在20世紀50年代早期的一部名為《不可能的任務做起來要費點兒時間》(The Impossible Takes a Little Longer)的宣傳影片中,美國一家前瞻性飛機製造商提出了一種高速水上戰鬥機的願景,「高度適應性」的康維爾XF2Y-1「海標槍」可在湖泊、河流和水庫中起降,也就是說該機被「設計用於在自己的特殊機場起降,而這個機場佔據了地表五分之四的面積。」研製這種水上戰鬥機看似是一個不可能完成的任務,經過了8年的數百次飛行和一次致命事故後,最後「海標槍」也的確被證明「無法勝任自己的任務」。
康維爾XF2Y-1「海標槍」
超音速水上飛機
聯合和伏爾梯兩家公司在1943年合併成為聯合和-伏爾梯飛機公司(Consolidated-Vultee),簡稱康維爾。新公司的雄心並沒有因此縮水,在二戰結束後的航空技術大發展時代研製出兩種標新立異的戰鬥機,一種是世界上第一種垂直起降固定翼戰鬥機XFY-1「彈簧高蹺」,另一種則是世界上第一種突破音障的水上飛機XF2Y-1「海標槍」。
XFY-1在軍艦上操作的想像圖
由於康維爾公司此時也在並行研製世界上第一種無尾三角翼戰鬥機(最後發展成F-102「三角劍」全天候截擊機)和大型的R3Y「貿易風」渦槳運輸飛船,所以康維爾工程師把兩者的技術綜合應用在「海標槍」上也就不稀奇了。從大的角度看,該機可以算是F-102的水上滑撬型。
R3Y「貿易風」渦槳運輸飛船
由於當時的高性能噴氣式戰鬥機起降性能較差,還無法作為艦載機登上航空母艦。所以為了跟上噴氣式潮流,美國海軍在1948年設想了在前方作戰海域部署噴氣式水上飛機的概念,其中包括作為「移動基地」的大型噴氣式水上飛機(最後發展出馬丁P6M「海上霸王」),以及在大型飛機支援下作戰的超音速噴氣式水上截擊機。
馬丁公司設想的水上轟炸機和水上運輸機
康維爾響應了海軍的需求,雙方合作開始對水上戰鬥機最可行的布局展開研究。公司水動力學研究實驗室在「溜冰鞋」項目中在一個水槽中測試了各種外形的模型,先從船身式設計開始,最後決定採用被康維爾稱為「水力滑撬」的設計,也就是在滑水中使用滑撬把機身託離水面,從而大大降低滑水阻力。1951年1月,康維爾從美國海軍獲得了一份製造兩架水上戰鬥機原型機的合同,除水力滑撬外,原型機還會具有防水機身和三角機翼,在起降時依靠從機腹兩側的凹陷中伸出一對滑撬在水面滑水。飛機編號XF2Y-1,綽號「海標槍」。
船身式水上戰鬥機設計
康維爾使用模型驗證了滑撬設計的可行性
XF2Y-1三面圖,機腹採用船型機身設計,依靠兩片滑撬滑水起降
「海標槍」
與F-102不同,「海標槍」有兩臺發動機,這是美國海軍出於飛行安全考慮而堅持的一個要求。西屋公司的兩臺XJ46-WE-02加力渦噴發動機通過機背的兩個進氣口進氣,以免吸入海水。
J46軸流式渦噴發動機剖視圖
「海標槍」的機身具有V形船體造型,被分隔成多個水密艙室。在水面靜止時,機翼後緣與水面齊平,前緣高於水面46釐米。機翼的升降副翼和垂尾方向舵都是液壓驅動的。
「海標槍」的水面姿態,機翼後緣與水面齊平,前緣高於水面46釐米
減震支柱下方的滑撬呈內八字從機腹的凹陷中伸出,末端安裝了小輪,後機身下方還有一個可旋轉尾輪。停在地面時,滑撬完全伸出,飛機後座在尾輪上。
停在地面時,滑撬完全伸出,飛機後座在尾輪上
滑撬尾部的小輪
