米格的天空

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这时，德军进攻的浪潮已经在莫斯科城下被堵了回去，战争开始进入相持阶段，米格设计局迁回了莫斯科。但出乎意料的是，米格设计局没有回到原来的沃努科沃飞机工厂的地方，而是到了郊外一个空出来的兵营一角，连科研带生活只有几座零星的小房子，需要自己重新建设试验工场和研究设施。没有了生产任务的米格像一个孤儿一样，在为自己的生存而挣扎。但没有了生产任务，米格反而从依附于飞机工厂的设计局（KB）升级为独立的具有研究和设计能力的研究设计局（OKB），开始了很多并不着眼于立刻应用的飞行研究，为战后的腾飞打下了基础。相比之下，雅可夫列夫和拉沃奇金的设计局的战斗机依然在生产中，工作重点依然是生产和不断改进现有战斗机，反而没有这样的机会。正是塞翁失马，焉知非福

二战期间米格设计局的大楼

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39 到 40 年间米格设计局工作人员的宿舍，可算是简陋了


39 到 40 年间正在建设的米格设计局，当时还依附于沃努科沃飞机工厂


撤退前的第一个米格实验工厂，米格-1 和米格-3 样机就是在这里制造的


41 年正在建设的第一个米格设计大楼

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43 年时的米格设计局


没有电脑计算，没有电脑制图，早期米格就是这样用计算尺和绘图板设计出来的。这是米格设计局内一角


米格实验室一角，根据电脑设备的样式，这应该已经是 70 年代或更晚了

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为了研究后置发动机和推进螺旋桨的布局，米格还用自己的资金，设计了鸭式布局的Utka研究机。但这一阶段最重要的工作是伊-250。尽管生产型战斗机开始采用设计局的名号，研究和原型阶段的战斗机依然以“伊”为系列代号，米格的代号是200系列，不过以后都打乱了。伊-250是米格使活塞式战斗机速度大幅度提高的努力。伊-250的推进系统是非常特别的。活塞式发动机驱动机头的螺旋桨，但在机头下有一个辅助进气口，借助螺旋桨的压缩作用，将一部分空气压缩进进气道，然后在后部的燃烧室里喷注燃料，产生额外推力。这其实有点喷气发动机的加力推进的意思了。这种混合动力使伊-250可以达到相当高的速度，在1945年3月3日首飞后几天，就成功地使用了混合动力，5月23日就冲破了800公里/小时的速度记录，试飞员达伊耶夫为此得到了米高扬亲手颁发的一辆小汽车的奖励，这在卫国战争尚未结束的苏联是非常高的奖励。不幸的是，达伊耶夫在下一次试飞中，就失事牺牲。从茹科夫斯基空军学院的时代开始，米高扬就和试飞员建立了特殊的友谊。达伊耶夫和米高扬是好朋友，达伊耶夫的死对米高扬是很大的打击，米高扬为此特意在米格设计局内建立了一个纪念碑，纪念所有牺牲的米格试飞员。




试飞员达伊耶夫在试飞伊-250牺牲后，米高扬在设计院内建立了这座试飞员纪念碑，纪念所有牺牲的米格试飞员

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Utka是米格设计局在40年代设计的鸭式布局研究机，在研究任务完成后，其优良的飞行性能使它在很长一段时间内用作米格设计局领导人的私人座机


Utka研究机在飞行中，注意机身上布满了用来研究气流运动的布条

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伊-250尽管还有螺旋桨战斗机的基本外形，实际上已经是螺旋桨-喷气混合动力了


这个角度进气口看得比较清楚


在设计伊-250时，米格和当时世界上其他先进航空国家的设计机构一样，对音障和可压缩性问题不甚了了，对于螺旋桨飞机已经接近速度极限这一事实并不知晓。事后分析的结果表明，螺旋桨转速超过一定极限后，桨叶尖端的速度可以超过音速，阻力急剧增加，不仅不能进一步提高推力，弄不好就会折断桨叶，造成事故。另一个问题就是空气的可压缩性效应。空气在高速旋转的螺旋桨作用下，可压缩性变得显著，螺旋桨的推进效率急剧恶化。这好像用搅拌机搅面一样，低速、均匀地搅可以把面搅合，但搅得太快，只是在面团里打一个洞，搅匀的作用反而降低。螺旋桨也一样，继续增加转速和功率只是在空气中打一个洞，而不能增加推力。螺旋桨技术达到极限了。


