P-75战斗机(英文:P-75 Fighter),是美国通用汽车公司于1942年为美国陆军航空队研製的一型战斗机。
该机为单座常规气动布局,全金属半硬壳结构,外覆承力蒙皮,採用活塞发动机、高速螺旋桨,前三点起落架。
P-75原型机XP-75于1943年首次试飞,生产型P-75A于1944年首飞。该机仅仅生产了6架生产型,便因美国陆军航空队取消契约而下马。
基本介绍
- 中文名称:P-75战斗机
- 英文名称:P-75 Fighter
- 前型/级:P-73战斗机
- 次型/级:P-76战斗机
- 研製时间:1942~1944年
- 国家:美国
- 首飞时间:1943年11月17日
- 研製单位:通用汽车公司
- 飞机类型:活塞发动机螺旋桨战斗机
发展沿革
研製背景
在第二次世界大战较长的一段时期内,高空轰炸机面对敌机拦截并不处于明显被动,无论速度还是高度轰炸机都并不逊色多少。防御方获得及时警报到爬升到有效拦截高度是需要一定时间的,更何况对方还有同等性能的战斗机护航。而仅有的办法就是守株待兔,在某些重要空域始终保持飞机警戒巡逻。不过这样做需要投入大量飞机和飞行员轮值,成本过大,一般国家根本承受不起。太平洋战争爆发之初,美国人突然发现,承担本土和海外基地防空的美国陆军航空队既缺少地面雷达,也没有高性能战斗机来对抗日本空袭,事实上处于被动的状态。
美国P-39战斗机

到1942年,美国陆军航空队的主力仍是大批老旧的P-40战斗机和P-39战斗机。而当时第56战斗机大队的P-47B还存在诸多设计问题暂时难以使用。洛克希德公司的P-38E战斗机和XP-51B“野马”战斗机性能不错,但这两种战斗机的成本偏高,也不适用。因此美国国防部发出了研製新战斗机相关的招标档案,要求开发出一种能应对突然袭的的高性能战斗机。
美国陆航主力P-40战机

研製招标
1942年2月美国陆军航空队向各大飞机製造商发了一份方案徵求书,要求提交一种具有良好性能的战斗/截击机方案,具体技战术指标为:最大速度不低于708千米/时(600米高度),实用升限11580米,航程4000千米。此外,陆航还规定该机的初始爬升率不能的低于1700米/分,这些指标对任何一家製造商来说都是艰巨的挑战。
1942年4月领衔设计了P-36和P-40的着名飞机设计师多诺万·柏林离开了服务多年的寇蒂斯公司,出任通用汽车费舍尔车身分部的董事。他上任后的第一项工作就是设计一个方案回应陆航的徵求书,1942年9月通用汽车提交了自己的方案。通用汽车新截击机的主要零部件都来自正在生产中的其他飞机,可以大大节省製造成本和研製时间,这正是最吸引陆航的地方。为了满足性能要求,柏林採用了艾利森当时功率最大的V-3420-19 24缸液冷发动机,该发动机的多数零件都可与V-1710-E/F通用,最大功率2600马力,功率重量比为1.6千瓦/千克,是当时难得的大功率紧凑型液冷发动机,道格拉斯XB-19、波音XB-39和洛克希德XP-58也準备採用该发动机。方案设计者多诺万·柏林自信的认为採用这种发动机的飞机可以满足美国陆军航空队的爬升率要求。其实柏林在美国航空界的名气不低,其首个成名作就是P-40的前身P-36战斗机。
P-47N战斗机艺术画
P-75的座舱


