震电战斗机：二战日本防空作战的最后一根稻草
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本文作者：邢强博士
本文共5716字，69图。预计阅读时间：45分钟。
转眼已经到了2017年8月份，在72年前，具体说是在1945年8月3日，有一款在当时看来造型非常奇特的鸭式布局战斗机首飞。这是日本国土防空的最后一根救命稻草。
当然，不出意料地是，这款战斗机终于也没能对战局产生决定性的影响。不过，就飞行器的设计本身而言，72年前首飞的“震电”战斗机的确能够在人类飞行器技术发展史上找到自己的位置。
背景
1941年12月7日，日本联合舰队经过精心策划，在南云忠一中将的指挥下，以6艘航空母舰和400多架飞机的兵力，偷袭了美国珍珠港。由此，开启了太平洋战争的新篇章。
上图为被日军飞机的炸弹命中，引发前部弹药库爆炸，遭受重创的美国海军亚利桑那号战列舰。该舰在发生系列爆炸后，坐沉在珍珠港，大火烧了两天两夜。
在太平洋战争中，舰载机和陆地起飞的轰炸机表现出了极强的作战效能。从此，巨舰大炮时代结束，海战的王者地位开始由航空母舰来担当。
不过，航空母舰也不是无敌的。在面临从天而降的攻击的时候，也是只有躲避的份儿。上图为日本联合舰队的飞龙号航空母舰正在紧急转弯，刚巧躲过了一波猛烈的轰炸。
第二次世界大战期间，有这样一段来自东京的广播：“这是一片到处盛开着鲜花的美丽宁静的土地，这片圣土没有遭受袭击之患……”这样的宣传给日本人造成了错觉，他们以为无论日本对别国做了什么，都不会使日本本土受到报复性袭击。
而公元1942年4月18日，16架B-25轰炸机一举击碎了这一幻想，像尖刀一般直插日本的心脏东京。影片《东京上空三十秒》便是由这一历史事件改编而来。（详见小火箭的公号文章《东京上空三十秒：盟军首次轰炸日本本土》）
日本柴油机制造厂、日本第一钢铁厂、三菱重工的制造基地、名古屋飞机制造厂、海军实验室等一系驱动战争的力量受到了打击。在滚滚浓烟升起的一瞬间，经受过严酷测试与训练的B-25轰炸机及其飞行员们交出了令人满意的答卷。
B-25轰炸机对日本本土的轰炸震惊了当时的日本军界。而B-29轰炸机在1942年9月21日首飞成功的消息更是给了日本当头棒喝。
为了加强日本的国土防空能力，在日本海军航空技术厂（也就是我们经常能够在二战的史料中读到的“空技厂”）的飞行机部供职的鹤野正敬技术大尉提出一种造型独特的战斗机的设计方案。
这种战斗机省掉了传统的水平尾翼，并且把垂直尾翼也从尾部挪到了机翼后缘部位。全机大胆地采用了鸭式布局，并且把螺旋桨由拉动式改为推动式，放在了机尾部位。
该机的使命为拦截美军轰炸机，起名为：“震电”。
研发
这种布局在当时的技术水平下，在最大程度上利用了机身的空间，能够让金属材料奇缺的日本可以有批量生产的可能。
从机身侧方来看的话，该机带有浓厚的竞速飞机的特点，属于典型的为执行高速截击任务而设计的。
在把螺旋桨挪到机身尾部之后，机头的空间完全放开了，4挺五式30毫米机炮能够形成有效威胁B-29轰炸机的密集火力。
把机翼和发动机放到机身后部后，为了配平，震电只得采用鸭式布局了。上图为震电战斗机的一对鸭翼。
但是，鸭翼不是谁想搞就能搞好的。
传统气动布局（通常叫做 正常布局，但是小火箭觉得硬把这种布局叫正常布局有点儿牵强）的机翼在尾翼前方，为了配平，产生抬头力矩，尾翼需要产生一个向下的力。（就像我们推小车的时候，需要向下压才能让小车的车头抬起来，不过小火箭不知道有多少正在读本文的好友真的推过小推车。有些暴露年龄了，哈。）
