二戰時的戰鬥機為什麽都可以敞開著座艙蓋飛行？

李三萬 摘要：在二戰時期的很多照片上都可以看到戰鬥機飛行員在飛行時往往會敞開著座艙蓋，這樣敞開著座艙蓋，難道不會對飛行有什麽負面影響？ 在二戰時期的很多照片上都可以看到戰鬥機飛行員在飛行時往往會敞開著座艙蓋，這樣敞開著座艙蓋，難道不會對飛行有什麽負面影響？ 飛機和飛行員在空中主要受到氣流、氣壓、氣溫三個環境因素的影響。氣流的影響來自於飛機自身動力生成的動力氣流以及大氣中存在的自然氣流，其中動力氣流來自於螺旋槳高速旋轉時產生的氣流，就像電風扇，飛機速度越快，這種氣流就越大；自然氣流則是自然界因素產生的各種氣流，比如我們平時坐飛機時偶爾會遇到不同程度的顛簸現象就是自然氣流對飛機造成的影響。氣壓因素帶來的影響是由氣壓變化引起的，我們生活的地面壹個標準大氣壓約為1013000帕，大氣壓隨著海拔的變化而變化，海拔高度每上升100米，氣壓下降約0.93325帕，當飛行高度達2000米時大氣壓值約為79485帕，氣壓越低空氣越稀薄。氣溫同樣受到氣壓變化的影響，氣溫隨著氣壓的降低而降低，比如當飛機飛行至10000米高空時，氣壓將下降到26419帕，氣溫更是比標準大氣壓下的氣溫低65℃，假設我們現在的室外溫度為30℃，那麽低氣壓的萬米高空氣溫為零下35℃，氣溫隨著海拔的升高和氣壓的下降而下降，海拔每升高100米,氣溫平均下降0.65度。轟炸機飛行員，不管天氣再炎熱飛行員都要穿著厚實的飛行服，因為飛機壹旦飛到1000米以上高度時機艙就開始變冷了。 氣象學家習慣將按照大氣在垂直方向的各種特性，把地球的大氣層由低至高分為：對流層、平流層、同溫層和散逸層。在距離地面高度約17000～18000米，在極地約8000米的大氣層稱為對流層；從對流層頂至約50000千米的大氣區域稱平流層，平流層內大氣多作水平運動，對流十分微弱，臭氧層即位於這壹區域內；同溫層是從平流層頂至約80000米的大氣區域；散逸層是同溫層層頂至300～500千米的大氣層；熱層頂以上的大氣層稱外層大氣。假如把海平面上的空氣密度作為1，那麽在240000米的高空時大氣密度只有它的壹千萬分之壹。也就是說海拔越高空氣越稀薄，活塞發動機在稀薄的大氣中動力會直線下降，同時戰機的機動性也會明顯減弱，這是大氣層對飛機的影響；由於高海拔大氣空間的空氣稀薄，且氣溫寒冷，人類將會出現因供氧不足和嚴寒而出現「 ”高原反應”，嚴重時可能會致命。因此二戰時期的戰鬥機都只能在對流層中部以下的稠密大氣區域飛行，因此飛行員不需要穿著厚實的防寒服，密閉的艙室與外部完全隔離，需要制氧機為飛行員供氧。 零式戰鬥機在二戰初期，以轉彎半徑小、速度快、航程遠等特點優於其他戰鬥機，所以其性能非常具有代表性。該型戰鬥機空重1.86噸，滿載起飛重量2.74噸（量產型），最大航程2000公裏，巡航速度460公裏/小時，俯沖最大航速533公裏/小時，爬升率為820米/分鐘，實用升限4200米。以上就是日本零式戰鬥機的基本性能參數，為了更具備客觀的說服力，我們再以經常開著艙門飛行的現代直升機性能來與其做壹個對比，就以美軍UH-60「 ”黑鷹”通用直升機為例吧。該型直升機空重4.8噸，最大起飛重量9.98噸，最大航程2200千米，爬升率270米/分鐘，巡航速度357千米，最大飛行時速400千米，實用升限5570米。可見，號稱二戰初期最優秀的戰鬥機性能僅在速度和爬升率上略高於現代直升飛機，因此二戰以日本零式戰鬥機為代表的螺旋槳活塞發動戰鬥機僅能在4200米以下的中低空以極低的飛行速度活動，這個高度甚至都達不到大氣對流層的中部，飛機和飛行員受到低溫、低氣壓和高氣流的影響程度非常低，所以在巡航速度飛行時完全可以將座艙蓋打開，只有在以最大飛行速度進行戰鬥機動時才會要求飛行員必須關閉座艙蓋。 