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超级兵工帝国-第29部分
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作为一名后世的兵工专家，菲利普对于容克公司同样印象深刻。JU－52运输机是德国容克公司研制的一种常规气动布局，全金属三发中型运输机，采用容克斯传统的波纹板铝蒙鸡皮疙瘩，并于1931年4月也就是几个月之前，首次试飞成功。在二战之前，容克公司的JU－52一直是德国汉莎航空公司的主力机种，并且畅销海外三十多家公司。到1935年底，有97架JU－52在各个航空公司服役。1936年，以柏林奥运会为契机，JU－52客机一度风靡全欧洲，而且1937年8月，汉莎航空公司还用它开辟了经喀布尔，飞越帕米尔高原到达中国的航线。
二战前夕，JU－52首先投入西班牙内战，随后在整个二战过程中，它先后参加过德军攻占维也纳、华沙，入侵丹麦、挪威、比利时、荷兰、希腊、苏联的多次战役，最后到停战时总共生产了接近五千架，是一架明星运输机。
在Ju52/3m的客户中，最重要的就是新成立的德国国营汉莎航空公司。汉莎在1932年5月获得第一架Ju52/3m，从此之后，Ju52/3m就成为汉莎机队的骨干，数量占整个机队的75％，这种情形一直持续到二战结束后汉莎公司解散Ju52机队为止。
1932年8月25日，汉莎公司的首架Ju52/3mD－2201号装备了供氧装置后参加了环阿尔卑斯山脉的飞行。汉莎公司用这种方法来比较当时现役的三种主要机型：道尼尔DoK，福克FXII和容克Ju52/3m。Ju52/3m成为绝对的获胜者。
二战前容克公司一共销出400架Ju52/3m客机，赚得了大笔的利润。但是就在Ju52/3m大获成功时，雨果·容克却要面对突如其来的厄运。1934年，政府把反战的雨果赶出了自己的公司，一年后雨果郁郁而终。容克公司最终被政府接管，在一片扩军备战的浪潮中，Ju52/3m的发展完全转向军事目的。可见，一名武器设计师和企业家，不管有多出色，在面对这种情况时，都会显得无能为力。
梅塞施密特一把抓住菲利普的手臂，大声道：“不，菲利普，这次我们必须把这个项目拿下！这是我们公司腾飞的机会。打败容克公司，就要靠你了，我知道你有很多主意，这次你一定要尽力，要知道你可是咱们龙魂兵工联合体的理事长！”
说到最后，梅塞施密特加重了语气，强调了这一点，让菲利普变得无话可说。
菲利普想了想，便有了主意：“威利博士，其实你也不必太过担心。咱们完全可以利用自己的长处，来打动用户。比如说这次的商务运输机项目吧，咱们就可以利用正在开发的加压密封舱来吸引客户，而容克公司的运输机在这方面，肯定是不如我们的。他们的机舱舷窗一定是采用传统的方形，而我们却要采用圆形的设计，嘿嘿！”
梅塞施密特惊奇地道：“菲利普，现在方形舷窗可是全部旅客机都采用的设计，如果采用圆形舷窗，会不会太过冒险？”
菲利普摇了摇头道：“要想打败容克公司，咱们就只有在商务运输机的安全性和舒适性方面下功夫。我们使用涡轮增压器、多叶变矩螺旋桨、密封加压舱这些技术，再加上圆形舷窗，足以让容克运输机在我们面前黯然失色。对于旅客机来说，必须要重视结构的寿命，采取措施来推迟疲劳裂纹的产生，以提高结构的无裂纹疲劳寿命，，采用圆形或有很大圆角的舷窗，就可以减小应力集中，提高金属疲劳强度，这是容克公司的设计师们所不知道的。”
第九十八章准备竞标方案
梅塞施密特惊讶地道：“啊，菲利普！没想到你居然比我知道得还要多，圆形舷窗连我都没想到，这个主意不错啊！我相信有了这些卖点，一定可以压倒容克公司，好！我们赶快走，后天便要在罗马尼亚举行招标会了，我们先回BFW，针对这次的招标要求做一个方案出来。”
