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日本大飞机之路:花了8年开发,却只产出10架

网易历史05-17 11:02 跟贴 16150 条

  2017年,网易历史频道独家联手《战争史研究》,以网文推送+每季纸质出版+线上直播的全媒体模式重新启航,继续回馈老读者,也期待更多新读者的关注。有旧文精编,有新文开坑,阎京生和刘怡依然与战研读者同在。

  作者|刘怡,网易历史频道专栏作家,《战争史研究》撰稿人。本文为网易历史频道独家稿件,转载请注明出处。

  1946年6月下旬的一天,位于俄亥俄州代顿市帕特森机场的美国陆军航空兵空中技术司令部(ATC)飞行测试训练中心迎来了一架巨大的四发飞机。它的尺寸、外形和顶部机炮塔酷似B-17“空中堡垒”,但起落架的样式明显不同,机首玻璃观察窗的面积也更大;四叶螺旋桨以及发动机外侧凸出的涡轮增压装置与B-29“超级空中堡垒”有些相仿,但全长和翼展明显要小一号。机场地勤人员对外形奇特的新飞机原本已经见怪不怪——自从1945年4月美国陆航技术情报局启动“Lusty行动”(Lusty是“德国空军秘密技术”的缩写)以来,几乎每个星期都会有从欧洲战场搜罗到的德国飞机被运送到代顿,重新刷成代表测试机的橘红色。其中既有Me 262喷气式战斗机和Ar 234四发喷气式轰炸机,也有圆头圆脑的He 177A重型轰炸机,有一回甚至送来了一枚完整的V-1导弹。但面前这架大飞机却是得自另一个方向的太平洋,来自10个月前宣布投降的日本。

  接下来的几个月里,大飞机每隔几个星期就会呼啸升空,在代顿市上空盘旋一小时,随后降落检查机件状况,并由飞行员汇报驾驶体验。按照后者的看法,新飞机的理论性能比B-17要胜出一筹,在8000米高度最多能飞出593公里的时速(带1吨模拟弹),超过B-17的462公里,空中爬升速度和前部观察窗的视野也更佳。但飞机在起飞时需要更长的滑跑距离,方向舵在高速飞行时的操作手感迟滞,在减速到某一区间时则会出现剧烈抖动。4台发动机由于制造工艺不佳,始终未能实现同时加力全开,油压系统控制的螺旋桨在进行顺位变距时运转不够稳定,十分依赖飞行员的经验。总的来看,该机在最高时速、载弹量以及航程方面明显优于B-17,也超过B-24“解放者”,但远不及更新的B-29,操纵性和可靠性则比美国四发轰炸机逊色不少。不过从专业角度看,其设计水平已经与美国陆航的一线机型相差不远,堪称日本航空工业的技术结晶。

  结束了全部测试的大飞机被孤零零地遗弃在了帕特森机场的备用机库里;按照最初的设想,那里将被改建成陆军航空博物馆,所有战利品作为馆藏对外展出。不过到了1952年的某一天,它最终悄无声息地从机库中消失了。美国人或许永远不会知晓,这架神似B-17的“连山”攻击机,在设计阶段的确参考了在菲律宾缴获的B-17D和B-17E的结构;而它的前任“深山”,则是“山寨”自一架道格拉斯公司的42座大型客机。日本帝国的大飞机之梦,始于美国,最终也终结于美国,留下的只有几张模糊的旧照片和屈指可数的飞行记录。

  深山出师不利

  1936年盛夏的一天,美国航空公司的一架DC-2小型客机悄然降落在加州圣莫尼卡机场。乘客中有一位东方面孔的中年人,他是日本海军航空本部技术部派往欧美考察的官员和田操中佐,此行的公开目的是造访道格拉斯飞机公司总部、洽谈技术转让事宜,秘密企图则是为尚在规划阶段的四发攻击机项目寻求前期帮助。