1942年10月10日通用汽车获得陆航两架原型机的契约,编号为XP-75,绰号“鹰”。XP-75这个编号说起来也很怪异,实际上P-73已经预定了出去,不出意外的话会用在休斯D-2上,只不过D-2方案后来淘汰落马。真正让人觉得奇怪的是P-74的编号空了出来。有航空史学家说是因为在1942年通用汽车希望陆航能为自己的新战斗机分配一个“好听的编号”,以配合广告的口号进行宣传——“一战的法制75炮,二战的费舍尔P-75”(The French 75 in World War I, the Fisher P-75 in World War II)。法制75炮是美国陆军在第一次世界大战中的重要装备,是击败德国的象徵,该口号的寓意不言而喻。在通用汽车公司的反覆要求下美国陆军最后同意给新机赋予P-75的编号。
建造沿革
根据1942年10月21日缪尔·费尔柴尔德公布的对XP-75战机的设计规范,该机技术指标很高:6096米高度航速不低于708千米/时,海平面爬升率1707米/分,6096米高度爬升率1091米/分,爬升至9144米高空耗时不超过7.5分钟,最大升限11582米。飞机最大起飞重量在5443千克左右,动力採用单台艾利逊V-3420活塞发动机。武器方面最基本是要装有4~6挺12.7mm机枪,同时考虑增加37mm航炮。飞机的爬升性能是华盛顿军方特别看重的,尤其是美国陆军航空队物资指挥部负责人奥利弗·埃尔克斯少将,这也就是选择V-3420这种当时大功率发动机的重要理由。
P-75三视图

通用汽车公司赢得契约之后费舍尔立即放手大干,迅速展开了风洞试验、全尺寸模型建造和细节设计。
飞机气动设计中,费舍尔很快抛弃了採用P-51外翼段的想法,代之以风险更低的P-40E的翼型(中段平直结构加上5根大梁的外翼段),只是翼尖稍加改良修圆。另外副翼比P-40E略有增加,起落架间距接近6.1米。全尺寸模型评估从1943年3月起历时两个多月,这期间军方技术代表不断提出修改意见,大多集中在飞机的通讯和操作性上,模型各方面都有不足之处机身结构控制系统动力装置、燃油储存武器瞄準、装甲防护这些都得改进。发动机布置和当时的P-39一样位于机身中部而非前端,这种24缸液冷V-3420-19活塞发动机可以说是费舍尔赢得美国陆军航空队的重要筹码。
v-3420活塞发动机

V-3420型发动机全重1441千克,实际上由两台V-1710发动机拼装而成(可以和标準V-1710互换),共用一个曲轴箱两者的内侧斜夹角为30度,两根平衡式曲轴为6冲程7轴设计,转向相反,通过两根反转轴将功率传输到机头的减速箱从而驱动两付航工品厂(也是通用汽车下属企业)的可液压变矩三叶恆速螺旋桨。首架原型机螺旋桨为3.96米直径,后续飞机减小到3.83米。
试飞员对于发动机的印象并不好,因为噪声过大。另外发动机最大功率也不理想,设计值预测可以达到3000马力(2206千瓦),但实际输出仅有2600马力(1912千瓦,3000转/分)。高空飞行时需要一个两级齿轮驱动增压器,发动机排气从分叉式导管各走一边机翼上表面各有一个排气口,另外机身背部还有四个。中部机身下方还有一个大型的导管用于发动机散热,导管内部带有散热器和中藏冷却器。XP-75飞机外观和P-51飞机很相似只是较大。
生产型P-75A战斗机试飞

研製项目遇困难进度推迟,到1943年3月29日空军总参副部长巴尔内言勒断开始对该设计方案产生质疑,认为飞机实际上相当于全新设计,而且发动机风险更大,质疑XP-75是否应该继续研发。卡罗尔将军也承认进度有些过慢,不过还是希望到1943年9月首架XP-75可以实现交付,而2号机应该不迟于11月底。但他不主张放弃P-75,因为项目下马意味着至少过去的半年努力付之东流。决策层同意对P-75保持观察但要求交付日期儘量提前。因为V-3420型发动机的生产进度也不容乐观。
六叶对转螺旋桨

