斯奈克瑪的“甲蟲”

立式垂直起降

二戰末期，德國本土遭受盟軍戰略轟炸，已千瘡百孔，急需先進的本土防空戰斗機。除了噴氣式戰斗機外，德國人還準備發展垂直起飛的點防御戰斗機。巴赫姆提出了Ba 349火箭動力戰斗機、福克·沃爾夫提出了Triebflügel（推力翼）、亨克爾提出了“黃蜂”和“云雀”方案參與競爭。由于福克·沃爾夫和亨克爾的方案無法滿足進度要求，最后只有Ba 349投產，但也未能參加實戰。

二戰后的1948年，美國海軍提出研制能從軍艦甲板上垂直起降的戰斗機，洛克希德和康維爾分別提出了XFV-1和XFY-1方案，都安裝艾利森YT40渦槳發動機，驅動兩幅寇蒂斯反轉螺旋槳，不過XFV-1是平直翼和“X”型尾翼布局，XFY-1是無尾三角翼布局。兩家公司都制造了一架原型機進行試飛，成功實現了垂直起降，但最終因性能落后以及危險重重的垂直降落過程而被取消。

1953年瑞恩航空獲得美國空軍的合同研制X-13噴氣式垂直起降飛機。X-13是無尾三角翼布局，安裝一臺4500力（44.1千牛）推力的羅·羅“阿汶”渦噴發動機。該機沒有傳統的起落架，依靠頭部的鉤子掛在吊桿上，在1957年進行了成功的垂直起降演示。

茲博羅夫斯基博士的“金龜子”

奧地利人赫爾穆特·馮·茲博羅夫斯基博士在二戰時曾擔任過德軍佩內明德基地和BMW的工程師，1950年在法國創立了茲博羅夫斯基技術局（BTZ），致力于立式垂直起降環翼機的研究。

環形翼可看做是翼尖相連并經過圓整的雙翼，升力高于雙翼，并且不存在橫滾穩定性問題，非常適合立式垂直起降飛機，并且環形翼還具有結構重量輕、高速特性好、以及易于安排立式飛機的起落架等優點。茲博羅夫斯基博士設計了一系列的環翼機，并統統按鞘翅目甲蟲（法語單詞是Coléoptére，該詞后來成為了立式垂直起降環翼機的專有名詞）的名稱為這些方案命名。

茲博羅夫斯基博士的“甲蟲”方案不光有戰斗機，還有運輸機、偵察機、觀光機，用途十分廣泛。其中第一款“金龜子”1S，這是一種小型單座立式環翼機，機身上半部分是覆蓋有大面積風擋玻璃的單座座艙，飛行員呈直立姿勢站立（升空后轉入水平飛行時就變成俯臥姿勢了），起降時的視界極佳，這種風格的座艙也被后來的BTZ“甲蟲”所繼承。“金龜子”1S機身的下半部固定在環翼的中心，環翼兩側是兩個流線型渦軸發動機艙，驅動環翼內的兩副對轉螺旋槳。環翼底部有4片用于姿態控制的副翼，發動機艙底部兼做起落架，與另兩個流線型起落架鼓包一起呈十字形分布在環翼底部。“金龜子”1S奠定了“甲蟲”家族的基本氣動布局。

BTZ 511-05“金龜子”III是五座觀光機，座位全為坐姿，機身下方（平飛姿態時）安裝兩臺透博梅卡“馬可杜”II渦軸發動機，驅動環翼內的兩副三葉對轉螺旋槳。

“金龜子”IIIA的座位增加到六個，飛行員與“金龜子”1S一樣為立姿，解決了“金龜子”III起降時的視界問題。該機更換了功率更大的“阿都斯特”渦軸發動機，飛機高5米，環翼直徑4.2米，最大起飛重量增加到2600千克，最大航程增加到2400千米。因為飛行員在垂直降落時無法直接看見降落場地，所以該機安裝了高度計和電子降落報警系統（類似于汽車的倒車雷達）。

BTZ 511-16“蜣螂”是第一種作戰型號，用于探索“甲蟲”進行反潛及近距空中支援的可行性。該機安裝四臺1000馬力（735千瓦）的透博梅卡“特莫”IV或GE T58渦軸發動機，每兩臺發動機驅動一副螺旋槳。乘員坐在可翻轉90度的座椅上，可以始終保持坐姿。該機環翼底部安裝了可收放起落架。預計該機的最大起飛重量7300千克，可掛載500千克的武器，最大速度600千米/小時，續航時間6小時。

