一闪即逝的“火球”：瑞安FR-1舰载战斗机

图1。 瑞安FR-1舰载战斗机

在美国海军的航空母舰上，曾经出现过一种非常古怪的战斗机。它由一家主要制造初级教练机的飞机公司研制，是该公司唯一一款投入量产的有人驾驶作战飞机；它是美国海军唯一一款采用混合动力布局的舰载战斗机，之一架采用前三点式起落架的舰载机，之一架采用高速层流翼的舰载机，之一架全金属飞机，之一架采用平头铆钉工艺的飞机；它的生产数量只有几十架，服役时间异常短暂，短短两年就退出服役，却无意间创造了美国海军的之一次喷气动力着舰记录……这就是瑞安FR-1“火球”舰载战斗机。

早在英国试飞E28/39喷气式验证机之前，美国海军就对喷气发动机有所耳闻，也了解到成熟的喷气式飞机将对活塞式飞机形成绝对的性能优势。但是美国海军却对喷气式飞机的研发工作并不热心，因为早期喷气发动机普遍存在启动时间长、加速性差、油耗过高的缺点，这对有着近乎于无限长跑道的陆基飞机来说或许可以接受，但在狭小的航母甲板上就不能容忍了。

1942年10月2日，北美大陆上空传来一阵陌生的轰鸣。在美国陆军航空队的严格保密下，美国之一架喷气式战斗机XP-59于当日首飞成功。美国陆海军之间的关系一向是龃龉不断甚至老死不相往来，但这次被陆军抢了风头的海军很难得地放下了身段，从陆军借调了两架预生产型YP-59A用于测试，其性能之平庸并未出乎海军意料。

图2。 1942年底或1943年初移交海军的YP-59A（机身序号 42-108778），注意身着黑色风衣的海军人员

事实上，早在美国海军1943年4月21日首次试飞YP-59A之前，主管美国海军航空局的老约翰西德尼麦凯恩海军上将就在1942年12月提议，开发一种“活塞式发动机 喷气发动机”的混合动力战斗机，兼具活塞式飞机启动快油耗低和喷气发动机推力大的优点，活塞式发动机用于起飞、降落和巡航，喷气发动机则用于空战加速，且两台发动机的安全系数更高。此外，为了避免炽热的尾流烧蚀甲板，喷气式飞机必须采用前三点式起落架，而美国海军此前对于如何在航母上运行前三点式飞机并无经验，正好可以利用新型飞机摸索。

多家飞机公司参与了投标，其中不乏业内名声显赫的老牌大厂，方案多为采用R-2800“双黄蜂”2000马力双排18缸气冷发动机的重型战斗机。但是最终中标的结果却令人大跌眼镜，一向没什么存在感的瑞安（Ryan）飞机公司中标。该公司位于加州圣迭戈，在1922年由克劳德瑞安创建，以经营航线的航空公司起家，1934年转而开发初级民用飞机和初级教练机，其研制的所有飞机速度都不超过300千米/小时，最成功的产品也不过是结构简单，成本低廉的PT-22型初级教练机。

图3。 瑞安PT-22初级教练机，PT系列教练机前后共生产了近2000架

然而美国海军航空局却在瑞安提交的28号设计方案中看到了可取之处，该方案是一架轻型战斗机，在诸多重型战斗机设计中可谓是一股清流。这架轻型战斗机选用已经有些“落伍”的莱特R-1820-72单排9缸气冷发动机。虽然功率只有1350马力，但已足够在航母上起飞/着舰，搭配喷气发动机使用，正好能够达成美国海军设想的高低兼顾平衡配置。

图4。 R-1820型发动机主要用于此时已经落伍的F4F战斗机，SBD俯冲轰炸机，以及DC-3运输机和B-17轰炸机

海军航空局认为，正是因为瑞安此前从未涉足高性能军用飞机的研发，才能跳出“大马力发动机”这一既有设计思路的局限。28号方案在机身设计上采用了高速层流翼和全金属蒙皮，也表明瑞安对于如何设计高性能飞机心里有数。而且当时瑞安并没有被分配转包现有作战飞机的生产任务，能够集中精力研发这一不同寻常的混合动力战斗机。

