世界最快4发活塞机——共和XF-12“彩虹”
作者：Armstrong二战中共和飞机公司以P-47“雷电”战斗机而名声大噪，从此奠定了共和战斗轰炸机粗犷皮实的风格，以至于航空迷们提起共和就会联想到“雷电”、“雷电喷气”、“雷公”等如雷贯耳的绰号。但共和在二战中开始研制的XF-12大型四发侦察机就少有人知了。
XF-12不但性能卓越，还一反共和产品粗犷的风格，具有优美的外形，连绰号也富于诗意：“彩虹”。该机安装了四台普惠公司的超级星形发动机——R-4360“巨黄蜂”（Wasp Major），在气动设计上极端优化，具有近乎完美的流线型外形，被称为“全四飞机”——四发、巡航速度超过400英里/时（644千米/时）、航程4000英里（6437千米）、升限40000英尺（12192米）。“彩虹”是唯一能在平飞中达到724千米/时（450英里/时）的四发活塞螺旋桨飞机。
XF-12“彩虹”侦察机
起源
1943年美国陆军航空队在太平洋战场上开始面临难题，太平洋战场的环境与北非、欧洲和亚洲都不同，战机需要飞越广袤无垠的海洋才能接触到敌人。8月初陆航司令阿诺德提交了一份击败日本的战略计划，名为“马特洪峰行动”，内容是使用B-29轰炸机对日进行战略轰炸。在计划中，B-29先从中国基地出击，对作战半径范围内的日本重要目标进行轰炸，然后再从马里亚纳群岛基地起飞对日本主要都市区进行轰炸。
马里亚纳基地是“马特洪峰行动”重心，尽管美国海军和海军陆战队在太平洋战场上取得了节节胜利，但只有马里亚纳群岛适合起降巨大的“超级空中堡垒”。马里亚纳群岛距日本本土的距离超过了1600千米，美国海军航空母舰的舰载机都是航程有限的单发飞机，无法遂行对日本本土和偏远目标的远程侦察任务，而陆航现有的F-5、B-24及PBY水上巡逻机也无法满足远程侦察任务的需求，而空中照相侦察对B-29任务的制订来说至关重要。
B-29从马里亚纳基地起飞向日本扔下了两颗原子弹 1943年8月美国总统罗斯福之子，F-5（P-38侦察型）侦察机部队的指挥官——埃利奥特•罗斯福上校建议陆航装备专门设计的高性能侦察机，在对日最后一战中用于轰炸前的目标选定和照相判读、轰炸后的目标毁伤评估，并为指挥官是否实施后续轰炸提供依据。
1943年末莱特机场的美国陆航航空技术勤务司令部提出研制一种战略侦察机，对性能的要求可以总结成“三个四”：巡航速度400英里/时、航程4000英里、升限40000英尺，只有这样才能有效避免日本高炮和战斗机的拦截，提高任务成功率。共和飞机公司和休斯飞机公司响应了招标，休斯提交的双发方案就像一架放大的P-38，共和的四发方案看起来却像是缩小的B-29。
1944年3月陆航与两家公司都签订了合同，各制造原型机进行对比试飞。休斯方案获得了XF-11的编号，共和方案获得了XF-12的编号，绰号“彩虹”。同时陆航还启动了F-13项目，准备把一部分B-29改装成侦察型作为过渡侦察机（后来编号改成RB-29）。
总体设计
共和当时正在全力生产P-47雷电，但公司的野心并不局限于单发的战斗机，想凭借XF-12项目进军波音、康维尔和道格拉斯三巨头把持的大型多发运输机和民航客机市场。共和公司创始人之一亚历山大•卡特维利担纲“彩虹”的总设计师，为了满足陆航的性能需求，新型侦察机必须采用增压座舱、高内油设计，为高空高速进行优化的高性能发动机，除此之外机身内还要满载高空侦察照相机及支持系统。尽管双发也能满足性能要求，但为了保持与运输型和客机的通用性，卡特维利执意采用四发布局。
共和公司创始人之一亚历山大•卡特维利
