P-51“野马”战斗机艰难诞生记

万磁王

作者：约翰•弗雷德里克森John  Fredrickson
翻译：：李昭辉  
原文发表在2016年7月份出版的美国《空军》杂志（AIR FORCE  Magazine）
来自空翼

　　译者注：本文原文发表在2016年7月份出版的美国《空军》杂志（AIR FORCE  Magazine）上，原作者是约翰•弗雷德里克森（John  Fredrickson）。弗雷德里克森在美国空军现役和预备役部队中服役了20多年，并于2011年以波音公司高级经理人的身份退休。这篇文章改编自他的著作《战鹰工厂：第二次世界大战中的北美航空公司》（Warbird  Factory：North American Aviation in World War II）。译文所配图片有改动。
　　“这架传奇般的飞机的设计者们在研发过程中克服了艰巨的困难，并打造出了一架标志性的战斗机。”

编队飞行的P-51战斗机。这款高机动性的战斗机是一种理想的护航战斗机，而且与纳粹德国空军的战斗机相比丝毫不落下风

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研制背景
　　堪称二战标志性军机之一的P-51“野马”战斗机被认为是一个工程上的奇迹，但她发展成为二战传奇性战斗机之一的道路却绝非平坦。“野马”的发展历程饱受严重的技术问题、官僚主义和制造工艺太复杂等难题的困扰，但这些问题最终都被一一克服，并让这款战斗机成为了第二次世界大战的象征之一。
　　正是由于北美航空公司（North American  Aviation，NAA）和美国陆军航空队主官亨利•“哈普”•阿诺德将军对其最终发展潜力的信任，才使得“野马”避免了被下马的命运，并最终脱颖而出。
　　早在1940年，北美航空公司的总裁詹姆斯•“德国佬”•金德博格（James H.“Dutch”  Kindelberger）就与那些生活在纳粹威胁之下的欧洲国家保持着强有力的商业联系，这是由于这些欧洲国家之前曾采购过北美公司的教练机的缘故。随着纳粹的战争机器朝着英、法两国扑来，这些国家想知道这样一个问题的答案：北美航空公司能够从柯蒂斯•赖特（Curtiss-Wright）公司那里获得许可并生产P-40“战鹰”（Warhawk）战斗机吗？

北美航空公司的总裁詹姆斯•金德博格

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　　金德博格对此表示反对，他给出的答案是设计和制造一架全新的飞机，新飞机将超越P-40这款已显老旧的战前设计。北美公司的工程师们在私下里已经花了好几个月的时间对发展一款全新战斗机的前景进行了研究。不久，北美公司与法国达成了协议，但在新飞机能够交付法军之前，法兰西就已经沦陷在第三帝国的铁蹄之下了。
新式战斗机已经无法把法国从纳粹的铁蹄下拯救出来了，但一款新式战斗机却可以让英国皇家空军获得抵御纳粹入侵而急需的装备优势。
　　就在此时，埃德加•舒默德（Edgar O.  Schmued）加入了金德博格主持的新战机研发项目──该项目最终发展成了“野马”战斗机研发项目。舒默德出生在德国，是一位才华横溢的飞机设计师。他曾在第一次世界大战中服过兵役，后来在20世纪20年代加入了通用汽车公司，负责巴西方面的业务。由于其德国背景，为了让舒默德顺利地移民到美国，有关方面还专门进行了特别的安排。