1943年11月6日,XP-75第1架原型机从克利夫兰2号工厂的总装线上推出,比原计画晚了将近7个月。1943年11月17日着名的航空竞速飞行员鲁塞尔·肖( Russel thaw)跨入该机座舱,完成了一段30分钟的首飞。他的初期评价还算不错,只是对于偏航状态下的稳定性提出了一些警告,表明需要增大垂尾面积。飞机武器实际上是清一色的机枪,总共10挺:机头4挺,加上每侧机翼下方各3挺。
试飞夭折
1943年夏季,随着对德战略轰炸的深入,美国陆航最迫切需要的是远程护航战斗机而不是截击机。1943年7月6日陆航向通用汽车增加订购了六架“鹰”XP-75原型机,以评估XP-75是否能满足远程护航任务的要求。这些原型机换装艾利森V-3420-23型发动机,用气泡式座舱盖取代了XP-75的隔框式座舱盖。V-3420-23的海平面最大起飞功率和最大军用功率仍是2600马力,海平面紧急作战功率3000马力,并改善了可靠性。
P-75A生产车间

1943年陆航曾打算让通用汽车再开设B-29生产线,而通用汽车利用P-75项目的高优先权成功避免了被迫生产B-29“超级堡垒”轰炸机,并且通用汽车在XP-75首飞前就通过媒体大肆宣传该机,把P-75描述成“理想中的飞机”。
1943年11月17日第一架XP-75A首飞,不久后第二架也开始试飞,在试飞中出现了一些稳定性方面的问题,这是因为设计师对飞机重心的估算错误。并联的艾利森发动机也无法达到最大功率,并且冷却不足,副翼桿力非常高,尾旋特性糟糕。总体而言原型机的动力不足,反应迟钝,性能低于预期,艾利森发动机就是罪魁祸首。到1944年春季所有六架XP-75A也都投入测试,此时早期试飞暴露的问题大部分都得到了解决。
第一架XP-75A原型机

不幸的是1944年4月8日当天,刚刚出厂两天的XP-75A三号机(编号:44-32163)发生了坠毁事故。当时正在做低空特技,因失控坠毁,飞行员当场丧生。后来的调查显示,XP-75A飞机飞行中尾部产生结构性破损,导致飞机陡然下降失去控制,其实尾部结构没有问题,只不过由于飞机纵向稳定性不佳,造成尾部荷载过大引起破损。
试飞场上的XP-75和P-75A

无独有偶,1944年8月5日首架XP-75A原型机(编号:32161)在5000米高空试飞中发生爆炸,飞机凌空解体。万幸的是飞行员及时跳伞。事故分析可能是回火造成的发动机舱燃烧,火势加大造成飞机事故。
1943年7月16日美国陆军航空兵与通用汽车公司签订契约,订购不少于2500架的生产型P-75A(编号:944549~47048),契约总价3.25亿美元,后来缩减到2.58亿。但契约规定如果生产型无法满足性能要求,订单就可能被取消。P-75A放弃了道格拉斯的现成尾翼组件,重新设计了垂尾和平尾,翼展大幅增加,翼尖也从圆形改为方形。随后的试飞显示新尾翼有效增加了飞机的稳定性。为了满足航程要求还增加了额外的油箱。P-75A机身内部有五个自封闭油箱,其中座舱和发动机之间的主油箱容量1647升,驱动轴从主油箱中间穿过,机翼内部也有四个总容量768升的机翼自封闭油箱,此外内翼段下方还可挂载两个284升或416升的可抛副油箱,不挂载副油箱时也可挂载227千克的炸弹,预计最大航程6200公里(基本武装为 10挺机枪、各备弹235发,1738千克油箱加646.5千克副油箱。)生产型P-75A改用V-3420-23型,包裹常规的24ST铝合金蒙皮,机头带有4挺12.7mm机枪(每挺备弹300发)活塞发动机,机翼下6挺12.7mm机枪(各备弹235发),最大速度为698千米/时(飞行高度6000米),海平面时为626千米/时。P-75A战斗机由俄亥俄州克利夫兰市的通用汽车工厂生产,该工厂同时正生产B-29轰炸机的发动机机舱。
试飞中的P-75A

1944年9月15日第一架P-75A首飞,但此时洛克希德P-38“闪电”、共和P-47D“雷电”和北美P-51D“野马”已能充分胜任远程护航任务,陆航决定不再採购新的远程护航战斗机,因此P-75项目面临困境。1944年10月7日在仅生产了六架P-75A后,美国陆航最终取消了生产契约,已生产出来的六架飞机的序列号从44-44549到44-44553。
P47战机

