创建于 1943 年的臭鼬工厂(Skunk Works,又译臭鼬工作队)是洛克希德·马丁公司(洛克希德公司于1995年初与马丁·玛丽埃塔公司合并,成为洛克希德·马丁公司)内一个相对独立的创新研发设计部门,其正式名称为预先研究发展项目部(Advanced Development Projects,ADP),具有快速设计、研发和生产原型机的能力,是洛克希德·马丁公司赖以生存和发展的支柱。臭鼬工厂研制出了美国绝大多数技术先进的飞机,有F-104、U-2、SR-71及F-117A等一系列传奇性的机型,并在F-22“猛禽”和联合攻击战斗机(Joint Strike Fighter,JSF)的研制上也做出了巨大贡献,对美国空军建设产生了深远的影响,成为美国空军力量的坚强后盾。
臭鼬工厂诞生后很长一段时间内,并不被外人所知晓,没有人能够接近它,更没有人知道它具体在从事些什么研究。随着一项又一项的先进武器装备展示在世人面前,才慢慢揭开了它那神秘的面纱,并从一开始毫不起眼的临时飞机研发团队发展成为了当今世界上最为先进最具创新力的飞行器研发机构之一,在世界航空工业史上留下了不可磨灭的印记。
臭鼬工厂被世界公认为航空工业界设计研发领域最受尊敬的名字之一。
1.1 创立背景
1939年,德国突袭波兰,第二次世界大战爆发。战争初期,纳粹德国利用闪电战,占领了大部分欧洲大陆,并将英国困在本土,使其毫无还手之力。在这种世界局势下,虽然此时大多数美国人认为欧洲的战争与美国毫无干系,但以美国总统罗斯福为首的政治家们早已看清希特勒的野心决不局限在欧洲大陆,而是想占领美国,称霸世界。美国虽然说两面临海,却也不免腹背受敌,再加上南美地区一直极不稳定,战争初期就有纳粹的暗流涌动。更为严重的是,1941年德国盟军日本偷袭美国珍珠港,给美国造成了巨大损失。德意日联盟的嚣张气势已严重威胁到了美国的安全和地位,迫于这种急剧恶化的世界局势,美国决定加入第二次世界大战。
然而,此时美国的军力,特别是空中力量,相比纳粹德国略显弱势。美国地处北美大陆,远离纷争不断的欧亚地区,在参加第二次世界大战之前,奉行孤立主义外交政策,只要是不直接损害美国重大国家利益的事件,美国政府就不会介入。因此,长期以来,美国侧重发展海军,并没有将陆军(包括当时归其统辖的航空力量)的军力维持在很大的规模上。相比之下,德国由于战前军事扩张策略的刺激,再加上第一次世界大战时积累的空中力量基础,其军事工业高度发达。可以说,这个时期的德国在军事上处于最强大的阶段,拥有世界上最优秀的军队和空中装备。比如第二次世界大战中最著名的、生产数量最大的、型号最多的战斗机Bf-109,它可胜任所有可能的使命任务,不管是截击、支援、夜间战斗,还是侦察、护航、地面攻击等。当世人第一次观看了Bf-109充满挑衅意味的巡回表演后,包括美国航空界人士在内的一大批有识之士认为:研发新型战斗机已是迫在眉睫。
此外,值得一提的是,20世纪30年代末期,德国云集了当时世界上顶尖的喷气式飞机设计师,诸如冯·奥海因·扬和布瑞·兰,开始了喷气式战斗机的研究。不久后,冯·奥海因·扬的项目在德国纳粹党重建军备的大背景下也取得了相当可观的进展,搭载其研制的Hs-3b喷气式发动机的He-178飞机于1939年8月27日成功实现了首飞。此次飞行也让纳粹德国军方看到了喷气式动力在航空方面的巨大价值,纳粹空军积极支持、鼓励各研发机构研制喷气式飞机,大大推进了德国喷气式技术的发展。
当德国的喷气式飞机项目开展得如火如荼的时候,美国则更多地依赖于成熟且可靠的活塞式发动机,其喷气式战斗机的研制进展得异常缓慢。虽说美国各个公司都有喷气式飞机的研究项目,但进度也是按部就班,更多的只是进行一些试验飞行以获得数据,并没有任何惊人之举。不过,战场上德国第一架喷气式战斗机Me-262于1942年7月18日登场却极大震动了美军。Me-262由德国梅塞斯密特公司研制,是人类历史上第一种投入实战使用的喷气式战斗机。它所使用的喷气式发动机和后掠式机翼均显示了战斗机发展的新方向,同时也揭开了空战史上新的一页。从技术角度看, Me-262在整体作战性能上比第二次世界大战战场上其他任何飞机都整整先进了一代,其速度在当时也是无可比拟的,具有极大的空中优势。在当时,空中优势的争夺成为战争胜负的关键所在,美国想要夺得第二次世界大战战场的制空权,就必须拥有一型能与Me-262相抗衡的战斗机。因此,研制新型战斗机已成为美国军方当时首当其冲的重要任务。