  岸基中远程攻击机成为日本海军航空装备的发展重点之一,始于30年代初“渐减作战”规划的成型。由于在华盛顿和伦敦海军条约中未能达成“对美兵力七成”的预定目标,海军高层判断其战列舰和航母部队在战争初期不足以正面迎击拥有数量优势的美国太平洋舰队,需要以岸基鱼雷机、潜艇和高速驱逐舰首先实施“渐减”袭扰行动,随后才能进入主力决战阶段。在海军航空本部长松山茂、技术部长山本五十六、技术部主任和田操等“航空主兵派”官员的张罗下,研制多发动机中型和大型攻击机(简称“中攻”、“大攻”)的工程自1932年就开始全面启动。但当时的日本航空工业刚刚结束对英国发动机和战斗机设计的“山寨”,尚不足以驾驭5吨以上全金属单翼机的设计和制造,发动机方面也只是刚刚仿制出9汽缸、800马力级的“光”系列(原型是美国O2U型侦察机安装的普惠R-1690“大黄蜂”)。和田因此主动请缨前往欧美考察大型军民用飞机的发展趋势,并在“民间技术转让”的名义下进行购买和仿制,以为日本大飞机的起步创造条件。

  在圣莫尼卡的道格拉斯公司,美国人骄傲地向来客展示了一架四发动机大型客机的全尺寸木制模型。这种激进的42座飞机是为竞标美联航的横跨东西海岸远程客运航线而研发,全重是刚刚投入运营的DC-3中型客机的两倍半,翼展达到了惊人的42.14米。4台1450马力普惠R-2180-A“双黄蜂”发动机的充足推力使其最大时速可以达到394公里,航程超过3500公里,甚至优于日本海航正在研发的九六式攻击机原型机。尽管这种被称为DC-4E的新型客机距离正式试飞至少还有两年时间,道格拉斯公司还是慷慨地向和田透露了可以公开的一切细节,指望能借这位东方来客之口将他们的新产品推销给大日本航空会社,以争取海外订单。

  平心而论,DC-4E并不是一种理想的干线客机。对当时的商业航空而言,它的尺寸过大,全重和油耗惊人,维护成本极为高昂。日后美联航最终放弃了这项采购,改为下单翼展和重量较小的40座客机DC-4。但对醉翁之意不在酒的和田来说,这却是绝佳的猎物:DC-4E不仅在速度和航程上足以满足日本海军对中远程攻击机的要求,而且首度安装了在美国也属于新事物的辅助动力装置、增压飞控、交流供电系统、空调以及山字形三垂尾;通过对一架飞机的“山寨”,即可实现日本大飞机研发的跨越式起步。回国之后,他立即上书新任航空本部长及川古志郎,建议军方委托大日本航空会社向美方提出引进DC-4E整机和生产许可证的询价。

  尽管1937年前后的美日关系已经难言良好,但对美国航空业来说,来自东方的商业订单并不是新鲜事。早在1935年,大日本航空就曾购买过8架道格拉斯公司的双发客机DC-2,1937年又签下了22架DC-3的订单。虽然日本陆海军随后就对这两种飞机进行了仿制生产,但制造方中岛飞机会社的确向美方支付了购买许可证和技术资料的费用。站在道格拉斯公司的角度,他们对DC-4E出口到日本后可能转为军用多半心照不宣,但万万不曾料到日方竟会以此为基础开发远程轰炸机。更何况日本方面的代理商三井物产会社给出的报价相当不错:一架样机、全套设计图纸和生产许可证共95万美元。1939年8月15日,双方正式签署转让合同;在此之前一年半,预定承接该型机仿制任务的中岛会社已经派员进驻圣莫尼卡,全程观察制造和试飞流程。

  1938年2月前往道格拉斯飞机公司总部的三位日籍技术人员,正是远程轰炸机项目的关键负责人:中岛会社总工程师三竹忍、工程师反町忠男和技术员松浦定太郎。他们在DC-4E原型机的制造完成之前,就拿到了主翼的结构和工艺图纸,在1938年6月原型机首飞之前完成了大部分技术资料的交接,三竹还专门购买了美方拍摄的前三点式起落架在起飞和降落时收放状态的影像纪录。与此同时,1938年夏天,海军航空本部正式向中岛会社下达了“十三试大攻”的性能指标书:乘员10人,可执行远程侦察、水平轰炸和鱼雷攻击任务,巡航时速不低于370公里,续航力在5500公里(带弹)到8300公里(空载)之间。作为对比,美国陆航刚刚问世的B-17重型轰炸机带弹时的续航里程只有3200公里。或许是考虑到这一目标过于好高骛远,1939年初军方对指标做了微调,续航力要求缩减到5200~7400公里,但这一数值的下限仍与尚未问世的美国B-29相当。两相比照,不难看出海军所抱的“大跃进”式亢奋心理,以及对尚未问世的新飞机所抱的期望之高。

