臭鼬工廠的「寡婦製造者」雖連創紀錄,卻讓德國飛行員損失慘重

2021-01-16 菌武視界

引言

1962年6月19日,在德國北萊茵-威斯伐倫州(Nordrhein-Westfalen),納沃尼希(Nrvenich)的維特蒙德港空軍基地(Fliegerhorst Wittmundhafen)內,德國聯邦國防軍空軍第10航空飛行學院(Waffenschule der Luftwaffe 10),為慶祝第31「波爾克」戰術聯隊(TaktLwG 31「B」)成立5周年暨換裝F-104「星」戰鬥機(F-104 Starfighter)儀式,起飛四架飛機進行特技飛行表演彩排。

F-104F(編號BB + 365),此次事故中墜毀的一架飛機

15時左右,由美國空軍上尉喬恩·施佩爾(Jon Speer)、德國空軍中尉沃爾夫岡·馮·施蒂爾默(Wolfgang von Stilmer)、貝恩德·庫巴特(Bernd Kubat)和海因茨·弗萊(Heinz Frye)四人,駕駛四架F-104F(專門為德國空軍生產的雙座教練型,戰術編號分別為BB + 365、BB + 370、BB + 385和BB + 387)起飛。在這次彩排中,他們將駕機編成一個間隔兩至三米、十分緊湊的「鑽石編隊」。15時15分左右,四架F-104F型教練機在600米的高度鑽進一片雲層,由於速度太快,下降率太高,直接撞到基地附近的一個露天煤礦中。四名飛行員根本沒來得及彈射,全部喪生。

第31「波爾克」戰術聯隊裝備的F-104戰鬥機

這次事故,除了帶隊長機飛行員喬恩·斯佩爾在特技飛行方面的經驗不足外,F-104「星」戰鬥機在中低空性能方面的缺陷,也是「釀成大禍」的重要原因。咱們今天,就來聊一聊F-104是如何被披上「寡婦製造者」這個綽號的。

「臭鼬工廠」的傑作

洛克希德公司高級開發項目「臭鼬工廠」

F-104「星」戰鬥機,是美國洛克希德公司(Lockheed Corporation)高級開發項目(Advanced Development Programs)「臭鼬工廠」(Skunk Works),在克拉倫斯·倫納德「凱利」詹森(Clarence Leonard "Kelly" Johnson)領導下,設計的一種標準第二代戰鬥機(追求高空、高速,並且裝備了雷達和空對空飛彈),同時也是美國首款第二代戰鬥機。

「臭鼬工廠」的徽標

20世紀50年代初,克拉倫斯·倫納德「凱利」詹森向美國空軍戰鬥機飛行員詢問,他們想要一種什麼樣的飛機,得到的回答是,一架性能卓越,結構不要過於複雜的的小型飛機。隨後,詹森便帶領「臭鼬工廠」團隊,開始進行設計。到1952年3月,他們已經研究出好幾種不同的設計方案,從空重3.6噸,至23噸的都有。最後,他們從中選出了一個名為「L-246」的方案,並於同年11月,將其提交給美國空軍。

凱利·詹森(左側穿西裝者)

「L-246」的方案最早的草圖

後來,美國空軍對詹森的這一設計非常感興趣,為了優中選優,邀請多家公司參與進來。很快,美國空軍便收到了另外三個設計方案,它們分別是西弗斯基飛機(Seversky Aircraft)的「AP-55」(XF-91 Thunderceptor 「雷霆戰機」改進版);北美航空公司(North American Aviation)的 「NA-212」和諾斯羅普公司(Northrop Corporation)的「N-102 Fang」。雖然上述三個設計方案都很不錯,但最終還是「L-246」方案於1953年3月獲得了生產原型機的合同。

XF-91 Thunderceptor 「雷霆戰機」

「N-102 Fang」

1954年初,「臭鼬工廠」製造出一架原型機,被命名為XF-104(美國軍用飛機序列號:53-7786),並於同年的2月7日首飛。第一批生產型,也就是F-104A型,於1958年1月,交付美國空軍。因為A型屬於最基本的型號,所以當時的美國空軍只裝備了兩個中隊。