這三個小輪能使飛機依靠自己的動力在地面滑行,並沿著長長的坡道進入水中。XF2Y-1在靜止漂浮在水面和在起飛滑水的初始階段,滑撬縮回機身。隨著發動機推力的增加,機翼前緣在8-10節(15-19公裡/小時)速度下抬離水面時,滑撬也相應伸展到中間位置。當速度達到39-48節(72-89公裡/小時)時,滑撬就完全伸出,使「海標槍」加速到大約126節(233公裡/小時)的起飛速度。
XF2Y-1在起降時滑撬完全伸出
美國海軍對「海標槍」的設計留下了深刻印象,甚至在原型機首飛前就分兩批訂購了20架生產型F2Y-1,這批飛機將裝備四門20毫米機炮,並能發射2.75英寸摺疊翼火箭。
試飛
由於J-46發動機一時還無法交付,所以「海標槍」原型機只能先裝上推力較低的J-34發動機作為過渡。雖然人們對這架原型機的推力不足情況已經有了心裡準備,但該機很快在試飛中暴露出其他困擾其一生的問題。
1952年秋,第一架原型機(BuNo 137634)從康維爾林德伯格機場的試驗場轉移到了公司在聖地牙哥灣建設的水上飛機場。在這裡,「薩姆」·香農駕駛該機從12月14日開始了滑水試驗。
剛完成噴漆的第一架XF2Y-1原型機BuNo 137634
BuNo 137634在聖地牙哥灣水上飛機場的滑水測試
康維爾的這位傳奇工程試飛主任的舉止很像當時的電影明星加裡·庫珀,香農的「正午」(加裡·庫珀主演的一部西部片)在一個月後來臨,他在一天高速滑水跑中無意中做了一個300米的跳躍。原型機的正式首飛發生在1953年4月9日。
康維爾試飛員「薩姆」·香農
香農在試飛中很快就注意到「海標槍」的滑撬在起飛和降落滑水中會出現令人不安的持續強烈振動,情況是如此糟糕,以至於控制飛機都很困難,必須改進減震支柱,滑撬也要重新設計。雖然康維爾進行了一些改進,但並沒有完全解決這個問題,結果第一架原型機後來裝上單片式滑行進一步測試。
單片式滑撬解決了振動問題,但不能完全收入機腹,增加了飛行阻力
跨音速阻力
「海標槍」還遇到了另一個問題。當時康維爾一直絞盡腦汁讓F-102在平飛中突破音速,很快XF2Y-1在試飛中也遭遇了類似的跨音速阻力問題,和F-102成了難兄難弟。雪上加霜的是J-46發動機無法達到預期推力,導致情況更加複雜。美國海軍在絕望中放寬對兩臺發動機的要求,允許康維爾給飛機安裝單臺大推力發動機。
在F-102進行風洞測試期間,美國國家航空諮詢委員會(NACA)的科學家理察·惠特科姆提出了革命性的面積律。這意味著需要對「海標槍」的機身進行重新設計,在翼身結合處進行「縮腰」,並在機尾增加減阻鼓包。事情已經很清楚了,除非按照惠特科姆的理論對「海標槍」進行面積律修形,否則該機根本無法在平飛中突破音速。有人建議等製造F2Y-1生產型時再做面積律修形,但此時美國海軍的熱情開始冷卻下來。1954年3月,海軍把生產型訂購數量削減到5架,且沒有一架將採用面積律修形。
面積律修形幫助F-102突破了音速
不過「海標槍」原型機在試飛中展現出自己的超音速飛行潛力,能在俯衝中突破音障。第二架「海標槍」原型機是第一架安裝了J-46發動機的XF2Y-1,1954年8月3日,該機在康維爾試飛員查爾斯·「查克」·裡奇伯勒駕駛下在俯衝中超過了1馬赫,使該機稱為第一架也是迄今為止唯一一架突破音障的水上飛機。試飛表明「海標槍」經過面積律修形後能在平飛中毫不費力地突破音速。
康維爾試飛員查爾斯·「查克」·裡奇伯勒
裡奇伯勒在加入康維爾公司前曾是第二次世界大戰中的美國海軍飛行員,他在公海上進行了一系列起降,證明「海標槍」可以在自然海況下起降,而不是僅僅是在聖地牙哥灣的避風港內。
XF2Y-1在公海上的起降測試
