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1095. 电闪雷鸣②——爱知S1A1“电光”夜间战斗机刨析（机体，机翼设计篇）

中国历史1年前 (2023-09-10)520

作者：电光飞翔。

由于笔者也是专门研究“电光”夜间战斗机的研究学徒对本机狂热的爱好者，在这里笔者将着重梳理一些”电光“设计中理解较为困难的点，并讨论一些关于电光设计的小知识。本文参考了电光的总设计师尾崎 *** 留下的《电光性能计算书》以及《电光计划说明书》等大量珍贵的一手设计内部资料。

图1. 夜间战斗机“电光”

电光的“丙战”之分类

我之前在日本海军机的分类与命名专题中讲述过。日本海军为了清晰战斗机的职责，将所有的战斗机都分为了三类。

之一类是甲战，也就是和敌方战斗机进行空战抢夺制空权的战斗机。

第二类是乙战，是注重防御，速度，爬升以及火力而将机动性放在次要的陆上战斗机，所有乙战均为局地战斗机也就是拦截机，因此虽然作为海军的飞机但是大多数乙战是不能上航母作战的。

第三种就是丙战，丙战可以不严谨的直接翻译为夜间战斗机。丙战和乙战的部分职能是重合的，但是丙战有着夜航的能力而未经改造的乙战没有。丙战和欧美的夜间战斗机更大的区别就是欧美的夜间战斗机是有对战斗机空战的能力的（除了部分例外比如P61），但是日本的丙战是纯粹对敌方轰炸机进行突袭的特殊战斗机。日本海军丙战的例子有“月光”，“极光”，“白光”以及“电光”四种。

风洞试验小知识

尾崎 *** 在回忆录中提到了对电光进行风洞试验的事情。风洞试验你可以不严谨的理解为用恒定，快速，可控方向的风对将要设计的飞机的模型进行吹风试验。通过风洞试验可以获得包括局部抵抗系数，全体抵抗系数，升力系数，升阻比等重要的信息并以此决定飞机的空气动力学设计是否合理，是否需要优化等决策。

电光有着一比一比例的木质模型

很多飞机，不论是二战还是现在，在进行飞机实机的建造之前，都会造一些相关的模型进行审核。这些模型有的是局部模型比如驾驶舱内部模型，有的是全机大小的一比一模型，有的是比例大小的模型。这些模型可以在制造实机之前就观察飞机的设计是否合理并提供了在建造实机前就对错误进行修改的机会。

机身设计篇

电光机体的分为的五个部分

相信大家都看到了尾崎 *** 提到了电光在生产时为了方便生产，于是将机体分为了五个区域。但是很多人都不理解这五个区域到底是哪五个区域，所以今天我们就来用可视图一起看一看。（我的画图技术很差，大家看个乐呵就好）

图2. 电光的五个部分就是这样的

电光的机体的材质既有木头，又有金属

电光的设计师为了方便在资源匮乏，专业人力匮乏的战争末期得以继续量产，为电光设计了部分木制的零件，这些零件的位置如图所示（所有涂色部分均为笔者手涂，图纸部分则来源于已公开的部分《电光计划说明书》）。

图3. 前方部局部图，涂红的区域即为木质材料区域，而没有涂色的地方则是金属的。其中上面的木质结构和下面一部分的金属结构是可以打开的，方便整备员整备武器。尤其是下面的那部分可以打开的金属结构甚至自带爬梯，方便整备人员进出

图4. 操作席部局部图，红色为木质未涂色为金属

图5. 主翼机体部局部图，红色为木质，蓝色为机翼的翼梁（相当于支撑），未涂色为金属

图6. 中央部局部图，红色为木质未涂色为金属

图7. 后方部局部图，红色为木质未涂色为金属

图8. 最后是全机图，红色为木质，未上色为金属

图9. 至于机翼，使用的材料则稍微多一点。图中红色为全木质，绿色为马口铁合金质，蓝色为木质胶合板，未上色为杜拉铝合金

图10. 发动机舱则没有木质部分，但是涂蓝色部分为马口铁合金质的，而没有涂色的地方则是杜拉铝部分

电光有着四边形的机身

为了能让电光机身上的遥控炮塔360度旋转，设计师为电光设计了部分方形的机身。这一部分机身主要集中于主翼之后尾翼之前的机身部分，而机头以及尾翼则为了方便收纳武器和尾轮而采用传统的圆形切面。