菲利普点了点头道：“看来时间很紧啊，那咱们今天晚上就得加班做方案了。刚才我可是听说还有一个教练机的项目。”
梅塞施密特急道：“嗯，菲利普，你赶快准备一下，咱们马上就走，这些问题咱们在路上继续讨论。”
菲利普点了点头，转身去收拾行李，菲利普心道这一去就得好几天，肯定都来不及送别白婉柔了，只得暗自摇头，现在的他简直就是忙成了一台不知疲倦的机器了。
很快菲利普和梅塞施密特两人就搭乘到汉莎航空公司从斯德哥尔摩飞巴伐利亚州慕尼黑的航班，很巧的是这趟航班使用的正是刚刚交付不久的M20运输机。
这架M20运输机由于采用了涡轮增压发动机和全金属多叶变矩螺旋桨，因此起飞后就迅速爬升到接近四千米高度，然后转为平飞。望着窗外的蓝天白云，梅塞施密特感慨道：“菲利普，要是有了密封加压舱，M20就可以飞到更高的高度，巡航速度和经济性也会进一步得到提高。咱们去竞标的这个项目，是一架比M20更大的商务运输机，你觉得应该采用什么整体布局设计呢？”
菲利普想了想道：“其实以最稳妥的方式来说，就是在M20的基础上，进行放大。不过，说实话M20运输机以长远的眼光来看，的确有些落后了，其实我们不妨以M40运输机的设计为基础，进行缩小，采用全金属单翼布局是飞机特别是运输机发展的必然趋势呀。”
梅塞施密特点了点头道：“菲利普你说得不错！M40的总体设计比M20要好上许多，以它为基础来研制新飞机再好不过了，这样我们就可以同时进行两种运输机的研制，而且大中小三种级别的运输机我们都覆盖到了。”
一路上，菲利普和梅塞施密特进行了非常详尽的探讨，对竞标的飞机设计方案已经有了一个大致的构想。其实菲利普心中的构想就是后来的中航工业的运12运输机，这种飞机成功的出口到多个国家，是一种非常优秀的多用途商用飞机。
运12采用的是双发、上单翼单垂尾、固定前三点起落架。可在简易跑道上顺利起降。广泛采用铰接工艺，减轻结构重量。机翼为双梁式结构带斜撑秆，结构重量轻，平面形状矩形。机身为全金属、长桁隔，框式半硬壳结构，前段为驾驶舱，中段是客货舱，能布置17个旅客座椅。它采用的是两台620马力的涡轮螺旋桨发动机，不过换装BMW公司的500马力或700马力活塞发动机，再加装涡轮增压器，应该同样可以达到6到7吨的起飞重量，并且达到300多公里每小时的平飞速度，巡航速度也可以达到250公里每小时左右，这样一来就比容克公司的JU52运输机性能好上不少。
要知道容克公司的JU52运输机可是一架三发怪物，虽然它的起飞重量达到了10吨级，比后世的运12飞机重了一倍，但是运载量和航程却基本相同，而由于发动机和螺旋桨的落后，JU52运输机的最大速度远远比不上运12飞机，实用升限只有5500米，比运12的7000米低了不少。
所以总体看下来，竞标方案采用2台700马力级活塞发动机，再加上涡轮增压器和全金属多叶变矩螺旋桨，竞标方案的总体推进功率并不比容克公司的三发JU52运输机小，而且虽然以现在的材料和工艺水平竞标方案的重量肯定比后来的运12要大小一些，但是仍然会比JU52小上不少。这样一来，竞标方案的优势就太明显了，燃油经济性和安全性可是民航运输机最重要的指标，在这两项指标上，竞标方案比容克JU52运输机不知道好多少，罗马尼亚人如果不是傻瓜，必然选择BFW公司的产品。
到了BFW公司，梅塞施密特和菲利普拿到了招标书，开始针对招标书的具体指标，连夜制作竞标方案。
这次罗马尼亚的招标有两个项目，一个是载客量为18人的商务运输旅客机，一个是初级教练机。
商务运输机的招标要求，是能够运载18名旅客，以200公里每小时以上的巡航速度，连续飞行1200公里，或者是装载1500公斤货物飞行1200公里。同时对飞机的安全性要求非常高，必须能够单发飞行，并且完全丧失动力后，还能滑行5千米以上进行紧急迫降。起飞滑跑距离不大于500米，着陆滑跑距离不大于600米。当然，作为商务运输机，罗马尼亚人要求这架飞机的每小时运营成本要比目前的主流运输旅客机低10％以上，这一点才是最重要的。如果不采用先进的设计和制造技术，根本就不可能达到。