XF-12在气动布局上借鉴了先进的B-29，前三点式起落架，高展弦比机翼，极端流线的雪茄形机身。但XF-12的设计重点在突出高空高速性能，而不是大载荷上，所以降低气动阻力是关键。卡特维利和设计团队先勾勒出一个具有近乎完美空气动力学外形的机身，突出机身的只有两根无线电天线、一个被导流罩包裹的无线电定向天线、以及一个气泡式天文观测窗。当时的《航空周刊》如是说：“该机尖锐的机鼻和雪茄形的机身实现了设计师在气动外形上毫不妥协的梦想。”
XF-12主要的制造材料是高强度的75ST杜拉铝，由于对飞机表面的光洁度要求十分苛刻，蒙皮全部采用平头铆钉铆接。优雅的椭圆形垂尾与后来的F-84十分相似，同样向下延伸形成一个小型腹鳍，腹鳍带一个可收放防擦地尾撬。平尾的安装位置较高，并有上反角，以避开机翼湍流。
“彩虹”的机头近乎全部透明，两片大型曲面风挡及后部的八扇舷窗为飞行员提供了极佳的视野。但在降落时由于迎角的关系，曲面玻璃会扭曲前方的景物，这时飞行员就要通过机鼻下方的五扇舷窗来看清跑道，此外在机头正下方还有一扇垂直观察舷窗。
“彩虹”的机头近乎全部透明，两片大型曲面风挡及后部的八扇舷窗为飞行员提供了极佳的视野 “彩虹”的悬臂式平直翼展弦比很高，在高空具有良好的空气动力学效率，双翼梁机翼带6度上反，翼展39.34米。卡特维利预见到飞机在高速时遭遇的空气压缩效应会对飞行安全和性能产生不利影响，于是采用了层流翼型。机翼与机身的组装继承了共和战斗机的设计特点，就是把整体的机翼组件安装在机身下方的大开口处，这样连接点都垂直于机翼，可包覆进机身内，基本无需设计额外的整流罩，从而降低了重量和阻力。内翼段后缘安装有大面积的双缝襟翼，分为六片分布在发动机舱之间，发动机舱之间的两片面积最大。外翼段后缘安装有带大型调整片的副翼，所有操纵翼面都通过液压动作筒驱动。
尽管“彩虹”的最大速度被限制在0.8马赫，但由于气动效率极佳，该机在浅俯冲时很容易就超越这一限制，需要及时减速。为了避免增加机身负荷，减速板安装在机翼下表面，在超速时自动展开。机翼除了翼根段外，两根翼梁间的空间都被用作整体机翼油箱，翼根段用于容纳主起落架舱。因为机翼的厚度较薄，所以卡特维利被迫为主起落架安装了直径达1.78米的单个大机轮，主起落架向内收入机翼，双轮前起落架向后收入前机身。除机翼油箱外，XF-12机身下半部分还有油箱，总内油容量达20839升。
动力系统
卡特维利的团队为“彩虹”设计了出色的动力系统。在发动机方面共和和休斯都选择了普惠公司的R-4360“巨黄蜂”星形活塞发动机，“巨黄蜂”是普惠“黄蜂”家族的最后一个成员，是28缸、71.5升排量、1540千克重量、3000马力级别的怪兽发动机，同样是怪兽级的B-36“和平缔造者”轰炸机也选用了这款发动机。
R-4360是普惠星形气冷活塞发动机的巅峰之作，28个气缸分为四排，后排气缸都与前排稍稍错开，从前向后的气缸形成半螺旋形排列，这样可以减小发动机的迎风面积，却也带来了后排汽缸冷却不足的问题。每个汽缸体都是精密铸造的，因为上面有密集排列的的散热片，所以人称“玉米芯”。R-4360与其他“黄蜂”发动机一样具备高可靠性，但在维护方面的要求更高。比如不正确的启动会烧坏全部56个火花塞，需要耗时数小时进行清洁和更换。与当时其他的活塞发动机一样，R-4360在商用条件下的大修间隔时间是600小时。
R-4360“巨黄蜂”星形活塞发动机和双GE BM-4-5废气涡轮增压器的组合
“彩虹”每个发动机舱的长度都相当于一架P-47战斗机，在后半部分安装了双GE BM-4-5废气涡轮增压器，在低速巡航时只使用其中一个。废气涡轮增压器通过发动机排气驱动离心式涡轮压缩进气，复杂的增压装置对高空飞行来说至关重要，因为高空空气稀薄，只有增加进气压力发动机功率输出才不会出现大幅下降。每个发动机舱内都有一个231升的滑油箱。
“彩虹”每个发动机舱的长度都相当于一架P-47战斗机