鸭式布局能够让起配平作用的小翼起抬升的作用，对总升力的贡献为正（在比较古老的年代，有一段时期，这种布局被叫做 抬式布局）。但是，通常来说，鸭式布局的飞机压心的位置相对于重心位置来说，过于靠前，采用这样布局的飞机是很难稳定的。
世界上大多数人认为的第一架重于空气的飞行器“飞行者1号”采用的就是鸭式布局。该机的操纵性能令人咋舌，除了莱特兄弟，其他人很难驾驭。（后人复制的大量飞行者1号飞机，很多都难逃坠毁的命运。）
后来由于电传操纵和先进的自动控制技术的发展，鸭式布局才终于在拥有高机动能力的战斗机上得到广泛应用。这是后话了。
眼瞅着B-29轰炸机就要服役了，震电战斗机的研制必须加快步伐。上上图为B-29轰炸机入役后，装备该机的美国第468轰炸机大队在富士山旁边的经过的场景。
B-29载弹量巨大，而且在原子弹出现之前，该机通常使用凝固汽油弹和燃烧弹对日本的城市进行大范围的地毯式焦土轰炸，因此被日本人称作“地狱火鸟”。现在，距离这个场景出现在日本还有1年时间。
为了尽快让震电战斗机从概念图变为量产型号，鹤野正敬技术大尉与当时日本海军航空技术厂的人昼夜研究。后来，为了更快地让采用鸭式布局的震电战斗机飞上天，日本工程师提出了三管齐下的方案。
所谓三管齐下，就是用三个并行的研发路线来共同为震电战斗机这一款型号服务。
第一条路线：向前辈取经学习；
第二条路线：吹风洞，摸清理论；
第三条路线：制造缩比模型，飞飞看。
取经
取经，就是要向当时世界上已经掌握了鸭式布局飞机设计和制造技术的国家或团队来学习。这种吸收和消化已有技术并快速实现模仿和创新突破的路数，日本工程师已经很熟练了。
但是，去哪里取经呢？
放眼望去，经在西方。美国的莱特兄弟研制了世界上第一架成功起降的固定翼飞机，而且还是鸭式布局的。
美国工程师对鸭式布局始终念念不忘，他们坚持进行了多年的风洞试验，并且终于在1943年7月19日，试飞了寇蒂斯-莱特 XP-55鸭式布局飞机。该机与震电的设计思路如出一辙，同样也是采用了推进式螺旋桨。
但是，日本工程师总不能排一队人马去美国寇蒂斯公司，然后说：“我们正在研发一款用来拦截美国轰炸机的鸭式布局的战斗机，能不能教我们两手呢？”
这条路是不通的。
鸭翼的英文术语为canard。这个词源自法语，本身就是法语“鸭子”的意思。找法国传奇飞行器设计大师勒杜克聊聊？也是不行的。
上世纪40年代初，英国工程师研制成功了迈尔斯M35 M39鸭式布局飞机，而且采用的是推进式螺旋桨。当然，对于这款飞机，日本工程师也是只能眼馋，没法子好好讨教。
德国呢？日本工程师当时听说，作为日本盟友的德国早在1941年就准备研制一款使用2台戴姆勒-奔驰DB613发动机的鸭式布局推进式螺旋桨战斗机了。日本工程师还就真的请来了德国的工程师。
结果，通过交谈，日本人才知道，那个叫做亨舍尔HsP.75的战斗机实际上依然停留在纸面设计状态，并未真正制造出来。
不过，好在此时身边多了亨舍尔的工程师来指导，技术方面，感觉踏实多了。
而实际上，最终给日本工程师最大启发的，是意大利工程师。
有关意大利陆军在二战中的表现，小火箭就不多说了。但是，他们的飞机设计师还是蛮有天赋的。
这就是意大利人研制的SS4鸭式布局飞机。
且不说飞机的飞行性能如何，仅仅是这机身尾部与机翼的融合处理以及靠谱的加工工艺就足以甩开意大利陆军好几条街。（咦？怎么又跑到意大利陆军上来了？）
通过外交途径，日本工程师从意大利获取了大量非常珍贵的设计资料。这对震电战斗机的诞生起到了非常重要的作用。