在康維爾公司當時拍攝的影片中,「海標槍」的起飛距離通常為700米,從開啟加力到升空的時間一般是25-28秒。根據NACA的理論設計的水力滑撬的設計最大負載為40噸。XF2Y-1在公海降落時的觸水速度為115節(213公裡/小時)。
飛機滑水時的方向控制由水下舵、副翼和不對稱的發動機推力同時提供。即使「海標槍」把進氣口放在背上,也仍然存在海水進入進氣道的危險,這會導致發動機內部積聚鹽分,需要重新設計進氣口。
發動機吞入海水後,會導致葉片上積聚鹽分
為了稍稍緩解海水對發動機的腐蝕問題,第2和第3架「海標槍」都在座艙後的機身中增加了一個容量為76升的淡水箱,飛行員可以向發動機壓縮機和定子葉片噴淡水來衝洗海水的鹽分。
「BJ」·隆完成了大多數「海標槍」後期試飛架次,他在每次起飛之前都要用淡水衝一下發動機,並發現這個水箱在公海測試中特別有用,波濤洶湧的海面會導致飛機在降落時會吞入大量海水。他在1992年回憶道:「這套系統可決定飛機能否順利起飛還是要被拖回家。」
康維爾試飛員「BJ」·隆
慘烈墜機
1954年11月4日,「海標槍」被安排向美國海軍高層和記者做飛行演示。當天早上,康維爾的XFY-1「彈簧高蹺」已經進行了演示,R3Y和「海標槍」將在下午表演。
康維爾試飛員約翰·克內貝爾回憶說:「那天的計劃已經非常仔細了,我們渴望給人留下一個好印象。『海標槍』已經被烏雲籠罩,雖然官方沒有正式宣布,但我們認識到這兩個項目獲得的支持正在下降。五角大樓和國會裡有人認為這筆錢能被用於更好地投資於其他項目。這是演示的目的是表明這兩種飛機仍具有可行性。」
貴賓們對科爾曼的「彈簧高蹺」表演留下了深刻印象,然後準備觀看「海標槍」。克內貝爾回憶道:「我們的公關人員安排巴士把客人從布朗機場運到了聖地牙哥,當然海軍高官乘坐自己的車輛抵達。我留在了布朗。」
XFY-1垂直降落的連續鏡頭
裡奇伯勒駕駛YF2Y-1起飛進行表演,結果飛機在一個低空高速通場中解體,裡奇伯勒當場身亡,殘骸墜入海底。《生活》雜誌刊登了飛機在空中解體的恐怖照片,並報導:「『海標槍』在海面上空90米高度解體,化為火焰與金屬碎片之雨。」
「海標槍」在海面上空90米高度解體,化為火焰與金屬碎片之雨
隆駕駛一架道格拉斯AD-5「天襲者」伴隨裡奇伯勒飛行,目擊了整個悲劇。他寫到:「隨著『海標槍』的解體,座艙之後的機身連著一根滑撬分離出來,倒扣著墜入康維爾救援船旁的海面上。裡奇伯勒在撞擊中身亡,很快就被蛙人打撈出來。」
回到布朗機場,克內貝爾和其他人正監聽林德伯格塔臺頻率。克內貝爾回憶道:「我們非常震驚,『查克』當時正在從東向西通場,我們總是會在飛過銀門後向左急轉彎飛越海峽。」
這起事故是飛行員誘發振蕩(PIO)導致的,裡奇伯勒在11月4日前的排練中就遇到了這種現象。約翰·克內貝爾當天飛F-86追逐機,他回憶道:「我飛在『查克』的翼尖做編隊飛行,我們的人都在地面觀看,由於『查克』出現了一點飛行員誘發震蕩,讓我難以跟上。」克內貝爾補充道:「我警告『查克』出現了誘發震蕩,他也知道,如果表演時發生這種情況,就可有因墜機而殺死很多人。」
「BJ」·隆寫道:「其他超音速飛機和多年後出現的更先進飛機也會偶爾發生此類事故。」他在一次獨家採訪表示他認為引發事故的部分原因在於「海標槍」發動機安裝位置高於重心:「裡奇伯勒在低空開啟加力導致機鼻下降,於是就開始糾正,結果又出現了過度控制,最後導致飛機在愈演愈烈的震蕩中解體!」
典型的飛行員誘發震蕩