  1939年10月17日,被拆散打包的DC-4E原型机经海路运抵横滨,11月13日在羽田机场进行了首次由日方人员操纵的试飞,随后送往霞之浦海航机场。此时由松村健一工程师担当设计主任的十三试大攻原型机项目(内部代号LX)已经推进过半。LX项目组完全“山寨”了DC-4E的主翼、起落架装置、液压控制和供电系统,但重新设计了细长的雪茄形机身、弹舱、玻璃观察窗、双垂尾和上下两座可旋回机炮塔,下单翼结构也改为中单翼,以平衡搭载于机舱下部的弹药的重量。DC-4E原型机运抵霞之浦之后,设计人员又对其进行了拆解,以弄清图纸上没有标明的难点。不过因为中岛会社同时还承接了新型中攻(一式陆攻)以及十四试舰载攻击机(“天山”)的研发任务,LX项目尽管已经快马加鞭,还是要到1941年2月才制造出首架原型机。

  比飞机本身问题更大的是1800马力级大功率航空发动机的开发。由于海军方面对大攻的航程要求极为苛刻,无论是技术相对成熟的三菱“金星”系列(1000马力级),还是1940年才开始量产的三菱“火星”系列(1400马力级),都无法满足需求。按照日本航空业的过往经验,本来是可以通过直接“山寨”DC-4E上安装的普惠“大黄蜂”实现应急之用的,但美国已经在1940年7月通过了对日本的航空零部件禁运令,仅凭现有的4台实物是无法迅速完成逆向仿制的。唯一的希望是中岛会社正在研制的“护”系列(Mamoru):这种复列14缸星形气冷发动机实际上是800马力级的“光”系列放大而成的产品,通过增加长度、堆叠汽缸数和换用两倍速机械增压器来提高排气量,理论上的最大输出功率可以达到1870马力。不过“护”系列理论上要到1941年底才能进入测试阶段,因此第一架LX原型机不得不临时安装了4台1530马力的三菱“火星”12型。

  1941年4月8日下午,安装“火星”发动机和三叶螺旋桨的1号原型机由试飞员末松春雄驾驶,进行了50分钟的连续飞行和起降测试,未发生明显故障。4天后,大喜过望的海军正式接收了1号机,按照新的飞机命名法将其称为“深山”(Shinzan),同时决定继续订购5架原型机:2号机仍安装“火星”发动机,3号到6号机正式换装“护”11型新发动机,称为“深山改”。到1942年初为止,所有6架原型机已经制造完毕。

  从纸面性能上看,“深山”是一种比美国陆航的B-24“解放者”优秀得多的陆基重型轰炸机。它的最大时速可以达到392公里(“深山改”为420公里),航程3528公里(“深山改”为4190公里),执行侦察任务时的极限航程可达7760公里(“深山改”),虽未能达到最初的设计指标,但比起B-24的3300公里超出近1/4,时速也只是稍慢。在执行空袭任务时,“深山”可以携带2枚1500公斤炸弹或鱼雷,或4枚800公斤炸弹,或12枚250公斤炸弹,理论上的最大载弹量接近4吨,还有2门20毫米机炮和4挺7.7毫米机枪用于自卫。而B-24虽然也能实现3.6吨的最大载弹量,但满载状态下仅能实现640公里的航程,带2枚1200公斤鱼雷时也仅能连续飞行1300公里。假如“深山”能在1942年初投入量产,日美大飞机的技术差距将迅速缩短。