从1944年下半年开始，德国的天空中就开始出现一种奇怪的战斗机，没有螺旋桨，速度很快，飞行时发出尖利的啸叫。今天的人们都知道，这是世界上第一种投入实战的喷气式战斗机。火箭之父康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基很早就提出喷气推进原理，尽管这一般被认为是火箭推进原理的基础，实际上这也是喷气推进原理的基础，因为从某种意义上，喷气发动机可以看作使用空气作为氧化剂的液体火箭发动机。早在30年代，英国的FrankWittle和德国的HandVonOhain就开始研究喷气式发动机。英德的理论水平上的先后高下可以争论，但德国首先将喷气发动机实用化，用于和盟军飞机的空战。Me262究竟是否有可能改变战争，这是一个可以永远争论下去的问题，但Me262无疑在一夜之间惊醒了依然沉迷在螺旋桨里的全世界的空军：航空的未来在于喷气。


早在30年代，阿基普·留尔卡已经开始研究喷气发动机的问题，但战争打断了他的研究。44年2月，从德国传来的关于喷气战斗机的情报越来越翔实，苏联也决定要上自己的喷气战斗机。44年5月，留尔卡、乌伐洛夫受命开始研制喷气发动机，格鲁什科、杜什金、伊萨耶夫受命开始研制火箭发动机。与此同时，前线苏军开始缴获Me262的实机，其中一架在迫降过程中保存完好，简单修复一下就可以飞。苏联空军试飞院的头牌、米高扬的同学安德烈·科切托夫担任试飞。试飞的结果表明了喷气式战斗机的优越性。有趣的是，美国通过租借法案向苏联运交了一大批贝尔P-39战斗机，在使用中有一些技术问题，科切托夫在访问美国研讨这些技术问题时，曾观摩过美国第一架喷气式飞机贝尔P-59的试飞。他是苏联第一个见识喷气式飞机的人。


为了尽快获得喷气式飞机的速度，而又避开喷气发动机的技术瓶颈，米格和很多同行一样，开始研制火箭动力的战斗机。在缴获的德国瓦尔特HWK509的基础上，杜什科和伊萨耶夫研制了采用煤油和硝酸做推进剂的RD2M3W液体火箭发动机，围绕这个“飞行炸弹”设计的伊-270就是米格的研究型火箭动力战斗机。飞机起飞重量的大半是燃料，最高速度可达1,000公里/小时，升限18,000米，但留空时间以分钟计。从一开始，人们就明白，火箭动力战斗机是不实用的，这只是一个过渡。

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喷气发动机比较复杂，用火箭发动机可以在很短时间内实现高速飞行。在德国已经将火箭动力发动机投入使用并获得有限的成功后，苏联也开始了自己的火箭动力战斗机的计划，这是米格的伊-270


伊-270火箭动力战斗机在起飞，和其他火箭动力战斗机一样，伊-270有着惊人的速度，但留空时间以分钟计，很快就放弃了


苏联在是否直接仿制德国的Me262或He162喷气机的问题上发生了争论。这时苏军已经缴获了相当数量的德国飞机和发动机的整机和部件，可以拼装一定数量的飞机，缴获的技术资料和工装也足够开始仿制生产，但这样将扼杀苏联自己的设计。最后，在雅可夫列夫等人的坚持下，决定自己研制。除了面子问题，还有一个实际问题：德国设计的工艺要求太高，在德国备件耗尽后，苏联的工艺水平不足以自己大批制造，仿制也难以保证质量。由于苏联自己研制的喷气发动机在进度上赶不及，高层决定先用缴获的德国Jumo或BMW喷气发动机，然后设法从英国进口“尼恩”和“德温特”发动机，在40年代末或50年代初过渡到苏联自己的喷气发动机。高层同时决定，米高扬和苏霍伊用BMW003（苏联编号RD-20）集中于双发战斗机，雅可夫列夫和拉沃奇金用Jumo004（苏联编号RD-10）集中于单发战斗机。