初级教练机，主要用于航校的基础训练，罗马尼亚人要求这架初级教练机除了具有基本的教练功能外，还要求能够执行最低烈度的攻击任务，也就是要求能挂载50公斤炸弹或是用机枪对地面目标进行攻击。教练机的最大起飞重量不超过2000公斤，同样要求具有良好的经济性，留空时间至少达到3小时，最大平飞速度不低于300公里每小时，实用升限不低于4500米，起飞滑跑距离不大于300米，着陆滑跑距离不大于400米。
对于初级教练机项目，菲利普心里又有了一个方案，那就是以后世中国产的初教六为基础，进行一定的改造，设计出这次的竞标方案。要知道初教六可是一架非常成功的初级教练机，它同样采用了前三点式起落架，大大提高了教练员和飞行学员的视野，改善了飞机在地面上的稳定性，而且这种飞机成本低廉，维护保养也很装简单，后来成功出口到十几个国家，包括美国这样的航空强国，一直到二十一世纪都在使用。以它为基础设计出来的方案，用来竞标罗马尼亚的教练机项目，应该是绰绰有余了。
第九十九章结构疲劳与损伤容限设计
这一天晚上菲利普和梅塞施密特做设计方案一直做到了凌晨五点半，总算是把初步方案弄好了。在与菲利普的探讨过程中，梅塞施密特再次被菲利普的深厚造诣和独特而新颖的观点所折服，他甚至怀疑自己是不是不适合做飞机设计师了。
当两人在探讨商务运输机的总体设计时，菲利普提出的“飞机结构疲劳与损伤容限设计”就着实把梅塞施密特震惊了一把，他还从未听说过这个概念。
梅塞施密特拍了拍有些迷糊的脑袋，用讶异得不能再讶异的眼神看着菲利普道：“菲利普，你的脑袋里怎么总是有那么多奇奇怪怪的东西，而且每次你提出来的概念都快让我这个航空工程博士有点迷糊，唉，看来你才是一名真正的飞机设计大师呀，我们这些人都老了，跟不上步伐了。这个飞机结构疲劳与损伤容限设计到底是个什么概念，你倒是仔细说说看，我也好学习学习新的知识。”
菲利普为什么要在这次的商务运输机总体设计方案里引入飞机结构疲劳与损伤容限设计呢，这是因为从后来的飞机结构设计思想变迁来看，飞机设计史上很多的技术进步及设计理念演变都来源于飞行事故的教训和启发，尽管飞行事故是飞机设计师最不愿意看到的，但是不得不承认的一点是，即使在航空工业高度发达的二十一世纪，人类对于飞行和飞机设计依然处于不断探索的阶段。菲利普作为一名穿越而来的兵工专家，对于飞机结构设计的演变可谓非常清楚，每一次变革都是血的教训，因此菲利普不希望自己设计出来的商务运输机出现设计上的问题，特别是结构问题。
菲利普清楚的记得，航空史上比较有名的英国彗星喷气式客机，就是因为在结构设计上出现问题而导致接连出现坠机事故，最后彗星客机停飞。在一年时间里，有3架彗星客机在空中解体坠毁，后来调查研究显示，由于彗星使用了增压座舱，由于座舱的加压结构设计经验不足，长时间飞行及频繁起降使机体反复承受增压和减压的交变应力而引发金属疲劳，就是彗星客机解体坠毁事故的原因。而这次的商务运输机竞标，将采用增压座舱设计，所以这个问题不能回避。要知道彗星客机的事故，直接断送了这种客机和它的设计制造者德哈维兰公司的前途，菲利普可不想刚刚建立的龙魂兵工联合体遭遇和德哈维兰公司一样的命运。
飞机结构设计思想的发展，经过了5次大的变迁，菲利普在大学时曾经学过。在二十世纪五十年代之前，飞机结构设计基本上都是按静强度设计，而到了五十年代之后，六十年代之前，慢慢采用了安全寿命思想设计，七十年代之后又提出破坏－安全设计思想，即损伤容限设计。
