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司古的博客

思想的历程

 
 
 

日志

 
 

穿过飞旋的桨叶  

2008-05-04 10:00:22|  分类: 长铗陆离 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                                              司古

1914年第一次世界大战爆发时,飞机刚刚诞生11年。但是在充满硝烟的战场上,飞机已经却已经开始崭露头角:交战双方发现这种“能飞的机器”是侦察和炮兵校射的良好工具,于是乎飞机开始频频飞临敌方的阵地上空。在战场上空,交战双方的侦察机常常会不期而遇,这种时候,没有装备任何武器的侦察机飞行员常常会变得十分尴尬——为了表示敌意,他们甚至掏出手枪对射,当然,这几乎无法给对方造成任何伤害。渐渐的,为了对付盘旋在己方头顶的“嗡嗡”叫的东西,人们开始动用飞机进行驱逐,这就是后来战斗机的鼻祖——驱逐机。驱逐敌人自然需要武器,因此人们开始谋求在飞机上安装武器。

一战中机枪已经开始大量使用,这种能够高速连续发射弹丸的武器是理想的航空武器,如果能够把机枪装上飞机,对敌人将是可怕的威胁。可是一旦开始尝试,人们发现,机枪首先威胁的不是敌人的飞机,而是自己的飞机。要知道,早期的飞机都采用螺旋桨作为动力,那么对于那些机头上装有螺旋桨的飞机,机枪的子弹怎能穿过高速旋转的桨叶?一旦子弹击中飞旋的叶片,轻则损坏飞机,重则可能反弹回来击伤飞行人员。高速旋转的螺旋桨,似乎是子弹无法逾越的屏障。

其实早在一战爆发前,瑞士人和法国人都曾进行过相关研究并申请了专利,但是并未在真正的飞机上进行采用,其根本原因在于这些设计缺乏足够的可靠性。这些早期的设计曾经试图通过某种联动机构让机枪在螺旋桨转到枪口位置时停止射击,但是这对于高速射击的机枪而言不易实现,可靠性比较差,子弹还是会撞到高速运动的桨叶。

为了解决这个问题,有些飞机把螺旋桨设置在飞机的后部,构成推进式的布局。这样朝前发射的机枪就和螺旋桨“相安无事”了。这些飞机通常前后有两个座位,驾驶员在后座,观察员兼射击手在前座,一般配备一至两挺机枪。但是这种推进式布局的飞机,虽然便于安装武器和进行射击,但机动性差,往往对付不了较为灵活的拉进式侦察机。于是,人们也开始在普通的拉进式飞机上安装机枪,有的是将机枪装在飞机的后部,朝向后方;而有些则是将机枪装在双翼机的机翼上方,越过螺旋桨的旋转面。这两种方法都带来了不少的问题,后部装有机枪的两军飞机交战时,都是各自将机尾朝向敌人,这种姿态十分有趣,对于飞行员而言十分难以控制,而且机枪必须由专人操作;而那种将机枪高高装在机翼上方的飞机,在战斗时需要射手站在座位上操作,大半个身子都要暴露在敞开式座舱的外面,如同是在表演惊险的杂技,即使射手可以通过一些操纵装置在座舱中进行射击,但是由于机枪位置和瞄准线距离过大,对射击精度影响较大。

                  

           一战爆发时飞机才刚刚诞生不久,图为战前奥立弗·莱特在进行飞行表演,1908年9月9日

                   

      一战德国罗兰德CIIA侦察机,由于当时机枪无法穿过螺旋桨射击,德国人将机枪装在飞机后座上

                  

                              英国DH 2战斗机采用推进式布局,螺旋桨装在飞机后部,这样机枪

                              就可以正常向前射击,不必担心击中螺旋桨

如何能够让机枪既能朝前射击,又能避免子弹击中螺旋桨呢?为了让螺旋桨无法受到子弹的伤害,瑞士人开始在螺旋桨上包裹装甲,但是这种做法仍然比较危险。1914年12月,法国飞行员罗兰德·加洛斯(Roland Garros)看到了瑞士人的设计,他的机械师尤利斯·休伊(Jules Hue)在此基础上进行了改进,在包裹有装甲的螺旋桨桨叶上加装了钢制的楔形导板,在子弹击中桨叶时,导板可以使子弹偏转方向,不至于损坏桨叶。1915年3月,加洛斯开始在自己的莫拉纳·索尔尼埃(Morane-Saulnier)L型飞机上安装这种装置,这样飞机上那挺8毫米霍奇基斯机枪就可以“大胆”的装在机头上朝前射击了。1915年4月1日,加洛斯驾驶着装有这种“特殊装置”的莫拉纳·索尔尼埃L型飞机成功击落了一架德国“信天翁”侦察机,此后他的战果很快上升到3个,成为历史上第一位空中王牌。

                     

                     为了防止子弹击中螺旋桨,英国SE.5战斗机将机枪装在机翼上方,高出螺旋桨的

                     旋转面,但是使用起来并不方便

                     

                                                           装在机翼上方的机枪示意图

                                    

