二戰軍機工程上的奇蹟：P-51「野馬」艱難誕生記

「這架傳奇般的飛機的設計者們在研發過程中克服了艱巨的困難，並打造出了一架標誌性的戰鬥機。」

編隊飛行的P-51戰鬥機。這款高機動性的戰鬥機是一種理想的護航戰鬥機，而且與納粹德國空軍的戰鬥機相比絲毫不落下風

研製背景

堪稱二戰標誌性軍機之一的P-51「野馬」戰鬥機被認為是一個工程上的奇蹟，但她發展成為二戰傳奇性戰鬥機之一的道路卻絕非平坦。「野馬」的發展歷程飽受嚴重的技術問題、官僚主義和製造工藝太複雜等難題的困擾，但這些問題最終都被一一克服，並讓這款戰鬥機成為了第二次世界大戰的象徵之一。

正是由於北美航空公司(North American Aviation，NAA)和美國陸軍航空隊主官亨利?「哈普」?阿諾德將軍對其最終發展潛力的信任，才使得「野馬」避免了被下馬的命運，並最終脫穎而出。

早在1940年，北美航空公司的總裁詹姆斯?「德國佬」?金德博格(James H.「Dutch」 Kindelberger)就與那些生活在納粹威脅之下的歐洲國家保持著強有力的商業聯繫，這是由於這些歐洲國家之前曾採購過北美公司的教練機的緣故。隨著納粹的戰爭機器朝著英、法兩國撲來，這些國家想知道這樣一個問題的答案：北美航空公司能夠從柯蒂斯?賴特(Curtiss-Wright)公司那裡獲得許可並生產P-40「戰鷹」(Warhawk)戰鬥機嗎?

北美航空公司的總裁詹姆斯?金德博格

金德博格對此表示反對，他給出的答案是設計和製造一架全新的飛機，新飛機將超越P-40這款已顯老舊的戰前設計。北美公司的工程師們在私下裡已經花了好幾個月的時間對發展一款全新戰鬥機的前景進行了研究。不久，北美公司與法國達成了協議，但在新飛機能夠交付法軍之前，法蘭西就已經淪陷在第三帝國的鐵蹄之下了。

新式戰鬥機已經無法把法國從納粹的鐵蹄下拯救出來了，但一款新式戰鬥機卻可以讓英國皇家空軍獲得抵禦納粹入侵而急需的裝備優勢。

就在此時，埃德加?舒默德(Edgar O. Schmued)加入了金德博格主持的新戰機研發項目──該項目最終發展成了「野馬」戰鬥機研發項目。舒默德出生在德國，是一位才華橫溢的飛機設計師。他曾在第一次世界大戰中服過兵役，後來在20世紀20年代加入了通用汽車公司，負責巴西方面的業務。由於其德國背景，為了讓舒默德順利地移民到美國，有關方面還專門進行了特別的安排。

P-51戰鬥機的設計師埃德加?舒默德。金德博格讓舒默德為這款需求急迫的戰鬥機而放手挑選他的設計團隊人員

金德博格和舒默德設想要設計這樣一架飛機：它將是一款敏捷、堅固、快速和致命的戰鬥機，同時具備強大的空對地作戰能力。

北美航空公司的記錄表明，新型戰鬥機的設計受一款鮮為人知的、代號為NA-35的雙座教練機的影響很大。NA-35的首飛僅比NA-73項目開始初步設計工作早了5個月，這裡所說的「NA-73項目」就是最終發展成為P-51戰鬥機的研發項目的最初代號。

NA-35身上擁有一系列的「第一」：它是第一款以液冷發動機為動力的北美公司的飛機，這種創新使得機身的正面面積大大減少;總設計師舒默德引入了最新發明的層流翼構型;整個上機翼表面由一整片光滑的鋁合金構成，這可以確保機翼擁有最小的阻力且始終處在「乾淨」的氣流當中。