  但问题恰恰出在“山寨”而成的机体设计,以及被寄予厚望的“护”系列发动机上。DC-4E虽然应用了多项全新科技,但毕竟是一种以载客为目的的民用客机。而松村健一等人为了将该机改作军事用途,扩大了主翼的内部空间以容纳更多燃料,起落架也做了延长。加上弹舱、机炮塔等附着设备,飞机的空重由16.8吨增加到了20.1吨,超重约20%。结果,为相对较轻的DC-4E匹配的起落架、油压操纵系统和方向舵操纵杆不堪重负,在试飞中屡次出现故障,有一次甚至导致侧面起落架轮胎爆裂。更令人大失所望的是“护”11型发动机的表现:1941年4月首台原型机在“天山”舰攻上进行运转测试时,发现实际出力小于预期,油耗大大超标,且高速运转时会出现严重震颤。几经调试,震颤问题始终无法解决,相反还出现了空中停车的严重事故。航空本部最终决定在量产型“天山”换装更成熟的“火星”25型发动机,对“护”系列的改进以不在短期内投入量产为目标继续进行。实际上,直到1943年“护”11型的故障率才得到控制,仅生产了不到200台。

  在群马县小泉町的中岛会社海军飞机制作所,对“深山”和“深山改”的测试仍在无望地进行着。“火星”12型的装机虽然暂时解决了动力问题,但操纵性不佳、故障率偏高的痼疾依然存在,续航力与中攻相比优势也不明显(换装“火星”21发动机的一式陆攻航程可达2500公里)。要操纵这样一架庞大笨重的飞机执行危险度极高的鱼雷攻击任务,生还可能基本为零,试飞员们给它起了个无奈的绰号叫“笨乌鸦”。即使“护”11型发动机能在1942年底达到实用化水平,“深山改”的量产也要到1943年才会开始全面启动。而美日双方在新几内亚—所罗门海域的激烈航空战已经使战斗机生产变成了中岛会社的第一要务,暂时允不出更多的人手用于重型轰炸机的制造。1943年初,海军航空本部最终确认:终止“深山”的开发,砍掉整个项目。

  从1938年开始引进和仿制DC-4E,到1943年初“深山”最终下马,日本航空业为实现大飞机的起步交出了昂贵的时间、金钱和人力“学费”,最终一无所获,这当然会令投入最大的中岛会社耿耿于怀。于是,他们找到了运输部队来“接盘”:1943年底,联合舰队直属的第101航空战队决定拆除“深山改”3到6号机上的全部自卫武器,将其变更为从本土向南方诸岛运送弹药、医疗用品、飞机零部件和军需物资的大型运输机。尽管操纵不灵、飞控系统故障率高的问题依然存在,但“深山改”高达4吨的载货量和单程超过4000公里的续航力毕竟有其价值,加上承担的是安全风险相对较小的运输任务,也算是物尽其用。1944年2月,4架运输型“深山改”被编入海军第1021航空队,负责在千叶县的香取基地和台湾、马里亚纳群岛、菲律宾、帕劳之间执行长途运输任务,每架各进行了6到7次飞行。由于该机起降时需要较长的跑道,一旦发生故障又极难修理,甚至连运输部队都渐渐对其颇有诟病。最终,4架飞机中有一架坠毁于台湾外海,一架在提尼安岛被美机空袭炸毁,另外两架作为地面教学器材在厚木基地迎来了战败。这也是日本大飞机事业的第一次挫败。

  连山难以回天

  “深山”的夭折并未打消日本军方的大飞机之梦;相反,1941年12月战争爆发之后,他们意外获得了美国陆航现役重型轰炸机的实物。1942年春天,进占东南亚的日军在荷属东印度群岛和菲律宾的科雷吉多尔基地找到了盟军遗弃的数十架飞机,包括霍克“飓风”、F2A“水牛”、洛克希德“赫德逊”,以及1架破损的B-17D和2架B-17E。陆军航空本部飞行实验部通过搜罗击坠美机上的零部件,成功修复了这3架飞机,将其飞回内地用于测试和研究,连带还获得了机上的新型诺顿投弹瞄准器。中岛会社的技术人员参与了对B-17E的评估,他们认为该型机的自封油箱、发动机涡轮增压器、电传操纵系统和电动旋回机炮塔都是值得借鉴的新事物,结构重量的分布也比笨重的“深山”来得合理,唯一的缺憾是安装的4台莱特R-1820“龙卷风”型发动机单台功率只有1200马力,带2.7吨炸弹时的有效航程只有3200公里,极限航程也只有4860公里。不过和客机血统的“深山”相比,以B-17E作为参照设计新的四发重型轰炸机,在技术上难度无疑较小。

