踩著高蹺的飛行：瘋狂的康維爾XFY-1「彈簧高蹺」

康維爾XFY-1是第一架依靠自身動力垂直起飛，然後過渡到水平飛行，最後再垂直降落的固定翼飛機。約翰·克內貝爾是駕駛過該機的兩名飛行員之一，他把XFY-1形象地命名的「彈簧高蹺」，因為操縱該機的確非常困難。

約翰·克內貝爾是一位謙虛的人，善於自嘲。他是僅有的兩位駕駛過康維爾XFY-1的飛行員之一，但當問起他是否把自己簡歷中那段特別的「彈簧高蹺」試飛員經歷視為一種致敬時，他只是扮了個鬼臉。

「是啊，」他說：「這是向我愚蠢地去駕駛它的致敬。」

如果試飛員沒有在一個特殊台架上進行大量訓練的話，那麼駕駛該機就更加困難了，克內貝爾補充道：「我差點因為這事掛掉!」

XFY-1「彈簧高蹺」試飛員約翰·克內貝爾

約翰·克內貝爾描述了坐在「彈簧高蹺」座艙里的感覺：「我駕駛『彈簧高蹺』垂直下降。我坐在這個具有可怕人機工程設計的座椅上，只能扭頭向左下方看，在進入滑流前的感覺很差。我們也沒有堪用的下降速度表，如果在這種只有氣動控制的情況中下降率過高，那麼飛機就會失去控制。」

人們也許並不奇怪康維爾XFY-1「彈簧高蹺」和其競爭對手——洛克希德XFV-1從未實現實用化的垂直起飛，就更不用說垂直降落了，因為尾座式垂直起降飛機在設計方面已經走進死胡同。

垂直起降戰鬥機需求

但在20世紀40年代後期，快速發展的航空技術開啟了令人興奮的前景，其中就包括尾座式垂直起降飛機。德國航空工程師在第二次世界大戰期間發明了尾座式垂直起降飛機的先進概念，並在戰爭中實際應用了可怕的巴赫姆「蝮蛇」火箭動力截擊機。福克-沃爾夫的動力翼垂直起降戰鬥機(Triebflugel)最後雖然停留在了紙面上，但這個富有想像力的設計還是給人們留下了無限遐想。

1947年12月，美國空軍和海軍聯合展開了「蜂鳥」項目，研究製造垂直起降飛機的可行性。美國海軍在第二年決定研製一種可以「從一艘軍艦或油輪甚至商船甲板上起降」的戰鬥機，軍以「蜂鳥」項目的研究成果和繳獲的德國文件為基礎正式啟動了一個垂直起降飛機項目。

康維爾的早期設計，飛行員座艙在一側翼尖吊艙中，另一側吊艙安裝的是機炮

當時的渦輪噴氣發動機並不能為垂直起飛提供足夠動力，火箭發動機又因燃料消耗驚人而被否決，所以渦輪螺旋槳發動機就成為動力和經濟性的最佳組合。美國海軍的初始研究表明渦槳戰鬥機能飛到的520節(963公里/小時)的最大速度。

美國海軍航空局撥出專門款項，招標研製能發展成一種實用作戰型號的垂直起降研究機。六家公司作出了回應，1951年3月，海軍相中了康維爾和洛克希德公司的方案，兩家公司都獲得了製造兩架原型機的合同。

洛克希德XFV-1早期概念，顯然當時的渦噴發動機並不足以推動戰鬥機垂直升空

XFY-1在軍艦上操作的想像圖

艾里遜T-40發動機實際由兩台並列布置的T38渦槳發動機的動力段組成

這兩個方案都圍繞著強大的5100軸馬力的艾里遜YT-40-A6渦槳發動機進行設計，該發動機實際由兩台並列布置的T38渦槳發動機的動力段組成，兩根傳動軸通過一個變速箱把動力傳輸給寇蒂斯渦輪電氣公司專門研製的直徑4.88米的對轉螺旋槳。當時計劃驗證機在試飛後期換裝7100軸馬力的-A14發動機，最終生產型將使用基於兩台T-56的艾里遜T-54渦槳發動機，基準功率就達7500軸馬力。

原型機

雷·普賴斯當時是寇蒂斯公司的一名24歲的工程測試代表，他回憶道：「我在1953年9月開始在印第安納波利斯的艾里遜工廠參加這個項目，測試螺旋槳和發動機組合。我1954年1月出差到聖地亞哥，對測試活動提供技術支持並監督寇蒂斯-萊特的技術人員，還處理與螺旋槳操作相關的工程問題。這些測試都是地面試車。」

