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主题:【原创】小猫原创:日本最高速—Ki-83远战揭秘(一) -- 妖猫drake

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  • 家园 【原创】小猫原创:日本最高速—Ki-83远战揭秘(一)

    小猫决定挑战自己,同时开几个坑同步更新。。。看来要挤些与周公会见的时间

    1.纠结的双发远程战斗机

    第二次世界大战期间,日本陆航和海航先后装备了零战、钟馗、疾风等一批性能优秀的单发螺旋桨战机,但最高速螺旋桨战机的桂冠却被双发的三菱Ki-83夺得。作为以消灭或者驱逐敌方战机,获取制空权为目标的战斗机,单发机具有机体轻巧机动灵活的先天优势,不但如此,在造价方面,单发机也明显更为廉价,制造也更为容易。而双发战斗机则显得笨拙,由于价格高昂,数量不足每每陷入双拳难敌四手的尴尬境地。

    在1930年代,双发战斗机吞噬预算的特性更显得令人难以忍受,使用数倍于单发机的价格却买不来足够的战斗力,这也不难解释为何双发机在全球经济衰退,各国空军都要勒紧裤腰带过活的背景下无人问津。

    更糟糕的是,对于双发机而言,天生具有机体复杂,机械故障多的一份娇气,而且想要有效操作双发机,多名飞行员组成的机组是必须的,还不算为了足够水平的维护所要增加的地勤人员,这几份口粮对于裁员不及的空军来说差不多是“生命不可承受之轻”。

    以上基本就是各国空军在1930年至1940年不愿接收双发战斗机的原因。虽然不装备,各国空军却都还从有限的资金中挤钱出来搞双发战斗机的开发设计。看似矛盾的行为之下,却隐含着空军的怨念和无奈。

    首先是基于追求高速,虽然迎风面积较大,但是考虑到能够装备第二台发动机,而不至于达到单发机的两倍质量和迎风面积,双发机还是更容易实现高速飞行的。

    1930年代轰炸机开始进入全金属单翼固定起落架时代,其飞行速度突飞猛进,面对尚用钢管骨架,帆布或者丝绸蒙皮的双翼战斗机,轰炸机第一次拥有了通过冲刺甩掉后者的机会。

    正是因为单发战机和双发轰炸机陷入一种“龟兔赛跑”的尴尬,各国空军都打起了双发高速战斗机的主意。不过由于面对敌军灵活的单发战斗机难以占到多少便宜,双发战斗机能够对敌方双发轰炸机一击必杀的能力在实战中不得不打些折扣。

    第一次世界大战结束到第二次世界大战这二十年“休战”时期,空军独立兵种理论和杜黑战略/恐怖轰炸理论大行其道,一战中德国齐别林飞艇,协约国汉德利.佩奇等战略轰炸装备在对军用和民用目标爆击中表现出了恐怖的威力,因此对于初出茅庐的空军来讲,如何防御通过截击敌方轰炸机避免炸弹临空而下成为头等任务。

    各国空军持续对双发战斗机研制砸钱的第二重考虑是其出众的续航力。由于发动力动力更足,机体内容积更大,一般来说双发机的设计载油量较单发机大很多,自然其作战半径更为巨大,与单发机相比腿长得多。

    而出于掩护轰炸机的任务需求,护航战斗机必须拥有超过轰炸机的作战航程,这样才可能伴随轰炸机深入敌后,还可能通过缠斗压制或者驱退敌方截击机。

    在敌方截击机的干扰下,轰炸机本已很成问题的轰炸精度不得不进一步 “被降低”,甚至出现预定目标毫发无损而本方取得几十个毫无损害的弹坑这样悲剧的结果。而且几乎可以肯定就是围绕轰炸机往返的航线将爆发几轮疯狂的截杀和狗斗,因此护航战斗机除了要拥有超过轰炸机的航程以应付缠斗时的燃料消耗,还要拥有足够坚实的机体,最好能够在被打的千疮百孔时还可以继续对轰炸机不离不弃。出于这层考虑,也考虑到多名飞行员能够更好分担作战压力,双发战斗机成为了护航作战的最好选择。

