FR-1“火球”混合动力战斗机

历史背景

德国Me-262喷气式战斗机

军用航空领域主要的进步基本都是和动力系统的革命性跨越密切相关，从活塞螺旋桨到喷气推进是最具里程碑意义的伟大变革，也将人类对飞行速度的追求提升到了一个新的水平。在早期理论积累和完善阶段，欧洲人首开喷气发动机之先河，英国、德国两国在此领域率先取得技术突破，竞相推出新型飞机平台以验证喷气动力飞行的可行性 。

在第二次世界大战中，经常有几百甚至上千架飞机在空中鏖战。1944年夏季的一天，盟国轰炸机编队在执行任务时，突然遇到了纳粹德国当时刚研制成功的Me-163喷气式飞机，它装备了一种液体火箭发动机。

FR-1战斗机机翼折叠

此后不久，德国制造的装有两台涡轮喷气发动机的Me-262战斗机开始参战。这是世界上第一型批量生产投入实战的喷气式战斗机。其最 高速度达870公里/小时，超过盟国战斗机120～200公里/小时。1944年9月的一次空战，6架Me-262仅6分钟即击落盟国15架B-17轰炸机。1945年3月18日一天打下盟国21架轰炸机、5架P-51战斗机。从1944年9月到1945年5月，德军Me-262共击落盟军各种飞机613架，自己仅损失200架（包括非战斗损失），给盟国空军以很大威胁。喷气式战斗机给航空界所带来的冲击难以估量，作战飞机研制进入了一个全新的发展阶段 。二战进行的如火如荼之际，战争双方都加紧研制喷气式或火箭发动机飞机，力图在空战中占有优势 。

XFR2样机

美国海军曾在1942年初就找来2架YP-59A进行喷气式飞机的相关 试验，发现撇开油耗率大增这一缺陷不谈，飞机起飞滑跑距离过长，着陆接地速度太高，而且在需要接地复飞的情形下，喷气发动机油门响应慢，操作明显滞后；这些都证明当时的喷气发动机尚不能很好地满足舰载飞行的需要。因此，美国海军在经过一段时间初步论证后，决定先搞一个混合式动力的战斗机过渡一下。混合动力就像是生物进化史上的过渡阶段，虽然时间短暂却往往不可或缺。美国人需要两条腿走路，至少在航母舰载机的发展过程中，这在当时不失为稳妥之举 。

研制历程

FR-1战斗机

1942年12月 ，美国海军上将约翰.S.麦凯恩（John S. McCain）向包括瑞安航空公司在内的美国国内9家飞机制造商发布了设计标书。其设计要求是先依靠螺旋桨发动机从航母上起飞，然后在空中打开喷气式发动机使得飞行速度大大提高，待到要降落在航母时关闭喷气式发动机，最后用螺旋桨发动机低速降落。这其实反映出了当时人们普遍对喷气式飞机的不信任，尤其是担心其能否在航母上安全的起飞和着舰。

FR-1战斗机做风洞测试

1943年2月11日，在所有备选方案中，瑞安公司的FR-1方案最终获胜，并与美国海军签订了3架原型机和1架静力试验机合同，静力试验机必须在10个月内交付，而3架原型机的周期则为15个月。到1943年12月2日，海军和瑞安公司签署了NOAS-1322号合同，正式将这种飞机命 名为FR-1，绰号”火球‘’，首批订单100架，后续合同则又增加了600架。如果真能实现，这将是瑞安史上最成功的一笔军售了。

但在风云变幻的二战中后期，美国军购部门嘴里吐出的这些诱人数字往往只能画饼充饥。海军很快就违约食言了，FR-1飞机首批订单被砍到了66架（编号39647 - 39712），而且后来在1945年1月31日刚刚签订的600架FR-2（实际上是FR-1的3号原型机对应的升级版）飞机合同（编号104576一105175），也在欧洲胜利日当天宣布取消。这让瑞安公司和飞机研发团队大失所望 。

FR-1战斗机

1945年3月，FR-1“火球”开始批量生产，但因首批飞机中出现一些质量问题，故延期交付   。

1945 年 11 月 6 日，一架 FR-1“火球”在即将进行着舰时，飞行员突然发现飞机活塞发动机的转速大大下降，出于时间紧迫他迅速启动了喷气式发动机并依靠其提供的动力成功地进行了着舰。不过，由于速度过快，这架 FR-1“火球”的着舰距离远远长过平常，好在最后一道拦阻索终将其拦住。这位飞行员的灵机一动不仅挽救了他自己的生命和座机，而且还创下了首次依靠喷气式发动机动力成功着舰的记录 。

气动布局

FR-1战斗机

FR-1战斗机三视线图

FR-1战斗机机身外形短小，机长9 79米，平直下单翼 翼展12 2米，略带上反、后缘前掠，近似梯形的垂尾高高耸起，垂尾翼尖圆滑，飞机蒙皮外部完全采用埋头铆钉，飞机各舵面也采用全金属半硬壳式结构，这种设计是第一次出现于舰载机身上，使得其高速飞行中，机动性要领先于大多数活塞战斗机。作为第一种投入实用的海军混合动力舰载机，在 “火球‘’身上体现出来的”破天荒‘’还有好多处。比如该机的层流翼型就是首次在舰载机使用的，机翼相对厚度从翼尖的15%渐变为翼根的1 7%，这样整个机翼就能同时达到临界马赫数，在高速飞行时避免局部激波的行成。从FR-1开始，美国固定翼舰载机清一色改用前三点式起落架，原先的备用尾轮彻底取消。受机头活塞发动机和大直径螺旋桨的影响，前起落架较长并且位置相对靠后，这样就导致前起落架跟主起落架在收起位置时发生干涉（前 起向后收，主起向内收），再加上机翼根部前缘需要设置”风琴‘’式的进气道，这样就使得主起落架也必须相应”避让‘’，于是主起落架只能设计成向外收起的”外八字‘’。