看到梅塞施密特一脸期待，菲利普整理了一下思绪道：“飞机结构的受载不仅有静载荷的特点，还有周期性载荷的性质，比如我们要采用的气密性增压座舱，它的增压载荷也就是一个周期性载荷，在重复载荷作用下，即使应力水平很低，飞机结构也可能发生疲劳破坏，导致灾难性事故发生。因此只按静强度设计飞机并不能很好的保证飞机在飞行中的安全，特别是商务运输机，它装载的是众多的旅客，一旦发生事故，其影响非常大，甚至可能断送一家飞机制造公司的前途。所以我们要引入疲劳设计概念和损伤容限设计概念。”
梅塞施密特想了想道：“可是我们按目前的结构设计方法设计的飞机并没有出现多少这类事故，这是为什么呢？”
菲利普点了点头道：“威利博士，在这之前设计的飞机疲劳问题并不突出，是因为在设计时只考虑了强度刚度要求，但是受限于较低的结构设计水平，留出了较大的强度储备，安全系数较高，使得飞机在使用中的应力水平比较低。这样一来，飞机结构的疲劳问题就被掩盖起来了。比如说，容克公司的JU52/3m运输机，它的结构重量达到了5吨左右，最大起飞重量10吨左右，而载重量却只有一吨多，这样的结构设计水平是非常低的，当然这是在我看来。而我们要在这次竞标当中压倒容克公司，很重要的一点就是要在结构设计上大大领先于对手，而且我们采用了增压座舱，要在结构重量只有对手一半左右的情况下，达到相同的载客人数和载重量，就必须要引入飞机结构疲劳与损伤容限设计。”
梅塞施密特恍然大悟道：“菲利普，听你这么一说，我总算是明白了！这正是一次引领飞机设计变革的机会呀，有了这个设计理念和方法，我们就在设计上大大领先于其他飞机制造公司！菲利普，你真是太令我佩服了！那具体我们应该怎么做呢？”
菲利普打了个哈欠，缓缓道：“疲劳设计是建立在无裂纹的基础上，只考虑无裂纹寿命，为了提高结构疲劳强度，可适当选择材料，控制应力水平，通过细节上的设计改善抗疲劳品质，降低外形、材料和载荷不连续造成的应力集中，同时在生产过程中控制好质量。比如说在设计飞机上的一些开口时，就要考虑到应力集中的问题，现在的飞机通常都设计成方形等转角较为尖锐的形状，这样应力就会集中，我们要采用倒圆角或是椭圆开口的方法，这样应力就不那么集中，从而不容易出现裂纹，确保使用寿命和安全。”
喝了一口水润了润嗓子，菲利普继续道：“而损伤容限设计，只考虑带裂纹寿命。由初始裂纹到临界裂纹的裂纹扩展寿命就是结构的总寿命，通过引入与裂纹扩展速率相关的检查周期，以控制裂纹扩展寿命和剩余强度，还可以通过质量控制、无损检测和合理选材提高可靠性。”
第一百章为减轻每一克重量而努力
梅塞施密特抚掌道：“菲利普，说得太好了！我想咱们要尽快建立一套飞机结构设计标准，把这些设计理念和设计计算方法都详尽的写入标准，让设计人员都掌握这些方法。你这个两个设计理念太好了，这样一来我们的商务运输机方案就比容克公司的运输机减轻了两三吨重量，这可了不得啊，航空公司增收可不是一点半点。”
菲利普呵呵笑道：“在航空工业领域，不是有一句非常有名的话吗，航空工程师要为减轻每一克重量而努力。飞机结构重量的减轻，带来很多有利的影响。对于民用飞机来说，它带来的经济利益就变大了，对于军用飞机来说，结构质量的减轻，就提高了全机推重比，航程和爬升率等很多指标都会得到大幅度提高，所以减轻结构质量对军机设计更为重要。在减轻结构重量这方面，除了采用这两种设计方法外，咱们的新型铝合金也会起到很大的作用，我相信在材料方面我们也会大幅度领先于容克公司。”
梅塞施密特点头道：“对，那咱们还是按照步骤来，根据罗马尼亚方面的使用技术要求，来确定咱们的商务运输机方案主要参数吧，后面还要进一步确定尾翼、机身的初步形状和尺寸，进行性能估算，画出三面图，进行部位安排等工作呢。时间很紧迫，咱们赶快进行吧。”
菲利普拿起纸笔道：“好，咱们一起来算一算。根据质量平衡方程，在总体设计阶段，飞机起飞质量划分为五大块，分别是结构质量、推进系统质量、机载设备质量、燃油质量和有效载荷质量。由于飞机总质量现在还不能确定，所以我们先假设为系数的形式，各部分质量系数之和为1。根据现有的资料来看，我们对这架商务运输机的五大质量系数取值可以这样取值，结构质量系数取0。32左右，推进系统质量系数取0。12左右，设备质量系数取0。15左右，燃油质量系数取0。15左右，这四项加起来就是0。74左右，飞机的有效载荷系数就是0。26左右，威利博士，你看有没有问题？”
