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原标题:“狂热甲虫”,德国血统的法国斯奈克玛C450“环翼”垂直起降飞机
对于任何飞机研制企业来说,环翼垂直起降飞机都是一种具有极大风险的未知领域,更别说是航空发动机公司了。不出所料,法国发动机制造商斯奈克玛研发的C450 “甲虫”(Coléoptère)是一次性的,它发展生涯因一次严重事故而中断,但其原因数十年来依然是个谜。
斯奈克玛C450“甲虫”,1959年7月从法国默伦-维拉罗什基地起飞时的彩色照片
赫尔穆特·冯·兹博罗夫斯基是一个想象力十分丰富的人,在第二次世界大战期间,他是德国巴伐利亚机械厂(BMW,宝马公司)火箭推进部门的负责人。战争刚刚结束以后,他就提出了将飞行器的推进系统与一个环形机翼耦合的设想。兹博罗夫斯基的老同事赫尔曼·奥斯特里奇,曾是BMW公司涡轮喷气发动机研发部门的主管,战后成为法国国营飞机发动机研究制造集团(SNECMA,斯奈克玛公司)下属一个研究小组的负责人,并且负责为法国招募来自德国的航空工程师和科学家。为此,两人安排了一次会晤,兹博罗夫斯基在会面时向他“推销”了环形翼的概念,并成功说服奥斯特里奇聘请他为研究小组顾问。
赫尔穆特·冯·兹博罗夫斯基和她的妻子伊索尔德,他们正在研究基于C450概念的Bruche攻击机蓝图
冯·兹博罗夫斯基认为环形翼设计比普通机翼更轻盈、更坚固,就像像甲虫的鞘翅一样形成一种坚硬的外壳。此外,兹博罗夫斯基似乎对甲虫类情有独钟,其所有飞机和火箭设计,都被赋予了与甲虫相关的绰号。
法国斯奈克玛公司希望在冯·兹博罗夫斯基概念的基础上,开发一种速度2马赫的垂直起降(VTOL)战斗机。他们感觉能够设计出一架完整的飞机,因为根据环形翼设计,发动机舱就是机身。斯奈克玛开始规划AP503项目(Avant-Projet 503),计划将飞机环形翼的内部用作冲压发动机的燃烧室,如此整架飞机的研发内容并不会超过斯奈克玛专业范畴很多。然而斯奈克玛属于国有公司,法国空军部并不认同他们的观点而拒绝提供财政支持。法国政府和军方认为斯奈克玛作为一家专业的航空发动机制造商,应该继续设计和制造发动机产品,而不是荒度时间和资金在整架飞机上。
由于缺乏财政支持,斯奈克玛公司决定采取谨慎的办法开展研究,计划先建造一架没有冲压发动机的C450(cellule 450)亚音速技术演示机,并且于1955年建造了两具名为Atar Volants(阿塔飞行器)的飞行试验平台(代号C400 P1/P2),以进行早期相关测试。总体来说,C450环形翼飞机的机身由座舱和Atar E-5-V涡轮喷气发动机组成,直径约3米的环形机翼通过四个流线型支架连接到机身上,机翼围绕在圆形“框架”上而非传统的翼梁。机翼上安装四个控制舵面(即小翼),以及一套由梅西耶公司专门设计的带有四个脚轮的起落架。
C450“甲虫”飞机由梅西耶公司设计的起落架,该公司目前为世界上首屈一指的飞机起落架巨头
阿塔E-5-V发动机可以产生3700公斤(8157磅)推力,并通过移除除冰设备等多余附件简化结构。C450设置了两套不一样的控制机构,包括“环形机翼外的四个三角形空气动力面,用于高速飞行时的控制;阿塔发动机喷管内的又安装一组特殊叶片,用于低速时的控制。这些叶片由后来因气垫船开发而出名的让·贝尔丁设计,目的是让发动机的产生推力偏转,从而使飞行员控制飞机。
