2.1 冯·布劳恩的垂直起飞(VOT)截击机项目

阿拉多Ar E.381/Ⅰ火箭动力寄生截击机

以重型轰炸机为主要作战对象的防空截击作战,防守一方使用的装备必须具有高平飞速度、高爬升率、重火力的特点,同时作为高消耗装备,还必须操作简便、制造成本低廉。在一般的战斗机项目中,通常要求的一些指标,如续航力与高机动性等,在截击作战中基本不做过多考虑。从1943年起,德国空军的技术规划中,就出现了一些此类风格的应急设计:大多以火箭发动机为动力,基本不使用稀缺的战备物资,甚至可以看成是一次性装备……

阿拉多Ar E.381/Ⅰ火箭动力寄生截击机

冯·布劳恩垂直起飞(VOT)火箭截击机发射场景(方案二)

1936年初,冯·布劳恩试图为一架普通飞机改装火箭发动机。很快,他就通过一架亨克尔He 112得到了试验的机会。在经过一系列的失败后,1937年春季,德国空军飞行员埃里希·瓦尔西茨先是用传统的活塞式发动机将他那架经冯·布劳恩改装后的He 112V5飞到了800米高度,然后关闭了活塞式发动机的运转并随即点燃了机尾的液体火箭发动机,从而使这架与Bf-109竞争的失败者,意外地作为航空史上第一架完全依靠液体火箭发动机(酒精+液氧)提供动力的飞机而幸运地载入了史册。此后,这架He 112V5作为火箭技术试验机继续担负试飞任务,为冯·布劳恩的研究提供了大量宝贵数据。在这些第一手试验资料的基础上,冯·布劳恩于1939年7月6日向RLM提交了一份有关发展火箭动力垂直起飞(VOT)截击机的可行性报告并附上了自己的详细方案。

各种涂装的Ar E.381/Ⅰ

He 112V3火箭动力试验机(无线电呼号D-IDMO,该机毁于一次地面火箭发动机爆炸事故)

He 112V5火箭动力试验机(照片拍摄于1939年4月)

He 112V5火箭动力试验机动力结构示意图(驾驶舱前后的圆形容器分别为酒精箱/液氧箱)

在冯·布劳恩的设想中,他的火箭飞机将具有一个简洁的常规外形——雪茄状的平滑机身+翼展不大的平直梯形翼+十字形尾翼。唯一的一台火箭发动机被安装于机身尾部,一如曾在He 112V5上实现的那般,所不同的是,这架专门设计的火箭飞机取消了机头的活塞式发动机与螺旋桨。所有的燃料都储存在机身内部紧挨驾驶舱后面的几个巨大的容器内(燃料主要为液氧+酒精),至于那个狭小的驾驶舱本身则是加压的,这在1940年初绝对是一项超前的先进技术。总之,这样的设计首先令人联想到一枚被插上了翅膀的火箭而不是一架飞机,让人们感到惊叹的是,冯·布劳恩的这一设计与后来首次突破音障的贝尔X-1相似处颇多。

冯·布劳恩垂直起飞(VOT)火箭截击机(方案一)

当然,相对于冯·布劳恩火箭截击机的外形,人们最感兴趣的还是其起降方式。作为火箭技术的专家,冯·布劳恩为自己的飞机选择了一种独特的起飞方式——飞机将被成排地储存于经特殊设计的发射基地中,这些基地实际上是一种装有活动式发射架的建筑,一排排的双框式两轨发射架被以遥控方式操纵,而挂在这些发射架上的截击机则以与火箭并无二致的方式被垂直发射出去,总之那种情景十分类似于活鸡加工厂的流水线。需要指出的是,冯·布劳恩对火箭截击机的设想及这种原创性十足的起飞方式对后来德国工程师的启发意义极为深刻,这一点我们将在后面相当多的类似项目中得到体会。至于该机升空后的作战方式则更加令人叹为观止:在飞机发射升空的几分钟内,直到主燃料箱的燃料消耗殆尽,飞机将在地面雷达的引导下,以无线电遥控指令的方式向目标飞去,随后飞行员要打开一个辅助燃料箱重新点燃发动机,并接管飞机的控制权,以操纵飞机对目标进行一次坚决有力的致命攻击。当攻击完成后,飞机将在无动力的情况下滑翔回己方机场,并使用机腹的滑橇以常规方式降落在跑道上。按冯·布劳恩为该机设计的作战方式,整个过程不会超过15分钟(从起飞到战斗再到降落)。虽然以今天的目光看来,冯·布劳恩的火箭截击机方案无非就是一种有人驾驶的防空导弹,但在1940年初,这样超前的想法显然还是吓坏了RLM的军官们,在“概念过于天方夜谭”“燃料的制造与储存过于烦琐而昂贵”“发射基地的建造工程巨大且易受攻击”等一大堆的理由下,最终推托掉了冯·布劳恩大胆而疯狂的建议。

冯·布劳恩垂直起飞(VOT)火箭截击机侧视图(方案二)

冯·布劳恩垂直起飞(VOT)火箭截击机(方案二)动力结构示意图(酒精/液氧箱分别由红、蓝两种颜色标注)。冯·布劳恩的这张结构图为我们展示了液体火箭发动机飞机的基本结构:氧化剂和燃烧剂必须储存在不同的储箱中,推进剂通过喷注器注入燃烧室,经雾化、蒸发、混合和燃烧等过程生成燃烧物质,以高速(2500~5000米/秒)从喷管中冲出而产生推力

因为只有按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂,才能调节应用火箭发动机的推力,所以需要一个推进剂供应系统来完成这个功能,即对发动机的工作程序和工作参数进行调节和控制。按输送方式的不同,有挤压式(气压式)和泵压式两类供应系统。挤压式供应系统是利用高压气体经减压器减压后(氧化剂、燃烧剂的流量是靠减压器调定的压力控制)进入氧化剂、燃烧剂储存箱,将其分别挤压到燃烧室中。挤压式供应系统只用于小推力发动机。大推力发动机则用泵压式供应系统,这种系统是用液压泵输送推进剂。在冯·布劳恩垂直起飞(VOT)火箭截击机方案中,我们看到这个系统位于红色的燃烧剂箱与喇叭状燃烧室之间,从资料分析中看出,应该属于泵压式供应系统。值得注意的是,其尾喷口似乎设计有类似于X-31的燃气矢量调整片。虽然经历了初次的挫折,但固执的冯·布劳恩并没有放弃自己的设想,很快他又拿出了火箭截击机的第二个版本。与原来的设计相比,这个版本并没有实质性的改进,最显著的变化在于工程浩大的发射基地被机动灵活的卡车式垂直发射架取代,至于机体本身则除了外形变得更加圆滑、机翼改为下单翼方式布局,及驾驶舱风挡面积被加大,以使飞行员获得更佳的视野外,两个版本就几乎完全一致了。很显然,对于这种旧瓶装新酒的方案,德国空军除了继续受到“惊吓”外,根本就不可能再有其他的反应了,所以冯·布劳恩的雄心壮志再一次被浇了凉水,从此专心致志地研究火箭去了……

方案一的起飞方式(上)和方案二的起飞方式(下)(我们可以很直观地对比出这两种方案在起飞方式上的差异,虽然两者并无本质区别,均采用双杠式发射架垂直发射升空,但显然方案一的基地规模要“壮观”很多)

冯·布劳恩垂直起飞(VOT)火箭截击机基地及作战场景(方案一)

冯·布劳恩垂直起飞(VOT)火箭截击机(方案一)三视图及主要数据:

冯·布劳恩垂直起飞(VOT)火箭截击机(方案二)三视图及主要数据: