航空製造的「木頭奇蹟」——英國蚊式轟炸機

2021-01-17 航空製造網


德·哈維蘭-」蚊」式戰鬥轟炸機,簡稱」蚊」式轟炸機,是由德·哈維蘭公司設計製造的木質輕型轟炸機,被視為英國航空史上的創新之作,也是第二次世界大戰時期為數不多的木質軍用飛機之一,擁有「木頭奇蹟」的美譽  ,其自重低,身輕如燕,性能優良,而且價格低廉、節省原料,迅速成為一種頗具特色的傑出機型,被大量生產和改裝。在第二次世界大戰期間,」蚊」式轟炸機創造了皇家空軍轟炸機作戰生存率的最佳記錄。」蚊」式飛機是英國人的驕傲,更是充滿了傳奇色彩的一代名機。




「蚊」式雖然被稱為轟炸機,但實際上是一架典型的多用途飛機,戰鬥、轟炸、偵查等任務都能獨力承擔,這主要得益於」蚊」式的高速,」蚊」式的最大速度比英國皇家空軍最優秀的「噴火」戰鬥機還要高,這使得」蚊」式可以輕鬆擺脫任何戰鬥機的追擊,因而具有極高的生存率。




但從」蚊」式的圖片來看,」蚊」式並沒有採取超前的氣動外形,其外形和同時代的其他轟炸機並無太大不同,也沒有使用特製的發動機,高速的秘訣在於」蚊」式使用了一種古老而又新桁穎的材料來製造—木材。


在20世界30年代末,航空工業的主流是使用全金屬半硬殼結構來製造飛機,木製飛機已經是二十年前的產物了,」蚊」式的大膽之處就在這裡:全木質硬殼結構。


在」蚊」式出現的時代,一架全木質結構的飛機的確讓人感到驚訝,當時很多人不理解哈維蘭公司的做法,認為這是歷史的倒退。但是當他們熟悉這種飛機後,他們都改變了自己的看法。


飛機的機翼通常由蒙皮、桁條、翼梁、縱牆和翼肋構成,二戰的大多數飛機都使用全金屬材料來製作這些部件。


普遍使用的全金屬半硬殼結構的優點在於飛機內部構架與外部蒙皮融為一體,相比於早期飛機四方鋼架外加整形件使用亞麻布蒙皮的構架式機身要先進一大步,同時還能減輕重量、使受力分布更加合理。半硬殼結構的受力件包括縱向梁、桁條和橫向隔框,它們和金屬蒙皮共同構成一個剛硬的承力外殼;而全硬殼結構則省去了縱向梁、桁條,在橫向隔框的基礎上使用加厚的蒙皮,因此全硬殼結構的主要受力件不是內部構件,而是厚實的外殼。但如果在金屬飛機上使用全硬殼結構,即便不考慮金屬昂貴的價格,單單厚實的金屬外殼帶來的巨大重量就不是普通飛機能夠承受的,畢竟像米格25那樣使用不鏽鋼機體的飛機只是極個別現象。


儘管全硬殼結構不適用在金屬飛機上,但木質飛機就完全避免了這些缺點,木材的密度遠遠小於鋁合金,其造價相對於昂貴的航空鋁合金而言可以說是極端廉價,同時木材的加工難度也遠遠小於鋁合金,更為重要的是:一旦大戰爆發,相比於需要大型冶煉工廠以及專業機械才能製造加工的鋁合金來說,木材幾乎可以在任何地方取材加工,敵方的空襲轟炸幾乎不會對飛機材料來源造成困擾。木材不但使「蚊」式重量輕、外形優雅、還減少了戰略物資的消耗,降低了製造難度和工時。「蚊」式的模塊化設計也有利於分布式製造,這意味著家具和鋼琴廠也能製造木製組件,然後送到總裝廠統一裝配,這種製造模式在當時是非常先進的。並且木材相比於金屬更易被雷達波穿透而不是反射雷達波,因此木質飛機還具有一定的隱形能力。


樅木



雲杉


「蚊」式飛機的機體材料主要是樅木和雲杉,前機身外殼使用較為厚實的層板製成,內有木質的加強件和金屬連接件。而且」蚊」式飛機並不是簡單的使用木材製造,哈維蘭公司採用了一種新工藝生產機體,這種方法被稱為「模壓膠合成型」。具體方法為:先根據所設計的機體外形製造一個硬模,中間設置可膨脹的氣囊。把加熱過的優質木板和半流質的特殊黏結劑交錯放入模具,密封后加溫加壓,氣囊就把木板擠壓成型。同時黏結劑會把多層木板黏結為一個牢固的整體,等完全凝固後,取出成型的木板,鉚合起來,就成為了一個完整的機體。


設計師還在其中加了一層特殊的夾心材料,就是在兩層層板之間填充了一種稱為「巴沙爾木」的鬆軟木料。使機身成為一段具有足夠強度的夾心結構,從而大大提高了它的強度。使得」蚊」式的後機身看似細長脆弱,實際完全能夠承受機動飛機時強大的扭轉力矩。而這種夾心結構也可以說是現代飛機蜂窩夾層結構的雛形。


「蚊」式飛機的機身製造流程:1、往陽模上嵌入加強木條。2、刷膠水後鋪設層壓膠合板並打磨光滑。3、鋼帶加壓固話。4、機身硬殼脫模。5、安裝機身隔框。6左右機身硬殼合攏膠合。



保存至今的木質陽模以及用該陽模製作的機身


像做模型那樣把機身分成左右兩半也方便了設備的安裝,許多關鍵系統在機身膠合前就能先行安裝,無需像傳統飛機那樣在總裝時由工人爬進鑽出安裝,加快了裝配進度。安裝完設備後的兩半機身就可以對接合攏了,機身的對接處採用雲杉木層壓板製造,對接面呈V形咬合。先把機身用螺栓固定一起膠合,最後在對接處內外表面粘上膠合板強化蒙皮。