在终止契约前,第一和第二架P-75A已交付给佛罗里达州埃格林机场用于战术适用性试验,1号机后于1944年10月坠毁。第三架飞机在工厂安装实验性的中冷器,第四、第五架已接近完工。儘管陆航已不再需要P-75,通用汽车公司还是决定把六架P-75A用于V-3420发动机的研发工作。第六架P-75A製造完毕后就被当做“器官捐献者”,拆卸零件维持其余飞机的飞行。剩余的五架P-75A从未进行过正式的性能评估,但多次试飞证明该机的飞行品质有显着提高:失速特性,因修改后的尾翼起到作用,失速特性显着改善。
最后一架出厂的P-75A

最终,美国陆军航空队为了试验花费了将近910万美元,生产契约总共耗资4093万,却没有得到应有的成功的飞机。而14架P-75、XP-75飞机中,竟然有3架损毁,可见从一开始这个项目就有问题。
技术特点
机体结构
通用汽车公司的两架XP-75原型机分别获得43-46950和43-46951的序列号,该机从外形上看就像是大号的P-39“飞蛇”,发动机安装在机身中部,通过传动轴驱动机头的螺旋桨,只不过採用了前三点式起落架。
p-75的结构

XP-75的机身为全金属半硬壳结构,外覆承力蒙皮,可分为前、中、后三部分。前机身容纳螺旋桨减速箱、机枪、座舱以及主油箱,有四根纵梁,减速箱的安装支架就固定在纵樑上。中机身容纳艾利森V-3420型发动机,发动机前有不鏽钢防火墙,上方有两根可拆纵梁便于更换髮动机,三面都有可拆卸发动机罩。后机身容纳有滑油箱、放置随机工具和系泊绳的行李舱,尾部直接沿用具有浓郁的道格拉斯风格的SBD垂尾和平尾,升降舵和方向舵都有配平调整片。
与传统战斗机相比,XP-75的座舱相当靠前,飞行员有很好的前向视野。风挡与座舱盖是多隔框结构,尾部向后收缩形成了奇特的船尾式样,舱盖向后滑动打开。座舱周围有防弹装甲,风挡也是防弹玻璃製成,飞行员通过N-9光学反射瞄準具射击。值得一提的是“鹰”XP-75飞机的生产型,準备安装AN/APS-13尾部警告器,当敌机从后方进入警告器的730米60度锥形作用区域时,瞄準具旁边的指示灯就会点亮,警告飞行员尾部有飞机,该装置实际上是护尾雷达的雏形。
P-75的副翼细节

动力装置
XP-75使用的V-3420-19型发动机基本上就是两台并联的V-1710型12缸发动机,W形气缸布局,排量56升,内排气缸间的夹角30度,海平面最大起飞功率和最大军用功率都是2600马力,可持续15分钟。发动机配备有齿轮驱动的两级增压器,其中整体式辅助增压器有一个可调节转速的液力耦合器,可根据最大油门时的高度来自动调节转速,以维持动力输出。发动机增压器压缩比为6.82:1,辅助增压器的压缩比为7.38:1。V-3420型的两个发动机单元虽然共用一个曲轴箱,但有两副独立的旋转方向相反的曲轴,可以消除发动机运转时产生的扭力。V-3420型的每排气缸组由单块式铸铝汽缸头、渗碳钢汽缸筒、液冷套组成,每个气缸有两个进气门和两个排气门,以及两个对置火花塞。四排气缸组通过排气歧管组成八组排气管,四组伸出发动机罩两侧,另四组从发动机罩顶部伸出。
P-75A的发动机排气管
发动机及驱动螺旋桨的共轴减速器


V-3420型发动机通过两根加长的传动轴和减速箱驱动机头的六叶对转螺旋桨,螺旋桨由航空产品公司製造,为全金属结构的恆速液压变矩桨,直径3.84米。对转螺旋桨不仅消除了普通螺旋桨运转时产生的扭力,还在不增加桨盘面积的情况下提高了螺旋桨的效率。共轴反转减速箱安装在焊接的钢管支架上,减速比2.458:1,具有独立的润滑系统,并且为机枪配套了同步装置。发动机散热器设在机腹,有两个并列的椭圆形进气口和进气道,左侧进气道安装有直径53厘米的圆饼形滑油散热器(前)和发动机液冷散热器(后),右侧只安装一个液冷散热器,散热器尾部有用于调节进气流量的排气门。
发动机传动轴

