勒杜克的“飞行子弹”——揭秘法国的奇葩冲压动力验证机

万磁王

作者：Armstrong

　　法国航空工程师雷内•勒杜克的名字总是与冲压发动机联系在一起，他在20世纪40年代末~50年代设计制造了一系列的冲压发动机验证飞机，为冲压发动机的实用化做出了卓越的贡献。

雷内•勒杜克

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艰难的起步
　　1913年法国发明家雷内•洛林在《Aérophile》技术综论杂志上发表文章，提出了冲压发动机的基本概念。洛林为自己的发明申请了专利，冲压发动机结构十分简单，仅由进气口、燃烧室、尾喷管三部分组成，唯一的活动部件就是为燃烧室供油的涡轮泵。气流从进气口进入，在截面积逐渐收小的进气道内压缩降速，从而提高温度和压力。然后高压高温气流进入燃烧室与燃料混合燃烧，燃气膨胀从尾喷管高速喷出从而产生推力。

法国冲压发动机之父——雷内•洛林

　　冲压发动机的问题之一就是在静止状态时是无法启动的，必须要获得一个启动速度才能点火。冲压发动机的精髓就在于“冲压”二字，进气速度越高进气口对气流的压缩率就越高，推力就越大。遗憾的是限于当时的技术条件，这位富于远见的发明家无法获得足够的启动速度使冲压发动机运转起来，没能证明其理论的可行性。

冲压发动机的工作原理

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　　1929年法国航空工程师雷内•勒杜克对冲压发动机着了迷。勒杜克在路易斯•布雷盖的飞机工厂开始了职业生涯，主要为布雷盖27项目工作。这位自学成才的工程师在职业生涯的早期就意识到了螺旋桨飞机在速度上的限制，并试图找到解决方案。一开始他设计了一种脉冲喷气发动机，通过一个阀门系统完成进气、燃烧、排气循环。1930年他为这种发动机申请了专利，比德国工程师保罗•施密特早了三个月。保罗•施密特在德国政府的帮助下发明了类似的发动机。其实早在十九世纪，法国人夏尔•德•卢夫里耶就提出了脉冲喷气发动机的概念。
　　但勒杜克还是觉得脉冲喷气发动机缺点太多，于是又设计了一种能以连续气流中完成进气、压缩、燃烧、排气的喷气发动机。1933年他申请了专利，并命名为“热力推进喷管”。实际上该发动机与雷内•洛林的冲压发动机如出一辙，也就是在此时他读到了雷内•洛林的文章，勒杜克试图联系洛林，却得知他已在几个月前去世的消息。

雷内•勒杜克在1934年绘制的冲压发动机飞机的草图，已经具有了后来勒杜克验证机的基本结构

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　　雷内•勒杜克的“热力推进喷管”引起了法国军方兴趣，1934年雷内•勒杜克获得了法国空军部的资助，设计并制造了一台直径仅30毫米的小型冲压发动机，这台原型机实际上就是一根带燃油喷嘴和燃烧室的金属圆管。1935年在风洞试验中原型机在300米/秒的风速下成功点火并产生了4千克的推力。在接下来的一年里雷内•勒杜克实现了原型机的稳定燃烧，1936年6月他在航空技术部门的官方代表面前进行了正式演示，当天这台噪音机器在代表们面前持续运行了三分钟，证明了冲压发动机的可行性。同年雷内•勒杜克与让•雷内•勒杜克合作，发表文章详细阐述了冲压发动机的原理。

法国航宇博物馆的勒杜克O.10-03与勒杜克O.22，注意勒杜克O.10-03（左）舷窗下方写上了雷内•洛林的名字，以纪念这位冲压发动机先驱

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勒杜克O.10/O.16
　　1937年5月26日空军部与勒杜克签署No.407/7号合同（最后一位数字代表合同于1937年签署），制造一台实用化的冲压发动机和一架与之配套的验证飞机，该机编号为勒杜克O.10。勒杜克当时还只是一个受雇于路易斯•布雷盖的小工程师，在布雷盖先生的帮助下他接受挑战，在布雷盖的维拉库布莱工厂开始制造法国的第一架喷气式飞机。

