大洋上空的守护女神——PBY“卡特琳娜”水上巡逻机小传(一)

大洋上空的守护女神——PBY“卡特琳娜”水上巡逻机小传(一)

传奇的诞生 (前篇)

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本文系用户投稿,不代表机核网观点

在当代影视作品中时常出现的船型水上飞机似乎总会和某种浪漫的情怀联系在一起,而这些飞行器与大海的之间的联系使其散发出与陆地起降的同胞们完全不同的魅力。这种魅力确实能吸引大批的爱好者。

比如动画大师宫崎骏就是一位铁杆水上飞机迷,这在他的自传性质作品《红猪》中就体现得淋漓尽致。不过,水上飞行艇的风靡也是有其无奈之处的,在那跑道条件不理想的年代,广阔的水面往往是大型飞机起降最简单直接的解决方式。

《红猪》中出现过各种各样的飞行艇

历史上所有的军用水上飞机之中,最具影响力的并不一定是速度最快的或者体型最庞大的,往往是最成熟可靠而高效的型号,当然这一定律同样适用于其他类型的载具。

本文的主角PBY “卡特琳娜”系列水上飞机不仅产量超过了史上其他水上飞机的总和,而且曾出现在几乎所有二战同盟国的装备序列中,其中包括了英国,苏联,澳大利亚,新西兰,加拿大,巴西,荷兰,墨西哥,丹麦,瑞典等等。整个二战期间, “卡特琳娜”活跃在世界各大海域的上空,包括了白令海,黑海,白海,珊瑚海以及中国海域。“卡特琳娜”曾击沉/重创过至少20艘轴心国潜艇,她们在大西洋沿岸进行的反潜巡航很大程度地避免了运输船队受到潜艇的袭扰。

作为远程水上巡逻机,“卡特琳娜”对二战的格局也做出过非常直接的贡献:“俾斯麦”在丹麦海峡击沉“胡德”号之后暂时摆脱了英军的追踪,正是皇家空军的一架“卡特琳娜”找到了她;日军偷袭珍珠港之前其实就有卡特琳娜发现了日舰的踪迹;堪称中途岛翻版的锡兰海战,也是英军的“卡特琳娜”率先发现了日军的行踪;锡兰海战一年后的中途岛战役,由31架PBY构成的侦查扇面(还不算航母舰队的侦查机)让己方把握住了战役的主动权。太平洋战争中后期,美军的“卡特琳娜”们纷纷漆上夜间涂装,利用雷达在夜幕的掩护下猎杀日军运输舰艇,玩过使命召唤5战火世界“黑猫”关卡的玩家一定对这一幕非常熟悉。

更重要的是,在直升机技术还不成熟的年代,像 PBY 和马丁 PBM“水手”这样的飞行艇正是执行“小飞象”水面救援任务(Dumbo air-sea rescue)最合适的选择,成百上千的飞行员和水兵也正是因此而获救。

1944年,一架陆航的OA-10A正在与海军陆战队进行联合搜救训练

对女神“卡特琳娜”心水已久的笔者今天终于有机会在这里以文字的形式给大家分享她传奇的一生。本文将以时间为主要线索分段为大家简述PBY的研制过程,接着其在战争中的高光时刻以及战后的生存状态。

正文开始前略微解释一下当时美国海军对于作战飞机的命名习惯,例如 SBD “无畏”俯冲轰炸机,前两个字母代表其承担的主要任务,既侦查(Scout)和轰炸(Bomber),第三个字母 D 指代其研制承包商道格拉斯公司(Douglas Aircraft Company)。本文主角 PBY 的字母 P 代表巡逻(Patrol),字母 B 代表其也拥有一定的轰炸能力。至于第三个字母 Y 有朋友可能会好奇既然其设计方是联合公司(Consolidated Aircraft Corporation),那么为何不使用字母 C 呢?其实当时美国还有一家闻名世界的航空器制造商寇蒂斯公司(Curtiss Aeroplane and Motor Company),军方为了防止混淆并且对公司创始人——美国航空先驱者格伦·哈蒙德·寇蒂斯表示尊重和纪念,便使用字母Y来代表联合公司。当然这并不代表联合公司是吃素的,除了 PBY“卡特琳娜”,联合公司在二战中还贡献过B-24“解放者”这一性能优秀的重型轰炸机。

严格意义上讲 PBY 作为“Flyingboat”这类拥有船型机身的水上飞机,像日语那样直译为飞行艇或飞行船其实是比较准确的,这样能更好地将其与以浮筒为主要浮力储备的水上飞机区分开。不过由于个人习惯笔者可能在文中会混用这些分类名词,恳请各位读者见谅,文中如有错误也请大家指正!

