當人們開始往軍艦上裝飛機的時候,還沒有搞清楚這種叫做「航空母艦」的新概念軍艦到底能派上多大的用場?加上早期的飛機也是一種新鮮玩意,典型的特徵是脆弱——馬力小、載彈少、航程近、武器弱,還容易受到天氣影響無法出動,跟初代火槍剛出現時一樣,拆臺的遠多於捧場的
的確在那個時間點,和威武雄壯排水量已達3萬噸的戰列艦相比,早期飛機那可憐的幾十公斤裝藥量真讓人看不上眼。第一次世界大戰中,艦載機就曾作為一種偵察兵器參加了海戰,軍界大佬們普遍認為艦載機能把這事幹好已經可以了,消滅主力艦還得靠同等級別的主力艦!
然而航空發動機和航空技術的發展速度遠遠超過的普通人的想像力(關於早期飛機發動機的發展,歡迎到同名公號搜索關鍵詞:航空發動機),飛機迅速朝著更高、更快、更強的永恆規律狂奔而去,艦載機誕生20年後,已經可攜帶航空魚雷,對水面的巨無霸們形成極大的威脅。但是由於「海軍假日」帶來的一段全球和平時光,沒有合適的戰例來說明飛機和巨艦之間此消彼長的實力變化。
1931年因「九一八事變」而被日本關東軍全部搶走的東北空軍,其作戰飛機的構成就顯得尤其「老舊」(關於東北空軍構成,歡迎到同名公號搜索關鍵詞:東北空軍),而到了1937年全面抗戰爆發時,新型飛機就層出不窮冒出來了。值得一提的是,日本海軍在長江江陰水面出動上百架次
就這樣,艦載航空兵開始走上了舞臺的前沿。如果說德國裝甲兵是陸軍中的一隻驕傲的黑天鵝,那麼艦載航空兵也是海軍中後來居上的兵種,航空作戰才代表著海上作戰的正確發展方向。搞清楚這個之後,剩下的問題就是如何把艦載機搞得更大、更高、更強和更多了!
為了多裝飛機,有限的航母甲板和機庫空間讓設計師們廢了點腦筋。一般來說,要麼控制飛機的尺寸,要麼增大母艦的空間,似乎這只是個簡單的問題,但是英國人的創新精神又一次得到了發揮(同理的還有坦克、雷達和無畏艦),他們率先弄出了摺疊翅膀的方法!本文無意也無能力將所有可摺疊機翼的機型一一列舉,只能列舉幾種典型的摺疊方式,一求拋磚引玉。
值得一提的是,英國是最早成立第三軍種——空軍的大國。早在1918年,英國陸軍和海軍所屬的航空兵就合併為英國皇家空軍,1924年4月,英國皇家空軍艦載航空兵成立,開始了兩個軍種在艦載機方面的合作,但由於兩大軍種在資源分配上不可避免的爭奪,英國艦載航空兵沒法跟在美國和日本的同行一樣獲得長足的進步。
在我們回顧三大海軍強國航空兵代表人物時,日本有曾任海軍航空本部部長的山本五十六(關於此公可以到同名公號搜索:山本五十六),美國有航空作戰理論的前驅者米切爾(關於此公的部分事跡可到同名公號搜索:米切爾),而英國人的名字是缺失的。直到1935年,英國海軍才重新開始建立航空兵部隊,一直拖到1939年5月,皇家空軍才正式將艦載航空兵指揮權歸還給皇家海軍,此時距離英德戰爭爆發只剩下區區四個月。
圖9. 正在摺疊機翼的「劍魚」,注意其向後方收起的摺疊方式
統管一切飛行機器的英國空軍出於本土防禦的角度,只搞出來一堆短腿的「颶風」和「噴火」式戰鬥機(關於噴火和零戰的交手,可到同名公號搜索:噴火和零戰),適合海上長距離作戰的艦載戰鬥機極其匱乏,到二戰爆發時,英國還在使用雙翼的「海上角鬥士」戰鬥機,太平洋戰爭爆發後,英國人不得不大量採購美國生產的「野貓」、「地獄貓」和「海盜」作為艦載機。