    另外,由于一战后的地面作战开始进入高速机械化突破时代,此前前线机场跟着战线缓缓蠕动前进的情况将被改写,战斗机不得不远离“前线”机场随地面部队长途奔袭,提供有效的防空保护伞。另外随着陆基航空队的兴起,岛屿攻防和海战也越来越依赖岛屿机场的支援,因此海航同样迫切需要远航程战斗机为舰队支起一片安全的天空。

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    • 家园 【原创】小猫原创:日本最高速Ki-83远战揭秘(终)

      试验机的命运和正统派的无奈

      由于在试验中飞出最高时速655公里的全日本纪录,三菱和陆航对Ki-83都充满信心。Ki-83在各敄原试飞厂的试飞继续紧锣密鼓的进行着。但是与可怜的“荣211改”一样,美国的战略爆击彻底打乱了试飞计划,在昭和20年6月16日美军对各敄原机场的空袭中,一号机多处受创。三菱无奈只得将机体拆解空运至松本的飞行试验场,最终在修理的过程中迎来了战争的结束。

      相对虽然遍体鳞伤但却安然挨到终战的一号机,二号机的结局就大场面的多。二号机完成于昭和20年1月,也被送到各敄原,与一号机是比翼齐飞。3月9日的试飞计划是测试尾翼在大迎角飞行中的异常震动,谁知在进入大角度拉升时驾驶舱盖突然脱落,破碎的风挡玻璃和瞄准具残片将驾驶员砸晕,二号机失事坠落,试飞员林少尉殉职。之前在起飞前整备中,地勤发现二号机的驾驶舱盖锁死和紧急脱离装置操纵不良,但为了赶测试进度,试飞员执意起飞,最终酿成悲剧。

      三号机和四号机则是为了测试涡轮增压器而制造的对比试验机。其中三号机装备了涡轮增压器,发动机舱鼓起来两个鼓包,而四号机则没有装备涡轮增压器,但是由于没有鼓包,风阻也小一些。三号机和四号分别于昭和20年的三月和四月完成,并被运往各敄原进行试飞,结果双双在六月的大空袭中被炸得灰飞烟灭。

      而从五号机开始的后续试验机,由于昭和19年12月18日名古屋航空制作所大江工厂被空袭完全摧毁,之后的新生产线虽然是加班加点重建,但根本没能形成生产能力,因此全部胎死腹中。

      所以到终战之时,只有一号机拖出遍体鳞伤的残躯苟延残喘,Ki-83制霸高空的梦最终只是一枕黄粱。

      以800公里时速和远航程高升限为目标的日本终极远战“Ki-83”,由于最终目标800公里时速达成的前提条件“荣211改”性能提升型从未问世,其速度只能定格在700公里左右。但三菱通过周详的“阶梯机”试验计划在战败前完成了搭载“荣211改”的普通试验型两架以及针对涡轮增压器的试验型两架。在战争后期美军不间断大轰炸中能有成果问世,三菱在生产组织方面确实实力不俗。

      不过在装备涡轮增压器的三号试验机上,三菱发现自己生产的三式涡轮增压器与一般型“荣211改”配合的并不好,在以全功率运行中发动机极易出现动力不足甚至熄火的情况,三菱方面推测是中冷器适配不良,但是由于六月的各敄原大轰炸将试验机和设备一炸而空,进一步的问题追踪和专门测试变得无法进行。因此,我们也无法得到涡轮增压版Ki-83的性能数据,只能依靠推测以管窥豹。