“卡特琳娜”的前辈们——联合公司的早期水上飞机

“卡特琳娜”这个绰号来源于洛杉矶沿岸不远的美丽小岛——圣卡特琳娜岛(Santa Catalina),不过其真正的起源之地倒是与温暖干燥的加州相差甚远。

上世纪二十年代末,美国海军开始寻求新一代远程水上飞行艇,认为新机型必须采用全金属上单翼布局,空重5.9吨以上,翼展至少30米,巡航时速177公里的前提下最大航程需达到3219千米。在阴冷的东海岸,坐落于纽约州水牛城的联合公司正打算参与海军的招标。在外界看来,当时主要以单引擎教练机为拳头产品的联合公司难以与竞争对手——老牌航空企业格伦·马丁公司相抗衡。不过,联合公司的手里早已拥有了王牌——航空设计和工程师艾萨克·“麦克”·拉顿。

PBY和B-24之父——艾萨克·“麦克”·拉顿

拉顿于1927年初开始担任联合公司的首席航空工程师后便和西科斯基公司合作研制了S-37“角斗士”轰炸机。虽然这型飞机很快在陆航的轰炸机竞标中败下阵来,但结合拉顿2年前曾设计过的波音 XPB 飞行艇,这些宝贵的经验让联合公司有信心参与到海军新型水上飞机的竞标中,即便公司此前从未推出过任何多引擎大型飞机或船型水上飞机。

绰号为“海军上将(The Admiral)”的XPY-1于1928年2月完成了设计工作并得到了海军15000美元的拨款用于制造一架原型机。次年1月10日,原型机首飞成功,此时经验不足的联合公司实际上花费了远超15000美元的预算。原本打算以正式的生产合同来回收这些成本的联合公司却最终被格伦·马丁公司截胡,后者以更低的成本价赢得了海军的合同。

XPY-1原型机
XPY-1 三视图
拉顿曾尝试过三引擎方案,实际并无性能提升,最终放弃

联合公司立即改变战略,下令让工程团队将 XPY-1 改为商用飞机来回收成本。在拉顿的带领下,可乘坐22至30人,最大航程1609千米的商用飞行艇 Model 16 绰号“海军准将(Commodore)”便应运而生。

“海军准将”的乘坐条件可以说是非常舒适

“海军准将”最主要的用户 NYRBA 航空公司(泛美航空的前身)在1930年8月之前签下了14架的订单,这批飞机成为了美国本土至加勒比以及南美地区高端航线的开拓者,直到三十年代末期才被性能更好的西科斯基 S-42,马丁130和波音314等机型所淘汰。这些淘汰下来的二手“海军准将”被出售给了其他国家的航空公司,有意思的是由中华民国政府成立的中国航空(CNAC)也曾获得了一批这种飞机。

在商业上取得成功后,联合公司打算对 XPY-1 的设计实行更大幅度的改进。拉顿在维持原有机身长度和翼展的前提下,在机翼下方增加了一对长度大约是主翼一半的短翼,并将浮筒安装于短翼的下方。这样做虽然看起来略显保守,但实际上既增加了起降时的抗冲击能力,并且使翼下挂载深水炸弹等武器成为了可能。此外机身中原本的开放式舱室也全部改为封闭式结构,尤其是驾驶室。

海军飞机制造厂的XPN-11,被认为是XP2Y的参考对象

1931年5月,也许是预感到了这个机型的巨大潜力,海军向联合公司拨款要求制造一架 XP2Y 原型机,两个月后很快又追加订购了23架 P2Y-1,此时原型机都尚未完成。

