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史上最强飞行棺材:F-104战斗机

文/六分仪1883

一提到美国的军事航空业老大:洛克希德马丁公司以及其旗下的“臭鼬工厂”与一系列美军“黑科技”航空器,让人感觉只要是洛克希德马丁公司出品的军用飞机必定是精品中的精品,神器中的神器。但其实洛马公司在其历史上,也曾经制造出了一款足以让每一个战斗机飞行员“胆寒”的“失败品”。今天,我们就来讲一讲被世人称之为“高速飞行棺材”的F-104战斗机。

XF-104(F-104原型验证机)

设计理想很丰满

虽说F-104战斗机在后来的使用过程中问题麻烦不断,但在其立项之初,其实还是有一个很美好的开端的。F-104的计划雏形始于朝鲜战争未结束的1951年。当年12月,洛克希德公司(那时候还不是洛马公司)的设计天才、当时的首席设计师凯利·约翰逊前往驻韩美军的空军基地,专门询问了不少 F-86战斗机的飞行员,听取他们在空战中的感受与对未来战斗机的意见。

出人意料的是,与中苏空军交过手的美军飞行员的回答惊人的一致——“战斗机重量增大、复杂性增加的趋势使得飞机越来越难以控制,最理想的飞机应该是比现役战斗机更轻、更廉价、速度更快、升限更高、爬升率更大、并具有良好机动性的战机。”

MIG-15击落F-86

我们如果对MIG-15和F-86的性能做一些对比,就能明白为何如此要求。这两种飞机性能本在伯仲之间,但MIG-15恰恰是在速度和垂直机动性方面超过了F-86。由飞行员的回答不难看出MIG-15出现所造成的巨大冲击(实际上,这一冲击影响极其深远,几乎所有的主流第二代超音速战斗机都被烙下了"高空高速"的印记)。

“设计天才”凯利·约翰逊偶尔也会“翻车”

新秀闪亮登场

时间到了1953年1月,美国空军“武器系统 303A”项目招标揭晓,洛克希德的轻型战斗机原型也就是未来的F-104项目中标。当年 3月12日,美国空军和洛克希德签订合同,要求其生产两架原型机供验证评估,并赋予空军飞机编号 XF-104 (洛克希德内部的设计代号则是 083-92-01)。就这样,航空史上的传奇飞机F-104诞生了!

F-104战斗机剖析图

1956 年 2 月,第一架 YF-104A(55-2955) 出厂,在严格保密情况下运抵爱德华兹空军基地。1956 年2月17日,该机由洛克希德试飞员赫曼·菲斯·索曼驾驶进行了首次试飞。此前一天,第二架 YF-104A(55-2956 )已经在洛克希德的伯班克工厂进行了首次正式展出。尽管此次展出未对媒体开放,但也确实证实了航空界关于洛克希德正在研制一种革命性战斗机的传言。当然,根据美国空军的要求,YF-104A 2号机的进气口被严严实实地遮住了——美军并不想这么早就暴露当时非常先进的激波锥进气口设计。

F-104采用的激波锥进气口

当然在冷战时期,新的技术验证机除了试飞外,另一项很重要的任务就是用于创纪录飞行。1958年5月7日,霍华德·C·约翰逊少校驾机在爱德华兹空军基地上空驾驶YF-104A进行动力跃升飞行,最大飞行高度达到 27,813 米,创造了一项世界高度纪录。同年5月16日,YF-104A 在沃尔特·W·埃汶上尉操纵下,在15×25KM闭合航线上创造了 2259 KM/H的世界速度纪录。这是航空史上第一次由同一种飞机同时摘取高度和速度纪录两项桂冠。

XF-104验证机正在飞行

超出时代的“高速火箭”

正是空军飞行员与美国军方的双重作用影响之下,F-104的设计定位变成了一种纯粹的高性能昼间战斗机。其设计重点在于高空高速、大爬升率,为此牺牲了续航能力和盘旋性能。为了降低造价和减轻重量,早期的F-104不具备多用途能力,设备也简单。其所搭载的武器装备也主要用于近距离对空作战。在某种意义上说,早期的F-104就是一驾“超级MIG-15”(当然它可以以达到两马赫的速度)。

F-104G战斗机三视图

针对F-104的设计定位,其最初设想的作战模式是在超音速状态下巡航(当然是开加力的,和现代的“超音速巡航”完全是两种概念)和空战,为此高空高速性能成为重中之重。为了实现设计目标,凯利·约翰逊采用了独树一帜的设计。

一是全机采用正常式布局,单发单座,两侧进气,机翼为带大下反角的平直翼,T 形尾翼布局。为了减小阻力,机身长细比较大,并有明显的蜂腰设计。

F-104的机翼还能客串一把水果刀

我切!我切!

