五代战斗机垂直起降（像UFO一样垂直起降）

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前言

第一眼看到今天的飞机的人可能会想：这是飞机？确定不是UFO吗？这的确是一架飞机，像UFO一样能“垂直起降”的飞机，还是一架接近完成的舰载战斗机！

之前发过两篇二战期间美国陆军航空兵的创新型战斗机的文章，漏掉了海军的创新。当时就有厉害的读者提到了“飞行煎饼”，今天就来补上这个缺，一起聊聊这一款外形相当惊世骇俗的海航试验型战斗机——XF5U“飞行煎饼”舰载战斗机。

目击飞碟

1943年，康涅狄格州斯特拉特福地区，忽然出现了数千例“目击UFO”的报道。上千名美国平民声称在附近的天空中看到有奇怪的飞行器飞来飞去，外形不像任何已知的飞机，引起了一场不小的轰动。不少记者也赶来凑热闹，事情很快就搞清楚了，这是沃特-西科斯基公司正在测试一架新型的验证机——战争年代总是不缺少各种奇思妙想的。不过“飞碟”这个词要等到1947年才会创造出来，所以当时的称呼是“飞行烙饼（Pancake）”。

太像UFO啦，还有点萌萌的喜感

“飞行烙饼”的想法是NACA（美国国家航空咨询委员会的缩写）的一名工程师查尔斯·齐默尔曼的创意，他于1935年申请了外观专利，1938年拿到了发明专利。他认为这种飞行器才是“最理想的高速飞机”，能兼顾高速和低速。经NACA同意，1937年齐默尔曼开始和飞机制造公司接触。而沃特-西科斯基公司作为最具创新精神的公司接纳了他。

齐默尔曼本尊

到了新公司以后，齐默尔曼首先制造了木质的遥控飞机模型，公司编号为V-162（F4U“海盗”战斗机的原型公司编号为V-166B）。这架外形奇特的飞机一度被很多人怀疑能否飞得起来！不过1938年V-162试飞的过程相当顺利，设计目标基本都达到了。于是1940年海航正式启动了“飞行煎饼”计划，计划很谨慎，沃特公司首先获得的是制造V-173验证机的合同。

造型奇特的V-162，整个后面可以活动

“煎饼”的秘密

“飞行煎饼”凭什么能做到高速和低速统一呢？它的秘诀就在碟形的机翼和那两个螺旋桨之上。我们知道，飞机要增加升力就要增加机翼面积，通常的做法是把机翼做得很长——机翼的翼展很大，而翼弦相对较小，这样展弦比就会比较大。大展弦比的机翼一直是增加升力的不二法门，我们看到滑翔机、还有著名的U-2“黑寡妇”就是典型的例子，这些飞机“风大一点就能把它们吹起来！”高速飞机要增加升力也不例外：二战德国最快螺旋桨战斗机的Ta152H，因为要到高空去打轰炸机，翼展明显比之前的Fw190要长。

U-2的机翼展弦比特别大

德粉心中的神机Ta152H的展弦比也明显加大了

但加长机翼受到很多限制，过长的机翼明显不利于飞机机动，结构强度也差，机翼还特别容易变形从而改变气动特性。有人不禁会想，为什么不换个思路来增加机翼面积呢？不增加翼展，增加翼弦的长度不也可以吗？这样的话机翼的强度会好得多呀。的确这样也能增加机翼面积，但翼弦太长会导致诱导阻力急剧增大！

诱导阻力来源于翼尖的涡流消耗了能量

所谓“诱导阻力”是因为升力的本质就是机翼下表面和上表面的气压差，下表面压力比较大，到了翼尖那儿会从翼尖下翻上来形成涡流，涡流会消耗不少能量。而翼弦如果加大，翼尖也会加长长，长长的翼尖会形成很强劲的翼尖涡，大大增加诱导阻力。而如果像之前那样只增加翼展，增加了升力的同时，诱导阻力一样的。所以在螺旋桨盛行的低速飞行年代，小展弦比的机翼一直没什么应用，要到了喷气时代才大量出现在战斗机、导弹上。