自由職業飛行員萬斯?布雷斯(Vance Breese)在1939年12月9日熟練地駕駛著這架飛機進行了「處女航」。布雷斯是來自南加利福尼亞州的眾多試飛員之一，這些試飛員憑藉駕駛著新機型進行首飛測試而賺取了不菲的報酬。

NA-35雙座教練機

正式的研發工作從第二架NA-35身上開始了，但對一款小型教練機的需求此時看起來已經顯得不那麼急迫了。更深入的研究工作在1940年受到了進一步的打壓，因為北美航空公司提高了其他研發項目的優先度。

5英尺10英寸，140磅

金德博格在1940年7月的會議上通知公司董事會說，他已經放棄了NA-35項目，並以10萬美元的價格將這款設計賣給了維加飛機公司(譯者註：維加飛機公司是洛克希德飛機公司旗下的一家子公司，該公司成立於1937年8月，開始的名字叫「AiRover」，後來為紀念洛克希德公司的首款飛機「Vega」而被重新命名為「維加」)，這款設計後來演變成了「維加35」型飛機。在維加飛機公司的產能被勒令用來生產軍用飛機之前，其還生產了少量額外的NA-35。「維加35」這款飛機依然是不容人們忽視的，因為這架嬌小的飛機動力雖然只有150馬力，但卻是「野馬」的重要先驅型號之一。

金德博格讓舒默德為北美公司當前最優先的項目──為英國設計的新式戰機──而挑選他的工作班子。舒默德挑選出的團隊於1940年5月5日開始了新飛機的設計工作。金德博格指示舒默德圍繞著飛行員「5英尺10英寸高、體重140磅」(約1.78米高、63.5千克重)的標準研製新飛機，並將這一指標作為設計的起點。舒默德在北美公司的工資表上發現了一個符合上述標準的人，於是他先讓這個人坐在椅子上，然後開始計算所需的人機界面參數。

舒默德擁有卓越的項目管理技能，他可以可靠地跟蹤項目進度，並在任何有關設計的方面迅速對問題做出反應。他領導的研發團隊心無旁騖地投身到了NA-73飛機的設計工作之中。只有到了星期天他們才會比平時早一些地結束手頭上的工作──結束時間是下午6點──以便去度周末。

新研發的英國戰鬥機將受益於四個方面的重要設計特徵，這四個特徵都經過了風洞測試驗證：

第一，新的「層流翼型」設計使得即使在戰時對飛機進行「粗暴駕駛」的情況下仍然會保持有效。

第二，造型流暢的機身輪廓進一步減小了阻力。

第三，由於採用了液冷發動機，因此縮小機身的正面迎風面積成為了可能。

第四，飛機採用了一套創新的發動機冷卻系統，並將冷卻器排氣口安置在飛行員的後面，這也造就了P-51那極具特色的位於駕駛艙後方及機身下部的冷卻器進氣口。

NACA提出的層流翼型(下)與普通翼型(上)的橫截面對比。層流翼的最大凸起處為弦長50%處，這種設計能減少流經翼面的湍流，減少空氣阻力而加快飛機速度和減少耗油量，層流翼的缺點為在低速時產生的升力較一般機翼少

通過建立自己的設計，北美航空公司可以運用「為批量生產而設計」的方法，最終以較低的單位成本而獲得了更高的生產率。

第二次世界大戰期間的美國作戰飛機大多使用星型發動機(radial engine)。在這類發動機中，活塞通常圍繞著螺旋槳軸呈圓形布置，而且每個活塞都暴露於迎面而來的氣流之中，因此其產生的熱量可以通過金屬散熱片而散發出去──許多現代的摩托車、鏈子鋸和旋轉割草機的發動機也採用類似的散熱方法。然而，在液冷發動機中，其活塞則是整齊地排列在螺旋槳後面。這樣一來，雖然星型發動機需要較寬大、會產生較大阻力的正面和較粗的機身，但由於選擇了使用液冷發動機，因此P-51可以採用一種具有細長的、平滑的機鼻的外觀設計。

