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航空学报

【航空史话】“听说这个世界有种鸟是没有脚的


最早的鸟儿们可以说没有脚,或者说没有清晰的脚。早期飞机的基本结构都没有定型,着陆的速度也非常慢,因此起落架的布置非常随意。莱特兄弟的“飞行者一号”,起初就只有个钢管做成的支架,在草地上起到类似滑橇的作用,后来飞了几次才发现起飞滑行时阻力实在太大了,于是加了几个车轮。

到了一次大战时,飞机的结构基本定下来了,比较经典的“后三点”式起落架就应运而生。之所以是“后三点”,主要是因为那时候的飞机,发动机、乘员舱都布置在机头或者机翼上,比较靠前,而承担最主要的着陆冲击力的两个主起落架,自然也在这里生根,可以共用强化的结构,有效吸收冲击力的同时也又节省了重量。

飞机上较重的部分都靠前,机尾部分自然普遍比较轻,有个小小的尾轮支撑一下就好了。而且尾轮可以和飞机垂直尾翼上的方向舵刚性连接,这样既节省了重量,又可以共用一套转向操作系统,在地面由尾轮负责转向,空中方向舵负责转向——非常实用!而且“后三点”起落架让飞机在地面的状态是上仰的,滑跑时机头的螺旋桨不会打到地面。有了这么多好处,“后三点”起落架一下子就成为当时飞机的主流。

到了二次大战,飞机们纷纷采用了可收放的起落架,“后三点”仍然是最主要的起落架布局。仔细观察主起落架的收放形式,可以看到“后三点”的收放方式可以分为“外八字”、“内八字”、“前后收放式”等好几种。“外八字”的典型就是大名鼎鼎的Me109战斗机了,这种构型的主起落架直接生根在机身上,向外收起,最大的优点就是机身强度最好不用额外做结构强化,大大节约重量。

但这也给Me109带来一个严重的问题:主起落架间距太小,起降滑跑时横向稳定性很不好。特别是地面不平整的前线机场上,新手飞行员稍不注意飞机就左右打晃,严重时会翼尖擦地导致飞机严重损坏!这个毛病伴随了Me109终身——起落架的布局是飞机的基础结构,改动非常困难!“外八字”的难兄难弟还有Me109的一生之敌——英国“喷火”式战斗机。而且毛病居然也是一模一样!不过,和“喷火”式同期的“飓风”式战斗机却采用了“内八字”式的起落架。

“内八字”起落架最典型的代表当属著名的P-51“野马”式战斗机。“内八字”起落架天生轮距比较大,彻底杜绝了“外八字”的左右易翻倒的毛病。但“内八字”的问题在于起落架生根处在机翼上,这里的结构需要做相应的强化。仔细看“野马”的起落架生根于机翼偏前缘的地方,这里正好是机翼中强度最好的翼梁所在。“内八字”在重量上付出的代价大一些,对飞机的滚转速度也有一些影响。“内八字”轴心国的飞机也在用,代表就是“屠夫之鸟”FW190战斗机。

“内八字”“外八字”还有一个共同的毛病:横向的收放形式占用机翼下大量的空间,而且还是结构强度最好的空间。这部分本来可以用来布置炸弹、副油箱的挂架的,被“内外八字”起落架占据以后,只好把武器挂架往外移,但外侧的强度又不够!这个毛病甚至直接影响到战斗机的载弹能力。战斗机设计师们为此又开发了一些其它的收放形式。比如F4F“野猫”战斗机,算是“小外八字”,起落架直接收进机身。但这样轮距就更小了,而且把最坚固的机身挂架位置给占据了。

于是“野猫”的后继机型F6F“地狱猫”战斗机干脆把起落架生根在机翼上,直接向后收起,旋转90度后机轮平整地收进机翼。这样虽然机构复杂了一些,但节省了大量机身和机翼下的空间,形式效果不错,TBD“蹂躏者”鱼雷轰炸机、SBD“无畏”俯冲轰炸机……都是这样主起落架纵向收放的设计。SBD是向前收,TBD向后收,而且TBD向后收好起落架后还露出半个轮子——没有旋转90度。这样半个轮子露在外面无疑会增加阻力,但好处是万一放不下来——这种故障在早期飞机上很常见,而且起落架也容易被炮火打坏后卡住放不下来——迫降时安全性会好很多。

二战时随着飞机的速度越来越快,螺旋桨的直径也越来越大,直接后果就是“后三点”起落架必须越来越长。象P-47“雷电”这样的巨型单发战斗机,螺旋桨直径后期达到了惊人的4.01米。而同样采用R-2800“双黄蜂”发动机的F4U“海盗”式战斗机由于是3叶桨,直径甚至达到了4.06米!起落架太长的话,要保证足够的强度就会非常的重!于是“海盗”干脆采用了少见的倒鸥形机翼,既减少了阻力,又能有效减少起落架的长度,付的代价是加工的工时会比较多,影响到生产效率和造价,但这对于财大气粗的美国人不算什么问题。

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