苏联差点仿造的德国梅塞斯密特Me262，这是现代的复制品


但是没有飞起来的 Ta 183 对苏联战斗机的影响更大

[ 本帖最后由 和谐 于 2008-5-30 23:53 编辑 ]

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二战结束后到48年苏联喷气战斗机家谱图

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米高扬的初始方案和Me262如出一辙，这也是当时喷气战斗机的主流布局。但是这个布局的迎风面积大，阻力大，沉重的发动机远离机身轴线，横滚时的转动惯量大，机动性不好，单发失效后偏航力矩也大。风洞试验表明，在发动机推力有限的情况下，这样的喷气战斗机的速度潜力不大。

首先将喷气战斗机投入战场的德国当然也注意到了这个问题。在二战后期德国秘密武器盛行期间，以设计Fw190战斗机著称的设计了Ta183喷气战斗机，采用机身发动机、机头进气的布局，在气动设计上解决了很多Me262的问题。除了机头进气，Ta183还采用了先进的后掠翼。关于米格和当时苏联其他第一代喷气战斗机采用机头进气是否受德国影响的问题，东西方一直存在争论。苏军缴获了Ta183的样机和大批技术资料，但KurtTank和他的手下都逃到美英军占领区，向西方盟国投降了。不管是异曲同工还是照抄不误，一般认为战后初期东西方很大一批喷气战斗机都受到Ta183的影响，包括多种米格战斗机、美国的F-84“雷电”、“佩刀”、法国的“暴风”、“神秘”等，尽管这些飞机中的每一个的具体技术实现都和Ta183有很大的不同。

45年夏，米高扬毅然下令中止翼下双发的布局，而是采用机头进气的机内双发，也就是说，两台发动机并排安装在前机身内。发动机前置的机头进气尽管看起来臃肿、丑陋，风洞试验表明，这个新布局的阻力大大减小。新飞机被称为伊-300，也称为米格-9。1946年4月24日，米格的第一架米格-9被拉到莫斯科郊外的契卡洛夫斯卡雅机场，准备试飞。这时雅可夫列夫的雅克-15也准备好了，也要试飞。米高扬和雅可夫列夫最后抛硬币，决定谁先首飞。米高扬赢了，很快，试飞员驾驶米格-9升空，做了20分钟的试飞。这是苏联的第一次喷气式飞行。几个小时后，雅克-15也升空试飞成功

雅克-15


发动机安放在前机身或许是出于米格-3以来一向的习惯，发动机靠前也使重心靠前，有利于俯仰稳定性。但这样使后机身暴露于发动机的喷流之中，米格在一开始对这个问题的严重性并没有认识。在地面试车的时候，发动机喷出的炽热喷流很快把沥青地面烧熔了，这引起米格对后机身的结构放热的注意。为了保护机尾不被炽热喷流损坏，米格在米格-9的机尾下半部分加装了防热钢板。试飞中，米格-9具有很强的抬头趋势，压也压不下来，并发生了严重的振动。试飞员格林奇科对飞机的性能十分满意，但说到振动，格林奇科半开玩笑地说眼珠子被振动的晃动不止，一直到晚上才停下来。研究表明，防热钢板本身的重量不足以产生如此严重的抬头效应，但由于文丘里作用，高速喷流实际上在机尾下形成了一个不稳定的低压区，造成机尾的负升力和振动。将钢板打孔后，问题大大缓解了，但多孔钢板和机尾结构不同的受热膨胀率造成严重的拉伸和扭曲。引入环境空气冷却解决了受热膨胀的问题，但不稳定低压区的问题又回来了。最后是通过反复试验，用特殊形状的多孔防热钢板，才解决了这个问题。