散熱是在設計飛機時需要考慮的一大重要因素。在航空汽油燃燒產生的能量中，只有大約25%至30%才能成為有效的驅動馬力，剩餘的大都以熱量的方式散發掉了。P-51將散熱器(燃油和冷卻液)安置在機身底部和飛行員後方被證明是讓該款飛機獲得顯著性能優勢的秘訣之一。

P-51的散熱器不僅不會造成阻力，還會產生推力

1971年，在一次慶祝「野馬」的設計構想和發展歷程的研討會上，舒默德解釋說，當氣流通過散熱器時，空氣的膨脹實際上產生了額外的推力。

正在NACA的埃姆斯(Ames)航空實驗室的風洞中進行測試的XP-51B「野馬」，時間是1943年。除了其他設計之外，北美公司還在風洞試驗中測試了P-51那獨特的機身外型

舒默德在會上還回憶起了另外一些問題。例如，洛杉磯地區的鑄造廠都無法承擔新型戰機所需的巨大鎂合金起落架的鑄造工程，只有一家小工廠才選擇了接受這一挑戰。舒默德在這家鑄造廠安排了一隻「看門狗」來監督工作。幾天後，這個人帶著鑄好的起落架回到了北美航空公司──這些鑄件是如此地熱，以至於在他的汽車地毯上燒了一個窟窿。

同樣是在裝配方面，還有其他的問題。在一張圖紙上，工程師錯誤地標註了採用直徑為4.97英寸(約126.238毫米)，而不是4.997英寸(約126.924毫米)的鋼鍛。結果，這一零件最終的大小低於設計尺寸，從而導致項目進度在時間表上落後了。為此，設計團隊絞盡腦汁地尋找解決方案，最終他們提出了使用鍍鉻的方法來「挽救」這一零件的想法，以避免項目進度推遲。

NA-73項目雖然拖的時間過長，但最終結果卻不亞於一個奇蹟。1940年9月9日，北美公司的設計團隊完成了完整的原型機設計和車間製造工作，這一切僅僅在項目啟動後的第117天就完成了。

設計人員正在研究P-51飛機的工程模型

這款新型戰鬥機的最初版本由艾里遜(Allison)發動機驅動，發動機帶動一部柯蒂斯(Curtiss)三葉螺旋槳。這套配置最適合在較低的高度飛行。然而，艾里遜發動機的進度發生了拖延，而且其尺寸與飛機的設計圖紙不符：管線布置的位置出了問題，以至於發動機的托架需要返工進行重新設計，然後發動機才被順利地安裝到了機體之中。

在經歷了這樣那樣的延誤之後，NA-73的原型機很快就進入了試飛階段。在獲得了「NX19998」的國內登記註冊序列號之後，NA-73的原型機於1940年10月26日進行了首飛。布雷斯再次擔任了NA-73原型機的試飛工作，並在他的飛行日誌中又增添了一次成功的首飛記錄。

首飛中的XP-51/NA-73X原型機

不幸的是，在1940年11月20日進行的第五次飛行中，這架原型機在一塊農民的豆田裡來了場不光彩的「背摔」並肚皮朝天了。這次由北美公司的試飛員保羅?巴爾弗(Paul Balfour)進行的失敗試飛問題出在與燃油系統有關的發動機故障上。調查結果顯示，燃油閥似乎是被卡住了，也可能是一直未能正常運行。面對這架原型機破碎的螺旋槳軸、劃傷的擋風玻璃、壓碎的垂直穩定面和已經彎曲的機翼，每個人都覺得絕望了。巴爾弗也因傷而被迫入院治療。

