獻(xiàn)給Ju-287的設(shè)計(jì)者漢斯·沃克

Ju-287，世界上第一種前掠翼重型轟炸機(jī)，不僅在容克的飛機(jī)設(shè)計(jì)歷史上占有極其重要的地位，它的研制成功，在世界航空史上創(chuàng)造了一個(gè)新的潮流：前掠翼戰(zhàn)機(jī)。而它的許多設(shè)計(jì)理念更是獨(dú)一無(wú)二。如今當(dāng)我們關(guān)注S-37的發(fā)展的時(shí)候，希望我們還記得這個(gè)名字：Ju-287。

一、 研制階段

設(shè)計(jì)理念

容克 Ju-287的產(chǎn)生完全是由于被動(dòng)的原因。1943年一月開(kāi)始，美英開(kāi)始聯(lián)合對(duì)德國(guó)本土進(jìn)行轟炸。當(dāng)時(shí)只有很少的轟炸機(jī)連隊(duì)有遠(yuǎn)程戰(zhàn)斗機(jī)護(hù)航。到了1943年中期P-51及加裝副油箱的P-47大規(guī)模為轟炸機(jī)護(hù)航，德國(guó)空軍為攔截轟炸機(jī)疲于奔命，戰(zhàn)斗機(jī)損失率驟然大增。當(dāng)時(shí)有將近80%的德國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)在西線和本土，卻抵擋不住美英的“千機(jī)大轟炸”。德軍制空權(quán)頓時(shí)喪失大半。

東線的情況也是如此。1943年下半年庫(kù)爾斯克戰(zhàn)役結(jié)束后，德國(guó)空軍喪失了在東線的戰(zhàn)略制空權(quán)，且只有20%的德戰(zhàn)機(jī)留在東線，Bf110、Ju88以及Do217等重要的轟炸機(jī)撤離東線，加上蘇聯(lián)空軍大量裝備La-5和Yak-9，使得對(duì)蘇聯(lián)境內(nèi)的轟炸變得極為困難。戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)行到這時(shí)，再也看不到德國(guó)空軍He111機(jī)群的威風(fēng)了。

希特勒狂想的腦袋開(kāi)始琢磨著對(duì)英國(guó)及盟軍據(jù)點(diǎn)的打擊新方法。在諾曼底登陸后的第六天，V1和V2相繼發(fā)射成功對(duì)英國(guó)及安特衛(wèi)普實(shí)施導(dǎo)彈攻擊。但由于當(dāng)時(shí)的制導(dǎo)技術(shù)落后，偏航現(xiàn)象嚴(yán)重。希特勒要求研制一種“能超越盟軍任何一種戰(zhàn)斗機(jī)”的轟炸機(jī)，Ju-287由此誕生。

a 前掠翼設(shè)計(jì)
前掠翼設(shè)計(jì)不管是當(dāng)時(shí)還是現(xiàn)在看來(lái)都是一個(gè)大膽且風(fēng)險(xiǎn)性極大的設(shè)計(jì)，所以只在少數(shù)的高空高速戰(zhàn)斗機(jī)上使用。大家熟悉的俄羅斯S-37以及美國(guó)格魯門(mén)公司研制的X-29驗(yàn)證機(jī)就是采用前掠翼設(shè)計(jì)的為數(shù)極少的成功例子。而F-16在研制時(shí)也提出了一個(gè)前掠翼方案，甚至在Ju-287研制的同時(shí)，亨克爾公司也為國(guó)民戰(zhàn)斗機(jī)計(jì)劃（Volksjaeger）設(shè)計(jì)了一種前掠翼He-162，即He-162D型，但這兩個(gè)計(jì)劃后來(lái)都不見(jiàn)下文。

上圖：X-29驗(yàn)證機(jī)；F-16前掠翼型；S-37金雕（從左至右）


He-162型

Ju-287在最初設(shè)計(jì)時(shí)采用的是后掠翼設(shè)計(jì)，但由于后掠翼設(shè)計(jì)使得飛機(jī)在低速時(shí)穩(wěn)定性較差，這樣必然影響轟炸機(jī)的投彈精度。不僅如此，后掠翼的種種問(wèn)題都使得漢斯?沃克小組放棄了這個(gè)決定這個(gè)問(wèn)題就是速度。飛機(jī)在飛行過(guò)程中，當(dāng)垂直于機(jī)翼前緣的氣流速度接近音速時(shí)，機(jī)翼上表面局部氣流將超過(guò)音速，而出現(xiàn)激波。有激波就會(huì)有波阻，同時(shí)會(huì)引起激波后面的氣流分離，使飛機(jī)的阻力急劇增加，且變得難以駕馭，就象出現(xiàn)了一道無(wú)形的障礙，即所謂“音障”。對(duì)于平直翼飛機(jī)來(lái)說(shuō)，垂直于機(jī)翼前線的氣流速度等于來(lái)流速度（或飛行速度），飛機(jī) 的飛行速度接近音速時(shí)肯定產(chǎn)生微波， 使飛機(jī)阻力劇增，而無(wú)法突破這一障礙。后來(lái)出現(xiàn)了后掠翼，加上噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)世和成功應(yīng)用，才使飛機(jī)突破“音障”實(shí)現(xiàn)超音速飛行。這是因?yàn)橛绊憴C(jī)翼產(chǎn)生升力和導(dǎo)致出現(xiàn)局部激波的，主要是垂直于機(jī)翼前緣的氣流速度。按照速度向量的分解法則，對(duì)于后掠翼來(lái)說(shuō)，來(lái)流速度（或飛行速度）可分解為垂直機(jī)于翼前綠的速度分設(shè)（vcosX，簡(jiǎn)稱垂直速度）和平行于機(jī)翼前線的速度分量（vsinX，簡(jiǎn) 稱平行速度）。垂直速度明顯小于來(lái)流速度，所以后掠翼可以推遲激波的產(chǎn)生，只有在飛行速度更大時(shí)才會(huì)出現(xiàn)微波。此外，即使出現(xiàn)激波．后掠翼還有減弱微波強(qiáng) 度和降低波阻的作用。因此，現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)、攻擊機(jī)和高亞音速旅客機(jī)都廣泛采用后掠翼。后掠翼的最大缺點(diǎn)是由于平行速度的影響，使流經(jīng)機(jī)翼的氣流往外傾斜，產(chǎn) 生從里往外的展向流，使得機(jī)另外側(cè)特別是翼尖后緣附近的附面層加厚，容易出現(xiàn)氣流分離。而這里正好是飛機(jī)的重要操縱面副翼的所在位置，因而它將影響副翼的 操縱效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使飛機(jī)自動(dòng)滾轉(zhuǎn)和上仰，及至危及飛行安全。為了克服后掠翼的這一缺點(diǎn)，常采用翼刀、機(jī)翼前線鋸齒和缺口等措施采進(jìn)行補(bǔ)救。

