日本陆航逆天战机！浑身科技与狠活，只造一架就夭折

★本号主旨★

欲知日本，先知日军

铭记历史，谈兵讲武

今天我们东方的故事要先从西方讲起。

在二战末期，德国航空工程师放飞自我，在挽救帝国危亡的大旗下搞出一系列充满黑科技的末日战机，其中包括道尼尔Do 335“箭”重型战斗机，该机采用非常规的串联双发推拉式动力布局，能飞出770千米/小时的高速，作为双发飞机却有不输于单发飞机的机动性，曾被视为扭转战局的“奇迹战机”。

■德国道尼尔Do 335重型战斗机是航空史上最著名的串联双发战斗机。

之所以要提到Do 335，是因为德国的东方盟友日本也开发过类似的串联双发重型高速战斗机，而且立项研制比Do 335更早，其新颖创意和设计细节甚至连美国人都颇为赞叹，这就是日本陆军的川崎Ki-64战斗机。

陆航液冷战机规划

说起Ki-64就不能不说20世纪30年代末日本陆海军的一起军购公案。当时日本航空发动机的主流是星形空冷发动机，而直列液冷发动机明显落后于欧美。

为了弥补差距，日本人再次发扬“拿来主义”精神，准备引进西方先进机型加以仿制，陆海军不约而同地相中了德国戴姆勒-奔驰DB601A型发动机。

然而，两军竟然各自与德国谈判，陆军委托川崎公司，海军通过爱知公司，同样以50万日元的价格签署了两份引进合同！

这事传到希特勒耳中，元首发出灵魂拷问：“日本陆军和海军是敌人吗？”奔驰公司虽然感到有违商业道德，还是含泪收下100万日元转让费。

这件事后来作为日本陆海军内斗的荒唐案例广为流传。

■保存完好的DB601A发动机，DB601系列发动机作为Bf109战斗机的动力系统而闻名于世。

日本海军于1938年率先引进，日本陆军也在1939年1月喜提新机，随后各自开始仿制与新机型开发。

海军仿制型为“热田”发动机，成为“彗星”舰爆的动力基础；陆军山寨版为Ha-40发动机，而陆军的开发计划更加野心勃勃，基于新发动机拟定了一揽子研发项目，包括Ki-60、Ki-61和Ki -64三个机型，各有侧重。

Ki-60是强调速度和火力的单发重型战斗机，Ki-61是注重机动格斗的单发轻型战斗机，Ki-64的定位是追求高速度和高爬升率的双发重型战斗机，具有作为防空截击机的潜质。

三个项目均由陆军的御用飞机制造商川崎公司包揽，而各机型的总设计师由川崎设计团队的台柱子土井武夫一人担纲。

■土井武夫（左二）于1927年毕业于东京帝国大学工学部航空科，与“零战之父”堀越二郎（右二）是同期同学。

虽说三个液冷动力机型差不多同期启动研制，但在优先级上还是有所差别，这从川崎公司对德国原装发动机的使用分配就可见一斑。

根据转让合同，德方提供了13台原装DB601发动机，其中4台用于测试和研究，2台交给东京帝大航空研究所制造试验机，3台供Ki-60使用，4台用于研制Ki-64所需的串联发动机，而Ki-61一台都没有得到。

由此不难看出，Ki-60和Ki-64更受到重视。

讽刺的是，三个项目中只有Ki-61最后修成正果，成为三式战斗机“飞燕”。

■Ki-61三式战斗机“飞燕”是日军唯一大量装备的液冷发动机战斗机。

高速战机遥遥领先

虽说上述机型的研制均以DB601的引进为契机，但Ki-64无疑是其中最特殊的。实际上，该机型是当时日本陆军双发战斗机开发规划的追加方案。

在30年代中期，受到欧美双发战斗机潮流的影响，日本陆军也着手研发同类机型，这就是Ki-45战斗机，该机于1939年首飞，但是性能不足，问题缠身，难以定型，于1940年10月被陆军判了死刑，不予采用。

■川崎Ki-45双发战斗机的原型机，因为性能不足，未被日本陆军采用。

土井武夫虽然不是Ki-45的技术负责人，但对该机的困境看在眼里，这激发了他作为工程师的挑战欲，精力充沛的土井从1939年夏季开始独立构思新的双发战斗机方案，并与川崎明石发动机工厂的同事进行了深入交流，串联发动机方案在他头脑中初现雏形。

这些起初只是川崎公司内部的研究活动，随着陆军对Ki-45渐渐失去信心，土井的研究引起了军方的注意，在1940年10月将土井的方案纳入官方正式项目，赋予Ki-64的代号。