XP-75起飞总重6174千克,速度可达673千米/时,平均爬升率915米/分。作战半径1610千米。
操作要点
P-75战斗机的驾驶操作,应当注意如下要点:
P-75生产车间

1、平飞失速前飞机会出现抖振警告,失速时机头下坠开始掉高度,由于螺旋桨和发动机没有干扰扭力,所以机翼能保持水平,副翼也能提供足够的控制力,改出也很容易。急转弯失速前同样会发出抖振警告,失速时飞机不会进入尾沖状态。襟翼和起落架放下后,近失速时并不会出现乾净构形时的抖振现象,建议飞行员在降落时密切注意速度,失速时也不会出现一侧机翼下坠的趋势。
2、尾旋特性,不推荐飞行员进入故意尾旋,因为该动作没有战术价值。标準载荷时的尾旋通过控制副翼就能轻易改出,禁止在挂载副油箱时进入尾旋,也禁止倒飞尾旋。
3、特技动作,除了外筋斗外并不限制其他特技动作,飞行员注意不要长时间倒飞,因为滑油压力会降低导致发动机磨损。
4、俯冲,建议俯冲前飞行员将升降舵调整片设定于大约零桿力的位置,从海平面到3000米高度俯冲时最大錶速不得超过805千米/时,从6000米高度开始俯冲的最大錶速不得超过685千米/时。
5、爬升,最大爬升速度274千米/时(海平面),266千米/时(4500米),250千米/时(9100米)。
P-75A战斗机

6、地面操控,地面操控特性极佳,飞行员可以看到前方跑道与整个机鼻。超宽轮距,飞行员通过控制左右主起落架机轮的剎车就能灵活转向。由于发动机的马力太,最大功率起飞不松剎车的话使机尾抬离地面,所以飞行员在最大功率起飞前要记得松剎车。
7、禁止事项,只能在速度大于290千米/时做快速滚转动作,在速度超过265英里/时不得放下襟翼,在速度超过240英里/时不得放下起落架
性能数据
XP-75A战斗机参考数据:
基本数据 | |
乘员 | 1 |
长度 | 12.32米 |
翼展 | 15.04米 |
高度 | 4.72米 |
翼面积 | 32.24米2 |
空重 | 5214千克 |
正常起飞重量 | 6262千克 |
最大起飞重量 | 8260千克 |
发动机 | 1 ×艾利森V-3420-23液冷W形24缸,2885马力(2150千瓦) |
飞行性能 | |
最大速度 | 697千米/时(6100米) |
航程 | 6200千米 |
实用升限 | 11100米 |
爬升率 | 21.3米/秒 |
翼载 | 194.3千克/米2) |
功率重量比 | 0.34千瓦/千克 |
武器挂载 | |
机翼 | 内安装6 x 12.7毫米机枪 |
机鼻 | 安装4 x 12.7毫米机枪 |
机翼 | 可挂载2 x 227千克炸弹或2x454千克炸弹 |
总体评价
P-75A作为战斗机因机体太大而动力不足,较差的机动性使其在空战中不能保证优势。为此通用汽车公司在第三架飞机上,安装实验性中冷器,希望能大幅提高发动机的输出功率。但在试飞中有三架P-75A因各种事故而坠毁。试飞项目结束后,多数飞机都被拆解,只有最后一架P-75A(编号44-44553)收藏在俄亥俄州代顿的莱特·帕特森空军基地博物馆。
P-75战斗机

美国飞机採购委员会在1944年10月3日召开会议,一致认为P-75A的测试并不理想,飞机速度偏低,加以完善至少还需要半年时间,而且即便能够达到设计方所保证的性能,作为护航战斗机也明显落后于P-47H战斗机和P-51B战斗机。至于远程轰炸,现有型号飞机挂上副油箱达也能满足要求,而且价格更便宜,所以P-75A战斗机,实际上已经被淘汰。