YT-40-A6每個動力段都有一個與變速箱連接的離合器，可由飛行員根據需要控制。約翰·克內貝爾回憶道：「你可以控制離合器脫開動力，但我們從來沒有在『彈簧高蹺』上這麼做，因為它需要發動機的全部功率。」

XFY-1三面圖

XFY-1的專用起豎車

兩種原型機都採用全金屬應力蒙皮結構，蒙皮表面都是平滑的埋頭鉚釘，機身尺寸足夠容納下龐大的發動機，座艙設置在發動機上方。

康維爾的「彈簧高蹺」採用無尾三角翼布局，具有大型腹鰭和垂尾。洛克希德的XFV-1以其試飛員的姓被叫做「鮭魚」，具有寬弦平直翼和十字形尾翼。該機的十字形尾翼必很大以安裝支撐直立於直立的起落架，也就是4根突出的帶小輪減震支柱。

居然還有專用的維修機棚

XFY-1的三角翼有全展長單片式後緣升降副翼，垂尾方向舵的致動器安裝在左側，腹鰭方向舵的致動器則安裝在右側。XFV-1「鮭魚」沒有在機翼上安裝任何操縱面，操控都由十字形尾翼上的控制翼面提供。

XFV-1「鮭魚」沒有在機翼上安裝任何操縱面，操控都由十字形尾翼上的控制翼面提供

XFV-1三面圖

康維爾認為三角翼能提供很大優勢，在1955年製作的宣傳片中說之所以使用三角翼是「因為能使飛機在拉起入垂直姿態時不失速」。

比利·傑克·「BJ」·隆中校一開始擔任項目試飛員詹姆斯·「斯基茨」·科爾曼的後備飛行員。雖然他從來沒飛過「彈簧高蹺」，但隆相信三角翼的「升力、穩定性和控制特性都要好很多。」

後來擔任「海標槍」試飛員的比利·傑克·「BJ」·隆，這種水上飛機同樣是康維爾研製的

兩種飛機都安裝了翼尖吊艙，生產型垂直起降戰鬥機的這個吊艙可用於容納20毫米機炮或48枚折翼火箭。洛克希德飛機的吊艙比較大，因為其中也容納著燃油。「彈簧高蹺」的燃油則裝在尾部油箱中。

機庫測試

但這兩種原型機間最顯著的區別不在於硬體，而在於各自製造商的研製過程。

當克拉倫斯·「凱利」·約翰遜在1952年成為洛克希德的總工程師時，他一併接手了XFV-1項目。但對他而言，渦輪螺旋槳垂直起降飛機的優先順序遠低於「臭鼬工廠」粗點F-104戰鬥機和U-2偵察機項目。

在兩種原型機展開實際試飛前，美國國家航空諮詢委員會(NACA)對兩種飛機的氣動模型進行了研究，模型比例大約是1/4，由電動機驅動，用於測試兩機在垂直起飛和懸停中的穩定性和操控性。

他們發現兩種飛機會在降落時遭遇最大困難。對XFY-1模型的測試表明下降率超過每秒3米的話就可能失控，而1954年的技術只能讓飛行員通過調整發動機轉速來控制下降速度，而同時他還要準確判斷自己的高度。

NACA的XFV-1動力模型

為安全起見，洛克希德為XFV-1裝上了一副固定式後三點起落架先進行常規起降試飛。隨後這架原型機被卡車運往愛德華茲空軍基地，在首席試飛員赫爾曼·「魚」·薩蒙的駕駛下開始滑行測試。1954年6月16日，該機完成了正式首飛(此前薩蒙在一次高滑測試中曾意外短暫升空)。

為安全起見，洛克希德為XFV-1裝上了一副固定式後三點起落架先進行常規起降試飛

XFY-1在飛艇機庫內的系留懸停測試

同時，科爾曼也在莫菲特海軍航空站59米高的飛艇機庫中駕駛XFY-1進行了一系列系留垂直起降測試。人們把「彈簧高蹺」的螺旋槳槳轂拆掉，在前螺旋槳傳動軸的滾珠軸承上固定了一根鋼索，並把鋼索的另一頭纏繞在機庫天花板的一個電動絞車上，這樣就能根據需要提起和放下飛機。XFY-1的機翼、垂尾和腹鰭的翼尖也被接上了其他鋼索以進行側向控制，為此拆除了垂尾和腹鰭的翼尖整流結構。