1943年1月，海军航空局正式和瑞安签订一架原型机合同，型号暂定为“瑞安28”型，随后2月1日追加两架原型机，制式型号确定为FR-1（在美国海军飞机命名体系中，瑞安公司代码为R）。合同要求FR-1必须能够从尺寸很小的护航航母上起降，10个月内交付首架静力破坏试验机，15个月内交付3架原型机，机身序号48232~48234。

众所周知，无论在哪个年代，战斗机的研发都不是轻而易举，而由于恶劣的使用条件（海水盐雾腐蚀和高速着舰），舰载战斗机的研发更是难上加难，这对初来乍到的瑞安更是严峻的挑战。瑞安公司极为重视这笔来之不易、能够让公司业务产生飞跃的大单子，成立了由公司总工程师威廉伊门肖领导的设计团队，而包括“巴德”吉勒斯和阿尔普鲁登两位公司副总在内的一半高管负责为该项目提供行政和财政支持。

伊门肖设计团队采用常规的下单翼布局，全金属半硬壳结构，其前机身结构除了前起落架收放机构之外，与当时的单发活塞式飞机并无太大区别。而后机身则设计成分离式，与前机身通过四个紧固螺栓连接。后机身前方安装一台通用电气J31喷气式发动机，推力725千克。该发动机是英国惠特尔离心式发动机的美国翻版，但为了简化燃油系统而做出了部分调整，以适用航空汽油。

图5。 解剖展示的通用电气J31喷气发动机，可见其离心式压气机涡轮和环状布局的单管燃烧室

在喷气发动机进气口布局上，伊门肖设计团队考虑过颌下进气口、可收放进气口和翼根进气口三个方案。前两个布局要么阻力过大要么结构复杂，最终确定FR-1采用翼根进气口。从外观上看，FR-1的翼根进气口类似于很多飞机的翼根滑油冷却器进气口。瑞安公司专门 *** 了一个1：5比例的模型送到NACA的兰利风洞吹风，结论是该布局无论喷气发动机是否运行，在高速情况下产生的阻力也微乎其微，并且不会产生湍流。

图6。 在NACA吹风的FR-1模型

图7。 FR-1动力布局图，驾驶舱就位于扁平的左右进气道上方

因为进气口占据了翼根空间，FR-1的主起落架只能设计成向外收起，又进一步挤占了机翼空间。伊门肖设计团队利用翼根进气道和主起落架之间的有限空间，见缝插针布置了每侧两挺M3型12.7毫米口径机枪，各备弹300发，并且在其下方设置了挂架，可以挂载454千克炸弹或380升副油箱，而可折叠的外翼段也有两个可以挂载127毫米火箭弹的挂架。

图8。 FR-1机身分解图

图9。 安装了喷气式发动机的FR-1生产型后机身总成，注意这是一架生产型的后机身

有趣的是，FR-1的武器配置看似薄弱，却与格鲁曼公司同时期研制的F8F“熊猫”战斗机高度一致。这并不是巧合，根据太平洋战场经验，美国海军已经意识到，一味增强火力的重型战斗机已经很难取得性能突破。而轻型战斗机无论是航母甲板操作性，还是在空战中的加速性和爬升率都将占有明显优势，为此适当削弱武器也无可厚非。但是无论怎么减重，装甲防护都是不能马虎的，除了两个总容量680升的自封闭油箱配置了82.1千克的防弹装甲之外，FR-1在飞行员前后也配备了重达78.5千克的装甲。

图10。 性能强悍的F8F未能赶上二战，却在战后竞速飞行中大放异彩，这架绰号“稀有熊”的F8F经过深度改装后，创造了活塞式飞机和单发螺旋桨飞机的850千米/小时速度纪录，至今仍未打破

瑞安公司的开发进程非常顺利，有望按照合同时间点要求交付原型机。但此时二战已经打到最激烈的关键时刻，美国海军等不及慢慢的试飞再量产了。1943年12月2日，美国海军与瑞安签署AS-1322号采购合同，订购100架FR-1，随后该合同追加了600架，并正式赋予官方绰号“火球”。

