巴恩斯·沃利斯

更新时间:2023-10-09 21:41

巴恩斯·沃利斯(Barnes Neville Wallis,1887年—1979年),英国航空工程师,爵士。早年家境清苦,受完中等教育后即辍学求职于工厂和船坞,通过夜校课程和自学成才。1913年进入维克尔的车间从事飞艇的设计和建造。设计过R-100和R-101型飞艇。三十年代,转向飞机设计,设计出惠灵顿式轰炸机,该机种于第二次世界大战爆发前投入生产。此外,还设计了用于摧毁德国提尔皮茨号战列舰和潜艇掩体的高穿透力特大型炸弹以及用于低空轰炸德国鲁尔水坝的“跳弹”(Bouncingbomb)等。战后曾广泛涉猎于民用飞机、桥梁和天文望远镜等的设计。他最早着手于可变后掠翼研究,将超音速飞行的成本降至最低。最初他是为军方“野鹅计划”效力,之后他去到“燕子”,计划目标是于10小时内来回欧洲澳洲。1950年代他成功测试一个超过2马赫的设计,但最后政府却放弃继续支持他。后来沃利斯和他的团队到美国寻求资助他继续研究,但却得不到人支持他。

人物生平

自学成才的飞机设计师敢与政府叫板

1887年,巴恩斯出生于英国德比郡,由于家境贫寒,家里只能把他送到“克里斯医院”(注意,这不是一所医院,而是一所慈善性质的私立学校,学生们可在此接受免费的教育和食宿)。在“克里斯医院”,巴恩斯幸运地遇到了影响他一生的科学老师,查理斯·E·布朗。在巴恩斯之前,这位老师教过的学生中有5位成为英国皇家科学院院士,堪称“院士培养者”。巴恩斯对这位恩师的教导念念不忘,他在晚年的回忆录中写道:“查斯叔叔(学生们对布朗老师的亲切称呼)教给我们的不是字面的知识,他是在用科学教导我们如何思考,让我们看到自己拥有的力量。”

带着信心和对知识的渴求,17岁的巴恩斯只读完中学便离开学校,在伦敦的一家机械工厂找了一份工作,随后又去到一家船厂当学徒。尽管生活清贫而艰难,但巴恩斯仍然报名参加了伦敦大学的夜校课程,苦读十几年终于在1922年拿到了工程学学位。那一年,他已经年满35岁,站在课堂里几乎能被错认为老师了。

1915年,巴恩斯以下士军衔加入英国皇家海军,但很快就被晋升为海军中尉,原因是英国政府急需飞艇的设计人才,而巴恩斯正拥有这样的才能。1920年,巴恩斯成功设计出最新型的R.80型飞艇。然而随着战争的结束,军方对飞艇的热情逐渐消褪,R.80飞艇只使用了一年便被迫退役。

R.80的“冷宫”待遇令巴恩斯心冷,这位已名满全英的飞艇设计师向军方请假专心攻读学位,同时开始考虑脱下军装,仿效“查斯叔叔”去当一名老师。正在彷徨之际,一位富翁找上门来,要求与他合作设计新一代飞艇。考虑再三,巴恩斯以全权负责为条件答应下来,开始着手R.100型飞艇的设计。与此同时,英国皇家飞艇工厂也在政府委托下开始设计R.101型飞艇。巴恩斯领衔的私人团队开始了与政府的竞赛。

1930年,R.100和R.101飞艇同时制造完成。巴恩斯的飞艇选择试飞加拿大成功;政府的飞艇选择飞往印度,但刚刚飞过英吉利海峡就坠毁在法国境内,艇上54名乘员只有6人幸免于难,死亡名单上赫然有空军部长汤姆森爵士的名字。惨烈的灾难吓坏了政府,他们不顾R.100的成功,于1931年决定终止“帝国飞艇计划”。看不到希望的出资人停止了资金支持,巴恩斯的飞艇梦再次被惊醒,最终,他亲自驾驶一辆蒸气压路机压毁了R.100的梁架结构。