菲利普一边说，一边用笔在纸上沙沙地写着。
梅塞施密特想了想道：“咱们的700马力活塞发动机加上滑油箱等附件重量大约是300公斤，两台加起来600公斤，倒也差不多。我看可以，只是结构方面采用了新材料和结构设计，还不是太明确，就这样先计算吧，因为后面我们还要进行复核计算。”
梅塞施密特说得倒是没错，飞机的构造复杂，对飞机质量进行精确的计算在总体方案设计阶段，这是根本不可能的，也是不必要的，只要这几个分类的大致系数确定下来就可以了。因为飞机的全机质量和飞机各部分质量互为因果，无法直接进行计算，通常只能采用逐次逼近的迭代方法来求解全机质量，同时为了节省设计时间，开始的时候总是用粗略的近似方法，然后在具体设计过程中再用越来越精确的计算方法。
菲利普继续道：“根据罗马尼亚方面的技术要求，飞机最大商载重量为1500千克，我们可以近似地估算出飞机总质量为6000千克左右，结构质量1920千克，推进系统质量720千克，设备质量900千克，这三项加起来就是飞机的空重，这个值为3540千克，燃油质量为960千克。当然，这只是初步估算，后面还要根据实际情况调整。”
梅塞施密特点了点头道：“嗯，非常好！那我们接着来确定飞机的型式与参数。咱们要确定机翼的平面形状、相对位置、平尾布局以及机身的构造等，并且还要计算翼载荷和推重比等参数。”
菲利普继续一边写一边道：“嗯，好的。我个从比较倾向于采用平直的机翼，最好是带斜撑杆双梁式结构。平面形状为矩形，相对厚度15％左右，弦长2米左右，这样可以在机翼中段布置整体式油箱。而垂直尾翼采用后掠梯形翼，平尾布置面机尾中上部，略低于主翼。您觉得如何？”
梅塞施密特惊讶地道：“为何不选用下单翼布局呢，而且矩形的平面形状我还是第一次听说可以用在运输机上。”
菲利普呵呵笑道：“带斜撑杆的双梁式平直机翼，会带来结构重量上的好处，而采用上单翼，跟我们的起落架设计有关。要知道我们这个方案是准备采用前三点式起落架，如果说还是用下单翼布局的话，那么发动机螺旋桨的布置就成了一个问题，桨叶距离地面太近，甚至有可以擦到地面，除非把起落架设计得很高很长，但是这样一来起落架结构设计又带来了问题。所以采用上单翼是最好的布局。”
梅塞施密特猛地拍了拍大腿道：“真是，年纪大了，都有点犯糊涂了，我还没考虑到起落架的影响。嗯，再说说机舱的设计吧！”
菲利普想了想道：“作为一架商务运输机来说，机舱的设计就显得非常重要。首先是驾驶舱，我想设计成一种有较大风挡和左右侧窗的驾驶舱，这样可以让飞机驾驶员的视野变得非常开阔，有利用飞机的驾驶安全和操作舒适性。而客舱的设计，就更为重要。要让旅客乘坐舒适，就要有宽敞的空间，对于18座商务机来说，我认为客舱段长度要达到5米左右，高度和宽度都要达到1。8米，这样可以布置6排座位，每排3座，走道40厘米宽，同时在客舱前后设计两个行李舱，这两个行李舱总容积不小于3立方米，为了让旅客能够欣赏机舱外的风光，我们要在客舱两边各设计4个较大面积的椭圆形舷窗，并且左右两边都要有一个应急逃生出口。”
梅塞施密特赞叹道：“菲利普，你考虑得很周到啊，这样的客舱可比现在的旅客机好多了。那么我们来接着下面的工作，确定一下飞机的整体尺寸以及机翼面积等。”
第一百零一章人机工程
菲利普点了点头道：“好的。根据飞机质量和用途，我们选择正常起飞翼载为200千克每平方米，那么机翼面积为36平方米左右，翼展18米，弦长2�
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