图中给出了四个切面以及每个切面所对应的横切图。可以看到从机头到机身到机尾的横截面形状依次是：椭圆形，方形，长方形以及椭圆形。

图11. 机身断面图

日本海军更大的战斗机

不管是 *** 上，还是尾崎纪男的回忆录中，都有提到过电光是超级巨大的战斗机。根据机密文件《电光计划说明书》中的内容，电光全长15.10米（从机头到方向舵最后端），全宽17.5米（两个主翼翼端之间的距离），全高4.610米。电光的自重已经达到了6.820吨（排气涡轮版本则为6.940吨），其中发动机，主翼，螺旋桨，发动机舱，起落架和机身占了很大比重。除了出厂自重外，加上各种杂七杂八的燃料，润滑油以及消耗品等装置，电光的体重轻松破了10吨大关，满载更是达到了10.9吨。她的自重甚至已经超过了作为双发陆上攻击机的一式陆攻一一型。

虽然和“连山”、“深山”等真正的巨物相比电光依然只是小个子，但是当你把她和零战，烈风甚至月光等战斗机同行相比时，那就是真正的庞然大物了。在战斗机中，只有同样作为夜间战斗机，且还是从作为陆上轰炸机”银河“改装而来的”极光“才能和电光比比大小。

电光的机身结构是半硬壳式结构

一般来说，航空器的机身结构都可以根据机身承重的部位分为三种。完全由蒙皮（也就是外壳）承重的结构叫做硬壳式结构，完全由纵横交错的桁架承重的结构叫桁架结构，由几根主梁和蒙皮一同承重的结构就叫做半硬壳式结构。

图12. 硬壳式机身，可以看见整个机身只由蒙皮负责承重

图13. 半硬壳式结构如图所示，整个机身除了蒙皮以外，桁条结构和大梁也要负责承重。本图没有画出大梁

而电光采用的就是这种半硬壳式结构，况且电光配有四根贯穿整个主翼机体部往后的大梁，分别位于四边形机体的四个角的位置。

图14. 机身断面图

电光的机体图纸，如果你仔细的看侧视图就会发现，在紧贴着遥控炮塔和侦察席的正下方有两根平行的虚线，那就是电光的大梁，一共2x2=4根。

电光有着非常小的横向转动惯量和转动半径

为了能让电光在进行斜乐曲射击时及时保持平稳，设计师为电光做了大量的措施以更大可能的减少转动惯量（说直白点，就是让这架飞机的滚转性能变好）。比方说电光携带三个防弹油箱，其中更大的1070升油箱承正方 *** 于操作席和侦查席之间的机身中，而另外两个515升的油箱也位于发动机舱和机体之间的主翼中。这样一来电光所有的重物就都位于靠近整机重心的部分，从而减轻了转动惯量。

图15. 电光机身部分，粉色框内即为大油箱

图16. 电光机翼部分，粉色框内即为油箱和润滑油箱

电光机身全数据（只使用已公开部分）

材料：木制，金属混合

全长：14.6米（最终案为15.1米）

全宽，全高（不包括水平尾翼）：1.25米

结构：半硬壳式机身

重心：27%M.A.C

机翼篇

电光的主翼有着新奇而巧妙的设计

电光的主翼采用了全金属材质，内部的两条翼梁更是优秀的ESD材质。电光的主翼是她的一大特点，尾崎 *** 在电光的主翼身上使用了大量新式的设计，虽然导致她的生产难度提高了一个档次，但是也为她带来了数不尽的优秀性能，这里逐一进行讲解。

a. 电光的主翼的一部分采用了层流翼

层流翼是一种主翼横切面的形状，一般来说普通的主翼的横切面都是上半部分有弧度，下半部分水平。而层流翼则上下两半部分都有弧度。电光在设计初期的时候检讨过这种翼型，大约占了从翼尖开始的百分之四十。但是因为针对层流翼的实验还没有完成，并且为了考虑生产需要，电光在更大翼厚的36.6%的位置依然采用了传统的He100翼型（然而He100翼型本身就有点类似于层流翼了，差不多也能达到计划的效果）。

图17. 图中虚线的部分都计划用层流翼构造。后来从更大翼厚的36.6%位置也就是图中标注的辅助翼的位置开始一直到翼尖都采用了He100型翼的构造

图18. 层流翼和通常机翼的气流比较

b. 为了追上B29，电光的翼面荷重是很惊人的

电光有着高达206kg/m^2的翼面荷重，保证了她有着非常优秀的高速性能以便追上B29，至于为什么这个翼面荷重如此重要，我们先来做一个简单的推理。

图19. 推理公式

但问题是，高速性能好这没啥问题，但是在起降的时候还这样那问题就大了。一般来说，高翼载的飞机起降性能都很拉垮，最著名的失败例就是“彗星”舰上轰炸机。相当一部分新手因为她过差的起降性能而直接摔死在训练中，后来也促成了神风特攻队。

