XF-12偵察機:發展沿革,歷史背景,原型試製,研製中止,技術特點,總體設計,氣動

XF-12偵察機（英文：XF-12 Strategic Reconnaissance Aircraft），是美國共和飛機公司在第二次世界大戰中研製的大型四發偵察機。

該機採用常規氣動布局，中單翼四發活塞螺旋槳發動機，是起飛重量近50噸的大型戰略偵察機。該機巡航高度高達13000米，航速756千米/小時，航程7242千米，是當時研製的大型偵察機中高空高速性能突出的機型。

XF-12偵察機1944年啟動研製，1946年1月成功首飛。但該機只製造了兩架原型機，第二架原型機在試飛中墜毀。美國空軍後來取消了該機的研製計畫。

基本介紹

中文名稱：XF-12偵察機
英文名稱：XF-12 Strategic Reconnaissance Aircraft
前型/級：此型為首型
次型/級：無後繼型號
研製時間：1944～1946年
國家：美國
研製單位：美國共和公司
首飛時間：1946年1月

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發展沿革

歷史背景

1943年美國陸軍航空隊在太平洋戰場上開始面臨難題，太平洋戰場的環境與北非、歐洲和亞洲都不同，戰機需要飛越寬闊的海洋才能接近敵人。8月初陸航司令阿諾德提交了一份擊敗日本的戰略計畫，名為“馬特洪峰行動”，準備用B-29轟炸機對日進行戰略轟炸。在計畫中，B-29先從中國基地出擊，對作戰半徑範圍內的日本重要目標進行轟炸，然後再從馬里亞納群島基地起飛對日本主要都市區進行轟炸。

馬里亞納基地是“馬特洪峰行動”重心，儘管美國海軍和海軍陸戰隊在太平洋戰場上取得了節節勝利，但只有馬里亞納群島適合起降巨大的“超級空中堡壘”。馬里亞納群島距日本本土的距離超過了1600千米，美國海軍航空母艦的艦載機都是航程有限的單發飛機，無法遂行對日本本土和偏遠目標的遠程偵察任務，而陸航當時的F-5、B-24及PBY水上巡邏機也無法滿足遠程偵察任務的需求，而空中照相偵察對B-29任務的制訂來說至關重要。

1943年8月美國總統羅斯福之子，F-5（P-38偵察型）偵察機部隊的指揮官——埃利奧特·羅斯福上校建議陸航裝備專門設計的高性能偵察機，在對日最後一戰中用於轟炸前的目標選定和照相判讀、轟炸後的目標毀傷評估，並為指揮官是否實施後續轟炸提供依據。

1943年位於萊特機場的美國陸航航空技術勤務司令部提出研製一種戰略偵察機的標書，對飛機性能的要求為“三個四”，即：巡航速度400英里/時、航程4000英里、升限40000英尺，這樣能有效避免日本高射炮的打擊和戰鬥機的攔截，提高任務成功率。美國共和飛機公司和休斯飛機公司參與投標，休斯公司提交的雙發偵察機方案就像一架放大的P-38戰鬥機，共和公司的四發偵察機方案看起來卻像是縮小的B-29轟炸機。

1944年3月美國陸航與兩家公司都簽訂了研製契約，讓其各自製造一架原型機進行對比試飛。休斯公司方案獲得了XF-11的編號，共和公司方案獲得了XF-12的編號，綽號“彩虹”。同時陸航還啟動F-13項目，準備把一部分B-29改裝成偵察型作為過渡偵察機（後來編號改成RB-29）。

原型試製

1945年共和公司的法明代爾工廠迎來了“雷電”P-47戰鬥機生產的高峰，在P-47戰鬥機的掩護下，保持神秘面紗的XF-12“彩虹”進展迅速。儘管此時歐戰已接近尾聲，但仍看不到太平洋戰爭結束的希望，所以陸航向共和訂購了12架XF-12。在陸航的絕密計畫中，XF-12將用於對日戰略偵察任務，為轟炸日本的核子彈載機鋪路。

但計畫趕不上變化，還未等XF-12服役陸航就扔了兩顆核子彈，迫使日本在1945年8月15日無條件投降。XF-12項目的緊迫性已大大緩解，儘管陸航保證裝備該機，但“彩虹”的未來還是充滿了不確定性，在這種情況下，第一架XF-12原型機44-91002在1945年12月終於下線。