最早的一款批量生產的摺疊機翼艦載機就是大名鼎鼎的「劍魚」式攻擊機,這款設計於1933年雙翼飛機提出了攜帶魚雷攻艦的要求,並可以對上下兩個機翼同時進行摺疊。其摺疊的方式也是簡單粗暴的:以兩個機翼中後部的兩根支撐杆為軸心,將機翼往後方摺疊,摺疊後的機翼與機身平行,有點象折斷機翼,這樣對機翼結構強度自然是有影響的,但對於一款時速才230公裡的雙翼機,這點影響倒也沒啥。
正常飛行狀態下,劍魚的寬度是13.87米,摺疊後的機身寬度下降到約5米,從上方來看,形似一隻趴著的大蒼蠅。正是因為這款會折翅膀的「劍魚」,讓英國航母艦載機數量有了提高。
值得一提的是,英國在歐洲的近鄰和死對頭德國,也在1937年為建造中的齊柏林號航空母艦設計了一款雙翼魚雷攻擊機Fi-167,為了便於艦上攜帶,這貨的機翼摺疊方式幾乎與劍魚一模一樣,山寨妥妥的!
但是展開機翼後的Fi-167得益於其液冷發動機的修長鼻型,顏值上相比「劍魚」可高出了不止一個檔次。
德國版「劍魚」——Fi-167艦載魚雷轟炸機,注意修長機身帶來的高顏值
英國大表哥的創意很快被美日等同行們抄了過去,他們沒有在雙翼機上浪費時間,而是直接應用在30年代中期剛開始流行的單翼機上。第一款值得一提的著名艦載機,就是中途島海戰中發起死亡突擊的TBD「蹂躪者」式魚雷轟炸機(可惜他們慘被蹂躪,這個故事可以到同名公號搜索:中途島,共5篇)。
中途島海戰中,冒著日軍漫天炮火發射魚雷的TBD魚雷機
TBD是一款大型飛機,翼展達到15.24米,通過向上摺疊機翼可以縮小一半的翼展,而且這種摺疊方式簡單明了,一看就明白,一學就會。
模型作品,摺疊翅膀後的TBD,注意編號表示為VT-8中隊第14號機
一般來說,為了節約航母空間而增加可摺疊機翼的設計,毫無疑問增加了機翼的複雜度,破壞了整體結構強度,所以早期只在大型艦載機上使用。
描繪大黃蜂號上VT-8中隊出動的場景,注意前景的TBD尚未展平機翼
就連中途島的明星機型——SBD「無畏」式俯衝轟炸機,雖然翼展也達到了12.65米,但由於採用了蜂窩晶格的機翼結構,機翼無法摺疊。這個毛病到了太平洋戰爭中後期仍被吐槽:對於機庫空間有限的航空母艦而言,「無畏」式機翼不能摺疊的缺陷實在是一宗罪過。
1942年6月中途島海戰期間,企業號航母上的VT-6魚雷機中隊,機翼向上摺疊
不過還是有一艘新銳的輕型航母裝備了最後的「無畏」式SBD-4,那就是「獨立」級輕型航母的首艦「獨立」號。艦上第22轟炸機中隊的飛行員們駕駛著「無畏」式參加了1943年對馬爾庫斯、威克和塔拉瓦島的空襲,直至被摺疊機翼的「復仇者」式魚雷機所取代。
現代復原模擬的零戰21型可摺疊機翼
太平洋彼岸,自號第三海軍強國的日本海軍一直擁有著一批志在「航空報國」的核心人物,對發展艦載機不遺餘力,在1940年定型的著名的零式艦上戰鬥機上(關於零戰的故事,可到同名公號搜索:零戰,共3篇),日本人第一次在戰鬥機上設計了可摺疊機翼。
正在港口吊裝中的零戰21型,注意向上摺疊的翼尖