      即便在Ki-83试验型一号机身上,在大功率下“荣211改”发动机也时常出现动力输出不稳定的问题,这也是为何其最高速度记录只有655公里,而从未敢冲击设计中10000米高空736公里时速的设计指标的原因。在战争末期的混乱和不间断空袭中,“荣211改”始终没有进行过长时间测试或者全面的质量检测,其装备后发现的一系列或大或小的问题始终得不到解决,而与之相配的三式涡轮增压器在实际效果、性能、可信赖,以及中冷器的配件等方面的问题同样少人关心少人问。

      这种既无精力也无时间和资源用于高端发动机改进,造成战败前日本陆海军航空部队的新锐战机,全部缺乏700公里以上的高时速,在8000米以上也无法发挥当初设计的飞行性能。造成这种结果,一方面是美军的战略空袭完全打乱了日本的工业系统,另一方面也是资源被过度挪用到饮鸩止渴的特工兵器设计制造方面。由此,本可以与德国末日奇迹相应生辉的日本正统试做战机,始终在资源匮乏中苦苦挣扎,最终沦为美国大兵的大玩具。


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    • 家园 【原创】小猫原创:日本最高速Ki-83远战揭秘(五)

      一号试验机:655公里时速

      别看三菱答应陆航时好好的,但等真的要交成果,仍是一拖再拖,结果Ki-83一号试验机从昭和十九年二月二十八日的deadline一直拖到昭和十九年十月方才制造完成。等陆航把Ki-83拖到试验场,已经是十一月十八日的事情。

      走下图板的Ki-83,在日本战斗机中确实有些鹤立鸡群的意思,说难听就是异类。比如日本战斗机普遍低的惊人的翼载,到Ki-83身上就彻底“和国际接轨”了,在最高速试验的轻载情况下,Ki-83的翼载仍到达到200kg/m2,而同为双发机的J1N月光的最大翼载不过204kg/m2。当Ki-83全副武装弹药油料塞满时的翼载就高达260kg/m2,与P-61的266kg/m2几乎不相上下,比蚊子的240kg可是重多了。

      此在在舵效方面,以往的日本战机为了迎合飞行员对于过于灵活的手感和操纵性的变态追求,舵效极为明显,其他诸如侧滑的效果也比西方战机大得多,对于老手确实可以飞出舞步般诡异的路径,新手很多却要为此付出血的代价。由于Ki-83机体沉重,翼载较大,因此舵效较其他日本战机要差的多,这点几乎被所有试飞员一直批评。

      而作为一款后三点起落架战机,试飞员还特别提出了着陆安全性问题,由于机鼻细长,着陆视界受限,加之其较为迟钝的舵效以及与“百式司侦”等双发机相比高的多的着陆速度,驾驶Ki-83降落对老手都是一个挑战,加入战时再增加新的装备和质量,Ki-83起降安全性的问题将更为突出。

      即便如此试飞员还是认可Ki-83可以作为格斗战斗机使用,其安定性、操纵性、爬升能力也基本达到飞行员的要求。虽然舵效比“百式司侦”查些,不过无伤大体,因此最终陆航本部收到的试飞报告认为Ki-83设计基本成功。

      但是报告中也报告了一个机体结构方面的严重问题,这就是水平尾翼不足。由于气动布局设计的原因,在大迎角飞行中,主翼产生扰流直接冲击处于垂直尾翼中段的水平尾翼,由于水平尾翼连接刚度不足,将造成机体尾部不规律的振动。对于这个试飞中发现的严重设计问题,三菱迅速设计了水平尾翼斜支柱来提高其连接刚度。在战争末期和其后的照片中也出现了这一有些返祖的特殊设计。

      其实,即便是装备支柱,也不能完全解决尾翼振动的问题,最终完全解决此问题还是需要将尾部机体结构强度整体提升,甚至重新设计尾翼,但是由于进度延迟,三菱和陆军一致决定继续投产,此问题留待后续改型解决。