同月共和公司獲得了陸航關於研製XF-12民用型的許可，泛美航空公司總裁胡安·特里普看到了“彩虹”的巨大潛力--無與倫比的速度。該機飛紐約-洛杉磯航線僅耗時七小時，紐約-倫敦航線耗時九小時。共和公司的XF-12的客機型編號為RC-2。

1946年1月共和公司對XF-12進行了大量地面測試，並於月底獲得首飛授權。1946年2月4日洛厄·巴拉漢姆駕駛44-91002號XF-12進行了首飛，副駕駛是巴德·哈斯，隨機工程師詹姆斯·克里默。在完成了工廠試飛後，1947年6月XF-12離開法明代爾前往俄亥俄州的萊特機場，由美國空軍接手試飛。在接下來試飛中，儘管飛機發動機R-4360問題不斷，XF-12還是表現出突出的性能，起飛重量45995千克時的滑跑距離1298米，初始爬升率670米/分，最大飛行高度達到13716米，最大速度達到765千米/小時，航程超過7242千米，這些都超過了當初的設計指標。XF-12“彩虹”在半徑2824千米的飛行任務中平均速度可達621千米/小時，空中巡航可持續九個小時。依靠極佳的高空高速性能，“彩虹”可以在當年的敵國領空自由飛行，如入無人之境。

1947年7月10日試飛員威廉·埃利奧特在法明代爾機場駕駛XF-12進行滿載降落試飛，在一次故意的硬著陸時，右側主起落架折斷，憑藉發動機的強大功率，埃利奧特在螺旋槳觸地前就拉起復飛，他爬升至安全高度，在空中盤旋幾個小時以耗光燃油，這一方面可以降低著陸重量，另一方面可以減小擦地時起火的幾率。燃油耗光後埃利奧特決定只用前起落架和左側主起落架降落，為了在觸地時不會因右翼擦地導致打轉，接地速度很高以保證右翼升力。“彩虹”最終安全降落，但飛機在事故中嚴重受損，右翼梁斷裂，三號和四號發動機及螺旋槳因與地面摩擦而全部報廢。共和最終修好了這架飛機，使其重返藍天。不過該機在返回萊特機場後不久又再次受損。這次是因為拖車入庫時撞到了機庫大門。

與44-91002號機一樣，第二架XF-12飛機44-91003號的完工時間也大大拖延。1947年8月12日巴德·哈斯駕駛該機進行了首飛，副駕駛是皮特·科林斯，隨機工程師是詹姆斯·克里默。44-91003號飛機與44-91002號飛機在外觀上的區別就是在發動機罩上半部分增加了散熱鰓片，但內部的“完成度”更高，有完善的七人機組增壓艙。在正副飛行員後面是飛行機械師和導航員，主增氧艙內還有三名任務專家。在12200米高空時，增壓艙內部相當於3000米高度。44-91003號機不僅安裝了全套的照相偵察設備，還安裝了完善的通訊和導航設備和部分B-29轟炸機上的電子戰設備，甚至在機腹還有一個可伸縮的搜尋雷達吊艙。

由於兩架原型機存在巨大的差異，所以共和公司將第一架XF-12飛機主要承擔氣動試驗和結構試飛，第二架XF-12飛機用於設備試飛。1947年末美國空軍把XF-12偵察機的訂單削減為6架。同時因為美國空軍成立後修改了編號規則，所以XF-12偵察機的編號被改為XR-12。

研製中止

1948年10月XR-12偵察機被移交給佛羅里達州埃格林空軍基地的第3200驗收測試大隊進行作戰評估。偵察機部隊都急切想獲得XR-12“彩虹”偵察機，當時他們裝備的RB-29和RF-80都從現有飛機改裝的，RB-29航程大但飛行速度慢，而RF-80速度快但航程短。美國空軍和國務院看中了XR-12的情報收集潛力，在安裝全天候設備、換裝提高短時突發功率的新發動機後，XR-12飛機可在白天或惡劣氣候條件下執行遠程高速偵察任務。例如，XR-12從北方基地（阿拉斯加或者加拿大）起飛，可對蘇聯北極地區的廣袤區域進行偵察。在1948年XR-12仍是最理想的偵察平台，該機一進駐埃格林空軍基地就引起了各方的關注，這使共和公司重拾對XR-12“彩虹”飛機項目的信心。

