二战军机工程上的奇迹：P-51“野马”艰难诞生记

来源: 环亚防务      文:李昭辉

“这架传奇般的飞机的设计者们在研发过程中克服了艰巨的困难，并打造出了一架标志性的战斗机。”

编队飞行的P-51战斗机。这款高机动性的战斗机是一种理想的护航战斗机，而且与纳粹德国空军的战斗机相比丝毫不落下风

研制背景

堪称二战标志性军机之一的P-51“野马”战斗机被认为是一个工程上的奇迹，但她发展成为二战传奇性战斗机之一的道路却绝非平坦。“野马”的发展历程饱受严重的技术问题、官僚主义和制造工艺太复杂等难题的困扰，但这些问题最终都被一一克服，并让这款战斗机成为了第二次世界大战的象征之一。

正是由于北美航空公司(North American Aviation，NAA)和美国陆军航空队主官亨利?“哈普”?阿诺德将军对其最终发展潜力的信任，才使得“野马”避免了被下马的命运，并最终脱颖而出。

早在1940年，北美航空公司的总裁詹姆斯·金德博格(James H.“Dutch” Kindelberger)就与那些生活在纳粹威胁之下的欧洲国家保持着强有力的商业联系，这是由于这些欧洲国家之前曾采购过北美公司的教练机的缘故。随着纳粹的战争机器朝着英、法两国扑来，这些国家想知道这样一个问题的答案：北美航空公司能够从柯蒂斯·赖特(Curtiss-Wright)公司那里获得许可并生产P-40“战鹰”(Warhawk)战斗机吗?

北美航空公司的总裁詹姆斯.金德博格

金德博格对此表示反对，他给出的答案是设计和制造一架全新的飞机，新飞机将超越P-40这款已显老旧的战前设计。北美公司的工程师们在私下里已经花了好几个月的时间对发展一款全新战斗机的前景进行了研究。不久，北美公司与法国达成了协议，但在新飞机能够交付法军之前，法兰西就已经沦陷在第三帝国的铁蹄之下了。

新式战斗机已经无法把法国从纳粹的铁蹄下拯救出来了，但一款新式战斗机却可以让英国皇家空军获得抵御纳粹入侵而急需的装备优势。

就在此时，埃德加?舒默德(Edgar O. Schmued)加入了金德博格主持的新战机研发项目──该项目最终发展成了“野马”战斗机研发项目。舒默德出生在德国，是一位才华横溢的飞机设计师。他曾在第一次世界大战中服过兵役，后来在20世纪20年代加入了通用汽车公司，负责巴西方面的业务。由于其德国背景，为了让舒默德顺利地移民到美国，有关方面还专门进行了特别的安排。

P-51战斗机的设计师埃德加·舒默德。金德博格让舒默德为这款需求急迫的战斗机而放手挑选他的设计团队人员

金德博格和舒默德设想要设计这样一架飞机：它将是一款敏捷、坚固、快速和致命的战斗机，同时具备强大的空对地作战能力。

北美航空公司的记录表明，新型战斗机的设计受一款鲜为人知的、代号为NA-35的双座教练机的影响很大。NA-35的首飞仅比NA-73项目开始初步设计工作早了5个月，这里所说的“NA-73项目”就是最终发展成为P-51战斗机的研发项目的最初代号。

NA-35身上拥有一系列的“第一”：它是第一款以液冷发动机为动力的北美公司的飞机，这种创新使得机身的正面面积大大减少;总设计师舒默德引入了最新发明的层流翼构型;整个上机翼表面由一整片光滑的铝合金构成，这可以确保机翼拥有最小的阻力且始终处在“干净”的气流当中。

自由职业飞行员万斯·布雷斯(Vance Breese)在1939年12月9日熟练地驾驶着这架飞机进行了“处女航”。布雷斯是来自南加利福尼亚州的众多试飞员之一，这些试飞员凭借驾驶着新机型进行首飞测试而赚取了不菲的报酬。

NA-35双座教练机

正式的研发工作从第二架NA-35身上开始了，但对一款小型教练机的需求此时看起来已经显得不那么急迫了。更深入的研究工作在1940年受到了进一步的打压，因为北美航空公司提高了其他研发项目的优先度。