勒杜克O.10采用了前三点式起落架

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　　勒杜克O.10的机身采用奇特的双层壳体结构，外观就像是一枚飞行子弹。弹头就是包含座舱的进气锥，弹壳就是外部桶状机身，内外壳体间是冲压发动机的进气口与进气道，进气口与进气锥间有加强片连接以避免在高速飞行中产生颤振。该机为全金属半硬壳结构，悬臂式中单翼。机翼为双翼梁结构的平直梯形翼，带上反角，相对厚度10%，展弦比6.5，后缘安装有常规襟翼和副翼，机翼内部采用了先进的整体结构油箱，总载油量1000升。垂尾和悬臂式平尾前缘根部都有向前的延伸段，所有翼面都采用半圆形翼尖。勒杜克O.10采用后三点式起落架，略有外倾的主起落架向后收入翼根，固定滑撬在尾喷口下，降落前飞行员需要摇动手柄放下主起落架。

勒杜克O.10模型

飞行员从右上方圆形舱门进入勒杜克O.10

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　　该机的座舱设置在进气锥内，飞行员通过前机身右上方的圆形舱门进出。飞行员呈半卧姿坐在座椅上，座舱周围安装了一圈环形有机玻璃作为风挡，却又正好被进气口遮挡，为此勒杜克又在进气口侧壁和顶部开设了六个圆形舷窗以改善飞行员视界，但还是非常可怜。由于座舱被进气道整个包住，所以飞行员如何逃生成了难题。所以勒杜克设计了新颖的整体逃生舱，前机身在紧急情况下可以整体弹射分离，安装在座舱后部的降落伞随后打开，机头朝下缓缓降落。

勒杜克O.10结构图

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　勒杜克O.10的桶状机身就是冲压发动机，内部容纳着直径1.5米的冲压发动机燃烧室，环形燃烧室从内到外、从前向后被五个同心环分为3个燃烧室，整个燃烧室共有500个细小的燃油喷嘴，每个喷嘴后方还有一片小扰流叶片以实现航空煤油的最佳雾化。发动机的最大推力估计可达2000千克，在飞行中飞行员可以通过控制喷油嘴打开的数量来调节发动机推力。由于该机没有自行起飞的能力，所以雷内•勒杜克设计了SE-1600和SE-1910火箭助推轨道滑车，架设在滑车上的勒杜克O.10可在助推滑跑中达到冲压发动机的启动速度，点火后起飞。

勒杜克O.10的进气锥

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　　勒杜克O.10的模型在1938年的巴黎航展上公开露面，法国人夸下海口说该机的最大速度可达1000千米/时，最大高度30000米！
　　勒杜克O.10的进度很快，到1940年维拉库布莱工厂已经完成了机身的制造，同时也准备开始进行冲压发动机的地面测试。但德军的入侵打破了一切，布雷盖工厂被迫迁离巴黎，勒杜克的飞机也转移到自由区的图卢兹蒙图德兰工厂。德军已经掌握了勒杜克O.10的情报，随后接管了整个项目。德国人提出放弃助推滑车，改为Do 217驼载勒杜克O.10起飞，在达到启动速度后释放飞机，这样更加方便安全。但由于法国工程师和工人的消极怠工，再加上盟军轰炸了蒙图德兰工厂，勒杜克O.10严重受损，二战中德国人根本没有机会进行该机的试飞。
　　二战结束后雷内•勒杜克继续进行O.10项目，由于物资短缺，项目进展缓慢。雷内•勒杜克借鉴了德国人的方案，准备用运输机驼载的方式进行勒杜克O.10的试飞，为此专门改装了四架SE-161“朗格多克”四发运输机。他们在“朗格多克”的背部安装了三副三角支架，前两幅与勒杜克O.10的翼根固定点连接，后一副尾部支架有一根用于调节飞机迎角的液压支柱，与勒杜克O.10尾部固定点连接。当组合体达到启动速度后，勒杜克O.10开始点火，“朗格多克”随后进行浅俯冲，尾部支架的液压支柱缩短使勒杜克O.10仍保持一定的迎角，然后断开连接点双方脱离。