但是，1948年11月7日第二架原型機在埃格林的第二次試飛就出了事故。當時44-91003號機在完成照相穩定性試飛返航進場時，轉速表顯示二號發動機（左翼內側）仍在全速運轉，就在飛行工程師向飛行員報告險情時，二號發動機就爆炸了。由於劇烈的振動，飛行員無法操縱飛機，只能命令乘員跳傘。XR-12最後墜落在基地以南三千米的查克托哈齊灣，最終埃格林基地的救生艇和直升機救出了七名乘員中的五人，其中包括飛行員林恩·亨德里克斯，弗農·帕爾默軍士和維克多·里貝里軍士長喪生，44-91003號機在墜毀時的總飛行時數為1300小時。

44-91003號機墜毀後美國空軍突然停止了整個XR-12項目。就在事故後不久休斯的XR-11就抵達了埃格林基地展開試飛。XR-11的高空性能讓人印象深刻，但多功能性和速度性能不及“彩虹”。此後第一架XR-12飛機獨自承擔試飛任務，該機在1949~1952年間繼續飛行了117架次。隨著時間的推移，現有的RB-29和RB-50已經能滿足美國空軍的遠程照相偵察需求，未來還有劃時代的噴氣式RB-47偵察機，這樣XR-12偵察機的重要性越來越低，最終美國空軍取消了XR-11和XR-12項目。1952年6月XF-12偵察機44-91002號機退役，最後被拖到馬里蘭州阿伯丁試驗場作為靶子。

技術特點

總體設計

共和公司想憑藉XF-12項目的研製，積累技術基礎並進軍波音、康維爾和道格拉斯三巨頭把持的大型多發運輸機和民航客機市場。共和公司創始人之一亞歷山大·卡特維利擔綱XF-12“彩虹”的總設計師，為了滿足美國陸軍航空隊的飛機性能要求，新型偵察機必須採用增壓座艙、高內油設計，採用為高空高速進行最佳化的高性能發動機。除此之外機身內還要滿載高空偵察照相機及支持系統。儘管雙發飛機設計方案也能滿足性能要求，但為了保持與運輸型和客機的通用性，卡特維利執意採用四發的飛機總體布局。

XF-12在氣動布局上借鑑了先進的B-29轟炸機，前三點式起落架，高展弦比機翼，極端流線的雪茄形機身。但XF-12的設計重點在突出高空高速性能，而不是大載荷上，所以降低氣動阻力是關鍵。卡特維利和設計團隊先勾勒出一個具有良好空氣動力學外形的機身，突出機身的只有兩根無線電天線、一個被導流罩包裹的無線電定向天線、以及一個氣泡式天文觀測窗。當時的《航空周刊》報導：“該機尖銳的機鼻和雪茄形的機身實現了設計師在氣動外形上毫不妥協的夢想。”

XF-12主要的製造材料是高強度的75ST杜拉鋁合金，由於對飛機表面的光潔度要求十分苛刻，蒙皮全部採用平頭鉚釘鉚接。優雅的橢圓形垂尾與後來的F-84十分相似，同樣向下延伸形成一個小型腹鰭，腹鰭帶一個可收放防擦地尾撬。平尾的安裝位置較高，並有上反角，以避開機翼湍流。

氣動布局

XF-12“彩虹”的機頭近乎全部透明，兩片大型曲面風擋及後部的八扇舷窗為飛行員提供了極佳的視野。但在降落時由於迎角的關係，曲面玻璃會扭曲前方的景物，這時飛行員就要通過機鼻下方的五扇舷窗來看清跑道，此外在機頭正下方還有一扇垂直觀察舷窗。

該機的懸臂式平直翼展弦比很高，在高空具有良好的空氣動力學效率，雙翼梁機翼帶6度上反，翼展39.34米。卡特維利預見到飛機在高速時遭遇的空氣壓縮效應會對飛行安全和性能產生不利影響，於是採用了層流翼型。機翼與機身的組裝繼承了共和戰鬥機的設計特點，就是把整體的機翼組件安裝在機身下方的大開口處，這樣連線點都垂直於機翼，可包覆進機身內，基本無需設計額外的整流罩，從而降低了重量和阻力。內翼段後緣安裝有大面積的雙縫襟翼，分為六片分布在發動機艙之間，發動機艙之間的兩片面積最大。外翼段後緣安裝有帶大型調整片的副翼，所有操縱翼面都通過液壓動作筒驅動。

儘管“彩虹”的最大速度被限制在0.8馬赫，但由於氣動效率極佳，該機在淺俯衝時很容易就超越這一限制，需要及時減速。為了避免增加機身負荷，減速板安裝在機翼下表面，在超速時自動展開。機翼除了翼根段外，兩根翼梁間的空間都被用作整體機翼油箱，翼根段用於容納主起落架艙。因為機翼的厚度較薄，所以卡特維利被迫為主起落架安裝了直徑達1.78米的單個大機輪，主起落架向內收入機翼，雙輪前起落架向後收入前機身。除機翼油箱外，XF-12機身下半部分還有油箱，總內油容量達20839升。

