脑洞大开！小火箭讲述火箭助推起飞简史
微信号：小火箭
微信ID：ixiaohuojian
小火箭出品
本文作者：邢强博士
本文共4755字，53图。预计阅读时间：35分钟。
如今，在一些航空航天的发展依然不够均衡的地方，航空与航天仍是两个相对来说比较独立的领域，而与之对应的，就是热爱航空与痴迷航天的工程师与爱好者分为了两个不同的圈子。
2006年1月19日，一枚宇宙神5型551运载火箭将新视野号深空探测器送入太空。
宇宙神5型火箭的研制单位，是当今世界上最大的军火巨头洛克希德·马丁公司。
按小火箭公号文章《新鲜出炉！小火箭盘点全球军火巨头！》该公司以472.481亿美元的销售额，稳居全球军火巨头的第一把交椅，比第2名波音公司的军火销售额足足多出了近177.5亿美元。
洛克希德·马丁的年营业额相当于零售业巨头世界500强之首沃尔玛公司的十分之一。
以研制重型运载火箭和三叉戟潜射洲际弹道导弹为代表的导弹武器装备闻名的洛克希德·马丁同样会以F-35战斗机的主承包商的身份为人所知。
因此，洛克希德·马丁是一家在航天与航空领域均有拿得出手的产品的公司。
世界第二大军火巨头波音公司研制的B-52轰炸机以及其他航空器让波音公司成为了一家著名的航空领域的集团公司。
不过，波音公司研制的诸多弹道导弹与上图这枚携带黎明号深空探测器在卡纳维拉尔角发射场升空的德尔塔2型7925运载火箭则表明波音同时也是一家在航天飞行器领域较有建树的集团公司。
小火箭致力于飞行器设计与工程，因此非常期待有一天，我们也终于能够从飞行器的视角以工程师的眼光来看待航空航天，真正把这两个目前稍显割裂的领域融合起来。
不过，实际上，在多年以前，借助工程师的脑洞，火箭与飞机之间有过非常不错的结合。
1954年4月15日，改进版本的B-47战略轰炸机在火箭发动机的辅助下短距起飞的场景。
本文，让小火箭与大家一起，回顾和梳理一下火箭助推起飞技术的发展简史吧！
发轫
有关固体火箭助推器，追本溯源的话，我们可以从北宋时期的《武经总要》这部书中找到人类有史以来最早可靠记载的黑火药的配方。
而黑火药是人类最早使用的火箭动力（虽然用现代火箭动力学和发动机设计原理的角度来分析，黑火药的等效比冲还不到100秒，但是放在那个时代环境中，依然是个前无古人的了不起的发明。）
小火箭能够找到的人类最早的以固体火箭助推器为动力来源的固定翼飞机就是上图这款了。
1928年6月11日，德国工程师亚历山大·利皮施博士设计的人类首款（至少小火箭是这么认为的）火箭助推起飞固定翼飞机首飞成功。
该机采用鸭式布局方案，机身尾部有两台推力为196.2牛的黑火药固体火箭发动机。
该机的设计细节，小火箭会在后续文章中详细分析。这两台火箭发动机是接力工作的：左边那台发动机先点火，30秒燃尽后，右边的发动机点火接力工作，同样工作30秒。
为了平衡黑火药燃烧过程中因质量减少对飞行器质心位置的影响，利皮施博士还在机身内部设计了可以移动的滑块。
说起利皮施博士，小火箭觉得不得不提他给梅塞施密特公司设计的Me 163战斗机。这是人类航空史上第一款用于实战的火箭动力战斗机。
发展
火箭助推起飞技术在用螺旋桨作为动力的固定翼飞机上的使用则可以追溯到大量狂热的飞行爱好者和工程师的大胆尝试。
上世纪30年代，美国的工程与研究公司（这名字一听就好拽啊）的首席设计师弗雷德·维克开始逐渐展露出他的设计天赋。
上图为他设计的一架W-1型飞机正在NACA的全尺寸风洞中进行吹风试验。
弗雷德·维克设计的单发轻型飞机大获成功，从1937年首飞成功到1969年停产，这款飞机共生产了5685架，风靡了从第二次世界大战到人类登上月球这一大段时间。
为了让这款轻型飞机能够适应更加简易的机场环境，同时满足工程师天生的强烈好奇心，在大家的努力下，1941年8月12日，弗雷德·维克设计的这款轻型飞机在火箭发动机的推动下，拔地而起，成为北美地区首款借助火箭发动机助推起飞的固定翼飞机。
火箭助推起飞技术，终于也就从原本为了给滑翔机提供唯一的动力来源转变为与螺旋桨动力协同工作的好帮手了。