发动机舱外形简洁流线，除了桨毂罩后的环形进气口外没有多余的进气口。卡特维利为了把减阻进行到极致，放弃了传统的发动机罩散热气流调节鳃片，因为鳃片张开后阻力较高，而采用了滑动式调节环方案，通过滑环的前后移动来调节排气口缝隙的大小。因为R-4360的汽缸多达四排，所以只使用传统被动式散热方式的话，后排汽缸会过热，为此在螺旋桨桨毂后安装了环形主动散热风扇，在滑动式散热调节环完全关闭时，风扇的冷却气流全部从发动机舱尾部的排气口排出，与发动机排气管一道可以增加些许排气推力。据研究XF-12在12192千米高空巡航时，每个发动机舱的排气可产生250等效马力，使“彩虹”的R4360-31的总功率达到3500马力。
卡特维利为了把减阻进行到极致放弃了，传统的发动机罩散热气流调节鳃片，在螺旋桨桨毂后安装了环形主动散热风扇
据研究XF-12在12192千米高空巡航时，每个发动机舱的排气可产生250等效马力 一开始XF-12打算采用与XF-11类似的六叶对转螺旋桨，但因为过于复杂还是使用寇蒂斯电气的传统四叶螺旋桨。螺旋桨直径4.93米，主减速器变速比0.375:1以避免螺旋桨桨尖超过音速，可逆桨反推。
发动机进气、滑油冷却器、涡轮增压器的中冷器进气口都整合在内外发动机舱间的机翼前缘，进气口的长度占翼展的25%。共和的设计师对综合进气口的进气效率和轮廓式样进行了广泛的风洞测试，发现该进气口与独立进气口相比降低了不少阻力，由于进气口位于机翼前缘的高压区域，在高速飞行时可以因冲压效应获得更大的进气量和进气压力，从而使滑油冷却器和中冷器获得更高的冷却效率，并且还可提高进气压力。流经各散热器的热空气同样通过尾部向后排出。
试飞
1945年共和的法明代尔工厂迎来了“雷电”生产的高峰，在P-47的掩护下，保持神秘面纱的“彩虹”进展迅速。尽管此时欧战已接近尾声，但仍看不到太平洋战争结束的希望，所以陆航向共和订购了12架F-12。在陆航的绝密计划中，F-12将用于对日战略侦察任务，为轰炸日本的原子弹铺路。
正在制造中的XF-12第一架原型机
但计划赶不上变化，还未等XF-12服役陆航就扔了两颗原子弹，迫使日本在1945年8月15日无条件投降。XF-12项目的紧迫性已大大缓解，尽管陆航保证装备该机，但“彩虹”的未来还是充满了不确定性，在这种情况下，第一架XF-12原型机44-91002在1945年12月终于下线。
第一架XF-12原型机44-91002在1945年12月终于下线
1946年2月4日，第一架XF-12原型机44-91002在纽约法明代尔进行首飞前的滑跑测试
同月共和获得了陆航关于研制XF-12民用型的许可，泛美总裁胡安•特里普看到了“彩虹”的巨大潜力，其无与伦比的速度飞纽约-洛杉矶航线的话仅耗时七小时，纽约-伦敦航线耗时九小时。XF-12的客机型编号为RC-2。
1946年1月共和对XF-12进行了大量地面测试，并于月底获得首飞授权。2月4日洛厄•巴拉汉姆驾驶44-91002进行了首飞，副驾驶是巴德•哈斯，随机工程师詹姆斯•克里默。在完成了工厂试飞后，1947年6月XF-12离开法明代尔前往俄亥俄州的莱特机场，由美国空军接手试飞。在接下来试飞中，尽管R-4360问题不断，XF-12还是表现出了卓越的性能，起飞重量45995千克时的滑跑距离1298米，初始爬升率670米/分，最大飞行高度达到13716米，最大速度达到765千米/时，航程超过7242千米，这些都超过了设计目标。“彩虹”在半径2824千米的任务中平均速度可达621千米/时，任务总耗时九小时。依靠极佳的高空高速性能，“彩虹”可以在当年的敌国领空自由飞行，如入无人之境。
2月4日洛厄•巴拉汉姆驾驶44-91002进行了首飞
试飞中的XF-12原型机44-91002
页:
[1]
2