動力系統

XF-12飛機選擇了普惠公司的R-4360“巨黃蜂”星形活塞發動機，“巨黃蜂”是普惠“黃蜂”家族的最後一個成員，是28缸、71.5升排量、1540千克重量、3000馬力級別的“怪獸”發動機，同樣是怪獸級的B-36“和平締造者”轟炸機也選用了這款發動機。28個氣缸分為四排，後排氣缸都與前排稍稍錯開，從前向後的氣缸形成半螺旋形排列，這樣可以減小發動機的迎風面積，卻也帶來了後排汽缸冷卻不足的問題。每個汽缸體都是精密鑄造的，因為上面有密集排列的的散熱片，所以人稱“玉米芯”。R-4360在商用條件下的大修間隔時間是600小時。

“彩虹”每個發動機艙的長度都相當於一架P-47戰鬥機，在後半部分安裝了雙GE BM-4-5廢氣渦輪增壓器，在低速巡航時只使用其中一個。廢氣渦輪增壓器通過發動機排氣驅動離心式渦輪壓縮進氣，複雜的增壓裝置對高空飛行來說至關重要，因為高空空氣稀薄，只有增加進氣壓力發動機功率輸出才不會出現大幅下降。每個發動機艙內都有一個231升的滑油箱。

發動機艙外形簡潔流線，除了槳轂罩後的環形進氣口外沒有多餘的進氣口。卡特維利為了把減阻進行到極致，放棄了傳統的發動機罩散熱氣流調節鰓片，因為鰓片張開後阻力較高，而採用了滑動式調節環方案，通過滑環的前後移動來調節排氣口縫隙的大小。因為R-4360的汽缸多達四排，所以只使用傳統被動式散熱方式的話，後排汽缸會過熱，為此在螺旋槳槳轂後安裝了環形主動散熱風扇，在滑動式散熱調節環完全關閉時，風扇的冷卻氣流全部從發動機艙尾部的排氣口排出，與發動機排氣管一道可以增加些許排氣推力。據研究XF-12在12192千米高空巡航時，每個發動機艙的排氣可產生250等效馬力，使“彩虹”的R4360-31的總功率達到3500馬力。

一開始XF-12打算採用與XF-11類似的六葉對轉螺旋槳，但因為過於複雜還是使用寇蒂斯電氣的傳統四葉螺旋槳。螺旋槳直徑4.93米，主減速器變速比0.375:1以避免螺旋槳槳尖超過音速，可逆槳反推。

發動機進氣、滑油冷卻器、渦輪增壓器的中冷器進氣口都整合在內外發動機艙間的機翼前緣，進氣口的長度占翼展的25%。共和的設計師對綜合進氣口的進氣效率和輪廓式樣進行了廣泛的風洞測試，發現該進氣口與獨立進氣口相比降低了不少阻力，由於進氣口位於機翼前緣的高壓區域，在高速飛行時可以因衝壓效應獲得更大的進氣量和進氣壓力，從而使滑油冷卻器和中冷器獲得更高的冷卻效率，並且還可提高進氣壓力。流經各散熱器的熱空氣同樣通過尾部向後排出。

XF-12“彩虹”在降落時通過螺旋槳的逆槳反推，可縮短滑跑距離。XF-12過剩的動力不僅使“彩虹”可做出更具攻擊性的飛行機動，還降低了發動機故障時的危險性。“彩虹”是當時功率重量比最高的活塞多發飛機，只用三發就能維持512米/分的海平面爬升率，雙發爬升率還有98米/分，甚至單發還能維持240千米/時的平飛速度。

偵照裝備

XF-12偵察機的後機身有三個獨立的相機站，通常第一個站位安裝一台垂直長焦相機，第二個站位安裝雙傾斜垂直相機，第三個站位安裝三鏡頭相機系統，系統中的三個獨立的相機都有各自的照相視窗。三鏡頭相機可以同時拍攝大面積的寬視場地面照片，雙傾斜垂直相機可拍攝地面的三維立體照片，所有相機都是六英寸焦距的菲爾柴爾德K-17，都配備了電動滑動式照相視窗蓋，收入機身內部，照相機鏡頭有電加熱以避免圖像失真。