“豆象”是輕型環翼攻擊機和戰斗機，整個飛機就是一臺大型沖壓發動機，環翼就是沖壓發動機的外壁，從而大大降低了重量。但沖壓發動機因為沒有機械壓氣機，所以需要一定的初始速度才能進行進氣壓縮和點火燃燒，并且在1.5馬赫的速度下運轉效率不高。所以安裝沖壓發動機的飛行器必須依靠助推手段才能達到沖壓發動機的啟動速度。

為此茲博羅夫斯基博士想出了獨辟蹊徑的解決方案，那就是在“豆象”機身內再安裝一臺帶加力燃燒室的“阿塔”渦噴發動機，從座艙后方的環形進氣口進氣，在飛機起降時提供動力并負責把飛機推進至1440千米/小時的超聲速。然后沖壓發動機點火，使“豆象”維持超聲速巡航飛行。同時代的諾德N.1500“鷹獅”和勒杜克O.22沖壓動力驗證機都采用了這種混合式發動機布置。“豆象”的座艙有兩種布局，一種飛行員呈立姿（臥姿），另一種是傳統的坐姿，后一種布局的機身直徑要大一些。“豆象”機高8.23米，環翼直徑2.74米。

斯奈克瑪的野望

1945年法國土地神-羅納發動機公司進行了國有化，成為法國國營航空發動機研究制造公司（SNECMA，斯奈克瑪）。雖然剛剛成立，但該公司在渦噴發動機方面卻擁有雄厚的技術實力，因為在二戰結束時瑞士邊境的里肯巴赫BMW003工廠就在法軍占領區內，斯奈克瑪獲得了全套渦噴發動機的生產設備和德國技術人才。1946年斯奈克瑪在法國中部羅亞河畔的德西茲成立了里肯巴赫航空工作室，縮寫為“阿塔”（Atar），在BMW003基礎上開始了法國渦噴發動機的研制。

斯奈克瑪的野心不僅在發動機方面，還想涉足飛機制造。20世紀50年代初，北約對垂直起降戰斗機的需求與日俱增。1952年1月在法國和德國政府的小額資助下，斯奈克瑪與BTZ合作開始了2馬赫立式垂直起降截擊機的研制，斯奈克瑪收購了博士的專利，茲博羅夫斯基也成為斯奈克瑪垂直起降飛機技術部門的負責人。

斯奈克瑪最初的兩個方案并沒有采用茲博羅夫斯基博士的環翼設計，看起來就像是改用渦噴發動機的XFY-1和XFV-1。經過反復的論證后，斯奈克瑪最終還是決定在“豆象”的基礎上設計新機，這就是C.450方案。該機取消了復雜的沖壓發動機，安裝一臺“阿塔”101發動機，單座座艙具有傳統的戰斗機式樣的風擋與座艙蓋，飛行員為坐姿。C.450有兩種進氣方案，分別是機頭進氣和兩側進氣。憑借環翼帶來的重量優勢，茲博羅夫斯基博士預計C.450能在兩分鐘內爬升到15000米。1952年12月C.450模型在戛納通過了風洞測試。

立式垂直起降飛機的研制難點在于垂直起降時需要進行精確三軸控制，才能糾正因陣風、發動機扭矩和其他因素引起的姿態變化。為此斯奈克瑪在1953年制造了“螯蝦”動力模型，該機自重30千克，安裝一臺推力40千克力（0.39千牛）的脈沖發動機，這種發動機沒有旋轉部件，所以運轉時不產生扭矩。斯奈克瑪在噴管偏流技術上頗有心得，他們在“螯蝦”發動機尾噴管末端安裝了偏流板，可提供最直接的矢量推力進行姿態控制。1954年3月“螯蝦”在距巴黎48千米默倫-維拉羅什機場的斯奈克瑪研究中心進行了系留試飛，對矢量噴管進行了驗證，證明了噴管的實用性。

“阿塔飛行器”