不過可能是出於控制機體重量的原因,零戰並未象TBD一樣在機翼中部截斷增加摺疊鉸鏈,而是只在翼尖做了小幅度的向上摺疊的設計,這樣做只能稍微減少翼展(每側可減少50釐米)。最初的艦載型零戰21型的翼展達到12米,摺疊後的翼展大約減少了1米多,日本航母的升降機寬度僅比12米略寬一點點,因此摺疊後的零戰才能夠順利通過升降機下降至機庫。
零戰32型,注意兩側的方型機翼尖
到1942年4月定型生產的零戰32型時,又將零戰21型主翼翼端可往上摺疊的圓弧套件取消,直接改成方形翼端以縮短翼幅。這個改進雖然減輕了地勤人員的負擔,並使零戰32型藉此提高了速度/加速性/滾轉率/俯衝速限,變得更適於和傾向高速打帶跑與擅用滾轉的戰機對抗,但是惡化了失速特性,是一種不甚成功的改型。
零戰52丙型,可見增加了火力改善了整流罩,但機翼已不可摺疊
產量最大的零戰改型——零戰52型雖然將翼尖形狀改回了圓形,但取消了可摺疊的設計,至於通過航母升降機的問題,則直接把零戰52型的翼展設計成跟零戰32型一樣的11米,另外增加的駕駛艙裝甲和自封閉油箱雖然改善了飛行員的生存能力,但也導致零戰52型失去了零戰21型的超大航程和輕盈的操作性,變成了一架平庸的飛機。也難怪在《永遠的零》裡面,神風主人公最後送死前換飛機時還要加上一句「我還是喜歡早期型號的零戰」。
《永遠的零》劇照,豬腳是一名自始自終的零戰飛行員
實際上,零戰的摺疊機翼就不是為了省地方多裝飛機的目的而來,反而被認為是一種增加地勤工作量的累贅設計,所以說日本航空母艦到後期越來越少的載機量和出擊效率,跟輕視摺疊機翼的設計有很大關係。
找了很久才找到一張不太清楚的九七艦攻摺疊機翼照片
當然,大型艦載機還是有摺疊機翼設計的,比如著名的三座大型機九七艦攻,就有著與TBD類似的向上摺疊機翼的設計,不過為了降低機體複雜度,量產型的九七艦攻採用的是人力摺疊機翼,而非原型機設計時的油壓摺疊。每次九七艦攻出擊回來後第一件事就是一群鬼子地勤跑過去折翅膀,這畫面太美都沒法看!
美國人初期的主力戰鬥機——野貓在設計之初也沒有考慮摺疊機翼,這是因為野貓的寬度僅有11.58米,通過升降機一點問題都沒有,但是為了多裝飛機,美國海軍還是向格魯曼公司下達了增加機翼摺疊設計的要求,此時不可摺疊機翼的F4F-3型已經定型生產並裝備了美國海軍。
TBD魚雷機為代表的向上摺疊方案是最初的主流方案
此時主流的折翅方法就是向上折起,但是單純增加鉸鏈不僅影響了機體結構強度,而且收起和展開時對機庫的高度要求也變高了。因此為了能夠兼顧艦載機的收納、結構強度和機庫設計高度的矛盾,格魯曼公司決心拿出一種全新的機翼摺疊方案。
格魯曼本人用橡皮和曲別針在驗證他的摺疊機翼方案
格魯曼最早的想法來自於一塊橡皮和兩個曲別針,格魯曼把橡皮假設為機身,把兩個作為機翼替代品的曲別針先垂直插進橡皮,再不斷調試曲別針插入的角度,使其既可以垂直於機身模擬機翼展開的姿態,又可以把曲別針緊貼著橡皮收起。這就是傾斜軸的原理,即在翼根的一個支點以一定角度向外和向後投射到機翼的可動部分,最終使機翼可以貼合在機身上。
24F-4「野貓」的曲別針式摺疊機翼方案