从飞机到炸弹

无法继续飞艇设计的巴恩斯把热情转向飞机,在R.101飞艇坠毁后不久进入维克斯飞机制造公司。1934年,英国空军部向维克斯公司下了一份制造双翼轰炸机的订单。面对这份订单,巴恩斯踌躇不已,他很清楚,单翼飞机正成为航空领域的流行趋势,双翼机即将被淘汰。但他无法说服空军部改变订单,只能说服公司同时设计两种轰炸机:双翼由政府出资,单翼自费。

一年后,巴恩斯这个勇敢而大胆的决定得到了回报。单翼机在试飞时展现出远远超过双翼机的性能,令所有人为之叹服。1938年,两架单翼原型机在埃及澳大利亚间试飞,航程11526千米,耗时两天。返回英国后,巴恩斯对它原设计进行了改进,最终定型为二战中最著名的轰炸机之一———“惠灵顿”重型轰炸机。二战期间,这款飞机得到了广泛使用,从反潜、鱼雷攻击到扫雷、侦察,几乎无所不能。

虽然巴恩斯设计的“惠灵顿”轰炸机被大量用于针对德国的地毯式轰炸,但巴恩斯本人非常反对这种“不人道的、毁灭一切的大面积杀伤”,他认为,使用大当量炸弹进行精确轰炸更具效率。他在一篇题为《对轴心国的攻击方式备注》的文章里提出一种10吨级超级炸弹的疯狂设想,一方面借助这种炸弹的震荡波摧毁建筑物的地基,一方面依赖龙卷风一般的空气冲击波杀伤敌方目标,“能有效摧毁或瘫痪敌之能源供给,最终令其无法继续战争行为。”

1942年初,他在自家花园水池中用石片打水花时突发灵感,写出了《球形炸弹——水面鱼雷》一文,建议研制一种可以“在水面上跳跃”的炸弹,以避开鱼雷防护网攻击水坝或战列舰等大型军舰。皇家空军接受了巴恩斯的建议,并委托他以“维修”为代号研制出著名的“跳跃炸弹”。德国鲁尔区的水坝大多为这种炸弹所毁,德国工业能源供应受到了严重影响。

不过,“跳跃炸弹”的当量毕竟离10吨级炸弹的设想还远,巴恩斯随后展开了6吨级地震弹“高脚杯炸弹”的研发。制造完成后,皇家空军第617轰炸机中队携带“高脚杯”,一举炸沉了德国海军的心肝宝贝“提尔皮茨”号战列舰。通过实战,巴恩斯发现,兰开斯特轰炸机具备携带10吨级炸弹的能力,于是在“高脚杯”之后开始研制终极炸弹———“大满贯炸弹”(又名“巨响”),第617中队也成为他的“御用中队”,专门负责投放“巴恩斯巨型炸弹家族”。

1945年3月13日,“大满贯”首次试验成功,英国人迫不及待地把它派上战场,目标是英美空军耗费3000余吨常规炸弹都未能炸毁的比勒菲尔德铁路大桥。焦急的等待过后,巴恩斯收到了令人兴奋的消息:虽然“大满贯”偏离目标20多米,却炸出了30多米的深坑,巨大的震撼引发了一场小小的地震,90多米长的桥面在大地的晃动中垮塌,完全不能修复。

探索超音速之路

战争结束后,巴恩斯的兴趣回归飞机设计,他意识到,未来航空将是超音速的天下。他最早着手于可变后掠翼研究,将超音速飞行的成本降至最低。鉴于新型飞机的危险性,巴恩斯力主使用遥控模型验证超音速飞机的设计。在他主导下,飞机公司开始制造火箭引擎驱动的超音速飞机模型,英国军方赋予该项目的代号为“野鹅”和“麻雀”,目标是10小时内来回欧洲和澳洲。

虽然巴恩斯的“麻雀”成功达到了2.5马赫的速度,但英国政府最后还是因军费紧张放弃了超音速项目。郁闷的巴恩斯不得不远赴美国寻求资助以继续超音速研究。一直未能在该领域取得突破的美国航空航天局对巴恩斯的到来很感兴趣,但也只限于感兴趣,他们要的只是巴恩斯的想法,出钱免谈。巴恩斯只能看着美国人根据他的设想研制出世界上第一种变后掠翼F-111“土豚”战斗轰炸机,看到自己的想法被美国人“挪用”,巴恩斯要求维克斯公司对美国人提起侵权诉讼,但最终这个官司不了了之。

