增加飞机重量,但是将所有飞机的结构加强到7.5G的水平。不过到了此时,“熊猫”的服役历程已经快要结束了,它即将被喷气式战斗机取代:格鲁曼自己生产的F9F和麦克唐纳生产的F2H。

格鲁曼工厂飞行表演

从1944年第一架XF8F-1开始,到1947年格鲁曼“黑豹”首飞为止,科温·迈耶一直在用“熊猫”做飞行表演。“熊猫”的惊人起飞和爬升性能,以及在低空的加速能力,非常适合用于表演,能给观众带来极大乐趣。

“熊猫”的横向稳定性较弱,而且副翼效果远强于“地狱猫”,迈耶的飞行表演通常会从八点慢滚开始。即将360度均分为八份,每份45度,飞机每滚转45度就暂停一下,再继续动作。这招让战时那批热爱航空的观众比较高兴,直到某名在场的观众说了句评论为止。

那是1946年年初,迈耶在一个周末航展上遇到了奥尔福德·威廉姆斯,这个航展就在纽约机场举办。此时威廉姆斯还在驾驶“海湾鹰”Ⅲ号,他用这架双翼飞机向成千名观众展示了他的出众技巧。迈耶正好是最后一个进行飞行表演的飞行员,就接在威廉姆斯之后。迈耶先做了两个漂亮的八点慢滚,他感到有些飘飘然,因为这个机动在其他飞机上做起来颇为困难,而且还不怎么出名。迈耶的妻子就在观众席上,听到一位老太太与她朋友交谈说:“我很奇怪为什么那位飞行员不能让他的飞机滚转顺畅,就像威廉姆斯先生那样。”这个动作看来对普通观众毫无吸引力,此后迈耶就没再表演过八点慢滚。

实际上在XF8F-1首飞后,格鲁曼先生就建议他手下的两名试飞员,帕特·加洛和迈耶进行展示飞行,目的是表现出“熊猫”和“地狱猫”的性能差距。这即是给格鲁曼公司的员工,又是给经常前来参观工厂的海军高层表演。

在格鲁曼机场上空,从后方追来的“熊猫”即将超过“地狱猫”

表演将由全动力编队起飞开始,然后爬升至914米高度,以一架“熊猫”用每小时724公里的速度通过主跑道结束。“熊猫”的通常时间要安排好,因为它要在跑道中央追上并超过每小时563公里速度飞行的“地狱猫”,观众们都在这个位置看着。到了跑道末端时,两架飞机都要做一个5G过载的拉起动作,转入垂直爬升,直到“熊猫”消失不见为止。这样的安排可以完美展示“熊猫”的性能优势,特别是在大家都知道这两种飞机均使用R-2800发动机的情况下。

飞机启动、起飞、爬升这些动作就容易一起进行了,而且也能展示两种飞机的差距。因为“地狱猫”的加速性能差得多,在安排双机通场,而且要在观众头顶超越时相当麻烦。两位试飞员尝试了很多次,用尽各种办法,都没法配合完美。他们自觉不满意,也不会在展示飞行上让格鲁曼先生满意。

最后两人决定选两个与跑道成一线的大型建筑作为地标,一个距离机场大约3英里,另一个距离大约5英里,以此标记同时动力全开的位置。迈耶驾驶“地狱猫”在近处的建筑,加洛驾驶“熊猫”在远处的建筑同时转向机场并开始加速。这个土办法很管用,每次都能成功,确实能在跑道中央让“熊猫”以快每小时161公里的速度超过“地狱猫”。而且由于积累的高速,拉起转入爬升后,“熊猫”会快速飞远。而“地狱猫”只能在大概914米高度进入筋斗,没法继续爬升了。这个表演进行了很多次,不仅观众们,两名试飞员也乐在其中。