受二戰時科學技術的限制，戰鬥機之間的空戰大多發生在1600～500米的低空，在低空低速飛行狀態下飛行員打開座艙蓋欣賞風景是「 ”無傷大雅”的，同時這也是二戰末期零式戰鬥機無法攔截美軍B-29「 ”超級空中堡壘”轟炸機的原因。因為B-29轟炸機實用升限達到了10200米，B-29轟炸機的巡航高度通常為8000～9000米，已經接近平流層，在這種高空環境下，低溫低氣壓對飛行員來說是致命的，因此工程師為B-29轟炸機設計了密封加壓艙室，使用空調系統為艙室內的飛行機組成員供氧和室內加壓，密封使艙室內的氣壓接近標準大氣壓值，這種密封加壓技術在戰後被運用到現代戰鬥機、轟炸機和客機上。高空高速飛行的飛機是不能像日本零式戰鬥機那樣打開座艙蓋的，在高空零下30℃的低溫低氣壓環境下，無防護的人只需要暴露在高空環境下，2分鐘就足以致命了，這也正是客機不允許隨意打開艙門和不為乘客配備降落傘的原因。 所以，飛行升限上的根本性區別，就導致了零式根本不可能攔截高空飛行的B-29。 和汽車壹樣，早期的飛機都是敞篷的。在第二次世界大戰期間除了美國B-29轟炸機和德國Me-262噴氣式戰鬥機以外的所有戰機、民用飛機都可以在飛行時把座艙蓋打開；而第壹次世界大戰大戰期間的所有飛機甚至是沒有座艙蓋的「 ”敞篷”飛機。這是因為采用活塞發動機驅動螺旋槳飛機的飛行速度慢、飛行高度低，大部分飛機的巡航飛行速度還沒有現在的直升機快，因此飛行員受到氣流、氣壓、氣溫的影響較低，飛行時打開座艙蓋也不會對飛機和飛行員產生危害。當然還有另外壹個原因，那就是二戰時期大部分飛機的座艙蓋是由許多塊玻璃安裝在框架內構成的，這些框架多多少少會影響到飛行員的觀察視線，打開座艙蓋能更好進行觀察。到後來飛機速度越來越快，所以為了更好的保護飛行員飛機的座艙開始加裝擋風玻璃，而在飛機時速在350-500千米這個區間之間的飛機的座艙艙蓋是可以手動開關的。而二戰時期各國的大部分戰鬥機的速度基本上都在這個範圍之內。所以，飛機的座艙蓋都是可以手動開關的，特別是作為海軍艦載機，因為沒有座艙蓋既可以感受開飛機的樂趣，而且視野好，對於在航母上起降也更方便觀察。 而且敞開座艙蓋還有壹個好處，那就是方便跳傘，有時候就直接將飛機翻轉，座艙在下機腹在上，壹解開安全帶就可以跳傘。不過飛行座艙，沒有艙蓋也有弊端，就比如在下雨天時機艙內容易進水，或者說雨天這種沒有坐艙蓋的飛機就不能用，由於氣壓和溫度的問題這種無座艙蓋的，飛機只能在低空飛行，也就是說飛行高度不高並且速度不快時才能用，壹旦飛行高度超過2000米以上飛行時速達到500千米以上就必須要有座艙蓋的保護才行了。 根據風洞實驗，壹旦飛機時速超過600千米，巨大的風阻會使得飛行員根本無法從飛機裏面爬出來，而後面飛機為了增快速度降低風阻就將座艙蓋設計為密封的了。其實零式戰鬥機在低空中低速編隊飛行的情況下都是可以將座艙蓋打開，相比美軍日本飛機飛行員更願意打開座艙蓋，這是因為日本飛機沒有機載無線電，在空中無法做到時刻交流，而他們的交流方法大多是用手勢、旗語、信號槍，所以沒有座艙蓋的阻擋能看得更清楚。 所以，二戰時期絕大多數戰鬥機能敞開座艙蓋飛行，主要是因為當時飛機的速度還不夠快，飛行員可以承受對沖的氣流而已，所以敞開座艙蓋，沒有任何問題，還可以跟戰友做壹些約定的動作，做些簡單的交流。現代飛機，尤其是噴氣式戰鬥機，動不動就超音速，速度根本慢不下來，速度過慢還會造成失速墜機，二代機那種高空高速路線的設計風格，根本不考慮滑翔能力，壹旦失速就是壹個鐵坨子，直接朝下掉。 後來美國人又提出壹個「 ”能量機動”的概念後，不再追求單純的高空高速，也考慮壹下小範圍機動，就是說速度可以慢下來壹點，但跟螺旋槳飛機的低速還是沒法比，降不到人體可以承受的程度，甚至飛行時艙蓋都在氣流作用下，沒法象螺旋槳飛機那樣用手朝後壹拉，就拉開來。飛行員座艙還需要增壓環境，為防止意外，或者戰鬥時艙室艙蓋給打壞，現代飛行員要穿抗荷服，頭盔下還有氧氣面罩，跟螺旋槳時代的飛行員穿件皮夾克，戴副防風眼鏡就解決問題完全不壹樣了。