      虽然在试飞中发现了一些小问题,但是陆军和三菱对Ki-83都是基本满意的,尤其是其在5000米飞出655公里的时速,成为当时日本战机的速度记录。而且考虑到此时的“荣211改”没有装备涡轮增压器,因此是在中空进行的全速测试,所以陆航和三菱对装上涡轮增压器的Ki-83在高空飞出700公里时速信心满满。

      自信心爆棚的三菱,此时又提出了在试验三号机、四号机上尝试通过重新设计发动机排气管,利用其排气效应来获得更高的速度。三菱这时候拿废气排气推进效应颇有些炒冷饭的意思,早在1943年即昭和十八年,中岛的舰侦彩云便利用发动机排气管的推进效应获得了30公里的速度提升。此外由于试验机三号、四号准备装备涡轮增压器,其高空增压排气管和中低空用排气管必须予以分离单独设计。

      虽然决定最终把涡轮增压器这个鼓包塞进发动机舱,但是在第一批量产型上,增压器装备与否还是个未知数。三菱之前为了提高发动机机械增压器的效果,在一号机二号机发动机舱上面都塞入了中冷器。中冷器这个东西基本就是只有增压发动机才用得上,通过降低进气温度,发动机的功率能得到接近5%的提升。但是此时陆航希望三菱简化吸气冷却系统,方便大规模量产。考虑到“荣211改”装备涡轮增压器尚需时日,三菱同意了陆军的要求。

      可惜,陆航和三菱就量产的讨价还价很快就被天降灾祸一扫而空。“荣211改”的量产是从昭和十九年11月在三菱重工名古屋发动机制作所开始的。不过这批头生孩子,大多体弱多病,返工退货占了绝大多数,但是三菱自信等经验攒够了学费交够了,一定可以拿出合格的量产发动机来。谁知天有不测风云,昭和十九年十二月十三日,美国调动当时世界最庞大的战略轰炸机编队,把名古屋三菱发动机制作所炸到了九霄云外,三菱的2000马力发动机之梦好不容易盼到曙光,却最终竹篮打水一场空。

      三菱却不甘心,将被炸得稀烂的一对破烂挑挑拣拣,三菱竟然以日本人惯有的坚韧,重打鼓另开张,从头开始重建发动机生产线。不过机会却再未垂青三菱,陆航无情的决定由“荣45”补上“荣211”难产导致的发动机空缺,考虑到“荣45”涡轮增压器糟糕的质量,三菱和陆航期盼已久的Ki-83性能提升型随“荣211改”性能提升型一起灰飞烟灭。

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    • 家园 【原创】小猫原创:日本最高速Ki-83远战揭秘(四)

      P.S 呵呵,有兄弟说要看图,这贴放出一些图吧,都是网上找的,扫描的先留一留。继续鄙视TG封HOTMAIL邮箱的行为。。。传图都要踩轮子,我离变猫哪吒也不远了

      三菱提出的试制日程

      三菱在新设计指标正式敲定后向陆航正式提出了如下试制日程:

      1.单座试验型 装备发动机“荣211改”,生产三架,一号机预定完成日期为昭和十九年二月二十八日。7500米高度时速为708公里,高度为一万米是时速为736公里。

      2.复座试验型 装备发动机为“荣211改”,生产两架,一号机预定完成日期为昭和十九年五月三十一日。性能与单座型基本相同。

      3.司令部侦察型 为轻武装化,加装侦查设备的复座型,性能与单座型基本相同。预定完成时间为昭和十九年八月三十一日。

      4.性能提升型——Ki-83改 预备装备“荣211改”的性能提升型发动机,预计于昭和二十年二月二十八日完成。7500米高度时速较单座试验型提高22公里,一万米高度时速则提高至795公里。

      通过“阶梯机”式试验计划,三菱为自己争取了从单座试验型到性能提升型长达一年的时间。陆军和三菱都明白性能提升型才是当初三菱答应完成的产品,但是通过塞入大量的分支型号,如司侦型和以复座型改造得到的袭击机Ki-103计划,三菱成功的分散了陆航的注意力,也准备好了被责问时的托词。