艱難試飛

但即使在機庫的無風條件下，XFY-1橫向控制也成為一個問題。科爾曼在機庫懸停測試中需要與控制絞車的鮑勃·麥克格雷持續保持頻繁的無線電通話，當科爾曼說：「麥克格雷，抓住我，抓住我!」時，這位工程師就要趕緊操作手柄收緊鋼索。

他回憶道：「我在懸停中會搖擺和轉動，我不能控制任何東西。因為如此，我們很是擔心這個項目。」但他們沒有意識到，飛機的螺旋槳擾亂了機庫內的空氣，產生的湍流使飛機在懸停中失控。

但由於機庫空間狹小產生的螺旋槳湍流反而影響了試飛

所以科爾曼在莫菲特機場的停機坪上完成了「幾次相對平靜的自由懸停，並沒有遭遇機庫測試中的不良湍流影響」。其中第一次懸停是在8月1日進行的，他先飛到12米高度，然後下降，隨後又一口氣飛到了46米高。

XFY-1的戶外系留自由懸停測試

XFY-1隨後被卡車運到布朗海軍航空站，在這裡，科爾曼在9月到10月間完成了另外70次垂直起飛和降落。到11月初，他覺到已經為下一階段試飛做好準備了。11月2日，科爾曼完成了固定翼飛機的首次全套垂直起降飛行(即垂直起飛-平飛-垂直降落)，他在28分鐘的飛行中花了21分鐘時間進行平飛。科爾曼在1994年對此寫道「由於YT-40的巨大功率」，向平飛過渡很容易。

在戶外機場上，XFY-1反而能夠完成相對平靜的自由懸停

XFY-1在垂直降落時，飛行員座位是向前傾斜45度的。科爾曼在此時最為忙碌，不僅要控制飛機，還要忙於配平。他後來說：「沒人能向我提供任何氣動預測，我只能自己去感覺。在下降到150到90米高度時，我就失去了對高度的感覺。」為了及時逃生，科爾曼在飛行的所有時間裡都是打開座艙蓋並把座椅向前傾的。

XFY-1在垂直降落時，飛行員座位是向前傾斜45度的

解決方案是在XFY-1垂直降落時讓一架直升機懸停在附近的30米高度，提供一個參考點。後來，該機的左翼吊艙上又增加了一個警示燈，紅燈亮起就表示飛行員必須立即增加推力。克內貝爾對這個燈持懷疑態度：「這套系統非常初級，不足以讓你擺脫困境。」

「由於YT-40的巨大功率」，向平飛過渡很容易

XFY-1垂直降落階段中，螺旋槳產生的滑流能夠提供一些控制。但由於發動機對輸入變化的響應需要一些時間，使操控問題更加複雜化了。

「彈簧高蹺」是一架具有強大動力的飛機，「BJ」·隆自己在駕駛「天襲者」伴飛飛機時即使馬力全開也難以跟上該機。該機的起飛和過渡到水平飛行「在平穩控制推力和柔和推桿」前提下是很容易實現的，但從平飛過渡到垂直降落則是「無限困難和危險的」。

XFY-1首席試飛員詹姆斯·「斯基茨」·科爾曼

根據隆的觀察，科爾曼一般以儘可能低的慢車功率開始這個過渡飛行，先是拉入垂直爬升：「訣竅是在『彈簧高蹺』停止垂直爬的頂點位置增加動力，自然進入垂直懸停飛行，然後他開始從300米以上高度開始了讓人捏一把汗的垂直下降。」

名不副實的「鮭魚」

「魚」·薩蒙此時正在忙於試飛XFV-1，但他未能充分利用發動機的垂直起降功率。雖然薩蒙從沒進行過垂直起飛或垂直降落，但仍遇到了和科爾曼類似的問題。「凱利」·約翰遜在報告寫到：「我們練習了在雲上進行垂直降落，我們練習了轉頭向下看，我們無法知道下降速度到底有多快或者我們將撞到什麼……」

XFV-1首席試飛員「魚」·薩蒙，這就是垂直降落時扭頭向下看的姿勢

上述所有測試都是千米以上高度進行的，薩蒙報告說在幾次垂直下降中出現了機身傾斜並開始下墜的現象，只能通過增加推力來糾正。薩蒙說：「飛機的操控在迎角達到80度前會逐漸惡化，過了這個角度後就變得容易操縱了。一旦完全垂直後，飛機就很穩定了。」