二是设计全新而又独特的机翼。F-104的机翼设计尤为特殊。为了抑制飞机在俯仰轴和航向轴产生耦合动作(即荷兰滚)的趋势,机翼采用了高达10度的下反角。机翼平面形状为小后掠角的平直翼系列。翼展极小,仅有6.68米!以至于试飞员第一次见到 XF-104 时竟然问到:“机翼在哪儿?”翼根和翼尖的相对厚度均只有 3.36%。由于机翼弦长小,翼根绝对厚度也很小,只有0.105米!机翼前缘半径更是小到令人瞠目的地步——只有0.41毫米!有人开玩笑说,这已经可以拿去切牛排了(当然也真的可以拿来切牛排)。这样特殊的机翼根本无法以常规方法制造,而且常规结构也无法保证其强度,所以F-104的机翼实际上就是用实心钢板铣出来的。为了减阻,其机翼面积也相当小,仅有18.22平方米。

F-104机翼还能切萝卜_(:з」∠)_

三是采用少见的T形尾翼布局,这样做显然是出于进一步减阻的考虑。T 形布局,平尾的尾臂长,因此面积可以减小,配平阻力也小。但这种布局最大的问题是,较大迎角时,由于受机翼下洗流影响,平尾可能失去操纵能力:一旦飞机进入失控状态,这种缺陷很可能是致命的。全动平尾是作为一个整体组件安装在垂尾顶部,因此无法调整角度——事实上这种设计即使可以调节,其实际的效果也不会很好。

F-104的T 形尾翼,F-104 的不少事故源自这个设计

简单的总结下来F-104战斗机的设计特点就是:高翼载、高推重比(对比与同时代飞机),特别强调速度、升限、加速和爬升能力。其减阻手段简直发挥到了极致。前缘半径极小的菱形翼型设计,自F-104 之后再也没有在其它战斗机上见过。这种翼型的高速性能固然不错,但由于前缘半径太小,气流很容易分离,导致飞机失速——偏偏T 形尾翼在大迎角失速状态下效率极低,很可能难以改出——从而限制了飞机的盘旋性能。加上缩小机翼面积导致的高翼载(正常起飞重量时即每平方米超过500公斤),F-104的盘旋能力可以说相当糟糕。

以我们今天的观点来看,我们可以指摘 F-104这样那样的不是。但就像美国空军某位官员说的:“如果我们不放弃其中一些性能,我们就得不到我们想要的性能。如果 F-104不牺牲盘旋能力和续航能力,它还能实现其它设计指标吗?”

图:西德空军的F-104G战斗机

“寡妇制造机”、“飞行棺材”

也正是运用了过多超出时代和近乎苛求的技术指标的限制,导致F-104的坠机率出奇的高,从而使其获得“Widowmaker”寡妇制造机等别称。美军在越战期间该机并未与米格机发生任何空战,不过仍有8架在战斗中损失,另有6架因意外失事损毁。值得一提的是,在1965年9月一架导航故障迷航到海南岛上空的F-104C被我海军航空兵的歼-6击落。

中国空军击落F-104的图片(照相枪所摄)

F-104的坠机率有:西德32%,荷兰31%,比利时37%,意大利37%,加拿大45%,日本15%,美国未公开。作为美国海外的F-104最大用户西德空军,拥有2578架制造总数中的916架,已知损失也最大。总共损失298架含地面损失,116名飞行员丧生含8名美国空军飞行员,171名飞行员成功弹射逃生含8名在F-104上弹射逃生两次的飞行员。后来售台247架各型F-104战斗机,在1998年全面退役以前,至少114架失事,造成66名飞行员丧生的记录。

现在除了意大利还有少量 F-104 外, 其它的 F-104 都已全部退役。从首飞至今近 50 年,F-104 之于世人,早已耳熟能详。但对于这种飞机的评价争论,却是至今仍未平息。

飞F-104的飞行员们

尘归尘,土归土

实际上,客观地说,F-104 完全达到了当初的设计指标,如果使用得当,F-104 可以发挥其应有的作用。然而,在实际使用中F-104 往往被军方用于不恰当的地方:如在越南战场上将这种短航程战斗机用于低空护航;在印巴战争中将其用于拦截低空飞行的“堪培拉”轰炸机;为满足军方喜好而用于对地攻击......而在真正的空战中,F-104飞行员又往往弃长就短,与对手进行F-104并不擅长的盘旋格斗,而不是发挥自己加速性和爬升能力的优势,采用掠袭战术,战绩自然难以令人满意。很多人批评F-104时就指责其盘旋能力不佳。盘旋能力确实是 F-104的弱项,但盘旋能力不好而成为优秀战斗机的仍不在少数如:二战时的 Bf-109、Fw-190 、P-47,朝鲜战争时的米格-15,它们的盘旋性能都不如对手,但同样取得了不俗的战绩。

西德空军试验F-104“零距离起飞”

所以,在我看来F-104战斗机最重要的价值,不在于它的性能如何如何,事故率如何如何,而在于它是喷气时代第一种“飞行员的战斗机”。只是由于当时技术条件的限制,加上对未来空战形式的判断,使得F-104最终偏向了高空高速,并为此牺牲了盘旋性能。但毫无疑问,最初的F-104A就是按照飞行员理想的战斗机来设计的。但飞行员理想的战斗机,并不是军方理想的战斗机。一种轻型的“纯”空战战斗机并不符合军方“高效费比”的要求。F-104A/C迅速退役,而F-104G却大行其道,其根本原因正在于此。

中国台湾地区装备的F-104战机(西德二手)

讲到最后,或许一切也该尘归尘、土归土了。这世界上本没有至善至美的东西,武器装备更是如此。曾经有一位台湾的飞行员说的一句话:“若还有来生,再当飞行员,仍愿再飞 F-104 。”回眸时光——数十年光阴不过是转眼云烟。“寡妇制造机”也好,“飞行员的战斗机”也罢,F-104 就是 F-104,它的身影在人类航空史上留下了属于它自己的痕迹。

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