20世纪30年代后期,美国国会开始批准拨款建立新的航空兵部队。军方对新战斗机的设计要求非常明确,规定要采用两台液冷式发动机,速度应达到367mile[1]/h。而当时洛克希德公司设计的飞机速度可达400mile/h以上。因此,凭借这个在当时无可比拟的速度,洛克希德公司顺利拿到研制新战斗机的合同。
新型战斗机被命名为XP-38(X代表试验,P代表驱逐机,并于1939年初成功实现首飞。XP-38战斗机后来相继有18种演变型,它们对飞机设计的发展也做出了一些贡献。P-38飞机采用活塞式发动机驱动的对转螺旋桨推进设计,这既消除了扭矩效应,又使飞机不再拉向一侧,这是当时战斗机设计的一个新的重要特征。然而,这是一架时速最接近声速的飞机,设计师们担心会遇到从未遇到过的麻烦,即压缩性问题。
随着飞机性能的提升,当时压缩性的影响日益明显。它不仅常常使飞行员的生命受到威胁,而且似乎已经成为一道不可逾越的障碍。其负面作用已经开始影响各种高性能飞机的基本设计。到1940年,压缩性已成为众多未知气动力领域中最重要但人们最知之甚少的问题。正如约翰·贝克尔在他的著作《高速新领域》中所提到的那样,“所谓‘跨声速障碍’主要指一系列不确定的负面气动力影响,可导致阻力系数以数量级增加,产生严重的甚至致命的振动,以及引起飞机稳定性和控制特性的突变。”
P-38在俯冲时的飞行马赫数可达0.75。尽管该飞机的翼型剖面并非专为超声速性能而设计,不过它的最大俯冲速度已经非常接近声速,并因此受到压缩性的影响,导致严重的、有时甚至是不可恢复的振动、结构、控制和稳定性问题。例如P-38高速飞行时,尤其是俯冲时,其尾部会开始剧烈振动并且机头下垂,随后进入可压缩性失速,从而导致舵面锁死,而飞行员只能跳伞逃生或是等飞机降到大气密度较高的低空时再试图挽救。这一压缩性问题导致了多名飞行员损失。
于是,作为P-38主要设计师的凯利·约翰逊找到了当时世界上气动领域最好的两位专家——加利福尼亚州理工学院的冯·卡门博士和米里肯博士,试图解决可能会出现的压缩性问题。由于这是飞机设计领域达到新的速度后首次遇到的新问题,以前从未遇到过类似的情况,所以解决起来很困难,进展极其缓慢。后来,设计师们发明了一种方法来使飞机减速,以避免压缩性现象的产生,即在飞机外部装上减速板。该方法虽取得了一定效果,但却限制了飞机性能的进一步提升。在第二次世界大战中,P-38战斗机的发动机功率提高了一倍,但由于压缩性效应,收到的效果只能使速度提高17mile/h。压缩性效应最早是出现在螺旋桨上(比出现在机翼上早得多),因此,“如果希望提高性能,很显然,我们首先应该抛弃螺旋桨。”也就是说,螺旋桨技术已无法满足航空技术发展的需求,“战斗机动力装置的形式必须有一个重大的改变。”
自洛克希德的设计师们在P-38战斗机研制中遇到压缩性效应以后,就开始对喷气式动力有了极大兴趣,并敏感地嗅到了航空技术悄然而至的一场巨大变革。于是,他们自己做出一个接近声速的飞机初步设计方案,并使用了由洛克希德公司顾问内特·普赖斯设计的喷气式发动机。但是当他们向陆军航空兵建议研制一架喷气式原型机时,却遭到了拒绝。殊不知,德国和英国早已进入喷气时代,德国当时已有自己的喷气式战斗机Me-262,英国也有了喷气式战斗机格洛斯特“流星”号,而美国才刚刚开始起步。很多事实证明,喷气式飞机相比活塞式飞机而言确实具有巨大的发展潜力,虽然在当时还不太明显,但从长远的角度来看,喷气式发动机取代活塞式发动机乃是大势所趋。喷气式飞机的先行者,英国皇家空军上尉弗兰克·怀托说:“在未来,喷气式飞机将是天空的主宰。”因此,从航空技术发展的需求来看,美国空军也必将向喷气时代迈进。