約翰·克內貝爾說:「『查克』是個偉大的人和優秀的學者,也是一位很好的飛行員,但缺乏駕駛那架飛機的經驗。」克內貝爾仍然保留著裡奇伯勒在他結婚時送的一個咖啡機。但根據隆的說法,裡奇伯勒還犯了另一個錯:「我無意冒犯,但他不會聽任何人的意見。」
「海標槍」被暫時停飛。三個月後,錢斯·沃特的F-8艦載戰鬥機原型機首飛並在首飛中突破了音速。「海標槍」在一夜之間過時了。
苟延殘喘
「海標槍」項目隨後被降了級,YF2Y-1不再是視為是一種海軍戰鬥機的原型機,而是驗證機。剩下的唯一一架XF2Y-1被升級到YF2Y-1標準,換裝了帶加力的J-46發動機和單塊式滑撬。1954年12月下旬,隆駕駛該機進行了單滑撬構型的首次飛行。
單滑撬構型的XF2Y-1
隆沒有受11月4日悲劇的影響,他此後大約完成了400架次「海標槍」試飛。。他笑著說:「我很忙,我每天做兩到三次試飛,每周飛四到五天。除了在聖地牙哥灣試飛外,我還去公海試飛,測試了單雙滑撬構型的海上起降。」
隆證明新滑撬與改善了阻尼特性的減震支柱結合後能使「海標槍」在1.8-3米浪高的海況下起降,遠超原來的要求。隆回憶道:「單快滑撬的表現很好,沒有振動。」但這種滑撬不能完全收入機腹,這架「海標槍」在1956年1月完成最後一次公海起飛後,就被封存起來。
同時,第二架YF2Y-1在當年4月加入了試飛項目,該機具有J-46發動機和修改過的雙水力滑撬,但在滑水時的振動仍然不可接受,使飛行員繼續遭受皮肉之苦。隆回憶說:「前緩衝支柱就在我屁股底下,起飛時當滑水速度超過100節(185公裡/小時)後,我開始拉起時(升空速度222-240公裡/小時),雙滑撬在海灣60釐米浪高下產生的振動如此巨大,以至讓我短暫失明。兩個滑撬就像音叉。振動在升空後就停止了。」該機在1955年4月完成最後一次飛行後就退役了。
第二架YF2Y-1改進過的雙滑撬仍然表現不佳
結局
比利·傑克·隆在半個多世紀後回顧「海標槍」項目,他認為該機存在嚴重的設計缺陷,其中經常被批評的一點就是座艙視野。該機採用了鉸接在座艙後方的單塊蛤殼式座艙蓋,搭配一個「V」形風擋,和北美X-15驗證機一樣每側有一片透明玻璃。由於前方視野被風擋中央支柱遮擋,駕駛「海標槍」的飛行員無疑要求具有更好的視力。隆承認:「視野的確不好,但沒有對我造成幹擾。」
「海標槍」的整體式座艙蓋,這種尖銳的V形設計也許有助於降低超音速阻力
讓他感到不滿的是「海標槍」的飛行特性:「該機是全液壓控制的,當你向前或向後移動操縱杆時,飛控會有一個延遲。」隆認為正是這種同樣出現在F-102A上的操縱延遲,在裡奇伯勒的最後一次飛行中引發了致命的飛行員誘發震蕩。
隆說:「我沒有做任何高速或高空試飛,也許我最高飛到了2400米或3000米。如果你在降落中遭遇任何高海況,那麼衝擊會大得令人難以置信。而且你在降落中還無法飛得太慢,該機具有一副對稱翼型的三角翼,我的觸水速度超過100節(185公裡/小時),我的鼻子在降落中曾被撞到兩三次。」
在一次120節(222公裡/小時)的重降落中,隆的頭被狠狠撞在擋風玻璃上幾次,他的嘴裡嘗了血腥味,不過後來意識到「衝擊使我鼻竇粘液進入到了嘴裡。」
他堅持說:「這是一個不切實際的幻想設計。康維爾工程師之前只研製過飛船,並沒有研製戰鬥機的實際經驗,於是糟糕的設計和糟糕的作戰概念就這樣結合在了一起。」
隆和另外三名海軍飛行員測試了「海標槍」的單滑撬和雙滑撬,但兩者都不能完全令人滿意。所有倖存的「海標槍」最後都被封存起來,如今被保存在博物館中。雖然「海標槍」存在諸多缺陷,但不能否定製造和試飛該機的人們表現出的想像力、堅持和勇氣。
再見!海標槍