F-107 「NA-212」項目的最終產物

設計細節

為了達到高空、高速及高爬升率的指標要求,洛克希德公司想盡一切辦法,將重量和阻力降至最低。F-104「星」戰鬥機,採用正常的布局、單發單座,半圓形進氣道在機身中部兩側(有激波錐),水平尾翼與垂直尾翼呈T型(高平尾布局)。其最與眾不同的,就是主翼。在當時,大部分噴氣式戰鬥機之主翼,都是採用後掠翼或者三角翼,而F-104所採用的,是帶大下反角的小展弦比梯形機翼。

XF-104(美國軍用飛機序列號:53-7786)

為了減低超音速阻力,機翼的最大厚度僅為10.16釐米,且前緣非常鋒利,最薄處僅有0.41毫米,用來切割紙張都沒有問題(美國電影「星戰 F-104」(原文THE STARFIGHTERS)中,就有用F-104機翼切割紙張的畫面)。有資料顯示,在地面時,必須在前緣安裝保護罩,以保護地勤人員免受其害。另外,為了抑制飛機在俯仰軸和航向軸產生「荷蘭滾」的趨勢,主翼採用了高達10度的下反角,以提升其滾轉穩定性。

世界首種同時創下速度、高度紀錄的戰鬥機

F-104戰鬥機三視圖

F-104是世界上首種同時創下速度、高度紀錄的戰鬥機。1958年5月7日,霍華德·詹森(Howard C. Johnson)少校,駕駛一架YF-104A(美國軍用飛機序列號:55-2957),在愛德華茲空軍基地(Edwards Air Force Base)上空,爬升至27811米的高度,打破了世界紀錄。幾天後,5月16日,沃爾特W.歐文(Walter W. Owen)駕駛另外一架YF-104A(美國軍用飛機序列號:55-2969),達到了2259.538公裡/小時的速度,打破了世界紀錄。在此之後,還有兩名飛行員創下36230米、36800米的紀錄,因為是非官方的紀錄,所以其真實性並不確定。

1965年,德國聯邦國防軍空軍第74戰鬥機聯隊(JG 74)的F-104G型

「寡婦製造者」

德國聯邦軍國防軍空軍裝備的F-104戰鬥機

比同時創下世界紀錄更為出名的,就是F-104的綽號,即「寡婦製造者」(Widowmaker)。在大多數人印象中,這一綽號是美國空軍飛行員給起的,但實際上,是由德國聯邦軍國防軍空軍飛行員給起的。之所以會這樣,是因為德國是所有裝備F-104戰鬥機國家中,事故率最高的。

1965年6月,德國聯邦國防軍空軍第74戰鬥機聯隊(JG 74)的F-104G編隊飛行

德國空軍,共裝備了915架F-104戰鬥機(佔生產總數的三分之一),其中30架為F-104F型、444架為F-104G型、136架為TF-104G型、355架為RF-104型。墜毀事故發生最多的時候,是在剛裝備的時候:1961年墜毀數為2架、1962年墜毀數為7架、1964年墜毀數為12架、1965年墜毀28架、1966年墜毀61架。最糟糕的情況下,事故發生率為每10萬小時摔139架。後來,由於德國空軍採取了一定的措施,讓墜毀數量有所減少,但在20世紀70年代,每年仍有約12架墜毀。在服役的31年中,總共墜毀數量達到了292架(約佔總數30%),共有116名飛行員喪生。

德國聯邦國防軍空軍一架墜毀的F-104戰鬥機

德國聯邦國防軍空軍一架F-104戰鬥機墜毀的報導及現場圖

披上「寡婦製造者」的綽號

設計結構方面的問題

一架F-104的主翼細節,可見前後緣已套上保護罩(紅色)