在1940年11月20日進行的第五次飛行中，這架原型機在一塊農民的豆田裡來了場不光彩的「背摔」並肚皮朝天了

「失事」後正在被吊起的NA-73，注意機翼上塗刷的「NX19998」

公司方面調來了一台移動式起重機，試圖在日落之前收回受損的飛機。北美公司決定洗掉泥土，更換所有的受損部件，然後再試飛一次。雖然在殘骸照片中肉眼可見的機體受損程度很大，但NA-73X卻以令人驚奇的速度被修復了──發動機早在1940年12月31日就做好了進行試運行的準備，而這架飛機於1941年1月11日再次進行了試飛。

北美公司的人員很早就相信「野馬」的設計將是一個分水嶺。為英國皇家空軍生產320架「野馬」標誌著北美公司的工程師們拚命尋求解決方案以提高艾里遜發動機的高空轉速和性能的開始。按照美國軍用飛機出口規定的要求，兩架樣機(從裝配線上下線的第4架和第10架飛機)被重新命名為XP-51，並交付給駐紮在俄亥俄州賴特(Wright)空軍基地的陸軍航空部隊用於評估，時間分別是1941年8月和12月。

一名女工正在一具「野馬」的起落架上忙碌著，時間是1942年，地點位於加利福尼亞州英格爾伍德市的北美航空公司工廠

儘管如此，「野馬」並沒有馬上獲得更進一步的訂單。金德博格後來哀嘆說：「我們以為我們擁有了世界上最好的飛機，並且想繼續生產它，但是我們沒有得到訂單。」

一個沒人要的「孤兒」

美國陸軍裝備司令部(Army Materiel Command)里航空隊(Air Corps)的官僚們對「野馬」抱以蔑視的態度，而且他們根本沒有對被他們「監管」的兩架XP-51開展評估的意願。雖然他們沒有提出正式的理由，但北美航空公司對這些官僚老爺們內心的想法推論如下：

第一，NA-73是一款由北美公司研發用於出口的戰鬥機。無論是位於俄亥俄州代頓市的美國陸軍航空隊裝備部門還是加利福尼亞州聖莫尼卡市的官員們都把這款戰鬥機打入了冷宮。「野馬」成了一個沒人要的孤兒，屬於「沒有生逢其時的發明」這一類。

第二，北美航空公司不像貝爾公司、柯蒂斯公司或洛克希德公司那樣曾經研製過一款或數款傳奇般的驅逐機。在美國官方於1939年8月16日公布的大規模生產決策中規定，北美公司在戰時主要是承擔AT-6教練機和B-25中型轟炸機的生產任務。

第三，傳統的理念認為，採用風冷星型發動機的驅逐機比採用液冷發動機的型號飛得更快、更輕巧、結構更簡單，也更靈活。液冷系統被認為由於增加了冷卻液、散熱器、空氣進/排氣口和所有相關管道的重量而給機體造成了額外的「負擔」。

第四，艾里遜發動機的性能導致「野馬」只能被限制在低空使用。倘若一架飛機需要在重型轟炸機才能飛到的很高的高空作戰的話，那麼其就需要加裝渦輪增壓器。不幸的是，當時這類渦輪增壓器還是不存在的，如果強行「發明」的話，以當時的技術條件而言發明出的渦輪增壓器很可能會破壞飛機的空氣動力學外形。

第五，原本讓人憂心忡忡的德軍對英格蘭的入侵現在看來變得不太可能了，從而減少了對一款低空戰鬥機的需求緊迫性。

有些作者聲稱，擁有軍備採購權力的奧利弗?埃科爾斯少將(Maj. Gen. Oliver P. Echols)對金德博格很生氣，因為「野馬」違反了裝備司令部的意願──裝備司令部原本希望北美公司在獲得柯蒂斯公司許可的情況下生產P-40戰鬥機。這種說法進一步發酵，後來又聲稱埃科爾斯少將對此懷恨在心，故意懲罰報復北美公司。北美公司位於加利福尼亞州英格爾伍德(Inglewood)的工廠當時每天能生產兩架「野馬」和兩架B-25，而埃科爾斯少將卻打算採購飛得更快的攻擊轟炸機，而且不要任何北美公司的驅逐機。