5英尺10英寸，140磅

金德博格在1940年7月的会议上通知公司董事会说，他已经放弃了NA-35项目，并以10万美元的价格将这款设计卖给了维加飞机公司(译者注：维加飞机公司是洛克希德飞机公司旗下的一家子公司，该公司成立于1937年8月，开始的名字叫“AiRover”，后来为纪念洛克希德公司的首款飞机“Vega”而被重新命名为“维加”)，这款设计后来演变成了“维加35”型飞机。在维加飞机公司的产能被勒令用来生产军用飞机之前，其还生产了少量额外的NA-35。“维加35”这款飞机依然是不容人们忽视的，因为这架娇小的飞机动力虽然只有150马力，但却是“野马”的重要先驱型号之一。

金德博格让舒默德为北美公司当前最优先的项目──为英国设计的新式战机──而挑选他的工作班子。舒默德挑选出的团队于1940年5月5日开始了新飞机的设计工作。金德博格指示舒默德围绕着飞行员“5英尺10英寸高、体重140磅”(约1.78米高、63.5千克重)的标准研制新飞机，并将这一指标作为设计的起点。舒默德在北美公司的工资表上发现了一个符合上述标准的人，于是他先让这个人坐在椅子上，然后开始计算所需的人机界面参数。

舒默德拥有卓越的项目管理技能，他可以可靠地跟踪项目进度，并在任何有关设计的方面迅速对问题做出反应。他领导的研发团队心无旁骛地投身到了NA-73飞机的设计工作之中。只有到了星期天他们才会比平时早一些地结束手头上的工作──结束时间是下午6点──以便去度周末。

新研发的英国战斗机将受益于四个方面的重要设计特征，这四个特征都经过了风洞测试验证：

第一，新的“层流翼型”设计使得即使在战时对飞机进行“粗暴驾驶”的情况下仍然会保持有效。

第二，造型流畅的机身轮廓进一步减小了阻力。

第三，由于采用了液冷发动机，因此缩小机身的正面迎风面积成为了可能。

第四，飞机采用了一套创新的发动机冷却系统，并将冷却器排气口安置在飞行员的后面，这也造就了P-51那极具特色的位于驾驶舱后方及机身下部的冷却器进气口。

NACA提出的层流翼型(下)与普通翼型(上)的横截面对比。层流翼的最大凸起处为弦长50%处，这种设计能减少流经翼面的湍流，减少空气阻力而加快飞机速度和减少耗油量，层流翼的缺点为在低速时产生的升力较一般机翼少

通过建立自己的设计，北美航空公司可以运用“为批量生产而设计”的方法，最终以较低的单位成本而获得了更高的生产率。

第二次世界大战期间的美国作战飞机大多使用星型发动机(radial engine)。在这类发动机中，活塞通常围绕着螺旋桨轴呈圆形布置，而且每个活塞都暴露于迎面而来的气流之中，因此其产生的热量可以通过金属散热片而散发出去──许多现代的摩托车、链子锯和旋转割草机的发动机也采用类似的散热方法。然而，在液冷发动机中，其活塞则是整齐地排列在螺旋桨后面。这样一来，虽然星型发动机需要较宽大、会产生较大阻力的正面和较粗的机身，但由于选择了使用液冷发动机，因此P-51可以采用一种具有细长的、平滑的机鼻的外观设计。

散热是在设计飞机时需要考虑的一大重要因素。在航空汽油燃烧产生的能量中，只有大约25%至30%才能成为有效的驱动马力，剩余的大都以热量的方式散发掉了。P-51将散热器(燃油和冷却液)安置在机身底部和飞行员后方被证明是让该款飞机获得显著性能优势的秘诀之一。

P-51的散热器不仅不会造成阻力，还会产生推力

1971年，在一次庆祝“野马”的设计构想和发展历程的研讨会上，舒默德解释说，当气流通过散热器时，空气的膨胀实际上产生了额外的推力。

正在NACA的埃姆斯(Ames)航空实验室的风洞中进行测试的XP-51B“野马”，时间是1943年。除了其他设计之外，北美公司还在风洞试验中测试了P-51那独特的机身外型

舒默德在会上还回忆起了另外一些问题。例如，洛杉矶地区的铸造厂都无法承担新型战机所需的巨大镁合金起落架的铸造工程，只有一家小工厂才选择了接受这一挑战。舒默德在这家铸造厂安排了一只“看门狗”来监督工作。几天后，这个人带着铸好的起落架回到了北美航空公司──这些铸件是如此地热，以至于在他的汽车地毯上烧了一个窟窿。