为了向军方和航空工业部领导表演成果，米格-9参加了一次内部的飞行表演。首先，一架缴获的德国He162升空，接着格林奇科驾驶米格-9升空。但是，在200米低空通过主席台时，米格-9的一个副翼损坏脱离，飞机在顷刻之间翻转，倒栽葱坠地，格林奇科当场牺牲。格林奇科不仅是一个出色的飞行员，还是一个优秀的工程师，非常善于用自己的工程知识帮助设计师们精确地描述问题、找出问题。格林奇科的牺牲对米格是特别巨大的打击。

米格-9（也称伊-300）是米格设计局的第一架喷气战斗机

[ 本帖最后由 和谐 于 2008-5-29 13:37 编辑 ]

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格林奇科生前最后一次登机起飞，几分钟后，既是试飞员又是工程师的格林奇科就在失事中牺牲


格林奇科牺牲后，米格-9的试飞还要继续进行。试飞员们仔细研究格林奇科的笔记，特别熟记米格-9的一切技术细节，在胆大心细的一次次试飞中，终于把米格-9飞了出来。在试飞中，3号机呈现出严重的方向稳定性问题，但2号机没有这个问题。仔细分析的结果是两者的制造公差上的差异。这提醒了人们的注意：喷气时代的制造要求和螺旋桨时代已经不可同日而语了。



　　1946年8月18日苏联空军节时，斯大林和众高官在莫斯科外的土西诺航展上观看了米格-9和雅克-15的表演。斯大林十分满意，下令在当年十月革命节检阅时，要两家各出10-15架飞机，列队飞行。斯大林这金口一开，米高扬和雅可夫列夫可惨了。米格-9和雅克-15只是手工制造的原型机，远没有到批量生产的程度，小批量都不行。米格只好临时拼出6万张图纸，在实验工厂里拼命赶工好歹拼出规定的数量。光有飞机还不行，还得有飞行员。结果从各大设计局和空军精锐中队紧急抽调试飞员和优秀飞行员，集中强化训练。米高扬自己也差不多拼垮了，被夫人押送到克里米亚疗养，但还是心脏病突发，幸好休息了两个月后大体恢复了。这样拼出来的检阅到最后一刻因为天气原因取消了，大家不知道是失望好，还是庆幸好。



　　但1946年不是苏联的航空工业的好年头。战争结束了，军转民出乎意料地困难，一些设计团队遭到解散。斯大林再次命令在47年5月1日检阅上，米格和雅克各出动50架喷气机参加检阅。这个命令说来容易实现难，雅克-15的留空时间只有30分钟，那么多飞机要在空中完成编队，已经用掉好多时间。最后检阅任务总算完成了。



　　除了检阅外，米格-9还是做了很多更有实际意义的试验，其中最重要的是空中射击试验。为了解决战时米格-3只有机枪火力、攻击力不足的问题，米格-9配备了1门37毫米炮和2门23毫米炮，甚至试验过57毫米炮，但后坐太大放弃了。试验表明，米格-9在空中射击时，可能造成发动机熄火。这个问题是以前没有预料到的。更可恶的是，这个问题在地面台架试验上不出现，在空中反复试验时，也是有时出现，有时不出现。最后原因归结为炮口烟。本来螺旋桨时代航炮的安装位置受到螺旋桨的很大影响。好不容易没有螺旋桨了，米格-9的1门37毫米航炮本来布置在正中两台发动机进气口之间的“鼻中隔”，另外两门23毫米炮布置在下方两侧，但这样一来，37毫米炮的炮口烟正好灌入发动机，危及发动机的正常工作。最后只好取消中间的37毫米炮，增加两门23毫米炮，并将4门23毫米炮两两布置在两侧


中间的37毫米炮十分突出，其威力巨大，但炮口烟严重，会引起发动机熄火，后来只好取消。翼下的副油箱用来增加米格-9相当有限的航程


中间的37毫米炮被取消后，下面的两门23毫米炮也和新增加的两门23毫米炮一起移到侧面去了


为了帮助飞行员熟悉喷气式飞机，米格还特意设计了双座米格-9教练机

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47年10月，拉沃奇金的拉-11也研制成功。这是苏联最后的活塞式发动机螺旋桨战斗机，凝聚了所有战时的经验，堪称顶峰。在投产前夜，斯大林把拉沃奇金招来，询问他到底应该投产拉-11还是米格-9。拉沃奇金告诉斯大林说，如果今天就打仗，应该投产拉-11，马上形成战斗力；如果战争一时半会不会爆发，米格-9代表着未来。拉沃奇金的坦诚之言是对的，斯大林结果把拉-11和米格-9同时投产