北美英格爾伍德工廠內新下線的B-25和P-51

無論軍備採購軍官產生上述態度的原因如何，最終還是憑藉哈普?阿諾德將軍那敏銳的頭腦才切斷了陸軍方面對「野馬」的謬見及由此助長的疑慮。1941年6月，美國陸軍航空隊(Air Corps)成了陸軍航空軍(縮寫為AAF)。最初為陸軍航空隊生產310架戰鬥型「野馬」的合同是在1941年10月20日簽署的，但直到1943年底之前，人們還無法在歐洲的天空中普遍地看到這款戰機的存在。

一份於1943年7月5日從陸軍航空隊裝備司令部拍發給北美航空公司的電報表達了美軍對「野馬」新產生不久的興趣是何等的強烈：「陸軍航空隊總參謀部已經發出了一條緊急指示：儘可能早地(讓飛機)發揮出最大的作戰半徑。要求立即研究確定飛機(P-51B型和後續型號)能夠在內部受保護的油箱中攜帶可能的最大量燃油的方法，項目承包商應提交一份有希望實現這種前景的計劃。」

1943年8月17日，一支由近400架重型轟炸機組成的、準備發動一次「雙面進攻」的龐大編隊從英格蘭起飛了。柯蒂斯?李梅上校率領著其中的一支編隊直撲位於德國雷根斯堡(Regensburg)的梅塞施密特飛機工廠準備發起攻擊，與此同時另一支編隊則徑直飛向了位於施魏因福特(Schweinfurt)的滾珠軸承工廠。這兩處德國目標都超出了當時盟軍可用的護航戰鬥機的作戰半徑。

一架正在進行試飛的P-51A「野馬」，照片攝於1942年

每月881架飛機

阿諾德當時正在加拿大出席一次同盟國會議，會議期間有人轉交給了他一信封。這是一份有關這次空襲行動的報告。阿諾德痛苦地看到，這次行動有60架B-17被擊落，近600名飛行員犧牲或被俘。阿諾德知道，對第8航空隊的轟炸機部隊而言，長期面對這種水平的戰鬥損失是不可接受的。需要為其提供護航戰鬥機，而P-51則是最適合提供這種護航能力的機型。一個星期後，1943年8月25日，北美公司內部完成了一份備忘錄，在這份備忘錄中寫道：

「陸軍方面要求儘可能多地在P-51戰鬥機上採用機身自封閉油箱。該要求之所以這樣緊迫，主要是由於(盟軍)近期在遠程轟炸行動中因缺少戰鬥機保護而遭受了損失……已經有人提出，要儘快通過P-51戰鬥機逆轉這種趨勢。」

盟軍方面所要求的「趨勢逆轉」尚無法得到充分的貫徹，直到P-51D型戰鬥機從英格爾伍德和達拉斯的工廠中下線為止;儘管如此，通過對初始設計的所有方面進行研究、評估和重新評估，人們逐漸增加了對P-51戰鬥機的改進。

這些細化的改進措施包括：原先的「鳥籠」狀艙蓋被一個視野良好的氣泡狀座艙蓋所取代;在防火隔板內加裝了裝甲以保護髮動機冷卻組件;在駕駛員座椅後面也加裝了額外的裝甲板;原先較重的銅質散熱器被更輕的鋁製版本所替代;在翼尖上安裝了密封的平衡副翼;在油箱中安裝了橡膠材質的自封閉材料，以防止油箱被子彈擊穿後發生漏油;等等。

二戰中普遍採用的自密封油箱，外面包裹了一層橡膠化合物，被子彈擊穿後能自動封閉彈孔

在「野馬」中唯一未得到有效利用的空間是飛行員背後的機身。原先安放在那裡的蓄電池、無線電設備和氧氣罐被另擇位置重新安放，空出的空間被一個85加侖(約322升)的燃油箱所填滿。這個新的燃油箱會使「野馬」飛起來不穩定，直到油料耗光為止，但飛行員們很快就適應了這一切。