在飛行中任務專家可以很方便地對相機進行維護或更換膠捲，此外XF-12在艙室右側還有安裝了包括完整暗房在內的全套沖印設備，可在飛行中沖印照片，增強型可調貨架可收納任何尺寸的照片及照相設備，情報部門在飛機降落後能獲得新鮮出爐的照片。

為了進行夜間偵察，XF-12的一號相機站前方有一個小照明彈艙，可投放18枚AN/M-46高亮度照明彈，照明彈艙的艙門也是滑動式的，收入機身內，所以在打開時不會產生過多的阻力。

性能數據

XF-12偵察機參考數據：

基本參數
乘員	7人
長度	28.56米
翼展	39.37米
機高	8.55米
機翼面積	152.36米²
整機空重	29483公斤
最大起飛重量	45994公斤
動力裝置
發動機	4台普惠R-4360-31活塞發動機
功率	每台發動機3250馬力
飛行性能
最大速度	756千米/小時
巡航航程	7242千米
實用升限	13716米
爬升率	1524米/分鐘
翼載	301.9公斤/米²

衍生型號

RC-2

RC-2為XF-12偵察機的客機型改型項目。RC-2客機研製一開始進展順利。在第一架XF-12首飛後不久，美國航空公司就率先訂購了20架RC-2，泛美航空公司緊隨其後也訂購了6架，外加12架意向訂貨。

RC-2客機的機身從XF-12的28.58米增加到30.01米，為此在前機身增加了延長段。XF-12的透明機鼻也被堅實的帶風擋的金屬機鼻所取代，此外還增加了載油量，發動機更換為低空功率更大的R-4360-59型活塞發動機，取代了空軍型的R-4360-31發動機。通用動力公司（GE）增壓器減少為每台發動機一個。RC-2客機可搭載46名乘客和7名機組，具有全海平面增壓、空調座艙，帶有全電廚房可提供熱食，還具備空中休息室。RC-2的全機重量從XF-12的45995千克增加到了52844千克。由於去掉了一個增壓器，再加上增重，所以RC-12的飛行性能有小幅下降，但也可以在12192米的巡航高度以644千米/時的巡航速度飛行5552千米。

由於戰後的民航市場沒有出現預計中的井噴式增長，所以高速的RC-2隻能被航空公司視為無法承受的奢侈品。RC-2在經濟效益上競爭力不足，洛克希德“星座”客機和道格拉斯DC-6客機的載客量更大，每英里的運營成本更低。同時雪上加霜的是，隨著二戰的結束，大量剩餘的軍用運輸機湧入民航市場，如C-54“空中霸王”，這些軍用運輸機可以很容易地改裝為客機，比採購新客機省錢多了。1947年2月美國航空公司決定取消20架RC-2的訂單，此時共和公司已經完成了90%的RC-2工裝的製造，儘管能因美國航的違約罰款而收回部分投資，而且泛美的6架訂單仍然有效，但還是要繼續出售26架RC-2才能回本。泛美無力獨自承擔RC-2的研製費用，最後被迫取消了訂單，RC-2客機項目最後無奈下馬。

XR-12

XR-12偵察機是在研製項目由美國陸軍航空兵移交給美國空軍後，將原XF-12偵察機重新編號命名的新型號。後續試飛中因故墜毀。

服役動態

XF-12“彩虹”偵察機試飛過程中，最成功的部分就是“鳥眼行動”，其間展示XF-12飛機優秀的偵察能力。

1948年9月1日，第二架XR-12偵察機從加利福尼亞州穆洛克的美國空軍試飛中心起飛，一路向西爬升到太平洋上空。達到12192米的巡航高度後XR-12掉頭向東橫穿美國本土並拍攝整條航線下方的區域。飛機乘員持續拍攝了99米長的膠捲，裡面包含390副照片，覆蓋了航線下方790千米寬的區域。最終飛機降落在紐約長島加登城的米切爾機場，飛行持續了6小時55分，平均速度581千米/小時。

1948年11月29日，美國《生活》雜誌對這次XR-12偵察機的破紀錄飛行進行了報導，1948年在紐約空軍協會年會展示了“鳥眼行動”的拍攝的照片。

總體評價

如果XF-12偵察機在1944年就能投產的話，美國陸軍航空隊無疑會大批訂購該型飛機。由於批量生產可使單機製造成本降低，隨之也會改變其RC-2民用型客機的命運。

但是，具有優美線條和突出性能的XF-12偵察機因故未能完成研製，最終湮沒在航空史中。然而，XF-12“彩虹”偵察機畢竟是多台活塞發動機飛機的優秀之作。

XF-12偵察機