值得一提的是，后续Ki-45的改进工程也交给土井负责，即Ki-45改，经过大幅修改后通过审查列装部队，即二式复座战斗机“屠龙”。

■日本陆航Ki-45改二式复座战斗机“屠龙”，由土井武夫在Ki-45基础上大改而成。

尽管同为双发战斗机，但Ki-64的性能要求与Ki-45截然不同，其中最关键的有两条：在5000米高度达到700千米/小时的最大速度，在6分钟内爬升至5000米！

陆军的这一设计目标即便在世界范围内都算得上是破天荒的。

当时，日本海陆军最新的战斗机零战和一式战斗机“隼”，极速也不过500千米/小时上下，而时速700千米级别的日军战斗机基本要等到战争后期2000马力大功率发动机趋于成熟才启动研发，就算欧美战斗机当时摸到600千米/小时门槛的也是凤毛麟角。

相比之下Ki-64可谓一步登天，在速度指标上领先同期各国战斗机一个档次。

日本陆军的信心来自2台Ha-40发动机带来的澎湃动力和土井武夫别具匠心的独特设计。

大力飞砖串联双发

飞机要想飞得快，无非两条：增加动力，减重减阻。为了实现700千米/小时的速度目标，土井武夫自然要从这两方面做文章，首先就要为Ki-64配置强劲的动力。

当时，日本还没有可用的2000马力大功率航发，因此双发布局就成为必然选择。

然而，如果按照常规布局，将发动机对称布置在两侧主翼，虽然动力提升了，但正面投影增大，迎风阻力增加，将抵消部分增速红利，因此也就产生了纵向串联双发的非常规布局方案，在保持与单发飞机相当的迎风面积的同时，获得翻倍的动力，提速效果非常明显。

其实串联双发布局并非新鲜事物，比如设计了Do 335的道尼尔公司对纵列引擎布局的研究可以追溯到一战，并在两次大战之间在多个机型上得到实际应用。

在二战前，在欧美航空发达国家出现了诸多纵列引擎布局的试验机型，最著名的要算意大利在1931年设计的马基MC72水上竞速飞机，该机将两台发动机前后串联为一体，驱动2具共轴螺旋桨，其创造的活塞式水上飞机的速度纪录至今未被打破，但MC72饱受机械故障困扰，仅制造了5架，于1934年便早早退役。

土井曾考虑借鉴MC72的设计，但两台发动机整体串联将占据大半机身，使座舱位置过于靠后，视野非常受限，作为战斗机是不能接受的，只能放弃。

■保存在博物馆内的马基MC72水上飞机，其创造的709千米/小时的活塞式水上飞机速度世界纪录至今未被打破。

■马基MC72使用的串联式发动机，因为占用空间太大，这一布局未被Ki-64采用。

土井武夫最后为Ki-64选择的动力布局类似于德国Do 335和荷兰福克DXXIII型的分离式布局，将两台Ha-40发动机分别安装在机首和驾驶舱后方的机身内，但与Do 335和DXXIII将两具螺旋桨分别置于机身首尾不同，Ki-64的前后发动机通过一根长传动轴相连，共同驱动机首的双重共轴反转螺旋桨，前后两组螺旋桨均为三叶，前发动机驱动后桨叶，后发动机驱动前桨叶。

由于始终无法解决前后桨叶独立变距的联动机构的设计难题，Ki-64采取了折衷方案，前桨叶为可变距螺旋桨，而后桨叶为固定距螺旋桨，两者相互独立运行，旋转方向相反。

如前所述，串联双发布局可以在不增加迎风面积的情况下提升动力，是Ki-64实现高速目标的核心设计，而共轴反转螺旋桨可以消除单螺旋桨的扭矩效应，有利于提高操控的稳定性。

两台串联的Ha-40发动机被赋予Ha-201的新编号，单台功率1175马力，起飞总功率可达2350马力，远超同期所有日军战斗机的输出功率。

■今日在博物馆内保存的Ha-40发动机，即川崎公司生产的DB601A仿制版本。

减阻神技翼面冷却

敲定动力方案，土井还要在减重减阻上发掘提速潜力。

除了连续曲线流线型机身和埋头铆钉这些常规手法之外，Ki-64还通过应用超硬铝合金和应力蒙皮结构，在保证机体强度的同时，减少机体加强筋数量，将机体结构重量控制在1800千克以内，还尽可能减少机身和机翼表面的突出物，对必不可少的开口也都进行了减阻修形设计。