20世紀50年代中期，斯奈克瑪在發動機領域獲得重大突破。先是在1954年研制出了能產生2900千克力（28.4千牛）推力的“阿塔”101D，然后又在該型號的基礎上研制出了適合立式垂直起降飛機使用的“阿塔”101DV，為垂直姿態運轉進行了優化，并配備了偏流板矢量噴管。

1955年1月斯奈克瑪制造了一個被稱為“阿塔飛行器”的垂直起降測試臺，編號C.400 P1。C.400 P1基本上就是一個安裝“阿塔”101DV發動機的直筒，內部安裝了遙控裝置、自動駕駛儀，底部安裝了四輪起落架，在重心位置圍繞發動機布置了環形油箱，載油500千克，可供該機飛行4分鐘。

“阿塔”101DV的矢量噴管只能解決測試臺的縱軸控制，因發動機扭矩產生的滾轉怎么解決呢？斯奈克瑪決定在C.400 P1下方增加四組十字形布置的滾轉控制噴嘴，每組兩個噴嘴沿著起落架伸出，分別面向相反方向。噴嘴從“阿塔”101的壓氣機引出高壓空氣噴出即可控制滾轉，同向噴嘴全開時可消耗掉壓氣機進氣量的4%。為了實現懸停狀態的平移，C.400 P1的直筒中部還安裝了一圈平移噴嘴，同樣從壓氣機引氣。C.400 P1自重2500千克，推重比達1.16。

C.400 P1沒有飛行員，依靠遙控裝置控制發動機的油門與平移噴嘴，實現爬升、懸停、平移與下降。姿態控制全交給自動駕駛儀，根據陀螺給出的姿態數據，向水平噴嘴的電磁液壓閥和矢量噴管發出控制信號，以此來保持飛機三軸姿態上的穩定。

C.400 P1先是測試了改進型燃油系統，1955年2月開始測試高溫燃氣對地面的影響，3月開始測試矢量噴管，5月該機轉移到垂直起降試驗場準備進行系留試飛。為了確保安全，斯納克瑪在試驗場搭建了35米高的人字形支架，支架頂部垂下一根鋼纜系住C.400 P1的頂部。原理類似于攀巖運動的保險繩，萬一C.400 P1在試飛中失去平衡，或者發動機熄火，也不會墜毀。

1955年10月C.400 P1進行了首飛并完成了滾轉機動，飛行器如脫韁野馬般劇烈搖晃，振動是如此之大以至于有時中斷了地面遙控車對飛機的控制。參加首飛的工程師說：“我們就像初學自行車一般，在P1著陸之前要竭力保持平衡！”。12月29日法國國防部接手試飛工作。C.400 P1在系留試飛中表現出色，實現了三軸的自由移動。1956年6月13日P1在遙控下進行了首次脫離保險繩的自由飛行。在試飛中“阿塔”101DV表現可靠，高溫燃氣對場地的灼燒可忽略不計。斯納克瑪的工程師發現發動機噴管距地面的距離至少要大于噴管的直徑，才能獲得滿意的初始推力。P1共進行了205次試飛，對陣風下的姿態控制進行了深入研究。

接下來的C.400 P2在頂部增加了飛行員的彈射座椅、儀表和操縱桿，可以遙控也可以手動操縱，此外還加強了平移噴嘴，從P1的單排噴嘴改為雙排噴嘴。1956年底P2下線，1957年初試飛員奧古斯特·莫雷爾開始在C.400 P2上進行地面訓練，4月8日C.400 P2進行了首次系留遙控試飛。莫雷爾回憶道：“P2離開地面、發動機振動減弱后我才能聽清耳機中的聲音”。1957年5月14日莫雷爾進行了首次有人駕駛自由飛行，6月P2出現在巴黎航展上，莫雷爾駕駛該機進行了懸停和平移的表演，表演中最大傾角達到了25度，在觀眾中引起了極大的轟動。很快莫雷爾就開始抱怨沒有高度表，只能憑發動機聲音的變化來判斷飛行器的高度。最后斯奈克瑪的工程師在機身上安裝了光學高度表系統，該系統向下投射一束強光，通過測量著陸場反射的光斑強度來計算出高度。到1958年春，P2已經完成了123次自由飛行。