      但明眼人一看便知,所谓性能提升型,是以单座复座等型号试验完备为前提的,而且也需要借鉴司侦和袭击机优化气动外形的成果,因此完全是个空中楼阁虚无缥缈的东西。另外加入战事需要,三菱完全可以将袭击机等型号的试验提升优先级,到时陆军只能无奈的用复座型作为远战主力暂时凑合一下。

      此外,“荣211”是三菱用来对抗中岛早已基本试制完成的2000马力级空冷星形十八缸发动机“誉”的产品,简单来说就是将基础型三菱空冷星形十四缸“金星”发动机变为十八缸设计。中岛的“誉”发动机陆航编号为“荣45”与三菱“荣211”在“零战”继承者中岛“烈风”的发动机招标中也是竞争者关系。

      不过由于中岛起步较早,“荣45”较“荣211”早一年投入量产,从昭和十八年九月便开始大规模装备。因此“荣45”几乎成为战争后期几乎所有的新型战机发动机招标的胜利者,也是战败前日本唯一能大规模量产的2000马力级发动机。

      另一方面由于起跑太慢,三菱“荣211”直到昭和十九年十一月才算投产,此时美国的炸弹已经砸到日本本土上,丧失了大规模装备的机会的“荣211”连战死沙场马革裹尸的下场也没捞到。

      不过Ki-83是三菱自家孩子,发动机选择方面自然肥水不流外人田,“荣211”直接中选,甚至在候补发动机选择上,三菱也找来四式重爆“飞龙”所采用的三菱造“荣104”发动机替补。

      但是陆航却击碎了三菱的如意算盘,昭和十八年四月六日陆航召开的Ki-83改进计划讨论会上,陆军航空本部专门提出应该考虑用“荣45”装备Ki-83,并提出了相关研究结论,即换用“荣45”的Ki-83在7500米高度时速较“荣211”装备型有少许提升,八千米以上两种发动机的性能基本相同,此外“荣45”较“荣211”的直径要缩小近50厘米,装备之后Ki-83的阻力将进一步降低。

      陆航出于迅速投产、减小风阻等方面考虑,强烈要求Ki-83将“荣45”作为首选发动机,但是同样做过一些针对性研究的三菱也理直气壮提出了反驳意见。

      “荣45”由于投产较早,其优缺点都如秃子头上的虱子,三菱明确指出“荣45”涡轮增压器设计有缺陷,在超过1800马力的情况下振动极大,此问题甚至严重到可能影响飞机的结构强度的程度。因此在海航试验的局地战“天雷”上时,明确规定应尽量避免“荣45”超过1800马力运行,结果导致“天雷”因为速度过慢,高空性能大打折扣而夭折。

      Ki-83作为同样强调高空高速的重型战斗机,确实不可能装备一款设计马力超过2000实际却只敢在1800马力便止步不前的发动机,因此在三菱堂堂正正的辩驳面前,陆航本部只能将“荣45”规定为Ki-83的后备发动机,让“荣211”下岗之事却不敢再提。

      发几张图吧,首先是“荣211改”的双胞胎兄弟海军的“荣43”,这图是“荣43-34”型,就是装备涡轮废气增压器的型号

      点看全图

      外链图片需谨慎,可能会被源头改

      “荣211”这个到确实是陆军的,不过存图时候省事,就全部用43的名字了

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      “荣45”

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      Ki-83最大的杯具,大概就是照片存世全部盖了美国的章,没办法,进度拖得太厉害,拖到美国人进来,德国和日本的末日战机大多都有此等悲惨的下场。