驾驶舱采用当时堪称前卫的气泡式风挡，与机体线形完美融合，即保证了全向视野，又减少了飞行阻力。

不过，Ki-64最核心的减阻措施是对发动机冷却系统的特殊设计。

■现代电脑3D复原的Ki-64战斗机，可见机体线形非常流畅，减阻设计非常出色。

众所周知，采用液冷发动机的飞机通常会设置突出在机体表面之外的散热器，通过空气流动为冷却液降温以循环使用，但散热器也成为显著的阻力源。

此外，在空战中一旦散热器中弹损坏，将使引擎冷却系统失效，导致发动机过热而丧失动力，也是机体防御上的一大弱点。

为了解决这个难题，土井武夫大胆采用了新颖独特的翼面蒸汽冷却系统，其原理是将被加热汽化的冷却水通过水泵和管路输送到主翼上，利用翼面高速气流降温。

不过，翼面蒸汽冷却方式并非土井的创意，而是借鉴了隔壁海军从德国引进的2架He 100战斗机，该机就采用了这一创新的冷却方式。

■日本海军引进的德制亨克尔He 100战斗机模型，Ki-64借鉴了该机独特的翼面蒸汽冷却系统。

Ki-64将主翼外段和襟翼作为冷却面，冷却总面积达到24平方米，在两侧主翼内各设一个容量70升的冷却水箱。

在发动机水套内吸收热量的冷却水，以水蒸汽的形式被水泵送入机翼冷凝管路中，在冷却水箱内降温凝结，再将冷凝水重新泵回发动机，实现冷却循环。

前发动机利用利用左翼冷却面，后发动机利用右翼冷却面。

为了验证这套冷却系统的有效性，川崎公司进行了大量风洞实验，还特意改装了1架Ki-61战斗机，用于测试翼面冷却系统。

由于采用翼面冷却方式，Ki-64取消了机腹的大型散热器，仅有一个扁平的辅助散热器用于地面操纵，明显减少了阻力，测试表明使飞行速度提高了40千米/小时。

而且，冷却系统平摊在机翼结构内，即使被枪弹命中，也不会导致整个系统的失效，提高了生存性。

当然有利也有弊，由于冷却系统和机翼机炮占用了大部分机翼空间，几乎没有布置油箱的位置，Ki-64的主油箱只能安装在前发动机和驾驶舱之间，也限制了其航程，还导致翼面结构复杂，增加了制造和维护的困难。

为了配合翼面冷却系统，土井武夫还一改以往稳健的设计风格，为Ki-64选择了由东京帝国大学航空研究所谷一郎教授主持设计的LB翼型，即层流翼型，而在此前土井始终避免采用这种前沿翼型，而倾向于使用常规翼型以求稳妥。

■ki-64（右）与Ki-61（左）的机体对比图，可见Ki-61机腹有大型散热器，而Ki-64机腹平坦，仅有一个扁平的辅助散热器。

在武器配置上，Ki-64在两侧主翼内各安装1门Ho-5型20毫米机炮，另外可在机首上部安装2门同型机炮或2挺Ho-103型12.7毫米机枪，但是机首空间狭窄，而且前方又是双重反转螺旋桨，射击协调装置需要特别设计，技术细节不详。Ki-64最终仅完成了一架无武装的原型机，无从验证其武器效能。

■泰国空军博物馆保存的二战日军航空武器，自左向右依次为：九七式7.7毫米航空机枪，Ho-103型12.7毫米航空机枪和Ho-5型20毫米机炮。

标新立异进度拖沓

在土井武夫及其团队的精心设计下，Ki-64在纸面上表现出诱人的技术魅力，其性能令陆军充满期待。

尽管是双发重型战斗机，但Ki-64依然采用单发战斗机常用的单座低单翼单垂尾常规布局，至少从外观上与单发机区别不大，甚至有些像是Ki-61的加长加宽版本。

纤细流畅的线形和独到的减阻设计赋予其光洁丝滑的身姿，尽显高速战机的气质，不过它到底能飞多快，多能打，还得先飞起来再说。

然而，这一天却迟迟没有到来。

Ki-64可以说集中了当时日本航空界所有能想到的前沿技术，诸如串联双发布局、翼面蒸汽冷却、层流翼型，无论对于日本陆军，还是川崎公司，都是前所未有的技术创新。

然而，如此多的新技术都结合在一个机体上，也就意味着存在太多的不确定性和潜在的技术风险，仅冷却系统一项就耗费了大量时间进行实验改进，加上同步推进的Ki-60、Ki-61项目分散了资源，导致Ki-64的研发进度大为拖延。