1932年3月26日,三引擎的XP2Y-1原型机进行了首飞,一个多月后便立刻改用双发版本进行测试,钟情于三发布局的拉顿先生执着于打自己的脸(笑)。

三台发动机的XP2Y-1原型机
正在水面上滑行的XP2Y-1原型机

同年,在对原型机进行测试之后,海军要求拉顿修改 XP2Y-1 的设计,后者将一架 P2Y-1 的发动机拆除,换装了两台功率更大的发动机并将布局改为半埋式,与机翼融为一体,使其成为 XP2Y-2 原型机。这项改进使巡航速度提高了16千米,并且有效航程进一步增加。心满意足的海军下达订单对现有的23架 P2Y-1 进行升级,将其称为 P2Y-3。

1934年1月,VP-10 巡逻机中队的6架 P2Y-3 从旧金山湾区起飞前往3862千米外的珍珠港,他们在中途不着陆的情况下最终以24小时35分钟的成绩打破了当时的大型飞机远程飞行记录(这项记录在4年后才由 PBY 原型机打破),着陆后所有机组成员在夏威夷受到了热烈的欢迎。

VP-7中队装备的P2Y-3

海军装备的 P2Y 系列水上飞机一直到1941年才退出一线转做训练用机。太平洋上的海军巡逻机部队在应用这型飞机的时候逐渐摸索出了远程水上巡逻机的使用流程和训练模式,使得部队换装PBY“卡特琳娜”以后受益匪浅。

XPY-1和P2Y共有的标志性尾翼

“卡特琳娜”的黎明——XP3Y-1 原型机

1933年6月1日,对现役 P2Y 和 P3M 的航程和攻击能力愈发不满足的海军向联合公司提出了新型飞行艇的性能需求,综合性能指标比起6年前更严格。在审核过机体的初步设计和模型之后,海军以及联合公司于同年十月正式签署了原型机的研制合同,将其定名为 XP3Y-1

XP3Y-1一号原型机侧视图

XP3Y-1 整体上采用了全金属伞式上单翼(Parasol Wing)布局,并未沿用 P2Y 复杂凌乱的支撑杆和短翼的方案,而是设计了一个拥有流线外形的塔型底座配合两侧各两根支撑杆来连接机翼和机身。这样既保证了发动机和机翼能与水面有了足够的安全距离,又确保了飞机外形的简洁流畅。并且这个塔状底座里实际上暗藏玄机,由于两台发动机的位置较高而且间距较小,飞行员在驾驶舱内难以获得发动机的视野,因此设计师将机械师的座位安排在底座内,并在其两侧安排了两个观察窗能够随时监控发动机的运行状态。

PBY系列的伞式上单翼,机翼并非直接安装在机身上

XP3Y-1 拥有一副较高展弦比的机翼,机翼内有充足的空间可安装整体式油箱(最大容量6624升),这是 PBY 系列超长航程最关键的一环。机翼为标准的铝合金结构,包括尾翼在内,所有可动部分都为织物蒙皮,其余都为金属蒙皮。另外,XP3Y-1 不再沿用前辈机型的双垂尾,改用传统的单垂尾加悬臂式中平尾的布置方式。

图例为PBY-5A的油箱结构和发动机相关管线
XP3Y-1机翼上的油箱维护用舱门和舱盖

在机翼的左右两端可以看到一对可收放式浮筒,这是PBY系列的另一大特点。在飞机起飞后机组便可将浮筒收起,使其与机翼融为一体成为翼尖的一部分,很好地降低了空气阻力。

XP3Y-1的浮筒控制器
PBY-5A的翼尖可收放浮筒的结构分解图

XP3Y-1 拥有一个线条优美修长的船型机身,机腹为有断阶的尖舭滑行艇型。机身主要分为5个水密舱段,相互间由水密舱门连接。

PBY-5A的乘员和装甲防护分布图

XP3Y-1 的机鼻上方安设有旋转炮塔,通常安装一挺12.7毫米机枪,由投弹手负责操作。

XP3Y-1的机鼻炮塔

机鼻下方则是投弹手的正常战位,配有一台诺顿 MK XV 型瞄具并有百叶窗式防护门。

投弹手的位置,注意其百叶窗式防护门和瞄具

机鼻后方是飞机的驾驶舱,通常仅能容纳正副飞行员两人。

XP3Y-1原型机驾驶舱

XP3Y-1 和通常的大型飞机不同,其领航员并非与飞行员们共处一室,而是和通讯员一起位于驾驶舱后方的舱室内。

左侧为通讯兵,右侧为领航员操作台

正如之前所提到的,XP3Y-1 的机械师有一个居高临下的专属座位,在他身下,机腹中段布置有厨房,厕所,储藏室以及卧室等生活设施,这是由于机组经常需要执行十多个小时的巡逻任务。