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      彩色三视图,可惜刷的还是不强调速度的绿漆

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      空中的英姿,可惜带着美国星

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      P.S 昨天忙的昏天黑地,今天补上

      袭击机:Ki-103计划

      所谓实践出真知,其实就算是看似相同的实践,如果环境和条件不同,得出的“真知”也可能出现偏差,大战之前的各国空军在对地攻击机上基本就陷入了这种“实践出了伪真知”的情况。

      一战到二战之间的几场局部战争,西班牙内战,苏芬战争,意大利-阿比西尼亚战争还有31年便开始打打停停的中国抗战,不少参战国都投入了空中力量,在空战和对地攻击方面积累的不少经验。但是由于这些战争大多出现在实力不对称,或者干脆都是停留于一战水平的两方之间,各国从实战中得出了不少在二战中用鲜血和生命证伪的经验,比如轰炸机应该造大,自卫火力已经足够防御敌方战斗机,还有攻击机、轰炸机不需要过重的装甲防御,高度是最好保护等。

      以日本为例,由于中国当时的防空力量有限,日本对中国军队的轰炸一般不需要面对太多地面火力威胁,因此陆攻九六比陆军的九七重爆虽然防御力相差甚远,但是表现却更好。所以到了三菱一式陆攻和之后的几型对地攻击机和轰炸机身上,日本忙于提高轰炸高度,机体强度和防御力却每况愈下。

      但等全面战争打起来,日本发现高度保护不灵了。这一方面是中国军队装备水平提升,而且美国英国的工业水平和装备技术都要远强于日本想象,高炮插的似刺猬般密集,射高也能够着自以为高高在上的日本飞机;另一方面也是由于日本自己缺乏如蔡司莱卡那样精良的观瞄设备,飞的太高炸弹就成了天女散花,除了目标哪都可能被炸中。

      无奈的日本航空部队只得俯下身来,改高空概率攻击为低空突防,但是另一个问题就出现了,日本轰炸机和攻击机的速度和机动性不足以满足低空打了就跑的需要,步履蹒跚的庞大身躯每每尚未下单就被美国人捅了下来。

      痛定思痛,日本人也绝对改走P-38战斗轰炸机的路子,虽然战斗轰炸机载弹量比重爆陆攻相差不小,但是一发扔到目标上的炸弹强过几十发扔不出的炸弹,而且战斗机的高速和灵活性很适合在敌方地面火网之中凌波微步,或者突袭敌方落单舰船。于是就有了Ki-83的袭击机改进计划。

      由于是专门用于低空偷袭,所以Ki-83的袭击机型号能够拆除发动机的涡轮增压器,也不需要复杂的座舱高空密封增压设计,整机价格大幅度下降,而且由于机构简化,勤务性和可信赖度大幅度提升。不过复座设计却被保留了下来,这也是在实战中打出来的经验,一人要兼顾对空和对地任务,总是会顾此失彼,予敌以可乘之机。在火力方面,为了能攻击地面轻装甲目标,Ki-83袭击机型装备了一门37毫米机关炮,也保留了两门20毫米机关炮。

      陆航对于这款简单实用的对地攻击机很满意,给出了Ki-103的编号,决定先订购两架试验机,又明确表示将给三菱至少足以装备一个战队的49架袭击机的庞大订单。但是由于拆除涡轮增压器,发动机功率将会降低,陆航也提出希望三菱能够进一步改进袭击机型号的气动外形,并进一步优化第二名乘员的视界,以满足对地观瞄任务需要。

      总的来说,虽然没有了涡轮增压器提供的更为强劲动力,但是即便是以Ki-83原型机直接改为袭击机,也会是一款能以卓越机动性单刀匹马深入敌阵如入无人之地的优秀袭击机。可惜由于Ki-83原型机的审查被拖成旷日持久的马拉松,虽然袭击机Ki-103的试验机在日本投降之前基本完成,却没能得到审查的机会。

      妖猫drake:【原创】小猫原创:日本最高速Ki-83远战揭秘(四)


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