1944年6月25日，1号原型机XFR-1（机身序号 48232）在未安装喷气式发动机的情况下，由瑞安首席试飞员罗伯特克林格驾机首飞成功。几天后的试飞中成功启动了新安装的喷气式发动机。原型机飞行反应平顺，并展露出强大的性能，更大飞行速度680千米/小时，爬升率24.4米/秒，更大升限13100米，与两个月之后首飞的格鲁曼F8F持平，明显优于美国海军的现役主力战斗机F6F和F4U，至于高速机动性和盘旋半径则更是打遍美军无对手。似乎是一夜之间，默默无闻的瑞安就一跃成为可以与老牌舰载机厂商格鲁曼平起平坐的一线大厂。

然而相比格鲁曼，瑞安在细节的设计经验上还是欠缺积累。试飞员很快反应，XFR-1移植自F4F“野猫”战斗机的尾翼效率不足。瑞安检查后发现是飞机重心位置计算出了低级错误，根据兰利风洞的吹风结果，XFR-1的尾翼设计被推倒重来，垂直尾翼前移了两个机身隔框；水平尾翼面积增大，下移的同时也向前移动了一个机身隔框；原有方向舵舵效不佳，复飞时难以全力右转，修改后的方向舵更大偏角改为左侧25°，右侧35°。完成改装后的尾翼操纵特性令人非常满意。

图11。 XFR-1原型机试飞彩照，注意其移植自F4F的尾翼

而襟翼选型的缺陷则颇令瑞安有弄巧成拙之感。为了降低阻力，XFR-1采用了道格拉斯公司开发的复杂的双缝襟翼。风洞测试结果表明，双缝襟翼在放下到55°时能够提供很高的升力系数，从而允许缩小机翼面积。但这另一方面就造成了XFR-1的翼载荷偏高，进近时垂直速度过高，即便是以舰载机高速着舰的标准来看也是偏高了。

瑞安尝试将双缝襟翼的更大角度限制在35°，虽然有效降低了垂直速度，可按下葫芦起了瓢，升力系数的降低导致失速速度提高。瑞安最终抛弃了已经失去意义的双缝襟翼，转而研究更简单的单缝襟翼。经过大量吹风试验，单缝襟翼在40°下的效果与35°下的双缝襟翼没有区别，而且结构简单重量更轻。但此时FR-1已经进入量产，安装旧式双缝襟翼的前14架生产型全部进行了回厂改装。

图12。 修改尾翼之后的2号原型机（前）和3号原型机（后），注意2号机圆滑过渡的背鳍，3号机更高的垂尾

2号原型机（机身序号 48233）于1944年9月20日首飞，1号原型机则准备按计划飞往马里兰州帕图森河海军航空站测试。10月13日下午16时，罗伯特克林格驾驶1号机进行转场前最后一次例行试飞，计划飞行时间1小时，起飞后不久后克林格就与地面失联，直到黄昏时分噩耗传来，飞机空中解体，机毁人亡。

事故调查并未得出确切结论，瑞安总工程师威廉伊门肖推测是因为克林格在飞行中超出了速度限制导致飞机结构失效解体。瑞安开发经理阿尔科诺佛驾驶2号原型机进行了几次谨慎的俯冲试飞，发现机翼蒙皮确实会因为高速飞行时的应力而损坏。1945年3月25日，悲剧再次降临，试飞员“米奇”麦奎尔驾驶3号原型机（机身序号 48234）在一万米高度进入俯冲后速度过大无法退出，驾驶2号原型机伴飞的迪恩雷克试图跟上去，但最终不得不及时退出俯冲。3号机最终撞地，麦奎尔身亡。伊门肖认为麦奎尔可能发现情况不妙，但是无力操纵升降舵退出俯冲。

4月5日，迪恩雷克驾驶2号原型机，在圣迭戈林德伯格机场高速试飞时遭遇险情，他观察到机翼前缘蒙皮被吹起，紧接着气流掀飞了座舱盖。雷克立刻把飞机倒过来，松开安全带跳了出去，跳伞落地后眼睁睁看着2号机一头撞进跑道尽头停着的一架PB4Y巡逻机。根据他的报告和事故调查，伊门肖终于确认是FR-1固定机翼蒙皮的平头铆钉数量不足，高速飞行时的应力集中导致铆钉失效。作为补救措施，所有的生产型FR-1的机翼蒙皮铆钉数量增加一倍。