                                                      法国人在螺旋桨上安装的导板示意图

法国人的设计最初曾让德国人摸不着头脑,他们无法想象法国人如何让子弹穿过高速旋转的桨叶。时隔不久,机会来了——1915年4月18日,加洛斯不幸因飞机被地面火力击中而迫降在德国占领区。他跳出飞机准备一把火烧掉这架装有新发明的飞机,但是德国人的动作比他还快,抢在他前面俘获了这架飞机,当然,也包括他本人。随后飞机上的螺旋桨和机枪被立即送往柏林进行检查。在进行过详细的分析后,德国人发现,虽然法国人的设计比较实用,但还是具有相当的危险性,毕竟子弹和桨叶发生的是“硬碰硬”的撞击。而且,尽管这种导板能够挡开命中螺旋桨的子弹,但是却严重的影响了螺旋桨的性能。

                     

                                               最先装备导板的法国莫拉纳·索尔尼埃L型飞机

但是法国人的方法仍然给了德国人不小的启示——如果能够让螺旋桨和机枪实现联动,即当螺旋桨旋转到特定位置时机枪才能够击发,那么子弹不就能够从桨叶的间隙中“见缝插针”的飞出了么?这样的话,问题不就解决了!这一设想来自为德国工作的荷兰著名飞机设计师安东尼·福克(Anthony Fokker),根据这一构想,福克设计出一种新型的机枪射击同步协调器。这种协调器的结构并不复杂,但却十分巧妙:首先,射击前驾驶员需要向下拉动绿色手柄,将红色的凸轮随动杆放下同凸轮发生接触,而凸轮则是和螺旋桨的旋转轴保持同步联动。当凸轮凸起的部分抬起随动杆时,随动杆会驱动蓝色顶杆压缩弹簧,如果,此时按下射击按钮,顶杆前方的扳机触发机构便会接触黄色的扳机。需要说明的是,凸轮每次抬起随动杆时,螺旋桨都刚好错开枪管,这样子弹便会从飞旋的螺旋桨空隙中“夺路而出”。在福克的射击协调器上,拉下绿色手柄让机枪和螺旋桨发生联动是武器发射的必要条件,相当于是解除了机枪的保险,此时只要按下射击按钮,机枪就会和螺旋桨保持同步射击,即只要螺旋桨没有挡住枪口,机枪就会喷出火舌。不要忘记,螺旋桨的旋转速度极高,因此平常是无法感觉到射击中的短暂停顿的。

                                    

                                                                      安东尼·福克

                    

                                                       最先装备射击协调器的福克Dr I战斗机

                        

                                                      福克设计的射击协调器工作示意图

实用可靠的射击协调器的发明让德国人一时间拥有了极大的火力优势,装有射击协调器的德国福克系列飞机成了西线天空的霸主。大量同盟国飞机陨落在福克的枪口下,这一时期被同盟国飞行员称为“福克灾难”。德国人对这种新发明采取了极为严格的保密措施,要求不得冒险在敌人空域进行战斗,以防飞机被敌机迫降,从而暴露技术秘密。但战局的发展也促使同盟国一方在加紧对机枪射击协调技术进行研究。到1916年同盟国终于开发出自己的机枪射击协调器,当然,这一技术从本质上和福克的设计相同,也是利用凸轮将机枪和螺旋桨进行联动射击。

英国人对于射击协调器进行了重大改进,由于原来的射击协调器中的机械部件非常容易磨损,因此英国人开始采用罗马尼亚工程师乔治·康斯坦丁尼斯库(George Constantinesco)设计的CC协调机构。这一机构采用液压脉冲来代替机械传动部件,但仍然是依靠凸轮来进行驱动。这种CC协调机构一直使用到第二次世界大战,最后一种装备该机构的英国战斗机是格罗斯特公司的“斗士”战斗机。

                  

                          为了提高火力,德国人在飞机上并列安装两挺装有射击协调器的机枪

射击协调器使得子弹能够安全的穿过旋翼,但是也带来了一些问题,它降低了机枪的射击速率。作战中飞行员能够完全瞄准目标的时间很短,因此密集的火力对于击落敌机十分重要。由于螺旋桨转速限制了机枪发射速度,因此人们只能安装更多的机枪。德国人就在福克E.IV战斗机上并列安装两挺机枪以加强火力。

后来喷气飞机的出现使得飞机不必再以嗡嗡作响的螺旋桨作为动力,这样机枪也就不再需要穿越螺旋桨。而瞄准技术的发展使得机枪也不再需要一定安装在飞行员的正前方。飞机可以在两翼上安装多挺机枪或机炮,并使其弹道在特定的距离上交汇。

机枪射击协调器是空战史上最为重要的发明之一,这种协调器一直使用到朝鲜战争时期。朝鲜战争中,中国人民志愿军和朝鲜人民军使用的拉-11和雅克-9螺旋桨战斗机可能是最后参加实战的装有射击协调器的战斗机。战争刺激了科技的发展,而到了和平时期,这些成果又反过来改善了人们的生活,如果说战争还有那么一点儿好处的话,那就是这些吧。

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