回国后,巴恩斯意外地收到英国皇家发明者奖励委员会为表彰他在战争中作出的贡献而颁发的1万英镑奖金。他没有把这笔钱据为己有,而是全部捐献给自己的母校“克里斯医院”学校。后者用这笔钱建立了皇家空军信托基金,为在战争中失去亲人的飞行员子女在这所学校上学支付相关费用。

1968年,巴恩斯被授予爵位,十年后在自己的家乡安静的去世。有人说,他的一生是充满斗争的一生,与资金掌握者斗,与政府决策部门斗。如果不是他的坚持,也许就不会有“地震炸弹”,不会有“惠灵顿”轰炸机,超音速飞行时代的到来也可能会推迟若干年。

主要成就

高脚杯炸弹

1942年,英国皇家空军敲响了巴恩斯·沃利斯的门,请他研发一种能对付坚固目标的航空炸弹。作为一名优秀的科学家、航空工程师,巴恩斯·沃利斯曾担任飞机总设计师,还发明了著名的弹跳炸弹(专用于攻击鲁尔水坝)。这一次,他接受了任务。

要达到军方的要求,首先炸弹要足够大。在巴恩斯·沃利斯的设想中,有6吨和10吨两种级别的重型炸弹,依靠其巨大的重量、超高的速度所带来的超大动能贯穿目标建筑物顶部混凝土防护层或地基、爆炸并将产生的能量传递给建筑物,或者在地基下形成膨胀的空腔,以达到彻底摧毁的目的。这种空前庞大的炸弹产生的威力不逊于一场小型地震,因而得名“地震炸弹”,后来的实战也证实了它的效果。

为了使炸弹尽快形成战斗力,同时考虑到兰开斯特轰炸机的携载能力,沃利斯率先展开了6吨级地震炸弹——“高脚杯”的研发。

高脚杯炸弹的自重达到了惊人的5,443千克,带尾翼长6.4米,最大直径0.965米,长度和直径之比达到了6.67,既有利于减小空气阻力、提高降落速度,又能加大对目标单位面积上的压力。内部填充2,359千克的末混合-D1炸药,占炸弹总重的41%。由于掺入了铝末,炸药燃烧更充分、剧烈,爆炸脉冲持续时间更长,威力超过同等重量的TNT炸药的 50%。生产时,铝末混合-D1炸药在熔化成浆后,被工人小心翼翼地倾倒入倒立的弹壳内部。

巴恩斯·沃利斯为高脚杯设计了一副修长纤细的流线型身材,由于弹体外形酷似一只高高的酒杯,因而得名“高脚杯”。高脚杯可以在时速270千米的条件下从5,500米高空投下,到达地表时速度超过1,210千米/小时,可穿透5米厚的混凝土层,产生直径30米、深24米的弹坑。但过高的速度也产生了不少棘手的麻烦。首先,高速度会产生巨大的撞击能量,剧烈的撞击会导致弹体变形、引信失效、或过早爆炸。为了解决这个问题,巴恩斯·沃利斯为高脚杯戴了一顶坚硬的“铠甲”——一副坚硬的强化钢外壳,炸弹壳头部还设计有一个经过特别强化的钢锥,头锥处的厚度超过10厘米。这样就保证了高脚杯的穿透力;其次,实验中发现,高脚杯在下降过程中难以保持稳定,总是会莫名其妙的“翻跟头”。经过分析,发现高脚杯在突破音障时会失去平衡。相应地,沃利斯把炸弹尾翼稍微扭曲5°,加强了陀螺效应,使炸弹在下落过程中始终围绕中轴线旋转,既不会出现俯仰和偏转,还改善了了高脚杯的精确度。

设计完成后,高脚杯被交往维克斯公司生产。该公司是英国著名的飞机制造企业,在这里诞生了喷火式战斗机等著名飞机。高脚杯过大的体型不便于流水线生产。为了满足铸造和机加工的高精度,大部分零部件都由经验丰富的工人手工雕琢而成。比如说,为了提高侵彻力,高脚杯弹头外壳由经过特殊硬化加工的高强度钢制造。弹头在机加工阶段要求保证高度对称,以确保最佳的空气动力学效果。