P-51战斗机的设计师埃德加•舒默德。金德博格让舒默德为这款需求急迫的战斗机而放手挑选他的设计团队人员

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　　金德博格和舒默德设想要设计这样一架飞机：它将是一款敏捷、坚固、快速和致命的战斗机，同时具备强大的空对地作战能力。
　　北美航空公司的记录表明，新型战斗机的设计受一款鲜为人知的、代号为NA-35的双座教练机的影响很大。NA-35的首飞仅比NA-73项目开始初步设计工作早了5个月，这里所说的“NA-73项目”就是最终发展成为P-51战斗机的研发项目的最初代号。
　　NA-35身上拥有一系列的“第一”：它是第一款以液冷发动机为动力的北美公司的飞机，这种创新使得机身的正面面积大大减少；总设计师舒默德引入了最新发明的层流翼构型；整个上机翼表面由一整片光滑的铝合金构成，这可以确保机翼拥有最小的阻力且始终处在“干净”的气流当中。
　　自由职业飞行员万斯•布雷斯（Vance  Breese）在1939年12月9日熟练地驾驶着这架飞机进行了“处女航”。布雷斯是来自南加利福尼亚州的众多试飞员之一，这些试飞员凭借驾驶着新机型进行首飞测试而赚取了不菲的报酬。

NA-35双座教练机

　　正式的研发工作从第二架NA-35身上开始了，但对一款小型教练机的需求此时看起来已经显得不那么急迫了。更深入的研究工作在1940年受到了进一步的打压，因为北美航空公司提高了其他研发项目的优先度。

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5英尺10英寸，140磅
　　金德博格在1940年7月的会议上通知公司董事会说，他已经放弃了NA-35项目，并以10万美元的价格将这款设计卖给了维加飞机公司（译者注：维加飞机公司是洛克希德飞机公司旗下的一家子公司，该公司成立于1937年8月，开始的名字叫“AiRover”，后来为纪念洛克希德公司的首款飞机“Vega”而被重新命名为“维加”），这款设计后来演变成了“维加35”型飞机。在维加飞机公司的产能被勒令用来生产军用飞机之前，其还生产了少量额外的NA-35。“维加35”这款飞机依然是不容人们忽视的，因为这架娇小的飞机动力虽然只有150马力，但却是“野马”的重要先驱型号之一。
　　金德博格让舒默德为北美公司当前最优先的项目──为英国设计的新式战机──而挑选他的工作班子。舒默德挑选出的团队于1940年5月5日开始了新飞机的设计工作。金德博格指示舒默德围绕着飞行员“5英尺10英寸高、体重140磅”（约1.78米高、63.5千克重）的标准研制新飞机，并将这一指标作为设计的起点。舒默德在北美公司的工资表上发现了一个符合上述标准的人，于是他先让这个人坐在椅子上，然后开始计算所需的人机界面参数。
　　舒默德拥有卓越的项目管理技能，他可以可靠地跟踪项目进度，并在任何有关设计的方面迅速对问题做出反应。他领导的研发团队心无旁骛地投身到了NA-73飞机的设计工作之中。只有到了星期天他们才会比平时早一些地结束手头上的工作──结束时间是下午6点──以便去度周末。
　　新研发的英国战斗机将受益于四个方面的重要设计特征，这四个特征都经过了风洞测试验证：
　　第一，新的“层流翼型”设计使得即使在战时对飞机进行“粗暴驾驶”的情况下仍然会保持有效。
　　第二，造型流畅的机身轮廓进一步减小了阻力。
　　第三，由于采用了液冷发动机，因此缩小机身的正面迎风面积成为了可能。
　　第四，飞机采用了一套创新的发动机冷却系统，并将冷却器排气口安置在飞行员的后面，这也造就了P-51那极具特色的位于驾驶舱后方及机身下部的冷却器进气口。

NACA提出的层流翼型（下）与普通翼型（上）的横截面对比。层流翼的最大凸起处为弦长50%处，这种设计能减少流经翼面的湍流，减少空气阻力而加快飞机速度和减少耗油量，层流翼的缺点为在低速时产生的升力较一般机翼少