小展弦比弹翼的标准导弹

齐默尔曼的“飞行煎饼”是螺旋桨时代少有的小展弦比机翼应用尝试，他采用了一种与众不同的方法来解决诱导阻力的问题——在两侧翼尖装上两个大大的螺旋桨，产生推力的同时，利用螺旋桨旋转的气流来抵消掉翼尖涡，不让下表面的高压气流翻上来！这样既能增加机翼面积增加升力，又能足够好的结构强度，还能消除诱导阻力！仅仅只是一举三得吗？还有，螺旋桨尾流速度快，吹过整个机翼时还能增加额外的升力，别忘了升力与速度——这个速度是飞机与空气的相对速度——的平方成正比！

原谅淘金客的手绘，翼尖增加螺旋桨，旋转方向与涡流相反，可以抵消涡流

“飞行煎饼”还继续往前走了一步——既然已经采用了小展弦比的机翼，干脆把传统的机身与机翼融合起来——这个特点很像诺斯罗普的飞翼，同样能做到“飞机上的每一寸都能用来产生升力”，机身呈盒形还能进一步减少飞机的整体结构重量，同时利用机翼内部巨大的空间来装更多的燃油、武器……V-162模型以及一系列的风洞试验都证明了这个想法可行，到了1942年11月，能实际载人的V-173验证机终于制造出来了。

能载人的V-173首飞，螺旋桨太大，前腿特别长

11月23日，V-173完成了首飞。试飞时表现出让人惊讶的低速性能——能以20英里（32公里）的时速在空中飞行，被称为“绝不会失速”的飞机。而且，它和滑翔机之类“风稍大一些就会飘起来”的飞机不同，它更加“可控”，是靠螺旋桨尾流来消除翼尖涡流并增加升力，在发动机不启动时它是稳稳地停在地面上的。而一旦发动机动起来，几十公里速度的气流吹过整个机翼，等于让它即使静止不动也有几十公里的空速，当然就不容易失速，而且起降距离非常短，类似于后来波音在运输机上采用的吹气襟翼，“几乎在原地就飞起来了”！

地面或者正上方看来，很像UFO，也很萌

进入实用化

V-173甚至惊动了著名飞行家林德伯格——单人不着陆飞越大西洋的第一人，他亲自体验了V-173的低速特性。还有一次V-173紧急降落在一片海滩上，飞行员发现海滩上有两个游泳的人，低速降落后错误地使用了刹车，飞机一个跟斗翻了过去，但结实的“煎饼”机体完好，飞行员自己爬出了机舱。高速方面，仅凭两台共160马力的发动机，V-173就飞到了138英里（222公里）。如此优异的飞行特性让海军非常高兴，早早就下了订单，订购两架更大型的XF5U舰载战斗机的原型机。

大飞行家林德伯格亲自驾驶过“飞行煎饼”

XF5U比V-173大得多，但形状非常相似。动力采用了两台普惠公司的14缸R2000星形空冷发动机——淘金客也奇怪为什么不是大名鼎鼎的18缸R2800“双黄蜂”发动机，沃特公司自己在F4U“海盗”上正在大量使用呀，可能是因为“双黄蜂”尺寸太大安装有困难。单台R2000发动机功率1350马力，配用的螺旋桨直径高达4.9米！沃特公司真是爱大桨啊，自家的F4U“海盗”用了二战中最大的螺旋桨，直径也才4米！这是因为大直径桨低速推力效率更高，而且形成的尾流直径也比较大，XF5U需要大尾流来增升减阻。

感受一下巨大的绞接式螺旋桨！正面的两个“大眼睛”是空冷发动机的冷却空气进口

两台发动机都没有直接驱动螺旋桨，而是并在一起通过一系列复杂的齿轮来驱动两侧的变距螺旋桨！这样做的缺点当然是整套机构非常复杂，重量也大可靠性也低，但是优点却是任何一台发动机停转后，另一台发动机都能同时驱动两个螺旋桨，这和现在的V-22“鱼鹰”倾转翼飞机很相似。从前面的描述，读者应该能猜到，这架飞机和“鱼鹰”一样，是不能靠1个螺旋桨飞行的。