正在工廠中製造的P-51戰鬥機

到目前為止，「野馬」最大的性能提升發生在發動機方面。羅納德?哈克(Ronald W. Harker)是一位為勞斯萊斯航空工業公司工作的、意志頑強的英國民間試飛員，他率先提出了將勞斯萊斯公司的「梅林」(Merlin)V-12發動機安裝到P-51機身上的建議。1942年8月，為P-51戰鬥機改裝「梅林」V-12發動機的工作在英國開始了，改裝後的飛機在1942年10月13日進行了首飛。北美航空公司原封不動地採納了這一改裝項目，從此「野馬」的性能區間開始由低空向高空轉變。在美國，「梅林」發動機是由帕卡德汽車公司(Packard Motor Car Co.)按照許可證而生產的。P-51原來安裝的三葉螺旋槳也讓位於漢密爾頓?標準(Hamilton-Standard)公司或航空製品(Aeroproducts)公司那獨特的四葉螺旋槳。

英國人改裝的「梅林野馬」

在這些改動完成之後，到1945年1月，P-51戰鬥機在達拉斯和英格爾伍德工廠的裝配線上以每月881架的驚人速率被生產了出來。最終，北美航空公司總共生產了將近15600架各種型號的「野馬」。

P-51被許多人認為是第二次世界大戰期間最好的「全能型」戰機。隨著戰爭的進行，逐漸剩下只有P-51戰鬥機才擁有能伴隨從英國基地起飛深入德國內陸進行轟炸的重型轟炸機編隊、同時保護其安全返回的超遠航程。

「野馬」在上述過程中擔負著「雙重角色」：一是保護B-17和B-24轟炸機免遭敵方戰鬥機的襲擊，同時摧毀納粹德國空軍──無論是把它們消滅在地面上，還是把它們消滅在無窮無盡的空戰格鬥中。此時的P-51已經普遍開始掛載翼下可拋的副油箱，而且直到把副油箱中的燃料消耗光後才開始使用機身油箱中的燃料，這使得P-51一上天就飛7.5個小時成了「常態」，而且在這種情況下P-51往往還有足夠的燃油儲備可用來與納粹德國空軍進行一些「油門全開」的空戰格鬥。數十位盟軍的空戰王牌可以說都是P-51戰鬥機所「造就」的。

P-51被許多人認為是第二次世界大戰期間最好的「全能型」戰機

雖然P-51戰鬥機在太平洋戰場上出現的時機較晚，但「野馬」們卻在第二次世界大戰的高潮期間憑藉自身的優異性能而服役著──在這段「高潮期間」，它們被要求護航波音公司的B-29轟炸機執行對日本列島上目標的轟炸任務。

為B-29護航的P-51戰鬥機

最後一次將「野馬」這款北美公司研發的經典單座戰鬥機(1947年美國空軍正式成立後更名為F-51)投入戰鬥是在1950年爆發的朝鮮戰爭的初期階段：在此期間，美軍的「野馬」戰鬥機總共飛行了約62607個架次，僅僅損失了474架F-51。

「野馬」戰鬥機還有一款雙機身版本，被稱為F-82「雙野馬」(Twin Mustang)，這款機型最初是應陸軍航空隊的要求為在超遠的航程上護送轟炸機而研製的，目的是支援對日本本土島嶼的登陸作戰。這些「雙野馬」同樣憑藉其優異的性能而在朝鮮戰爭期間服役過。

P-82/F-82「雙野馬」戰鬥機

威力強大而又造型優雅的P-51仍然是一年一度的雷諾飛行競技比賽(Reno Air Races)和夏季航展賽事中的一個寵兒，而且在研發初期克服了種種問題之後，直到現在她們都也沒再出現過這些問題。文/李昭輝

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