飞机机身空重2100公斤(4630磅),在机翼前部的四个燃料箱中可以容纳700公斤煤油。设计师格哈德·里希特在1959年写道:“燃料箱与机翼是一体的,这导致我们我们最终选择了翼舷长度的6%作为翼型厚度。这些燃料箱对机翼的设计有非常大的影响,因为它们需要在重心方面保持对称。”当然,并不是所有人都相信环形机翼能起作用,公司设计部主任拉乌尔·杜梅兹就是这里面之一,他在2006年接受媒体采访时进一步阐述了这一观点:“当时斯奈克马的很多人包括我在内,都对环形翼心存疑虑。所以,我们用模型在风洞中进行严格测试。升力一开始不大,只是够用,但当我们(模拟)启动冲压发动机时,获得了惊人的爬升速度。”
在研究过程中,如何确保飞机发动机在垂直降落过程中获得足够的空气,一直是人们关注的重点,为此斯奈克玛进行了许多全面的试验。在使用C400 P3平台做测试后,设计师格哈德·里希特和皮埃尔·罗斯特重新设计了进气道,并增加了一组进气缝。此外,在起飞和降落时,机头内可伸缩的鸭翼面能够调节、稳定气流。
为了方便在地面上转运飞机,斯奈克玛公司设计团队的格哈德·埃格斯和埃里克·哈伯科恩设计了一种运输/起竖拖车,并由Armor Aéronautique公司负责制造。1958年4月,使用该拖车将C450从位于巴黎的北方飞机公司原型机制造工厂,转运到斯奈克玛的默伦-维拉罗什试验基地,该试验基地由法国军事飞行试验中心运营。当月。斯奈克玛公司与法国航空部和西德达成协议,两国政府同意为C450原型的逐步发展共同提供资金。
1958年4月下旬的一个深夜,一支神秘车队载着新造的C450机身从北方飞机公司出发,前往默伦-维拉罗什基地
C450“甲虫”团队的另一位成员,米歇尔·博宁后来回忆说:“北方飞机公司向咱们提供了一个空心壳体,我们还需要对其进行一年的装配工作。所有的装配工作和配件都是由斯奈克玛公司独立完成的,特别是在所有飞行阶段都需要的止回阀和燃油管路。”但是,来自北方飞机公司的洛楚先生在回忆录里写到:“我们设计了‘甲虫’飞机的操纵杆,无论飞机的姿态如何,都可以轻松操纵”。事实上,C450“甲虫”是世界上最早一批使用操纵杆来控制的飞机。在C450的驾驶舱内,飞行员坐在倾转座椅上,根据飞机姿态的不同,座椅可以最多前倾45°或后倾10°。当然这种座椅像飞机的其他细节问题一样,在斯奈克玛设计团队内部引起了广泛讨论,法国设计师认非常推崇这种设计,而德国人则认为这只是白白增加重量和结构复杂性的无用方案,他们更希望采用简单的半仰卧座椅。
1958年7月11日,尚未试飞的C450“甲虫”在法国默伦-维拉罗什基地与其他原型机一起展出,为了庆祝本月初被任命为法兰西第四共和国总理的夏尔·戴·高乐再度执政。由于完成飞机装配和改进设计还需要一些时间,C450在1959年4月14日在一个为“阿塔飞行器试验平台”建造的倒V型台架下开始测试,总共进行了44次有限飞行,共计两小时27分33秒。
1959年4月28日为了给“甲虫”第一次自由飞行做准备,项目组举行了一次会议。来自设计团队的代表、测试组组长冈瑟·恩斯特,飞行员奥古斯特·莫雷尔都出席了会议。莫雷尔从遥控的Atar Volant C400 P1开始,负责整个项目的飞行事宜。尽管所需的涡喷发动机还没安装,但这架飞机已经被认为具备飞行条件。团队准备了两台阿塔(Atar)发动机,编号分别为04-024和04-031,但04-031的发动机进行了修理作业,在使用前还有必要进行相关测试。此外,无论是飞机座舱盖,还是三角形的空气动力面(小翼)控制器也都没安装。飞机前端安装了一根长长的吊杆,支撑着各种传感器,很多人对如此条件下的飞机进行飞行测试表示了担忧。恶劣的天气情况迫使首次自由飞行的时间被推迟到5月5日,吊杆也使专用的天气保护设施无法安装。最后,他们使用一块油布蒙在驾驶舱上,使飞行测试得以继续。