流线型的树脂舱盖构成的封闭式座舱，靠近机翼前缘，这使得飞行员视野较为开阔。在二战后期，这种气泡式座舱盖在美海军舰载机中开始悄然流行，这非常有利于高速着舰的目视观察。风挡采用防弹玻璃，仪表板下、座椅后方和侧面（油箱部位）都带有装甲，为飞行员提供了很好的防护 。FR-1“火球”备有一套供氧系统以便在高空飞行时帮助飞行员克服急速拉升时出现“黑视”现象 。

动力装置

J31涡喷发动机

FR-1机头装有一台莱特公司（Wr ight）R-1820-72W 型9缸活塞发动机，最大输出功率1350马力。后机身则是一台通用电气（General Electric）J31型涡轮喷气发动机，带有10个环形燃烧室，推力1600磅（大约740千克）。使用这两型发动机的一大好处是，两者可共用同等级的航空汽油，这样飞机的燃油系统大大简化。机内燃油分置于两个油箱，分别为190升和494升。另外左右机翼下方还能各能挂一个380升的副油箱，可供两型发动机随意取用（只需调节供油阀）。两台发动机动力的切换和同步使用方面也下了很大功夫，不过由于电池不稳定，事故频频发生，在螺旋桨改出顺桨的过程中，如果发生电量过低现象，活塞发动机将无法启动。无论如何，“火球‘’也具备任意一台发动机停车，仅靠另外一台发动机也能维持飞行的能力，这在混合动力尚属新鲜事物的年代，已经算是非常先进了 。

武器系统

FR-1战斗机安装喷气发动机的尾段

FR-1战斗机的喷气发动机的布局一定程度上对武器系统的布置产生了影响。“火球”总共装有4 挺勃朗宁12.7毫米机枪，分别布置在两侧机翼的中段，机翼前缘带有防腐蚀消焰装置。每挺机枪备弹 300发，储存于机翼上方靠近机枪内侧的井槽内。空弹夹落入退弹槽，机翼上方带有抛壳口，驾驶杆握把带有连接着Mk-7Mod1电子扳机的开关，能实现4挺机枪同时开火，覆盖前方1000米左右的范围。飞行员可使用座舱侧面多个把手，实现装弹和清理弹壳，在低温环境下还可启动加热装置确保机枪的操作不受影响。机翼下方各有2个强化外挂点，可用于挂载 127 毫米火箭弹（HVAR），而在内侧挂点则各有1枚500千克级标准航空炸弹，座舱左侧内壁装有投放开关。

航母上的FR-1战斗机

FR-1空机重量3.49吨，最大速度650千米/小时，仅使用活塞发动机可达到 444千米/小时，典型任务挂载包括空战2种、轰炸和火箭攻击各1种，作为轰炸机最大起飞重可达5.31吨，翼载荷也最大，起飞和着陆滑跑也超过其他状态，海平面飞行速度和升限、爬升率、作战半径等数值均为最低值。但“火球”的设计有效载荷不大，因此就算挂满了对其飞行性能的影响也没多大 。

FR-1 战斗机参考数据：

FR-1战斗机编队飞行

1946 年 3 月，美国海军的部分 FR-1“火球”战斗机由“中途 岛”（Midway）号航母搭载，参与了“霜冻行动”（Operation Frostbite）。FR-1“火球”在严寒下与当时新式的格鲁曼F-8F“勇士”（Bearcat）战斗机和西科尔斯基HNS-1 型直升机一起执行了多次任务 。

随着太平洋战争进入白热化阶段 ，越来越多的日本神风特攻机给美国海军带来了巨大的损失。于是，美国海军向位于加利福尼亚州圣地亚哥的瑞安公司签订了购买700架FR-1战斗机的合同，以希望用这种高速战斗机来击落进行自杀式攻击的日军飞机。但随着美军对日本的不断轰炸以及后来的两次原子弹攻击，日本迅速投降，整个二战结束。 战争结束前 ，瑞安公司生产出66架FR-1火球战斗机。美国海军特意成立了VF-66中队，专门装备FR-1，但该中队没有来得及在战争结束前参加实战。随着对战时政策的调整，原本价值1亿零300万美元的FR-1战斗机采购合同就此中止   。

FR-1战斗机在航母上起飞

FR-1“火球”战斗机虽然没能在第二次世界大战最后阶段的参与实战 ， 而后又迅速被更为先进的喷气式战斗机所淘汰，但它是世界上第一种螺旋桨·喷气混合动力战斗机 ，也是美国海军第一种投入实用的带有喷气式发动机的作战飞机。同时，对于瑞安航空公司而言，正是FR-1“火球”战斗机的成功，使其后来又被美国海军选中为其开发X-13型垂直起降（VTOL）喷气式试验机 。