1939年3月7日就实现了首飞的意大利安布罗西尼SS.4技术验证机给了日本工程师极大的信心。但是，当一群日本工程师执意要去安布罗西尼当年的试飞现场和飞行器制造工厂去更进一步地取经时，等待他们的，只有一块墓碑。
原来，SS.4验证机在第二次试飞的时候就出了大事儿。安布罗西尼的首席试飞员科伦坡驾驶SS.4验证机飞行的时候，飞机突然失控。科伦坡努力驾驶飞机迫降，但是飞机还是冲出了跑道，撞在了一棵大树上。
如果这是一架传统飞机的话，科伦坡或许还有救。但这是一架发动机在机身尾部的采用推进式螺旋桨飞机。飞机尾部596.2公斤重的12缸V型水冷发动机在机头撞到大树的瞬间并未停止运动。
这个铁坨子继续向前，穿透了整个机身后，把首席试飞员科伦坡直接挤死在大树上。上上图那块墓碑就立在SS.4撞树事故发生的位置，墓碑的主人正是科伦坡本人。
不过，日本工程师还是通过对SS.4的研究获取了不少知识。
风洞
风洞试验还是要做的，毕竟鸭式布局的飞机不是闹着玩的。
上图为日本工程师在上世纪40年代初进行的风洞试验。可以看到，飞机的攻角为6°，此时的风速为20米/秒。
震电战斗机风洞模型上面贴的细线描绘了全机的流场。当时没有大型计算中心，没有CFD计算，也就只能通过这种比较粗糙的方式来了解气动特性了。
鸭式布局的确可以改善飞行器的升阻特性。上图的粗线为鸭式布局，细线为正常式布局。鸭式布局飞机，在同等条件下，能够有较大的升力系数和升阻比，这个优势在大攻角条件下尤为明显。
小火箭在这里放上两张我计算的某型高超声速飞行器（小火箭优化设计）再入大气层后的全机流场计算结果，以便形成对比。在现代CFD算法和小火箭计算中心的支撑下，不仅仅一般的流线可以可视化，就连 涡 也是可以看得到的。不敢想象，如果当时二战的工程师掌握了这样的技术，还会有怎样的飞行器诞生出来。
模型
光有风洞数据还是不够的，造出实物真的上天飞一飞才是硬道理。
于是，就有了MXY-6鸭式布局验证机。该验证机长9.66米，翼展11.122米，机高4.211米。神奇的是，这架主要由木头制成的重641公斤的验证机可以搭载两名试飞员。真是替这些试飞员捏一把汗。
下线
1944年6月16日，日本本土北九州的八幡市迎来了B-29的首次袭击，设计小组正好赶上机会在当地观察和体会了这种飞机的特征。
1944年11月，九州飞行制造厂聚集了多名技术人员用了半年时间就完成了通常一年半的作业，构制了将近6000张设计图纸。
1945年6月，震电战斗机的第一架原型机下线了。
巨大的带有6个桨叶的螺旋桨是该机的一大特征。按计划，在量产阶段，6叶的螺旋桨会改为4叶的，以便批量生产。
| 翼展 | 11.114米 |
|---|---|
| 机长 | 9.762米 |
| 机高 | 3.551米 |
| 机翼面积 | 20.50平方米 |
| 空重 | 3525.1公斤 |
最大起飞重量 | 4950.2公斤 |
这是MXY-6鸭式布局验证机（左侧黄色）与震电鸭式布局战斗机的对比。
正在进行静力试验的2号机。小火箭找到了这次试验的结果：震电战斗机的鸭翼能够承受的最大翼载荷是240.4公斤/平方米。
前三点起落架用在鸭式布局飞机（尤其是鸭翼不能全动的飞机）上，而且使用了尺寸巨大的推进式的螺旋桨，另外得在起飞滑跑的时候保证机身能够产生足够的升力，这么多约束条件，最终会造成一个结果：
起落架非常非常长。
当震电战斗机旁边站着几个人的时候，起落架显得就更长了。
1945年8月3日，震电战斗机首飞成功。从工程学的角度来说，这战斗机是成功的。而且，研制周期短，首飞就成功。但是，熟悉历史的小伙伴们应该知道，1945年8月3日啊，对于日本来说，实在是晚了点。