  “深山”已经魂断,大飞机项目却还要继续。1942年11月,海军技术会议提出:鉴于日美战争已经进入第二阶段,日方在投入重建的航母机动部队进行决战之前,有必要出动大量陆基攻击机压制美方在所罗门—新几内亚战线的航空基地,以削弱其数量优势。针对此需求,必须迅速研制一种载弹量4吨左右、最大时速666公里、续航力可达11000公里的四发攻击机,专事负责此项远程空袭任务。中岛会社的松村健一设计组由于是唯一一个具有大飞机实际开发经验的团队,此时再度被赋予重任,以N-40为代号开展前期认证工作。1943年9月,航空本部正式下达了“十八试大攻”的计划指标书,确认首批制造4架原型机。随后由于技术指标过于激进,军方将飞机的最大时速下调为592公里,有效航程在3700公里到7400公里(空载)之间。

  鉴于“深山”开发的失败主要是由于不切实际地堆叠了一系列日本尚未完全吃透的新技术,这一回,松村设计师决定采取更稳妥的做法:不考虑未来的改进潜力,以目前实际能达到量产水平的技术和工艺作为基准。整体设计不再玩“花活”,尽可能参考B-17E的成熟经验;发动机、螺旋桨和主翼结构都采用已经问世的成熟机型上的样式,并避免复杂的工艺,以追求生产速度;考虑到日本在航空电气技术和产品妥善率方面的缺陷,暂不采用先进的电控操纵系统,起落架、襟翼、螺旋桨调速器、机炮塔等活动部件的控制依然沿用“深山”上的油压操纵,供电系统也恢复为直流电;为保证发动机在高空运转时的稳定出力,仿照B-17E为发动机加装涡轮增压设备。妥协的结果,使十八试大攻的外形极度酷似放大的B-17,可以称之为“空中堡垒太郎”。

  在十八试大攻的设计全面启动之时,中岛会社刚刚完成了新型高速侦察机“彩云”原型机的试飞。该机有三项引人注目的新特征:一是主翼采用厚外钣结构,减轻了纵向结构重量、并大大控制了安装所需的铆钉数,最终“彩云”的零部件数量只有零式战斗机的一半;二是主翼剖面采用双曲面的层流翼形,降低了高速飞行时的风阻,对提升速度和降低油耗皆有帮助;三是首次安装了复列18汽缸的“誉”系列星形气冷发动机,通过改用植入式铸造法、新型轴承和铬钼钢锻造的曲轴,以较小的直径实现了2000马力级的出力。这三项新技术随后都被应用到大飞机上。这样一来,真正需要做技术攻关的就只剩下了机身结构强度和重量控制。受其推动,尽管十八试大攻的开发从1943年1月才开始全面启动,但在1944年10月下旬就完成了原型机的试飞,仅耗时1年又10个月;作为对比,美国的B-29“超级空中堡垒”的研发花去了整整两年半的时间。

  1944年10月23日,十八试大攻1号原型机在小泉机场完成了首次试飞,状态良好,但在移动到机库时意外撞伤了机首观察窗。由于“誉”24型发动机的涡轮增压装置尚未正式安装,中岛会社决定一面改进和测试1号机,一面继续制造2到8号原型机。1945年1月,1号机被移交给海军并正式命名为“连山”(Renzan)。它的重量控制相较“深山”有了巨大进步,全长和翼展缩短,自重也只有17.4吨。4台“誉”24-ru型发动机的推力使其最大时速可以达到593公里(带1吨炸弹),空载时的最大航程为7470公里,满载为3700公里。最大带弹量为2枚2000公斤炸弹或2枚1500公斤鱼雷,或3枚800公斤炸弹/鱼雷,或8枚250公斤炸弹,有6门20毫米机炮和4挺13毫米机枪用于自卫。由于采用了新结构和较为俭省的材料(仅有70%的主翼框架为超级硬铝轧治,其余与小型机相同),全机铆钉总数仅相当于1.73架零战,还具有一定俯冲轰炸能力。