而参与过彗星的设计的尾崎纪男当然不会重蹈覆辙，他为电光引入了大量的新设计，解决了高翼载的电光在夜间起降的安定性问题。

c. 新设计之一：子母翼

作为爱知航空机，就如尾崎 *** 提到的一样，子母翼那可是标配。而这个子母翼是个啥东西，我放个图你们就知道了。

图20. 襟翼

红圈圈出的地方就是电光的襟翼，仔细看的话会发现襟翼中间有条缝。这是因为电光的襟翼其实是由两片可以单独活动的襟翼组成的。连接主翼的那片襟翼叫母翼，而连接母翼的襟翼叫子翼。电光所有的襟翼，以及内侧的辅助翼，全部都是子母翼构造。

图21. 机翼外侧

为了更方便理解，我在机翼图纸上标出了哪里是子母翼，哪里是普通翼。图中红色框内的部分即为襟翼，是子母翼构造，蓝色框内为内侧辅助翼（同时兼并襟翼的功能），也是子母翼，而黄色框内为外侧辅助翼，是普通翼。

然后我们来看看断面图

图22. 断面图

其中的A—A切面就是上文中的襟翼，B—B切面则是内侧辅助翼，而C—C切面则是外侧辅助翼。可以看到作为内侧辅助翼的B—B切面和同样是子母翼结构的襟翼也就是A—A断面是有些许不同的。

图23. 断面图之二

虽然二者子母翼的母翼部分都只能向下张开25°或者向上收起，但是作为辅助翼的B—B切面的子翼部分不仅可以向下张开20°，也可以向上张开24°，而作为襟翼的A—A切面的子翼是不能向上张开的。这是因为辅助翼本身需要可以上下张合来调节飞机的滚转。

d. 新设计之二：主翼上反角的位置

尾崎 *** 在回忆录中提到了为了优化驾驶舱的视野，主翼的上反角仅与发动机舱连接。这里我来解释一下主翼上反角的这个概念。

这个概念稍微有些复杂，我简单说明一下。当大家观察一架飞机的时候，可能会注意到当你从正面看飞机时，飞机的机翼和飞机的机身之间的夹角并非是垂直的，而是一个向上的锐角。这个叫就是上反角。

图24. 机翼反角

上反角有着十分重要的作用—他可以帮助飞机在遭遇横向乱流后迅速改回到水平位置，原理如下。

图25. 反角设计原理

当飞机一侧遇到气流或者手动将机体倾斜时，飞机的升力点就会从垂直上方转移到斜上方，随后飞机就会因此开始侧滑。当飞机侧滑的时候就会遇到相对风（相对风就是，举个例子，你在无风的情况下快速跑步时就能感觉到有风往自己身上吹，这就是相对风），而这个相对风的风向是和侧滑的方向平行的。不过这时候如果有上反角的话，机翼较低的那一端就会获得更大的攻角而机翼较高的那一端攻角则比较小。这时候机翼较低的那一端就会产生相比机翼较高的那一端更大的升力，从而将飞机飞行姿势更正。关于上反角的原理可以参考这个视频：【Dihedral 上反角-哔哩哔哩】 https://b23.tv/Jek70kS。

而对于一架夜间战斗机来说，不论是应付起降时的突风，还是对抗斜乐曲向上射击产生的后坐力，上反角都是至关重要的东西。电光因此有着高达六度的上反角，而这个上反角的位置也是非常有意思的。

图26. 角度设置依据

如图所示，篮框部分为发动机舱与机身之间的机翼，这一部分只有2°3‘的上反角，黄色为发动机舱部分，和蓝色部分的上反角相同，而红色框内的部分为发动机舱外面的主翼，这一部分有着6°30’的上反角。因此电光的高上反角部分和低上反角部分部分只靠发动机舱连接，这样发动机舱就可以遮住高上反角部分，极大地提升了飞行员的视野。

可是尾崎 *** 依然觉得这点上反角远远不够，为了更加提升降落时的稳定性，他给电光设计了一个可向上抬升30°的翼尖来给上反角来个超级加倍。