内部有复杂的传动系统

V-173验证机采用木质材料，到了XF5U就变成了全金属结构。为了减重，XF5U首次采用了复合夹层蒙皮，两层铝合金夹一层轻木。齐默尔曼本来打算和诺斯罗普的XP-79飞翼式战斗机（点此跳转）一样，让飞行员趴着驾驶飞机，最后还是打消了这个想法。不过飞机的螺旋桨尺寸太大机头高高仰起，飞行员完全无法看到地面，因此在驾驶舱地板上装了有机玻璃。计划能安装6挺12.7毫米机枪，或者4门20毫米机炮——这是美国战斗机的标配，另外起码能挂载2颗1000磅（454公斤）炸弹。螺旋桨预计最高时速能达到550英里（885公里）！这实在是非常惊人！

最初调试的时候要从背部的梯子爬进座舱

然而过于新颖的结构严重拖慢了项目的进度，而且经费也大大超支。XF5U原型机完成已经到了1946年，战争已经结束，整个项目蒙上了不详的阴影——军费开支大减，而且喷气时代已经来临了。1947年2月3日，“飞行煎饼”开始地面滑行，在地面时就忍不住要向天空跳起来。出于对绞接式螺旋桨和传动机构的不信任，试飞员和沃特公司认为需要到加州的爱德华兹空军基地去试飞才比较保险，但“飞行煎饼”的结构所限，不能拆卸后通过公路运过去，只能装上船经过巴拿马运河，这样运费实在太高了。沃特公司和海军沟通了运费的问题，海军的答复是：整个项目取消。

最后因为运费问题没有起飞

最后结局

就这样XF5U“飞行煎饼”一次也没飞起来过，两架原型机一架毁于地面静力试验，一架最后被拆解，只有V-173验证机被保留下来，在德克萨斯飞行博物馆里展出，如此结局让人颇为惋惜。根据计算，“飞行煎饼”在28000英尺（8534米）高度上至少能达到475英里（765公里）的最大速度！而最低速度只有区区40英里（64公里）！这意味它完全不依赖弹射器就可以轻松地从小尺寸的护航航空母舰上起飞降落，具有自转旋翼机一样“近乎垂直起降”的性能。

小小的护航航母就能让“煎饼”起降！

它的另外一个优势就是尺寸非常紧凑，尽管最大起飞重量达到了F4U“海盗”的134%，但翼展只有后者的79%，长度只有后者的83%，即使不折叠机翼（也没办法折）占用的甲板面积也相当小。但机翼面积达到“海盗”的151%，对转弯性能影响很大的翼载荷只有“海盗”的93%，和F6F“地狱猫”相当，但速度却比“海盗”还要快20英里！沃特公司不甘心这架性能优异的飞机就此埋没，又向海军提出换上2200马力的通用电气T31（TG-100）涡轮螺旋桨发动机，但海军此时的兴趣被洛克希德和康维尔的尾座式垂直起降战斗机吸引过去了。

换装了涡轮螺旋桨发动机的“飞行煎饼”

以淘金客的观点，“飞行煎饼”计划还是存在很多未知的风险，首先，巨大的螺旋桨在高速飞行时桨尖有极大可能会超过音速，如何处理激波带来的问题齐默尔曼可能并不清楚；其次，绞接式螺旋桨、发动机传机构带来的复杂性，可能会对飞机的可靠性、出勤率造成严重影响；另外，由于整架飞机实际上是“泡”在螺旋桨的尾流中飞行，战斗中螺旋桨、发动机一旦中弹，后果不堪设想。

可惜只能在游戏里战斗，这样的萌物就不能留下来展览吗？

还有，如此小的翼展也意味着副翼的操作力矩很小，虽然有高速尾流能增加舵效，但实际使用效果如何还不得而知，因此飞机的滚转、转弯性能到底怎么样，还是要飞过才知道，以往的经验都不能作为参考；最后也是最重要的一点，受基础原理限制——需要螺旋桨尾流抵消翼尖涡流，“飞行煎饼”不可能采用真正的喷气动力，这就决定了它的最终命运。

只有V-173保存了下来

在美国那一票造型前卫的“黑科技”战斗机中，“飞行煎饼”虽然外形最怪异，可行性却还是非常不错的。淘金客认为它比洛克希德的尾座式“弹簧高跷”验证机更加靠谱，而且这套原理非常适合中低速飞机，有时间了一定要自己造一架类似的飞机——当然是V-162那样的模型——来试一下，体验一下“近乎垂直起降”“类似UFO”一样的飞行感觉！

有机会一定要尝试一下！

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