1957年夏完工的C.400 P3是地面測試機，換裝了3500千克力（34.3千牛）推力的“阿塔”101E發動機，機身不再是個直筒，機頭有了封閉式座艙的外觀和兩側進氣口。在測試中，P3被尾部朝前倒置平放在一輛軌道車上，然后啟動發動機，軌道車在拖車的帶動下保持40～80千米/小時的速度，用以研究快速下降過程中發動機尾氣對周圍氣流的影響。

斯奈克瑪的“甲蟲”

在“阿塔飛行器”完成測試后，斯奈克瑪要開始制造一架正直能飛的C.450環翼機了。制造C.400這樣的直筒容易，制造C.450就麻煩多了。斯奈克瑪沒有飛機方面的制造經驗、技術與設備，于是在1958年委托法國國營北方航空（Nord，諾德）制造該機，并沿襲了茲博羅夫斯基博士的“甲蟲”家族綽號，將該機直接稱為“甲蟲”。

C.450“甲蟲”基本上就是增加了環翼的C.400 P3，整機采用全金屬半硬殼結構，主要采用高強度鋁合金制造。機高8.02米，環翼外徑3.2米，內徑2.84米，弦長3米，最大厚度0.18米，等效翼面積18平方米。環翼內有三根環形翼梁，第一和第二根翼梁間是機翼整體油箱，可載油700千克。機身通過十字形支撐結構與環翼連接。十字形起落架采用油氣減震支柱，底部安裝有小直徑萬向機輪，輪距2.95米。起落架支柱外側安裝有四片三角形十字舵面，除此之外沒有環翼副翼，算上十字舵后該機的翼展為4.51米。

“甲蟲”安裝一臺帶偏流板矢量噴管的“阿塔”101E-5V發動機，油路轉為直立運轉進行了優化，最大推力3690千克力（36.2千牛）。飛機最大起飛重量3000千克，推重比達1.23。因為大直徑環翼可以抵消發動機的扭矩，所以“甲蟲”沒有沿用“阿塔飛行器”復雜的滾轉噴嘴（也有資料指出“甲蟲”沿用了滾轉噴嘴，但從現存照片上并沒發現滾轉噴嘴的安裝跡象）。該機在垂直起降時的低速俯仰姿態控制由矢量噴管負責，高速俯仰姿態控制由十字舵負責，兩者共同完成垂直爬升到水平飛行的姿態轉換，此時機頭兩側的可伸縮邊條伸出以增加穩定性。

“甲蟲”的機頭類似于傳統戰斗機，兩側進氣口稍稍向下斜切，底部增加了一道輔助進氣口，以便在姿態轉換飛行中提供穩定的進氣。蛤殼式整體座艙蓋包含了單片式風擋，這在當時是很先進的。該機的彈射座椅由南方航空研制，在垂直起降時可自動向上傾轉55度，并在座艙左側設置了第二套輔助飛行儀表，使飛行員由仰臥姿態變成坐姿，提高了舒適性。此時座艙兩側和底部的舷窗可為飛行員提供向下的視界。座艙沒有提供方向踏板，只有一根三軸操縱桿，除了傳統的X、Y軸，操縱桿還可以左右旋轉提供Z軸。操縱桿的偏移和旋轉幅度被轉換成電子信號，由液壓操縱系統控制矢量噴管和十字舵的運動，這就是早期的模擬式線傳操縱系統，但沒有自動增穩系統，全靠飛行員的經驗與技術保持飛機的平衡。斯奈克瑪還為C.450設計了專門的運輸與發射專用拖車，自備一個折疊液壓起豎支架，用于把C.450豎起在發射場地上，這大大提高了 “甲蟲”的地面機動性。

1958年4月首架原型機C.450-01交付斯奈克瑪研究中心，在經過了漫長的地面測試后，1959年4月17日奧古斯特·莫雷爾駕駛“甲蟲”進行了首次系留試飛。5月11日莫雷爾在默倫-維拉羅什進行了首次持續了3.5分鐘的自由飛行。C.450先是優雅地垂直上升到指定高度，又成功完成了小角度傾斜懸停，整個過程發動機響應平順。在隨后的試飛中C.450完成了1000米高度的垂直懸停。在第六次試飛中，莫雷爾從870米高度開始下降，突然“甲蟲”開始不受控制地滾轉并且迅速掉高度，幸好莫雷爾眼疾手快，及時加大油門改出，最終安裝降落。從這次試飛后，為了安全起見，斯奈克瑪規定垂直降落速度不得超過7米/秒的安全值，懸停高度不得超過600米，并在400米和1000米高度設置兩架“云雀”直升機伴飛進行觀察。