優點和缺點

此時美國海軍的態度正在改變，很明顯，渦槳垂直起降戰鬥機無力對抗蘇聯米格-15這樣的新一代後掠翼噴氣式戰鬥機。這點也在康維爾公司的一部宣傳影片中反映出來，XFY-1的賣點已從截擊機變成了近距支援攻擊機，影片突出顯示了該機適合用於在「接近進攻部隊」的地方進行作戰，並補充該機「無需機場，無需預熱，無需大規模基地設施，能與敵人立即接觸。」

康維爾的影片還展示了科爾曼於1954年11月4日在布朗機場為海軍高層和新聞媒體進行的飛行表演，科爾曼說：「我們希望在起飛後就立即開始過渡飛行，我們希望能在600米高度進入平飛，而我們一般是在1200米。」

當提到降落操作時，科爾曼說：「我們希望先做一個正常進近，然後接著一個常規拉飄，此後我們就拋棄了常規降落操作，利用三角翼優秀的升力特性轉入垂直降落。當機身進入垂直姿態時，升力就全部由螺旋槳產生，讓飛機徐徐落地。」

XFY-1垂直降落的連續鏡頭

約翰·克內貝爾當天的工作是駕駛伴飛的AD-5「天襲者」攻擊機，讓后座的攝影師拍攝影片。他回憶道：「還有一架海軍的HU-1直升機負責向『斯基茨』提供高度和其他信息。」

但是，在當天一同表演的康維爾XF2Y-1「海標槍」水上滑橇式戰鬥機在半空中爆炸時，XFY-1的成功被悲劇所掩蓋。這次事故的後果之一是「BJ」·隆接管了「海標槍」的試飛項目，而約翰·克內貝爾則在「彈簧高蹺」項目中成為了科爾曼的後備試飛員。

XFY-1的訓練台架

項目殘喘到了1955年，當年5月，當克內貝爾試圖「在沒有經過台架訓練就去馴服這頭野獸」時遭遇到了大麻煩，他回憶道：「我第一次飛『彈簧高蹺』時覺得動力輸出過於穩定，於是我持續增大油門，導致我可能上升了60到90米，其實我不想飛那麼高的。在駕駛『彈簧高蹺』時，由於螺旋槳滑流在噴到地面後會反射上了，所以必須在地面效應高度以上才能有效操縱它，這就是為什麼該機一旦垂直下降就只能持續下降的原因。因為這個原因，我在第二次飛行中飛得很艱難，差點掛掉!在重落地時把一個起落架支柱搞彎了，我忘了是垂尾還是腹鰭。」

取消

1956年6月16日，科爾曼完成了他在XFY-1上持續時間最長也是最後一次飛行。「彈簧高蹺」項目已在去年8月被正式砍掉，洛克希德的XFV-1也在當年6月被終止。每種飛機只造出了一架原型機。

雖然YT-40發動機並不是導致項目被砍的原因，但該發動機在其他項目中的表現一直不佳，最後被放棄。對於XFY-1和XFV-1來說，變速箱是才最薄弱的機械環節，出現了無法解決的諧振問題。

另一方面，尾座式垂直起降飛機在降落中對飛行員提出了過高的技術要求。如果具有豐富經驗的試飛員都需要在試驗台架上進行數小時的訓練後才能在風和日麗的條件下駕機垂直降落，那麼中隊飛行員如何在作戰條件下垂直降落呢?

試飛員在爬進XFY-1座艙時要非常小心

當然，「彈簧高蹺」生產型毫無疑問會解決其中的部分問題，康維爾公司為「彈簧高蹺」設計出了一套全新的控制系統，聲稱該系統將在一夜之間糾正這個問題，使「任何人都可以駕機懸停」。

遺產

蘇聯蘇霍伊設計局在上世紀60年代也曾設想過Shkval尾座式垂直起降戰鬥機

XFV-1項目的研發與製造成本為1200萬美元，XFY-1耗費了800萬美元，都由美國海軍出資，當然都來自納稅人。有人認為這兩個項目浪費了2000萬美元，有人反駁說美國通過這兩個項目學到了很多東西，而且康維爾「彈簧高蹺」還成為世界上第一架完成垂直起降的固定翼飛機。不管怎樣，兩架原型機現在都被保存在博物館裡，尾座式垂直起降飛機直徑仍未成為現實。文/Armstrong

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