「蚊」式的機翼也是全木質結構的。翼梁為盒形結構,翼肋由木構架與層板組合而成。上翼面是夾層蒙皮,下翼面是層板蒙皮。兩翼前方有固定發動機的安裝架,機翼內能容納8個燃料箱。木質的襟翼由液壓系統傳動,只有副翼是金屬結構的。方向舵上裝有自動偏轉器,由作動筒驅動。

 


製造完成的機翼,液壓控制的襟翼採用膠合板製造,副翼是全金屬鋁合金結構


關於」蚊」式飛機的技術參數根據不同型別有所區別,這裡列出DH-98FBM的數據:翼展16.51米,機長12.47米,翼面積42.18平方米;裝2臺羅羅公司的梅林-25型12缸V形活塞發動機。單臺功率1250馬力;起飛重量8845千克,最大平飛速度612公裡/小時,升限8810米。最大航程2655公裡。主要武器有4門20毫米航炮,4挺12.7毫米機槍,載彈量907千克。


「蚊」式先期交付使用的飛機主要被編入英國皇家空軍第105、109和139飛行中隊。1942年9月26日,第105飛行中隊成功的轟炸了位於荷蘭境內的德軍據點,」蚊」式轟炸機初露鋒芒。之後這些飛行隊或單獨或聯合,交替使用低空突襲和俯衝投彈等戰術,在攻擊哥本哈根附近的德國發動機工廠和轟炸西北歐德軍據點時連連得手。


實戰證明:」蚊」式飛機雖然為木質,但生存力很強。它的單發性能很好,如果有一臺發動機被損壞,依靠另一臺發動機也完全有能力降落。


由於載彈量較小的緣故,」蚊」式轟炸機在大規模轟炸中並不充當高空水平投彈的主力,而是依靠其靈活的機動性和高速做低空點狀小型目標精密投彈。當戰略轟炸機在夜間進行大規模轟炸時,」蚊」式主要充當了嚮導的角色,為為大機群尋找並標定目標位置或投下照明彈。這就需要」蚊」式飛在最前面,並且有較高的存活率。而這都與」蚊」式本身的性能不謀而合。


1942年9月25日,」蚊」式長途奔襲,攻擊位於奧斯陸中心的德國蓋世太保司令部大樓,以燒毀大樓中的挪威抵抗運動的資料和檔案,避免抵抗運動遭到破壞。」蚊」式飛機成功地炸毀了大樓,臨近的街區未被破壞。


1944年1月,法國抵抗運動通知英國情報部門,在法國亞眠的監獄裡關押著100多個英國空軍的被俘飛行員。為營救這些飛行員,必須用飛機精確的在監獄的外牆上炸開若干缺口或大洞,同時摧毀德國看守的營房。2月18日晚10點55分,19架」蚊」式從英國機場起飛,在「颱風」飛機的護航下執行『Ericho『計劃。」蚊」式準確地在監獄的圍牆上炸開一個大缺口,並且炸毀了看守的營房。絕大多數飛行員在抵抗運動的接應下安全脫險。


「蚊」式並不單單用於轟炸任務,英國利用」蚊」式特殊的性能執行過很多特殊的任務,最富有冒險精神的是將著名物理學家玻爾裝在」蚊」式的炸彈艙裡運到英國,當時」蚊」式為了避免被德國空軍截擊,在飛越挪威德國佔領區的時候儘量飛的高一點,結果這位可憐的物理學家差點因為缺氧和低溫而獻身。




在整個大戰中,」蚊」式轟炸機共生產7781架。僅皇家空軍轟炸機軍團中的」蚊」式轟炸機就出動39795架次,投下十多萬顆炸彈,其中僅有254架被擊落,每2000架次行動僅損失1架,創造了敵地上空空襲的最低損害記錄,戰損率只有千分之六點三,還不及一般轟炸機的三分之一,創造了皇家空軍轟炸機作戰生存率的最佳記錄。各種型號的」蚊」式飛機活躍在反法西斯的各條戰線上,為世界反法西斯戰爭的勝利做出了不可磨滅的貢獻。


儘管在大戰結束以後,由於木材不耐風霜的固有弱點,」蚊」式轟炸機迅速退出了歷史的舞臺,但這並不能否定」蚊」式轟炸機的成功。因為對於空軍這個相對昂貴的兵種而言,和平年代和戰爭年代對戰機的要求是不同的,和平年代需要的是技術上先進、材料上耐用、使用壽命長的飛機,這樣既可以使部隊對於機型更加熟悉,也能夠有效的節約開支。但是戰爭中尤其是二戰這種世界大戰,空軍需要的是廉價、易於生產、同時又能夠滿足需求的飛機。昂貴耐用的飛機很可能連十分之一的壽命都沒有用完就毀於戰火,最終只會拖垮整個國家的生產體系。


二戰中的蘇德雙方就是這兩種思想的典型代表,德國人的飛機先進精密,使用壽命長。蘇聯人的飛機以當時西方的眼光看無疑是粗糙的,其戰鬥機使用壽命只有同類德國戰鬥機的十分之一。但是在東線曠日持久的血腥空戰中,蘇聯空軍最終壓倒了德國空軍,到1945年,整個東線的天空已經被粗糙落後的蘇聯戰鬥機統治了。


「蚊」式轟炸機對後世的影響是深遠的,看似落後的技術也能夠擁有先進的性能。作為最成功的木製飛機,」蚊」式轟炸機永遠是航空史上耀眼的一章。

 

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