末代活塞式发动机螺旋桨战斗机La-11

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米格-9虽然速度快，升限高，但具备早期喷气战斗机的一切缺点，出动性、可靠性、机动性都很成问题。但米格-9揭示了喷气时代的很多气动、操控、设计、制造上的特点，是苏联航空工业的里程碑。


进入喷气时代后，过去螺旋桨飞机速度的玻璃顶板800公里/小时轻易就能突破，但0.8马赫以上的更高的速度似乎并不容易。这实际上已经是进入跨音速区了。尽管飞机的速度只有0.8马赫，但机翼上表面可以已经达到音速，阻力急剧增加。面对正在急剧进步的西方喷气战斗机的威胁，苏联空军提出了比米格-9更高的要求。米格设计局面临着一系列问题：弹射坐骑，更大推力的喷气发动机和后掠翼。



二战中战斗机飞行员逃生是自己打开座舱盖，从飞机里爬出来跳伞。喷气时代的速度大大提高，这样的逃生方法显然不再现实。在没有现成产品可用的情况下，米格设计局自己着手研制弹射座椅，并在米格-9上进行试验成功。

米格-9被用作弹射座椅的试验机。有意思的是，初期的弹射座椅没有专业的设计局，是米格自己设计的

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罗尔斯·罗伊斯“尼恩”发动机，这是40年代末、50年代初世界上最先进的喷气发动机之一。注意其进气口，看不见现代发动机常见的叶片。这是离心式压气机，靠把空气沿叶片的径向“甩”出去增压，单级增压比高，但不容易串联成多级达到更大的增压效果



但更大的问题是发动机。苏联的喷气式发动机的研制工作开始的并不晚，但远远落后于英国和德国。当缴获的德国技术依然没能解决苏联的喷气发动机瓶颈时，航空工业部长克鲁尼采夫和飞机设计师雅可夫列夫向斯大林建议，向英国采购先进的喷气发动机。斯大林根本不相信英国人会出售这样的先进军事机密，据说曾亲口质问“那个糊涂蛋会卖给我们这样的机密”？但斯大林还是批准派米高扬、克里莫夫和基什宁前往英国，考察并商谈采购当时最先进的罗尔斯·罗伊斯“尼恩”和推力较小但尺寸也较小的“德温特”发动机。出乎意料的是，英国工党政府批准了出售罗尔斯·罗伊斯“尼恩”发动机的请求，于46年9月出售给苏联10台“尼恩”发动机，47年3月再次出售“尼恩”和“德温特”发动机各15台。英国先进喷气发动机的到达对正在陷入困境的苏联喷气发动机研究机关是一个极大的促进，几天之内，英国发动机就被大卸八块，个把月后，克里莫夫仿制的“尼恩”（苏联代号RD-45）就开始下线，供各大设计局用于新一代战斗机的研制。关于英国是否容许苏联按许可证生产，这一直存在争论，但罗尔斯·罗伊斯却曾向苏联索要2亿英镑专利费无果。