為了修改加裝格魯曼設計的摺疊翼系統,格魯曼將「野貓」的機翼分成了基礎連接機翼面和摺疊外翼面,中間由一道不會干擾向後收起的曲折折線分開,並由設置在主翼梁上的傾斜軸進行機翼的收放控制。格魯曼的設計沒有直接拆分主翼梁,而是藉助傾斜軸有機結合在一起,機體強度超過傳統摺疊方式。通過這一設計,「野貓」F4F-4型成功的把翼展控制到4.4米以內,極大減少了空間佔用,這個設計一直沿用到後來的F6F「地獄貓」和TBF「復仇者」上,甚至一直到上個世紀70年代的大型艦載機設計上。
1942年8月,「小鷹」號飛機輸送艦正在向「長島」號護航航母吊送一架摺疊機翼的F4F-4
摺疊機翼的成果可謂是立竿見影,1942年5月珊瑚海海戰時的「約克城」號僅能攜帶18架不能摺疊機翼的F4F-3,而在「約克城」號被擊傷並返回珍珠港緊急修理三天後,再次搭載原屬於「列剋星敦」號的VF-3時,搭載數量立馬上升到27架——VF-3裝備的是可摺疊機翼的F4F-4。
交付給英國空軍的歐洲版「野貓」——「巖燕」MK2型,注意摺疊機翼
摺疊機翼版的「野貓」同樣受到了英國大表哥的歡迎,由於英國航母側重提高裝甲防護能力,機庫空間相對有限,非常喜歡象「野貓」這種機身粗短又能夠大幅摺疊機翼的艦載戰鬥機,主要用於對付德國人的大型遠程巡邏機,英國人將他們定製的「野貓」稱為「巖燕」。
美國人後來的艦載機設計多採用了這種摺疊機翼設計,從而反覆刷新了航空母艦艦載機數量的記錄。比如在滿載排水量僅有33000噸的埃塞克斯級航母上,美國人塞進了多達100架艦載機並能夠有效運作。值得注意的是,這是在後期美國艦載機尺寸都有所增加的情況下做到的。相比較之下,43000噸的「列剋星敦」號航母只能裝載91架艦載機,通常只能有效運作73架,另有9架備用。
CV-11「無畏」號上的F6F和TBM均採用向後摺疊,SB2C則向上摺疊
日本人那邊就更慘了,36500噸的赤城號號稱能載機91架,實際只能有效運作66架,另有25架處於零件狀態備用。34200噸的裝甲航母「大鳳」號只能載機61架,這是因為日本後期艦載機尺寸也有所增加,而艦載機操作效率並未有多少提升。73000噸的巨型航空母艦「信濃」號只能載機65架(後來又進一步降低到47架),這跟其改造自戰列艦的艦體結構有關,但也說明了日本艦載機運作能力的低下。
. E2C「鷹眼」預警機至今仍採用向後摺疊方式
美國人在二戰中建造的最大型航空母艦「中途島」號滿載排水量約60000噸,初期可搭載的螺旋槳式飛機數量高達145架,幾乎是「信濃」號的三倍!「埃塞克斯」級和「大鳳」號這兩個相同重量級的對手之間,美軍搭載量也是日本人的接近兩倍,這還是日本人專門設計的快速艦隊航母!
海噴火的兩端摺疊機翼的奇葩方式
其他一些奇葩而小眾的摺疊機翼方法,在本文就不再贅述,放幾張圖過過癮,需要特別提示的是,最奇葩的方案還是來自於貌似古板的英國人。
醜出天際的摺疊:英國「塘鵝」預警機
時至今日,在越來越大型化的艦載機面前,航空母艦的空間永遠是那麼有限。不過由於現代艦載機的機身和機翼設計都發生了較大變化,二戰中由格魯曼發明的摺疊方法不再是最優方案,而是大部分改回了向上摺疊,比如「遼寧」號上的殲-15。還有一些採用可變後掠翼設計的飛機如F-14「雄貓」就採用了「互相插入」的基友模式。
最基情滿滿的艦載機摺疊方式:互相插入
「野貓」F4F-4型率先發明的折翅方法,遠觀上去就像一隻收起翅膀的鴿子,所以說在那個時期,多裝飛機的秘訣其實就是象鳥兒一樣飛翔,象鳥兒一樣折翅膀!