同样是在装配方面，还有其他的问题。在一张图纸上，工程师错误地标注了采用直径为4.97英寸(约126.238毫米)，而不是4.997英寸(约126.924毫米)的钢锻。结果，这一零件最终的大小低于设计尺寸，从而导致项目进度在时间表上落后了。为此，设计团队绞尽脑汁地寻找解决方案，最终他们提出了使用镀铬的方法来“挽救”这一零件的想法，以避免项目进度推迟。

NA-73项目虽然拖的时间过长，但最终结果却不亚于一个奇迹。1940年9月9日，北美公司的设计团队完成了完整的原型机设计和车间制造工作，这一切仅仅在项目启动后的第117天就完成了。

设计人员正在研究P-51飞机的工程模型

这款新型战斗机的最初版本由艾里逊(Allison)发动机驱动，发动机带动一部柯蒂斯(Curtiss)三叶螺旋桨。这套配置最适合在较低的高度飞行。然而，艾里逊发动机的进度发生了拖延，而且其尺寸与飞机的设计图纸不符：管线布置的位置出了问题，以至于发动机的托架需要返工进行重新设计，然后发动机才被顺利地安装到了机体之中。

在经历了这样那样的延误之后，NA-73的原型机很快就进入了试飞阶段。在获得了“NX19998”的国内登记注册序列号之后，NA-73的原型机于1940年10月26日进行了首飞。布雷斯再次担任了NA-73原型机的试飞工作，并在他的飞行日志中又增添了一次成功的首飞记录。

首飞中的XP-51/NA-73X原型机

不幸的是，在1940年11月20日进行的第五次飞行中，这架原型机在一块农民的豆田里来了场不光彩的“背摔”并肚皮朝天了。这次由北美公司的试飞员保罗·巴尔弗(Paul Balfour)进行的失败试飞问题出在与燃油系统有关的发动机故障上。调查结果显示，燃油阀似乎是被卡住了，也可能是一直未能正常运行。面对这架原型机破碎的螺旋桨轴、划伤的挡风玻璃、压碎的垂直稳定面和已经弯曲的机翼，每个人都觉得绝望了。巴尔弗也因伤而被迫入院治疗。

在1940年11月20日进行的第五次飞行中，这架原型机在一块农民的豆田里来了场不光彩的“背摔”并肚皮朝天了

“失事”后正在被吊起的NA-73，注意机翼上涂刷的“NX19998”

公司方面调来了一台移动式起重机，试图在日落之前收回受损的飞机。北美公司决定洗掉泥土，更换所有的受损部件，然后再试飞一次。虽然在残骸照片中肉眼可见的机体受损程度很大，但NA-73X却以令人惊奇的速度被修复了──发动机早在1940年12月31日就做好了进行试运行的准备，而这架飞机于1941年1月11日再次进行了试飞。

北美公司的人员很早就相信“野马”的设计将是一个分水岭。为英国皇家空军生产320架“野马”标志着北美公司的工程师们拼命寻求解决方案以提高艾里逊发动机的高空转速和性能的开始。按照美国军用飞机出口规定的要求，两架样机(从装配线上下线的第4架和第10架飞机)被重新命名为XP-51，并交付给驻扎在俄亥俄州赖特(Wright)空军基地的陆军航空部队用于评估，时间分别是1941年8月和12月。

一名女工正在一具“野马”的起落架上忙碌着，时间是1942年，地点位于加利福尼亚州英格尔伍德市的北美航空公司工厂

尽管如此，“野马”并没有马上获得更进一步的订单。金德博格后来哀叹说：“我们以为我们拥有了世界上最好的飞机，并且想继续生产它，但是我们没有得到订单。”

一个没人要的“孤儿”

美国陆军装备司令部(Army Materiel Command)里航空队(Air Corps)的官僚们对“野马”抱以蔑视的态度，而且他们根本没有对被他们“监管”的两架XP-51开展评估的意愿。虽然他们没有提出正式的理由，但北美航空公司对这些官僚老爷们内心的想法推论如下：

第一，NA-73是一款由北美公司研发用于出口的战斗机。无论是位于俄亥俄州代顿市的美国陆军航空队装备部门还是加利福尼亚州圣莫尼卡市的官员们都把这款战斗机打入了冷宫。“野马”成了一个没人要的孤儿，属于“没有生逢其时的发明”这一类。

第二，北美航空公司不像贝尔公司、柯蒂斯公司或洛克希德公司那样曾经研制过一款或数款传奇般的驱逐机。在美国官方于1939年8月16日公布的大规模生产决策中规定，北美公司在战时主要是承担AT-6教练机和B-25中型轰炸机的生产任务。