前面提到,F-104戰鬥機為了追求高速度及低阻力,採用了大下反角的小展弦比梯形超薄機翼,這就給其帶來了以下三點問題。

1. 長寬比為2.45的梯形主翼面積非常小,只有18.22平方米,這就帶來了較高的翼面載荷。在起飛重量相同的情況下,較低的翼面載荷,可以獲得較低的起降速度,同時還能獲得較好的機動性。而F-104較高的翼面載荷(510千克/平方米),會導致起降速度變高、機動性變差(例如轉彎半徑增大)。

德國聯邦國防軍空軍裝備的F-104G型戰鬥機,可見其掛載了4個副油箱

2. 因為主翼非常的薄,所以為保證其具備足夠的結構強度,整個主翼是由實心鋼板,經銑削製成。在這種情況之下,只能將油箱和起落架布置到機體中,另外驅動副翼的液壓缸厚度,為了便於安裝,也被限制在25毫米,這就為F-104戰鬥機帶來了航程偏短的問題。為了解決這一問題,在大多數任務中,需要掛載副油箱來增加航程,這使得其性能進一步的惡化。

德國聯邦國防軍空軍裝備的F-104G型戰鬥機,可見其都攜帶了副油箱

3. 改進型號帶來的問題。F-104G型,是洛克希德馬丁公司,專門為德國空軍研製的一種改型。該型號的機身和主翼結構得到了加強,更換了尺寸更大的油箱(增加燃油容量)、加強了起落架結構、換裝了尺寸更大的輪胎,修改襟翼以改善機動性,升級了航空電子設備。前述改動,讓F-104G型成為了一種多用途戰鬥轟炸機。很明顯,作為一款以高空高速為要求設計的F-104,並不適合執行戰鬥轟炸任務。

人員方面的問題

人員方面主要存在以下三點問題。

德國聯邦國防軍空軍一架緊急著陸的F-104戰鬥機

1. 環境差別。當時,對德國空軍飛行員改裝F-104戰鬥機的培訓,都是在新墨西哥州的霍洛曼空軍基地(Holloman Air Force Base)和亞利桑那州盧克空軍基地(Luke Air Force Base)完成的,這讓他們習慣了在美國西南部,那種相對較好的天氣下駕駛飛機。而在返回德國之後,他們難以適應這裡相對惡劣的天氣。惡劣的天氣,加之較高的飛行速度,在穿越德國境內複雜的地形時,就很容易出現問題導致墜毀。

德國聯邦國防軍空軍一架墜毀的F-104戰鬥機

2. 飛行員及地勤缺乏訓練。當時的德國空軍飛行員的飛行小時數很短,每月僅為13至15小時。而F-104戰鬥機每飛行1小時,就需要3至45小時時間來維護。由於缺乏經驗豐富的地勤人員,所以飛機通常無法達到應有的維護水平。狀態糟糕的飛機,加上缺乏訓練的飛行員,結果顯而易見。

德國聯邦國防軍空軍一架墜毀的F-104戰鬥機

3. 裝備操縱複雜提高了飛行員失誤操作機率。德國裝備數量最多的,是F-104G型,它升級了航空電子設備,這其中就有一個名為「Litton」LN-3型慣性導航系統。當飛行員駕機在較低高度進行飛行時,需要經常檢查該慣性導航系統的狀態,這不僅提高了飛行員的疲勞程度(慣性導航系統被批評是讓飛行員分心的一個重大原因),也使他們無法時刻注意自己所處的環境。

德國聯邦國防軍空軍一架墜毀的F-104戰鬥機

德國聯邦國防軍空軍一架墜毀的F-104戰鬥機

結語

其實早在20世紀50年代末,二戰德國空軍王牌飛行員埃裡希·阿爾弗雷德·哈特曼(Erich Alfred Hartmann)在美國受訓期間,就曾考察過F-104,也得出了其不適合德國空軍的結論(理由就是操縱複雜,有一定的缺陷,不適合缺乏訓練的德國空軍飛行員)並且強烈反對裝備它。

埃裡希·阿爾弗雷德·哈特曼

綜上所述,一味追求高速度與低阻力所帶來的先天缺陷,加上缺乏訓練,經驗不足的飛行員及不當的使用方式,是讓F-104披上「寡婦製造者」這一綽號最主要的原因。

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