此时，如果有画外音的话，应该会有这么一句话：“您的好友，小男孩原子弹已上线！”
这枚人类历史上第一个用于实战的原子弹还有3天就要登场了！
量产
不过，身处那个时代的日本工程师不知道小男孩原子弹的事情。他们还在想法设法让首飞成功的震电战斗机在有限的条件下实现量产。
工程师和设计师团队开始在日本大范围招聘技术工人，后来又把条件放宽为理工科男生，再后来，学文科的男生和理工科相关专业的女生也被招了进来。
咦？那文科男生去哪里了？
答：为了配合日本政府制定的玉碎政策，文科男生大部分被选调去执行决字号作战计划去了。经过简单训练，他们将会执行包括神风敢死队在内的多种自杀式任务。
就这样，为了震电战斗机项目，日本工程师准备动员5万多名工人，以便达到月产300架的目标。而种子岛、熊本县等地的理工科学生已经在集结的道路上了。
设计师考虑到原材料的问题，用铁来替代钢材和铝材，虽然这使得飞机的性能有所下降（无法达到预定的750公里/小时的速度），但能够在现有条件下实现大量生产。飞机的仪表系统也能简化就简化。
天意
或许是天意吧！日本南海地区存在5个相互独立的破裂带，分别是A（土佐湾）、B（纪伊水道）、C（熊野滩）、D（远州滩）和E（骏河湾）。
1944年12月7日13时36分，日本纪伊半岛突发强烈地震，震中位于熊野滩、三重县尾鹫市外海约20公里处（北纬33°8'、东经136°6'），震级为8.1级，地震最大烈度超过烈度5。大量兵工厂瞬间倒塌焚毁。
而与震电战斗机生产相关的工厂也没能例外。这就拖慢了震电小批量生产的步伐。（虽然首飞成功了，但是在首飞之前的这场地震对震电这款战斗机的影响超出了人们的想象。作为复杂系统工程，战斗机在面临原材料和劳动力缺乏的情况下，是难以批量生产的。）
公元1945年8月6日（也就是震电战斗机首飞成功后第3天），由保罗·提贝兹驾驶的B-29轰炸机“艾诺拉·盖”号在广岛市相生桥上空9400米处投下，在日本标准时间早上8时15分，小男孩在550米高空爆炸。
1945年9月2日，在美军理查德·萨瑟兰将军的见证下，日本外务大臣重光葵在密苏里号战列舰上签署《降伏文书》。
萨瑟兰（中）与麦克阿瑟（叉腰叼烟斗）在日本，摄于1945年。
震电战斗机首飞后不到1个月，日本就投降了。这款战斗机终究没能以每月300架的产量给B-29轰炸机形成威慑。
实际上，震电战斗机总共也就生产了2架。战火的硝烟散尽，震电战斗机成为了美国大兵眼中的新鲜物件。而恐怕日本工程师设计和制造这款战斗机的初衷并不是用来接受这样的围观。
尾声
就像二战德国空军的一系列“末日战机”一样，日本的震电战斗机也给人留下了无限遐想的空间：如果没有那场地震，如果5万名理工科学生及时到位，如果震电早首飞半年，而在1945年年初形成战斗力的话，会是怎样的结果？
当然，从战争哲学的角度来看，一款甚至多款武器装备的出现并不能从根本上改变战争的性质，也就难以真正影响战争的结果。
但是，震电作为亚洲国家的首款鸭式布局战斗机，如果能够在二战期间与美国当时最先进的B-29轰炸机有真正交锋的话，或许会给后人留下大量可供分析的战例。
是会改变局部战争情况？还是会延后战争的结束？还是会促使更多原子弹的出现？（虽然从原料的角度来看，当时美国或许已经难以在短期内造出第4枚原子弹了。）
震电战斗机的狭长的机头存放在博物馆中。
而以震电战斗机为原型的各种模型与绘画作品在今天依然受到很多人的关注。
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