1959年7月25日莫雷爾駕駛C.450進行第九次試飛，這次試飛的目的是模擬轉換飛行的基本機動。最初的爬升一切順利，然后莫雷爾以36度極限迎角向前平飛了數秒，然后回到垂直懸停模式并開始下降，成功完成了姿態轉換機動。此時一架伴飛直升機通知莫雷爾已經超過了高度限制，高度達到了950米，莫雷爾掃了一眼垂直速度表，發現下降速度達到了10米/秒，隨后“甲蟲”失去了平衡，開始滾轉并搖擺著快速下降。莫雷爾想這可能是上方伴飛直升機湍流導致的，呼叫直升機趕快離開，同時加大油門使發動機全功率運轉，但為時已晚。飛機已經不受控制，在離地50米、飛機呈50度迎角姿態時莫雷爾彈射，由于高度太小降落傘無法完全打開而身受重傷，最終結束了飛行員的生涯。莫雷爾彈射后“甲蟲”開始橫飛加速，然后一頭撞向地面爆炸成一團火球。

這次事故表明斯奈克瑪“甲蟲”在設計上存在嚴重缺陷，由于沒有滾轉噴嘴，在起降時C.450會緩慢滾轉。該機的儀表也不夠完善，在一次試飛后，莫雷爾表示垂直速度計簡直就是擺設，并抱怨在降落時無法實現精確轉向。最要命的是“甲蟲”先天穩定性不佳，以當時的技術條件根本無法解決垂直起降過程的穩定性問題，也就無法實現垂直上升與水平飛行的安全轉換。1957年6月14日《飛行雜志》這樣評價“甲蟲”：“該機以最大推力狀態只能運行5分鐘的續航時間顯然無法滿足防務要求，并且在垂直起降時發動機一旦出了問題，飛行員就只能彈射了。”

1958年，原西德政府決定為重建的德國空軍采購洛克希德F-104“星”戰斗機而不是“甲蟲”，這標志著北約已經失去了對立式垂直起降飛機的興趣，轉向了更實用更常規的垂直起降飛機，最終催生了一代名機“鷂”式。在沒有資金來源后斯納克瑪終止了“甲蟲”項目，正在制造中的第二架原型機永遠未能完工。

故事的結尾

茲博羅夫斯基博士在C.450項目終結后解散了BTZ，回到老東家——西德BMW集團工作。他為斯奈克瑪留下了許多稀奇古怪的環翼機設計方案，其中不僅有立式垂直起降飛機，也有環翼導彈，這些方案被歸檔封存，從此湮沒在航空史的長河中。

1953年提出的AP.466截擊機方案具有可收放起落架和火箭助推器，座艙可布置為立式或坐式。AP.466分E、G、H三種方案，其中最大型的方案最大起飛重量10噸，預計最大速度超過2馬赫，初始爬升率285米/秒，可在35秒爬升到10000米。AP.466機高從7.46米到9.65米，環翼直徑3米。AP.466的性能參數是美好的，但斯奈克瑪卻沒有與之配套的大推力發動機。

1954年提出的AP.503 G-7是亞聲速方案，安裝一臺帶加力的“阿塔”101G-32發動機，最大速度只能達到0.96馬赫。該方案為對地攻擊進行了優化，最大起飛重量3760千克，機高8.9米，環翼直徑2.62米。

最先進的AP.507E方案為空戰進行了優化，采用獨特的半環形機腹進氣口，機身細長以盡量降低阻力，預計最大速度達3馬赫。座艙可布置為立式或坐式，頂部安裝有潛望鏡使飛行員能看到前方。環翼外側掛載兩枚空空導彈。機頭處有一對小鴨翼，用以在轉換飛行時保持穩定性。預計該機最大航程900千米。

但隨著“甲蟲”的墜毀，上述方案都再也沒有離開繪圖板。20世紀50年代末，美國希勒直升機公司在“甲蟲”的啟發下提出研制VXT-8，也僅僅發展到全尺寸模型階段。斯奈克瑪C.450“甲蟲”迄今為止仍然是航空史上唯一進行了飛行的立式垂直起降環翼機。