C450的两次飞行测试,仅是对“阿塔飞行器试验平台”所做工作的重复:飞机垂直起飞爬升到50-60米高度,接着进行一些横向操作,使机身保持接近垂直状态。冈瑟·恩斯特禁止飞行员操作C450的倾斜角超过15°。这两次测试的目的是评估绘制发动机转速变化图,并测试“甲虫”的操控能力。一架直升机在空中盘旋,以帮他们对比检查飞行高度。飞行员奥古斯特·莫雷尔对测试结果并不满意,他在报告中表示:“如果我在驾驶舱中的视角是正确的,那么飞机仪表显示就就是错误的,高度计的误差大约有200英尺,垂直速度指示器的读数则完全对不上号。这导致了飞行控制的不精确性,特别是在进近和飞行的过程中。”
随后C450返回台进行更多的测试,以决定未来在安装可闭合舱盖的情况下进行飞行的进度。原计划在1959年巴黎航展上展示C450,但该计划遭到项目团队的反对,他们称这架飞机迄今只进行了两次自由飞行,每次飞行时间不到10分钟,飞行员的操作还不够熟练,无法胜任在公共场合驾驶C450的工作。
正式自由飞行验收于1959年6月20日开始做,莫雷尔驾驶飞机起飞,爬升到预定的50米高度并在那里盘旋了一段时间,然后返回了着陆点。“甲虫”团队和官方代表喝了几杯放在水泥地上的香槟以示庆祝。由于任旧存在稳定性问题,C450又被送回了试验台架,接着来进行9次有限飞行测试。它的第4次自由飞行于当年7月7日进行,这次飞机配备了完整的座舱盖和空气动力控制器。莫雷尔测试了不使用陀螺仪的备用控制管理系统,并简短汇报道“操纵毫不费力,稳定性也非常好”。
在7月9日进行的飞行中,C450达到了165米的高度。更重要的是,这次飞机的机载仪表读数,第一次与与地面观测和直升机参考对比到的结果一致。但是,飞机依然存在低频振动问题,无线电联络也被称为“反复无常”,自测试开始以来,无线电干扰一直都是困扰该项目的另一个重大问题。7月10日,“甲虫”项目第六次自由飞行取得了圆满成功,当时C450爬升到420米高度,备用控制管理系统再次启动,没再次出现任意的毛病。莫雷尔可以驾驶飞机通过低空机动飞行,模拟搜索合适的着陆区域,这也是该机第一次进行机动飞行。
至此,C450似乎已经掌握了低空机动飞行操纵。斯奈克玛公司计划在第七次飞行时,让飞机爬升到1000米高度,然后从那里垂直下降着陆。然而,北方飞机公司则提出了一种低空进近,同时将飞机从水平方向旋转到垂直方向的着陆方法。尽管最终的着陆程序尚未选定,但设计团队计划尝试让飞机在1000米高度,完成从垂直飞行过渡到水平飞行的操作,对此还有必要进行额外的测试。
在随后的测试中,C450并未达到预定的高度,在870米处就开始下降。此时飞机开始不受控运动,飞行员莫雷尔尽管启动了备用控制管理系统也无法停下来。当他准备弹射逃生时,飞机的不受控运动停止了,莫雷尔得以重新控制飞机并安全着陆。在降落到回地面上时,也发生了麻烦,地面的一块耐热水泥板断裂,差点让C450倾倒在地上。
C450第8次飞行测试之前,用它的专用运输起竖拖车竖立起来,近景是一辆战前设计的雪铁龙前驱轿车
7月20日,C450垂直爬升到820米高度,并成功尝试了向水平飞行的过渡。但当飞机以10米/秒的速度垂直下降时,上次飞行时出现的滚动现象再次发生。莫雷尔通过油门操控发动机解决了问题。在本次试飞前,新的驾驶舱仪表,特别是改进的垂直速度指示器和显示喷嘴叶片位置的显示器,已经按照飞行员的要求安装到飞机上。以便在滚动发生时,帮助飞行员控制飞机。
“甲虫”项目团队准备在1959年7月22日进行另一次飞行,但测试任务清单缺乏细节,所以飞行员莫雷尔要求将其推迟到7月25日。由于这次飞行的准备时间比平时要长,将使用两架直升机协助,一架悬停在400米高速,观测C450的气动阻力和稳定爬升性能;另一架悬停在,000米高度,为C450指示高度限制。三根羊毛线被粘在飞行员视线内的机鼻探头上,作为仪表的补充为其指示飞行方向。本次测试的内容有:垂直起飞、操纵飞机倾斜30°并加速3秒、返回垂直状态、减速爬升、高空悬停、稳定下降,在落地前100米高度悬停等。设计团队的控制和航电专家让·贾迪尼尔在2006年解释说:“倾斜30°加速是为了模拟姿态过渡机动,因为测试基地的范围限制无法让C450充分的发挥。”