  倘若“连山”能在1943年底试飞成功并启动量产,在1944年夏天到来之前制造出上百架,或许还略有希望缓解日本的窘迫处境。但这毕竟已经是1945年的春天,日本海军的战略决战在大半年前就已经以惨败告终,甚至连本土也处在了美军B-29的远程战略轰炸威胁之下。千呼万唤始出来的“连山”不仅丧失了全面投产的希望,甚至连其“摇篮”小泉制作所也有被空袭摧毁的危险。海军航空技术厂在领取1、2号原型机之后,最初在横须贺的追滨机场进行测试,其间还发生了1号机因起落架故障造成机身后部折断的严重事故。进入1945年5月,随着空袭威胁迫近,2号机以及修复后的1号机被转移到青森县三泽机场,已经在小泉町制造出来的3、4号机以及尚未开始组装的5到8号机的机身则处于无人领取的状态。实际上,以松村健一为首的中岛会社第2机体课在当年2月就被疏散到了崎玉县的熊谷,大部分研发工作完全停滞。尽管海军航空本部还在异想天开地提出生产全钢材制地的“连山”,以及换装2200马力Ha-43型发动机的“连山改”(作为“樱花”火箭动力自杀飞机的母机),但所有人都清楚:“连山”再也不会有升上高空、与美军一决雌雄的机会了。

  1945年6月第一周,日本海军最终确认终止整个“连山”项目。到那时为止,“誉”24型发动机的涡轮增压装置仍未能完成改装。三泽的1、2号机随后在美军空袭中被炸毁,小泉制作所机库内的3号机也部分受损,仅有4号机状态相对完好。8月15日日本宣布无条件投降之后,海军技术人员和中岛会社的工程师将与大飞机有关的一切纸质资料和木结构模型付之一炬。直到当年12月,美国战略轰炸调查团在小泉町找到了4号机的机身,并用从1、2号机的残骸上拆下的替换部件加以修复,“连山”的全貌才得以重新呈现。4号机随后由日本试飞员驾驶,在美军监视下抵达横须贺,装船运往新泽西州的纽瓦克,接着又转运到代顿市进行系统的试飞和评测。此时距离DC-4E由加州海运至横滨,刚刚过去了不到7年时间。

  从全盘“山寨”DC-4E,到成功开发出具有相当技术水准的“连山”,日本用不到8年时间走完了一条四发大飞机之路。在这8年里,2000马力级大功率航空发动机由遭遇技术瓶颈到进入全面量产,结构设计和制造工艺的全面革新,乃至技术人员持之以恒的探索,无疑都是值得称道的业绩,甚至连主要对手美国人也不得不对其致以敬意。然而被寄予厚望的“深山”和“连山”,到战败为止总共只生产出10架,没有执行过一次战斗任务,又是相当尴尬的记录。作为对比,从1938年到1945年,美国航空业共制造出12731架B-17,19256架B-24和3970架B-29,航程高达16000公里的六发超远程轰炸机B-36“和平缔造者”也将在一年内进行首飞,产量差距达到了骇人听闻的3600:1。整个“二战”期间,日本陆海军飞机总产量共为76320架,仅及美国的1/4;在工业机器超负荷运转的1944年,日本制造了28180架飞机,而美国的对应产量是96270架,相当于日德两国之和的1.4倍!仅此一项,就决定了日本的大飞机之梦全无开花结果的可能。

  有太多的“假如”可以适用于这个故事:假如松村健一在设计“深山”不是贪多求全地希望用上所有新技术,假如中岛会社没有坚持安装问题重重的“护”系列发动机,假如日本在战争爆发之初就考虑到了军用飞机的易生产性问题……但这些都不过是琐碎的细节罢了。将战略假想敌盲目设定为一个在人口、资源以及生产规模上都处于更高数量级的大洲级强国,并不顾实际地一路贯彻下去,这才是日本帝国自取灭亡的根源。至于破碎的大飞机之梦,不过是其中一个小小的缩影罢了。

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