勒杜克O.10与“朗格多克”运输机组合体

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　　1946年第一架验证机勒杜克O.10-01终于完工，同年11月19日勒杜克O.10/“朗格多克”6号机组合体在布拉尼亚克机场进行了首飞。当时勒杜克O.10的试飞员是让•戈诺尔，运输机的飞行员是让•佩兰上校（他后来成为此类任务的专家）。首飞只持续了几分钟，坐在勒杜克O.10座舱中戈诺尔基本上无所事事。
　　成功进行了几次组合体试飞后，1947年10月21日勒杜克O.10脱离载机进行了首次无动力滑翔飞行，整个脱离过程非常顺利，证明了驼载方案的可靠性。但戈诺尔在着陆时冲出了跑道，导致起落架爆胎。政府专家试图暂停试飞以策安全，但被让•戈诺尔说服同意。随后试飞团队又进行了几次组合体和两次滑翔试飞，由于勒杜克O.10还没有安装冲压发动机的高速燃油泵和燃油流量监控系统，并且也没有现成的设备可以采购，所以雷内•勒杜克只能自行研制。从1948年初该机开始停止试飞等待设备的到位。
　　直到1949年4月21日勒杜克O.10才进行首次动力飞行，组合体从布拉尼亚克机场起飞爬升至4000米高度，当速度达到360千米/时后，让•戈诺尔启动了冲压发动机。让•佩兰驾驶“朗格多克”进行了一个浅俯冲，在3200米高度以430千米/时的速度释放了勒杜克O.10。冲压发动机以半推力状态持续运行了9分钟，使勒杜克O.10加速到680千米/时，并爬升至5400米。勒杜克O.10成为世界上首架只靠冲压发动机完成飞行的飞机，从而在航空史上占据了一席之地。
　　在这次成功的鼓舞下，勒杜克O.10开始进行发动机最大推力试飞。冲压发动机的最大推力2000千克，整机推重比达到0.71，使该机具有突出的爬升性能。让•戈诺尔发现在短短几分钟内，勒杜克O.10就能爬升到11000米高空，其40米/秒的爬升率是F-86战斗机的两倍。在另一次试飞中，戈诺尔在11000米加速至0.85马赫时遭遇音障，飞机突然自动上仰急爬升了600米，把戈诺尔惊出一身冷汗，这也是法国飞机首次遭遇音障。
　　雷内•勒杜克此时还在布雷盖公司担任兼职，为了更大的发展他辞去职务并创立了自己的公司。新生的勒杜克公司坐落在巴黎大区的阿让特伊，在此雷内•勒杜克制造另了第二架验证机勒杜克O.10-02。由于巴黎大区的气象条件对试飞非常不利，所以在1951年雷内•勒杜克把试飞工作转移到法国南部普罗旺斯地区的伊斯特尔空军基地，还在在伊斯特尔建造了一段冲压发动机的测试滑轨，人称“勒杜克铁道”。
　　勒杜克O.10-02加入后让•戈诺尔忙不过来了，于是飞行员伊凡•利托尔夫在工程师让•科里奥尔的指导下加入了试飞工作。随后法国试飞中心（CEV）也参加试飞，派出了试飞员让•萨拉伊。
　　在前两架验证机的基础上勒杜克设计了勒杜克O.16，与勒杜克O.10不同，该机在两侧翼尖各安装一台推力250千克的透博梅卡“玛波尔”I涡喷发动机，以试图改善降落性能。1951年2月1日勒杜克O.16进行了首次驼载试飞，2月8日进行了首次滑翔试飞，5月2日进行了首次动力试飞。1952年10月9日CEV还使用缴获的He 274作为载机，驼载勒杜克O.16进行了分离试飞。

勒杜克O.16在两侧翼尖各安装一台推力250千克的透博梅卡“玛波尔”I涡喷发动机