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　　通过建立自己的设计，北美航空公司可以运用“为批量生产而设计”的方法，最终以较低的单位成本而获得了更高的生产率。
　　第二次世界大战期间的美国作战飞机大多使用星型发动机（radial  engine）。在这类发动机中，活塞通常围绕着螺旋桨轴呈圆形布置，而且每个活塞都暴露于迎面而来的气流之中，因此其产生的热量可以通过金属散热片而散发出去──许多现代的摩托车、链子锯和旋转割草机的发动机也采用类似的散热方法。然而，在液冷发动机中，其活塞则是整齐地排列在螺旋桨后面。这样一来，虽然星型发动机需要较宽大、会产生较大阻力的正面和较粗的机身，但由于选择了使用液冷发动机，因此P-51可以采用一种具有细长的、平滑的机鼻的外观设计。
　　散热是在设计飞机时需要考虑的一大重要因素。在航空汽油燃烧产生的能量中，只有大约25％至30％才能成为有效的驱动马力，剩余的大都以热量的方式散发掉了。P-51将散热器（燃油和冷却液）安置在机身底部和飞行员后方被证明是让该款飞机获得显著性能优势的秘诀之一。

P-51的散热器不仅不会造成阻力，还会产生推力

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　　1971年，在一次庆祝“野马”的设计构想和发展历程的研讨会上，舒默德解释说，当气流通过散热器时，空气的膨胀实际上产生了额外的推力。

正在NACA的埃姆斯（Ames）航空实验室的风洞中进行测试的XP-51B“野马”，时间是1943年。除了其他设计之外，北美公司还在风洞试验中测试了P-51那独特的机身外型

　　舒默德在会上还回忆起了另外一些问题。例如，洛杉矶地区的铸造厂都无法承担新型战机所需的巨大镁合金起落架的铸造工程，只有一家小工厂才选择了接受这一挑战。舒默德在这家铸造厂安排了一只“看门狗”来监督工作。几天后，这个人带着铸好的起落架回到了北美航空公司──这些铸件是如此地热，以至于在他的汽车地毯上烧了一个窟窿。
　　同样是在装配方面，还有其他的问题。在一张图纸上，工程师错误地标注了采用直径为4.97英寸（约126.238毫米），而不是4.997英寸（约126.924毫米）的钢锻。结果，这一零件最终的大小低于设计尺寸，从而导致项目进度在时间表上落后了。为此，设计团队绞尽脑汁地寻找解决方案，最终他们提出了使用镀铬的方法来“挽救”这一零件的想法，以避免项目进度推迟。

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　　NA-73项目虽然拖的时间过长，但最终结果却不亚于一个奇迹。1940年9月9日，北美公司的设计团队完成了完整的原型机设计和车间制造工作，这一切仅仅在项目启动后的第117天就完成了。

设计人员正在研究P-51飞机的工程模型

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　　这款新型战斗机的最初版本由艾里逊（Allison）发动机驱动，发动机带动一部柯蒂斯（Curtiss）三叶螺旋桨。这套配置最适合在较低的高度飞行。然而，艾里逊发动机的进度发生了拖延，而且其尺寸与飞机的设计图纸不符：管线布置的位置出了问题，以至于发动机的托架需要返工进行重新设计，然后发动机才被顺利地安装到了机体之中。
　　在经历了这样那样的延误之后，NA-73的原型机很快就进入了试飞阶段。在获得了“NX19998”的国内登记注册序列号之后，NA-73的原型机于1940年10月26日进行了首飞。布雷斯再次担任了NA-73原型机的试飞工作，并在他的飞行日志中又增添了一次成功的首飞记录。

首飞中的XP-51/NA-73X原型机

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　　不幸的是，在1940年11月20日进行的第五次飞行中，这架原型机在一块农民的豆田里来了场不光彩的“背摔”并肚皮朝天了。这次由北美公司的试飞员保罗•巴尔弗（Paul  Balfour）进行的失败试飞问题出在与燃油系统有关的发动机故障上。调查结果显示，燃油阀似乎是被卡住了，也可能是一直未能正常运行。面对这架原型机破碎的螺旋桨轴、划伤的挡风玻璃、压碎的垂直稳定面和已经弯曲的机翼，每个人都觉得绝望了。巴尔弗也因伤而被迫入院治疗。

在1940年11月20日进行的第五次飞行中，这架原型机在一块农民的豆田里来了场不光彩的“背摔”并肚皮朝天了

“失事”后正在被吊起的NA-73，注意机翼上涂刷的“NX19998”