实际上,早在1941年上半年,美国就开始从英国引进喷气式发动机和相关技术。在得到英国的技术支援后,在喷气式发动机方面已有雄厚技术积累的美国通用公司立即对其样品进行技术分析并开始仿制,而贝尔公司则对飞机机身进行研究,造出了编号为XP-59A的喷气试验机。然而美国陆军对此飞机评价并不高。随后,又在XP-59A基础上了仿制了几种喷气式飞机,但由于技术原因,飞机试验一再失败。
在这种情况下,研制一种新型喷气式飞机的计划被提上议事日程。1943年5月,洛克希德公司高层决定用英国德·哈维兰公司的喷气发动机制造一种单发喷气式战斗机,并向美国国防部提交了一份名为L-140原型机的报告,这就是后来的XP-80。
1.2 臭鼬工厂的成立
1943年5月,美国陆军和各大飞机公司在华盛顿召开了一个有关未来飞机发展方向的会议。会上,洛克希德公司负责人霍尔·希巴德公开表示支持活塞式飞机的进一步发展,认为喷气式发动机还处在萌芽阶段,无法与活塞式飞机一较高下。回到洛克希德公司后,他马上开始部署新型活塞式飞机的研发计划,并宣布此项目在公司的所有研发项目中享有最高优先权,这就意味着原有的L-140喷气式飞机研发项目将被完全搁置。然而,早已对喷气式飞机怀有浓厚兴趣的洛克希德公司年轻设计师凯利·约翰逊毅然表示对此项目有信心,请求继续下去。最后洛克希德负责人霍尔·希巴德和罗伯特·格罗斯同意了他的要求。
与此同时,美国陆军航空兵考虑到当时严峻的战争形势以及美国前一种喷气式战斗机XP-59研制的不顺利,正在寻求一种新型的喷气式战斗机方案,以对付德国的喷气式战斗机Me-262,从而获得第二次世界大战战场的空中优势。鉴于洛克希德公司对喷气式飞机的研究有了一定基础,而且与陆军航空兵也有过合作的经验,陆军航空兵最终选择了洛克希德公司来研制新型喷气式战斗机。一个月后,洛克希德公司以L-140喷气式飞机研发项目为基础,向美国陆军航空兵航空战术勤务部(Air Tactical Service Command,ATSC)递交了一份设计方案。两天后,即1943年6月17日,洛克希德公司被正式授权按此设计方案研制飞机,飞机编号为XP-80(F-80的原型机)。洛克希德公司被要求必须在签订合同后的180天内完成研制工作。自然而然,这项紧迫的任务交到了凯利·约翰逊手上。
值得注意的是,XP-80的正式合同直到工作开始后4个月,即1943年的10月16日才到达洛克希德公司。后来这种方式成为臭鼬工厂的惯例。多数情况下,客户会带着需求来到臭鼬工厂,双方达成一致意见后项目立即上马,没有现场合同,没有官方的审批程序。
凯利·约翰逊一直想在公司的体制内建立一个相对独立的机构,负责新式飞机的研发工作。这将是一个完整的研发机构,在这里,设计师能够和技术人员畅通地进行交流,对出现的问题进行商讨和解决,这既可以极大地提高整个团队的工作效率,又有助于设计师将其设计思路变成现实。“我希望能在设计师和制造者之间架起一个畅通无阻的交流渠道,给他们一个尽情发挥的空间,让创意的种子在这个地方盛开灿烂之花!”凯利·约翰逊的这种愿望由来已久,于是他决定XP-80这个型号将采取这种研发模式。
不过,该部门的建立并不是那么容易。虽然公司领导表示支持,但由于当时公司正在集中力量生产P-38、B-17等飞机,所以没有空闲的工程师,也没有多余的机床和工作场所。公司领导罗伯特·格罗斯指示:“按照你的想法去干吧,但是你要想办法组成自己的工程部,亲自去找生产人员,还要想办法找工作场所。”
几经波折,凯利·约翰逊终于亲手挑选了20名他了解的工程师和80名技术工人,组成一个工程队,他本人任总设计师。洛克希德公司臭鼬工厂这支专门的研制队伍也就由此而诞生。后来在回忆那段日子的时候,约翰逊说:“我简直是从整个公司的各个部门把他们‘偷’过来的。”1943年6月,臭鼬工厂在加利福尼亚州伯班克正式成立。