第三，传统的理念认为，采用风冷星型发动机的驱逐机比采用液冷发动机的型号飞得更快、更轻巧、结构更简单，也更灵活。液冷系统被认为由于增加了冷却液、散热器、空气进/排气口和所有相关管道的重量而给机体造成了额外的“负担”。

第四，艾里逊发动机的性能导致“野马”只能被限制在低空使用。倘若一架飞机需要在重型轰炸机才能飞到的很高的高空作战的话，那么其就需要加装涡轮增压器。不幸的是，当时这类涡轮增压器还是不存在的，如果强行“发明”的话，以当时的技术条件而言发明出的涡轮增压器很可能会破坏飞机的空气动力学外形。

第五，原本让人忧心忡忡的德军对英格兰的入侵现在看来变得不太可能了，从而减少了对一款低空战斗机的需求紧迫性。

有些作者声称，拥有军备采购权力的奥利弗·埃科尔斯少将(Maj. Gen. Oliver P. Echols)对金德博格很生气，因为“野马”违反了装备司令部的意愿──装备司令部原本希望北美公司在获得柯蒂斯公司许可的情况下生产P-40战斗机。这种说法进一步发酵，后来又声称埃科尔斯少将对此怀恨在心，故意惩罚报复北美公司。北美公司位于加利福尼亚州英格尔伍德(Inglewood)的工厂当时每天能生产两架“野马”和两架B-25，而埃科尔斯少将却打算采购飞得更快的攻击轰炸机，而且不要任何北美公司的驱逐机。

北美英格尔伍德工厂内新下线的B-25和P-51

无论军备采购军官产生上述态度的原因如何，最终还是凭借哈普?阿诺德将军那敏锐的头脑才切断了陆军方面对“野马”的谬见及由此助长的疑虑。1941年6月，美国陆军航空队(Air Corps)成了陆军航空军(缩写为AAF)。最初为陆军航空队生产310架战斗型“野马”的合同是在1941年10月20日签署的，但直到1943年底之前，人们还无法在欧洲的天空中普遍地看到这款战机的存在。

一份于1943年7月5日从陆军航空队装备司令部拍发给北美航空公司的电报表达了美军对“野马”新产生不久的兴趣是何等的强烈：“陆军航空队总参谋部已经发出了一条紧急指示：尽可能早地(让飞机)发挥出最大的作战半径。要求立即研究确定飞机(P-51B型和后续型号)能够在内部受保护的油箱中携带可能的最大量燃油的方法，项目承包商应提交一份有希望实现这种前景的计划。”

1943年8月17日，一支由近400架重型轰炸机组成的、准备发动一次“双面进攻”的庞大编队从英格兰起飞了。柯蒂斯·李梅上校率领着其中的一支编队直扑位于德国雷根斯堡(Regensburg)的梅塞施密特飞机工厂准备发起攻击，与此同时另一支编队则径直飞向了位于施魏因福特(Schweinfurt)的滚珠轴承工厂。这两处德国目标都超出了当时盟军可用的护航战斗机的作战半径。

一架正在进行试飞的P-51A“野马”，照片摄于1942年

每月881架飞机

阿诺德当时正在加拿大出席一次同盟国会议，会议期间有人转交给了他一信封。这是一份有关这次空袭行动的报告。阿诺德痛苦地看到，这次行动有60架B-17被击落，近600名飞行员牺牲或被俘。阿诺德知道，对第8航空队的轰炸机部队而言，长期面对这种水平的战斗损失是不可接受的。需要为其提供护航战斗机，而P-51则是最适合提供这种护航能力的机型。一个星期后，1943年8月25日，北美公司内部完成了一份备忘录，在这份备忘录中写道：

“陆军方面要求尽可能多地在P-51战斗机上采用机身自封闭油箱。该要求之所以这样紧迫，主要是由于(盟军)近期在远程轰炸行动中因缺少战斗机保护而遭受了损失……已经有人提出，要尽快通过P-51战斗机逆转这种趋势。”

盟军方面所要求的“趋势逆转”尚无法得到充分的贯彻，直到P-51D型战斗机从英格尔伍德和达拉斯的工厂中下线为止;尽管如此，通过对初始设计的所有方面进行研究、评估和重新评估，人们逐渐增加了对P-51战斗机的改进。