机械师所负责的仪表和操作面板,两旁有两个观察窗

在飞机的腰部两侧设置有两个滑动式舱门,同时也配有自卫机枪,由两位机枪手负责操作。

机身6点钟方向还设置有一个朝向下方的自卫机枪口,按照原型机的设计并未配置专属机枪手,由腰部的两位机枪手兼任。

机尾自卫机枪

XP3Y-1 原型机采用一对三片桨叶的可调矩恒速螺旋桨,来自汉密尔顿标准公司。XP3Y 和道格拉斯 XP3D 都被海军指定采用两台普拉特·惠特尼公司的R-1830-58双黄蜂发动机(825马力),相比 P2Y 使用的莱特公司发动机,普·惠公司的发动机被认为具有更好的可靠性,在下一篇文章中笔者会简单介绍一下这个著名的航空发动机系列。两台发动机安装于机翼前缘,配有 NACA(美国国家航空咨询委员会)标准低阻整流罩,并安装有后缘调整片(下图红圈处)。

上图中篮圈处为机械师观察窗,图中人物大致是机组/地勤以及联合公司相关人员,据说总工程师拉顿先生按照惯例每次在新机型试飞时都会加入由首席试飞员比尔·惠特利带领的机组随飞机升空。

击败道格拉斯

1935年2月15日是 XP3Y-1 原型机完成总装的日子,然而计划中的试飞地点尼亚加拉河正处于冰封状态。于是联合公司只能将机体以铁路的方式运送到900多公里外军方安排的场地——诺福克海军基地。

原型机在诺福克基地首飞时拍摄的照片,注意翼尖的浮筒处于收起状态

1935年3月21日,XP3Y-1 在诺福克基地进行了一次非常成功的首飞测试。不过这个日子其实已经比竞争对手道格拉斯公司的 XP3D-1 原型机晚了一个多月。道格拉斯的设计源自于此前用于参与陆军航空队水陆两用轰炸机项目的 YB-11 轰炸机,在结合了自己的民用水上飞机和运输机的经验后完成了 XP3D 的研制。

XP3D-1以及YB-11的原型机之一YOA-5

比联合公司早了5个月,道格拉斯公司就已经从海军那里获得了 XP3D 原型机的研制合同,占据了时间上的先机。道格拉斯的方案源自于此前用于参与陆军航空队水陆两用轰炸机项目的 YB-11 轰炸机,在结合了自己的民用水上飞机和运输机的经验后完成了 XP3D 的研制。我们能看到 XP3D-1 采用标准的全金属上单翼布局,尾翼的设计也于 XP3Y-1 形同,但道格拉斯公司没有采用伞式机翼的结构,而是将发动机高高架在机翼上方,还取消了水陆两用的起落架,成为正牌的飞行艇。

XP3Y-1的初测数据几乎全面优于军方标准

经过军方的测试,两型飞机虽然采用同一款引擎,但 XP3D-1 的体积小于 XP3Y-1,综合性能略逊一筹,不过总得来说两者还是处于同一水平线的。踌躇的美国海军打算以采购成本来决定胜负,最终联合公司以9万美元的单价击败了定价11万美元的道格拉斯公司赢得了首轮竞标。道格拉斯公司倒是没有放弃,他们在加高了机翼的安装位置后,将两台功率更大的发动机埋入机翼前缘的整流罩内,并且弃用固定式浮筒换装为可折叠的型号。

1935年5月15日完工的XP3D-2 原型机其实在除了航程以外的很多性能方面已经超越了 XP3Y-1 尤其是速度和载弹量,然而在后来的第二轮竞标中道格拉斯还是不敌同样升级过后的 PBY-2

道格拉斯XP3D-2

1935年6月29日,联合公司与美国海军签订了合同,将提供60架以 XP3Y-1 为标准的新型水上巡逻机。考虑到其拥有一定的鱼雷和炸弹挂载能力,这批飞机被赋予了正式代号 PBY-1

正在圣地亚哥港外水面上滑行准备起飞的XP3Y-1原型机,翼下的浮筒已经完全远离水面

未完待续

参考资料:

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