對(duì)于前掠翼來(lái)說(shuō)，流速度也可以分解為垂直和平行兩個(gè)速度分量，其垂直速度分量必然小于來(lái)流速度，因此前掠翼與后掠翼一樣也有延緩激波產(chǎn)生．減弱微波強(qiáng)度和降低波阻的作用6）但 是，前掠翼酌平行速度分量，不是從里往外，而是從翼尖流向翼根方向，因此前掠另飛機(jī)在大迎角時(shí)氣流在翼尖甚至是大部分外翼段都不容易分離失速．這對(duì)于改善 飛機(jī)的升力特性，提高副翼的操縱效率都是大有好處的。當(dāng)然，由于從外往里的展向流的作用，使前掠翼的翼根處容易分離失速，對(duì)此只要在前面安裝一對(duì)鴨式前翼 就很容易使這一問(wèn)題得到解決。因?yàn)?，在較大迎角飛行時(shí)鴨式前舅會(huì)向后拖出兩個(gè)翼尖渦，正好流經(jīng)兩側(cè)的翼根處，它可以將即將分離或已經(jīng)分離的翼根表面的氣流 帶走，使翼根的流動(dòng)狀態(tài)得到改善。前掠翼的問(wèn)題不在于此，主要在結(jié)構(gòu)上因要求過(guò)高而難以解決。由于機(jī)翼前掠后，結(jié)構(gòu)形式上，本身就使機(jī)翼的抗彎扭能力減 弱，加上在氣動(dòng)力的作用下，使外翼向前上方彎扭，迎角增大;迎角增大后，升力增大，又使外翼向上扭轉(zhuǎn)得更厲害;如此惡性循環(huán)，直到使機(jī)翼扭轉(zhuǎn)折斷。這種現(xiàn)象就稱為氣動(dòng)彈性發(fā)散。為了防止這種情況的出現(xiàn)，需要增加機(jī)翼的抗彎扭剛度，這樣一來(lái)就會(huì)導(dǎo)致機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量的增加，以致完全抵消了采用前掠翼所帶來(lái)的好處。而漢斯·沃克小組通過(guò)對(duì)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)和彈性變形方面作了成功的改進(jìn)，使得飛機(jī)的靜穩(wěn)定性大大提高，很大程度上改善了上述的問(wèn)題。

b 4-6臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)分布

Ju-287V1型采用4臺(tái)Jumo 004m型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)平行安裝，兩臺(tái)布置于前機(jī)身兩側(cè)，另兩臺(tái)置于翼下，到后期V2及V3型則又增加了兩臺(tái)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，V2型前氣原本計(jì)劃使用4臺(tái)Heinkel-Hirth 011A型發(fā)動(dòng)機(jī)，后改用6臺(tái)BMW 003A-1型全部置于兩側(cè)翼下，而V3型又改為前機(jī)身下掛兩臺(tái)，兩側(cè)翼下各掛兩臺(tái)。

加力式噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)

Ju-287的發(fā)動(dòng)機(jī)布局非常的少見(jiàn)而又給飛行帶來(lái)了極大的好處。4-6臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)分布保證了飛行速度，前機(jī)身的兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)工作減輕了機(jī)翼掛載噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的壓力，而前掠翼設(shè)計(jì)減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)噴口處高速氣流對(duì)其他發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，這樣做不僅提高了每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，更重要的使得飛機(jī)穩(wěn)定性有了提高。而實(shí)際上效果也極佳，Ju-287在5000米高度的最大速度達(dá)到864千米/小時(shí)，跟Me-262A-1a型不相上下，比P51-D高出了161千米/小時(shí)；爬升率也達(dá)到6000米/10分鐘。

二、原型機(jī)階段

在Ju-287V1定型之前，設(shè)計(jì)小組提出了諸多的設(shè)計(jì)方案，這些方案不僅有前掠翼機(jī)后掠翼設(shè)計(jì)，甚至在發(fā)動(dòng)機(jī)的布局方面也是五花八門(mén)，包括以下各種設(shè)計(jì)方案：

EF55：前掠翼設(shè)計(jì)，無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)，為前掠翼研究機(jī)；
EF56：傳統(tǒng)的后掠翼設(shè)計(jì)，未設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)，后掠翼研究機(jī)；
EF57：V型翼，未設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)；
EF58：前掠翼設(shè)計(jì)，翼尖為橢圓形，發(fā)動(dòng)機(jī)掛在翼下；
EF59：機(jī)身略同于EF58，前機(jī)身加掛兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)；
EF66：前掠翼角增大，翼下掛兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)；#