这些细化的改进措施包括：原先的“鸟笼”状舱盖被一个视野良好的气泡状座舱盖所取代;在防火隔板内加装了装甲以保护发动机冷却组件;在驾驶员座椅后面也加装了额外的装甲板;原先较重的铜质散热器被更轻的铝制版本所替代;在翼尖上安装了密封的平衡副翼;在油箱中安装了橡胶材质的自封闭材料，以防止油箱被子弹击穿后发生漏油等等。

二战中普遍采用的自密封油箱，外面包裹了一层橡胶化合物，被子弹击穿后能自动封闭弹孔

在“野马”中唯一未得到有效利用的空间是飞行员背后的机身。原先安放在那里的蓄电池、无线电设备和氧气罐被另择位置重新安放，空出的空间被一个85加仑(约322升)的燃油箱所填满。这个新的燃油箱会使“野马”飞起来不稳定，直到油料耗光为止，但飞行员们很快就适应了这一切。

正在工厂中制造的P-51战斗机

到目前为止，“野马”最大的性能提升发生在发动机方面。罗纳德·哈克(Ronald W. Harker)是一位为劳斯莱斯航空工业公司工作的、意志顽强的英国民间试飞员，他率先提出了将劳斯莱斯公司的“梅林”(Merlin)V-12发动机安装到P-51机身上的建议。1942年8月，为P-51战斗机改装“梅林”V-12发动机的工作在英国开始了，改装后的飞机在1942年10月13日进行了首飞。北美航空公司原封不动地采纳了这一改装项目，从此“野马”的性能区间开始由低空向高空转变。在美国，“梅林”发动机是由帕卡德汽车公司(Packard Motor Car Co.)按照许可证而生产的。P-51原来安装的三叶螺旋桨也让位于汉密尔顿·标准(Hamilton-Standard)公司或航空制品(Aeroproducts)公司那独特的四叶螺旋桨。

英国人改装的“梅林野马”

在这些改动完成之后，到1945年1月，P-51战斗机在达拉斯和英格尔伍德工厂的装配线上以每月881架的惊人速率被生产了出来。最终，北美航空公司总共生产了将近15600架各种型号的“野马”。

P-51被许多人认为是第二次世界大战期间最好的“全能型”战机。随着战争的进行，逐渐剩下只有P-51战斗机才拥有能伴随从英国基地起飞深入德国内陆进行轰炸的重型轰炸机编队、同时保护其安全返回的超远航程。

“野马”在上述过程中担负着“双重角色”：一是保护B-17和B-24轰炸机免遭敌方战斗机的袭击，同时摧毁纳粹德国空军──无论是把它们消灭在地面上，还是把它们消灭在无穷无尽的空战格斗中。此时的P-51已经普遍开始挂载翼下可抛的副油箱，而且直到把副油箱中的燃料消耗光后才开始使用机身油箱中的燃料，这使得P-51一上天就飞7.5个小时成了“常态”，而且在这种情况下P-51往往还有足够的燃油储备可用来与纳粹德国空军进行一些“油门全开”的空战格斗。数十位盟军的空战王牌可以说都是P-51战斗机所“造就”的。

P-51被许多人认为是第二次世界大战期间最好的“全能型”战机

虽然P-51战斗机在太平洋战场上出现的时机较晚，但“野马”们却在第二次世界大战的高潮期间凭借自身的优异性能而服役着──在这段“高潮期间”，它们被要求护航波音公司的B-29轰炸机执行对日本列岛上目标的轰炸任务。

为B-29护航的P-51战斗机

最后一次将“野马”这款北美公司研发的经典单座战斗机(1947年美国空军正式成立后更名为F-51)投入战斗是在1950年爆发的朝鲜战争的初期阶段：在此期间，美军的“野马”战斗机总共飞行了约62607个架次，仅仅损失了474架F-51。

“野马”战斗机还有一款双机身版本，被称为F-82“双野马”(Twin Mustang)，这款机型最初是应陆军航空队的要求为在超远的航程上护送轰炸机而研制的，目的是支援对日本本土岛屿的登陆作战。这些“双野马”同样凭借其优异的性能而在朝鲜战争期间服役过。

P-82/F-82“双野马”战斗机

威力强大而又造型优雅的P-51仍然是一年一度的雷诺飞行竞技比赛(Reno Air Races)和夏季航展赛事中的一个宠儿，而且在研发初期克服了种种问题之后，直到现在她们都也没再出现过这些问题。