“在默伦-维拉罗什基地试验场,C450的飞行范围非常有限,因为飞行测试要求飞机必须要时刻处于地面监测设备和控制人员的直接视野中。这对于‘甲虫’而言十分困难,因为它缺少水平机翼垂直控制面,无法像普通飞机那样以恒定的速度转弯。这架飞机的转弯半径非常大,如果进行水平转弯,那么在其返回着陆点前就会耗尽燃料。”贾迪尼尔继续说道,“因此,里特希决定让飞机向侧面倾斜30°全速爬升,然后放慢速度,在950米高度处利用喷嘴控制返回垂直姿态并悬停,最后飞机以每秒10米的速度垂直降落。”
试验的第一部分进行的很顺利,C450环翼飞机正常起飞,调整为倾斜30度加速飞行3秒钟,然后恢复为垂直飞行,并在950米结束爬升。然而,它没有悬停并立即开始下降,直升机向莫雷尔报告了这一情况,但即使他增加推力也没能阻止飞机进一步下降。此时飞机反而开始加速下降,伴随着缓慢但异常的偏滚。当这架飞机的下降速度达到26米/秒时,它几乎完全倾斜了,此后下降速度逐渐降至5米/秒。莫雷尔试图通过进入水平飞行模式,重新获得对飞机的控制,但没有成功。飞机已经完全失去控制,无奈之下莫雷尔在距离地面50米高度弹射。幸运的是,当时的“甲虫”已经安装有实用化的“零-零”弹射座椅(Sud - aviation E120B型)。
关于C450“甲虫”环翼飞机坠毁的事故报告从未公开,由此导致产生了大量谣言和阴谋论,人们只可以通过采访当事人获得一些事故真相的零星信息。当年参与测试的其中一架直升机飞行员,罗兰·科菲格诺回忆说:“弹射过程发生得非常快,距离地面太近了,降落伞无法保持稳定垂直下降,伞面与地面有巨大的倾斜。我从直升机从上看到整一个完整的过程,能够同时看到飞行员和降落伞。最后,飞行员和座椅几乎同时触地,而C450也坠毁在地面上并起火。大约10秒钟后,我就驾驶直升机着陆,然后冲向飞行员。我看见他仍然带着头盔并解开安全带。莫雷尔还对我们说一切顺利,自己没有受伤。实际上他确实活了下来,但却遭受多处严重的创伤,无法再参与飞行工作。”
奥古斯特·莫雷尔,他是整个C450计划的测试飞行员,事故之后他将告别飞行生涯
“C450几乎以水平姿态撞向地面。,巨大的冲击使``环形翼从机身上脱落并碎裂。由于油箱安装在机翼内部,这使机身剩余部分免于被大火完全摧毁。”设计团队的一位成员皮埃尔·克罗伊塞特说,“由于本次测试计划的复杂性,这也是飞机油箱第一次装满燃油。”
1959年7月25日,在坠机事故发生约一个小时后,大火已经熄灭,在消防泡沫之下能够正常的看到C450的残骸
法国当时还成了一个由勒内·波马莱领导的事故调查委员会,他们审查了来自C450飞行员、地面工作人员和直升机驾驶员的报告,分析了飞机内六部自动记录仪的数据,以及三部电影经纬仪拍摄的资料(实际上一部被损坏,一部未开启,只有一部有效拍摄)。此外,莫雷尔与直升机、工程师、地勤人员之间的无线电联络记录也被调取。
2006年时,航电工程师皮埃尔·安德雷说:“当年莫雷尔在下降阶段的操作量太大了,如果有今天的航电设备,那么甲虫就不会坠毁。在当时的技术条件下,对于一个独自待在充满仪器仪表驾驶舱内的飞行员来说,很难不失去对飞机的控制。”C450“甲虫”的坠毁,为终止这项耗资巨大的研究项目提供了很好的借口,法国空军也从未真正相信这个计划。至此,除了法国以外,还没有国家实际建造过有人驾驶的“环翼机”,斯奈克玛C450“甲虫”变成全球航空史上独一无二的存在。返回搜狐,查看更加多