为了达到更高的速度，航空界从两个方面入手，一是特别薄的翼型，另一个是后掠翼。后掠翼是德国气动学家AdolfBusemann在1935年意大利罗马的一次国际空气动力学会议上提出的，马上就引起了世界各国的注意。苏联的后掠翼研究开始得并不晚，在30年代已经开始了理论研究。在二战中的42-43年间，TsAGI已经对各种后掠翼作了很多风洞研究。在45-46年间，TsAGI还用火箭动力，设计了机翼后掠角可以在地面手动改变的研究机，取得了大量高价值的数据。但还是到大量缴获德国的研究成果后，苏联的后掠翼研究才走上高速发展的轨道，其中包括用翼刀解决后掠翼上表面气流展向流动的问题。后掠翼推迟了飞机接近音速时机翼上表面激波的产生，但和前进方向成较大角度的机翼前缘也使机翼上表面气流产生了较大的沿机翼的横向流动，而只有纵向流动才能产生升力，所以后掠翼带来一定的升力损失。翼刀是机翼上表面竖直的一块薄板，用于理顺气流，迫使上表面气流沿纵向流动，产生升力。翼刀本身产生一定的阻力，但不用翼刀，展向流动导致的升力损失需要用更大的机翼来补偿，将产生更大的阻力。另外一个问题是后掠翼的结构和重心。平直翼和机身的连接处通常在重心附近，后掠翼为了保持升力压力中心和重心的位置比较接近，机翼的连接处需要大大前移。由于机翼不仅要承受向上的升力，还要承受向前的扭力，必须大大加强中央翼盒结构才能保持刚度。在解决了一系列具体技术问题后，拉沃奇金勇拔头筹，47年6月24日首飞的拉-160后掠翼研究机成功地达到0.92马赫的高速。

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拉-160后掠翼研究机


米格实际上开始的比较晚，在这时候还在忙于完善米格-9。但英国的新发动机一到手，米格立刻把两台“尼恩”装上一架图-2双发轻轰炸机，研究其性能和特点。与此同时，雅可夫列夫将一台“德温特”装上全新设计的雅克-23，并迅速将其投产，不过很快就被后来居上的米格-15取代了

Yak-23，苏联早期喷气机的造型都大同小异


在领教了米格-9的喷气流给机尾带来的麻烦之后，米高扬对发动机前置不感冒了，开始研究英国流行的双尾撑布局，也就是在机翼中安装两台发动机，发动机短舱结构向后延伸成尾翼，类似洛克希德P-38或德哈维兰“吸血鬼”的样子。但这样不仅有Me262的问题，还有尾撑结构的刚性问题，喷流与尾翼的不利交互作用问题，更严重的是，还有发动机维修、更换不易的问题。在喷气发动机可靠性不好的早期，发动机的维修和更换是一个不可忽视的问题。于是米高扬决定在保持米格-9的基本的机头进气布局的同时，把发动机后移，喷口设置在机尾，这样喷流可以自由地射入空中，既减少喷气损失，也没有机尾结构被炽热喷流烧蚀的问题。由于机身结构紧凑、轻小，单台“尼恩”的推力就足够了。另外，连带尾翼的后机身可以整个地卸下来，便于发动机的维修和更换，这是额外的优点。



尽管德国首先把喷气战斗机投入实战使用，英国在研制喷气发动机方面起步也很早。“尼恩”就是罗尔斯·罗伊斯在战后结合早期实用经验和德国的成果后，改进而成的，当然比当时苏联仿制的战时德国设计要先进。和德国的BMW003和Jumo004采用的轴流式压气机不同，尼恩采用离心式压气机。轴流式压气机像多极串联的电风扇，流量大，增加级数后可以达到很高的增压比，但每一级的单级增压比不高，压气机叶片和机匣之间的空隙容易产生高压气体的回流，影响效率。离心式压气机则像一个螺蛳壳，叶轮像勺一样兜起空气，在高速转动的离心力作用下，把空气“甩”出去，达到增压。离心式压气机的单级增压比高，但不容易多级串联以达到更高的总增压比。和轴流式压气机相比，离心式压气机很短，但直径较大。对于“尼恩”这样推力级别的喷气发动机，离心式压气机的效率更高，发动机的总重小，不失为一个先进的选择。但推力要求更高后，离心式压气机的缺陷就暴露了出来，现代大推力喷气发动机基本上都是轴流式压气机了。克里莫夫在仿制成功“尼恩”后，很快改进为RD-45F，但大改后的VK-1把推力从“尼恩”的2,274公斤提高到2,702公斤，这成为米格-15的最主要型号米格-15比斯的动力。

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第一代苏联昼间喷气战斗机家谱图