普通航空炸弹在飞机返航途中会被扔掉,以免着陆时的震动或碰撞引爆炸弹。但高脚杯过于昂贵而稀少,没用完的高脚杯往往会被带回基地。每当兰开斯特轰炸机带着高脚杯炸弹降落时,机组成员总是在心中祈祷炸弹千万不要爆炸。

高脚杯还有一个美国远亲。由于英国产能不足,英国人曾把高脚杯炸弹的专利授权给美国生产,美国人在高脚杯的基础上开发出了T-10炸弹。T-10炸弹于1944年末研发成功,重5,665千克,装2,495千克的黄色炸药(占总重量的 44%),弹壳头部还设计了一个穿甲弹芯。当时的美国军方被太平洋诸岛上的日军堡垒搞得焦头烂额,如获至宝的美国军队打算用它来清除这些堡垒,为陆军和海军陆战队的两栖登陆扫清障碍。但原子弹的出现使T-10炸弹失去了用武之地。朝鲜战争中,美国军方为T-10炸弹加装无线电制导系统,从而诞生了“塔松”巨型制导炸弹。1951年3月29号,3架B-29挂载塔松巨型炸弹,执行轰炸鸭绿江大桥的任务,但任务失败;不仅如此,返航中一架低空飞行的B-29往日本海中抛弃塔松时意外坠毁。事后的调查认为是塔松接触到海面爆炸,产生的的冲击波摧毁了B-29。美军官方认为这种炸弹不能“在飞行中被安全抛弃”。 至此之后,美军司令部取消了塔松炸弹的使用。

大满贯炸弹

高脚杯炸弹虽然空前,但它同巴恩斯·沃利斯心中梦想的10吨级巨型炸弹仍有不小差距。恰巧实战中发现,兰开斯特轰炸机有携带10吨级炸弹的潜力。于是沃利斯展开了10吨级别炸弹的研制。新的炸弹被命名为“大满贯”(grand slam bomb,又名巨响)。

1943年7月,巴恩斯·沃利斯开始了高脚杯之后的下一代地震炸弹的研制。大满贯结构几乎和高脚杯完全相同,但重量却达到了10,000千克(22,000磅),几乎是高脚杯的两倍。大满贯带尾翼长高8.08米,直径1.17米,头部由加强弹锥保护。炸弹的总体色调为暗绿色或灰色,尾部为金属原色。头锥处涂了一个很细的红圈和一个较宽的绿圈,铝圈上用钢印标注了“高能爆炸物-D1”,表示内部填充了4,144千克铝末混合-D1高爆炸药。大满贯对土壤层的贯穿力为 40 米,对混凝土层的侵彻深度可达 6 米。它是核武器出现之前,人类制造过的最大的爆炸物,也是迄今为止投入实战的最大爆炸物。

为了携带大满贯,兰开斯特被适应性改装,飞机背部、机头的炮塔被移除,部分装甲也被拆除,机腹炸弹舱门被取消,只在腹部凹进一个巨大的区域以悬挂炸弹,挂弹架进行了特别加固,同时还换装了马力更强劲的“梅林-24”发动机。改装后的型号为兰开斯特B.I特殊型,主要由精锐的617轰炸机中队使用。改装后的兰开斯特看起来光秃秃的,被飞行员们笑称为“糖块”。从高空投下后,大满贯会在下降的末端逼近音速——330 米/秒,并以近乎 90°的角度撕开地表、侵入建筑物地基,随后爆炸并形成巨大的空腔。

大满贯生产难度更大,成本更高。同高脚杯一样,英国也将部分生产合同转包给了美国的A.O史密斯公司,以借助美国强大的生产能力。美国人在大满贯的基础上,开发出了M110巨型炸弹(编号为T-14),自重同样为10,000千克。炸弹头部装有一个穿甲弹芯。不过,尾翼最后面的锥筒可以拆卸掉,使炸弹能装在改进的B-29炸弹舱,但没有投入实战。

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