■川崎Ki-60战斗机原型机，因为性能未能达标而被取消研制。

从1941年夏季开始，Ki-64的研发进度大幅放缓，其中一个原因是Ki-60单座重战的原型机在试飞中暴露出设计缺陷，在与德制Bf 109E和同样作为重战设计的Ki-44的对比测试中，没有展示出明显的性能优势，因此被取消研制，川崎公司转而将资源集中于Ki-61项目，使设计人员无暇顾及Ki-64。

■由中岛公司开发的Ha-45/誉发动机是日本在二战后期普遍采用的大马力空冷发动机。

另一个不容忽视的因素是，国产2000马力空冷发动机Ha-45（海军版为“誉”发动机）顺利通过海军的耐久试验，实用化前景明朗。

相比结构复杂、制造困难的串联Ha-201发动机，结构更简单、维护也容易的大马力空冷发动机显然更有性价比。

如此一来，Ki-64的技术光环和实用价值顿时黯然失色。

■在博物馆内展出的Ha-140发动机，是Ha-40的升级版，计划安装在Ki-64改上。

随着太平洋战争的爆发，陆军迫切需要能够尽快投产参战的实用机型，而不是短时间内无法上天的高技术机型，于是Ki-64于1941年12月被降级为实验机型，优先级也被大幅调低，在战争期间低调而缓慢地继续研发。

陆军提出了新的设计目标，希望换装两台升级版Ha-140发动机，串联为Ha-321发动机，使输出功率达到2800马力，从而挑战800千米/小时的极速，还计划采用新的双桨联动变距装置，提高飞行性能，川崎内部将这个方案称为Ki-64改。

然而，Ha-140始终没有达成完全的实用化，Ki-64改也成泡影。

独苗一根终成遗珠

经过三年有余的打磨，Ki-64的一号原型机终于在1943年12月完工，并在当月由陆军航空本部的资深试飞员黑田利雄少佐驾驶，在岐阜机场成功首飞，试飞表明飞行状态稳定，操纵性符合预期，在3000米高度达到620千米/小时的平飞速度，令一众技术人员和军方要员颇为振奋。

之后一号原型机又密集进行了三次试飞，在5000米高度飞出690千米/小时的极速，距离军方指标仅一步之遥，爬升率为5分钟/5000米，比设计指标更优秀，机动性甚至不弱于Ki-61！

■Ki-64战斗机一号原型机侧视图，机首红色闪电图案意味深长，于1943年12月首飞。

■在地面试车的Ki-64一号原型机，它也是仅有的一架原型机。

然而，试飞也暴露出翼面冷却系统散热效率不稳定，前后发动机功率输出不平衡，以及共轴螺旋桨存在振动等问题，还未等到技术人员给出具体解决方案，致命的灾难降临了。

1943年12月底，Ki-64在第五次试飞中后发动机突然起火，所幸黑田利雄经验丰富，成功迫降，但机体损毁严重，失去修复价值。

事故原因是冷却系统压力过大导致冷凝管路破裂，暴露出翼面冷却系统的先天缺陷。

川崎公司于是计划放弃翼面冷却而回归传统冷却系统，然而战争形势已经发生逆转，日本国内资源供应日益紧张，必须优先保证技术成熟的量产实战机型的生产，因此Ki-64于1944年6月被中止研发，寿终正寝。

■Ki-64试飞时留下的极少数照片之一，最初的试飞展示出优良的飞行性能。

■在地面进行测试的Ki-64一号原型机，在第五次试飞中发生事故损坏。

战争结束后，美军情报人员在明石工厂和岐阜机场的机库内发现了从未修复的Ha-201发动机和和一号原型机，产生了浓厚兴趣，将其运回国内的莱特机场进行深入研究，并在调查报告中给出如下评价：

“发动机采用串联配置，在日本飞机中独一无二，其机翼表面冷却方式足以引起美国设计师们的兴趣。该机设计良好，采用埋头铆钉的机身结构与美国飞机相比毫不逊色。”

来自对手的评价无疑是Ki-64最好的悼词。

■战后美军在岐阜机场机库内发现的Ki-64一号原型机，发动机和螺旋桨已被拆除。

从技术上说，Ki-64是日本航空界的一项创举，在缺乏大马力发动机的情况下，为打造超越时代的高性能战斗机，而对自身技术极限的一次跨越式挑战。

讽刺的是，为了追求高性能而引入的新技术本身，最终却成为一把双刃剑，彻底阻断了它飞向实用化高空的可能。

■Ki-64完成预想图，过多的新技术反而阻碍了该机最终实现实用化。