军事
在北美，弗雷德·维克的轻型飞机的探索在如火如荼地进行中，而在大西洋的彼岸，大英帝国的工程师们就没有这么好命了。
与维克的纯粹探索行为不同，英国工程师们开发火箭助推起飞技术基本上是因为迫于战争的需要不得已而为之的。
战争期间，德国的U艇对英国大西洋海上生命线的威胁与日俱增。这些无论是在第一次世界大战还是在第二次世界大战期间都颇有战功的潜艇让英国人伤透了脑筋。
后来，英国人想出了用战斗机为船队护航并进行海上巡逻的应对方案。上图为1941年在大西洋上空进行编队飞行的海飓风舰载战斗机。
既然是舰载战斗机，那就离不开航空母舰这样的平台了。
上图为一架海飓风舰载战斗机正在从维特斯号护航航空母舰上起飞的场景。
但是，面对采用狼群战术的德国U艇，英国的45艘护航航空母舰根本不够用。后来，美国开始大量建造护航航空母舰，供给英国使用。
上图为以C3-S-A1型货船的船身为基础，加装机库和飞行甲板而成的博格级护航航空母舰。
整个第二次世界大战期间，美国共下水了45艘博格级护航航空母舰，其中有11艘有编入美国海军舰队服役， 其余34艘刚一下水就立刻前往英国，成为了英国皇家海军的护航航空母舰，这也就是英国皇家海军攻击者级和统治者级护航航空母舰的来源。
除了争取获得更多的航母，英国工程师们也在考虑其他的解决方案。
上图是海飓风舰载战斗机的火箭助推起飞方案。在原本用于运载作战物资或者生活必需品的货轮的前甲板上，铺设一段导轨，然后把一架肚皮底下带有火箭发动机的海飓风舰载战斗机安置在上面。
当出现情况时，火箭点火，战斗机出发，去迎击德国的飞机或者U艇。
上图为1941年5月31日，英国皇家海军在苏格兰格里诺克基地进行火箭助推起飞秘密试验的场景。
如果小火箭的各位好友了解那个年代的飓风战斗机的生产和制造工艺的话，就会为火箭助推起飞捏一把汗了。
这种由大量女工参与，用金属结构加布制蒙皮制成的飞机，要骑着一团火焰起飞，想一想就蛮刺激的。
好在实战中这样使用的机会比较少。
不过，在小火箭仔细查阅了历史资料并进行统计后，发现：这种火箭助推起飞的海飓风战斗机还是挺厉害的。
1941年8月3日，也就是火箭助推起飞的海飓风战斗机秘密试验成功后刚刚过去2个月。她就迎来了第一次实战的机会。
英国飞行员驾驶火箭助推起飞的海飓风战斗机从货轮上紧急升空，一下子就击落了一架毫无思想准备的Fw 200四发远程侦察/轰炸机。
丘吉尔喜出望外，因为他非常忌惮Fw 200这款飞机，并将其称作“大西洋上空的祸害”。如今，借助火箭助推起飞技术，英国似乎找到了一种有效应对这种飞机的手段。
Fw 200性能优秀，经常长途奔袭来海上袭扰英国货轮，而该机提供的情报也为U艇的伏击提供了有力支撑。
1941年11月1日，货轮上的火箭助推起飞海飓风战斗机再次得到了一个拦截德军Fw 200的好机会。
不过，这一回Fw 200的飞行员已经得到了情报。当他们看到英国货轮的前甲板上冒出的一串火焰后，立刻反应到是海飓风来了，掉头就跑。
这一次，海飓风舰载战斗机追了很久，也没能追上，只能算是赶跑了Fw 200而未能将其击落。
好友们或许要问了，用火箭发动机助推起飞的海飓风战斗机该如何降落呢？
答：靠运气了。运气足够好的话，他们会在附近的陆上机场或者航空母舰上降落。运气不好的话，只好在海上跳伞，并祈祷被己方军舰或货轮搭救了。
英国皇家海军的L81就执行过搜救火箭助推起飞的海飓风战斗机飞行员的任务。
火箭助推起飞的海飓风舰载战斗机共执行过9次实战任务，击落8架德国飞机，另外还击伤了1架。
这9架火箭助推起飞的海飓风，有8架在燃料耗尽后，坠入大海。
这8架战斗机的8名飞行员，均跳伞成功。不过，其中有1人伤势过重，在救援驱逐舰赶来之前就牺牲了。
那另外的第9架海飓风哪里去了呢？
9架火箭助推起飞的海飓风战斗机中，其中有1架可以说是厉害了！
由火箭助推器驱动，从货轮前甲板上起飞的这架海飓风发现了两架He 111轰炸机。飞行员果断前往拦截射击。
在连续击落2架德军的亨克尔He 111轰炸机之后，飞行员波尔上尉认为这架海飓风战斗机仍能继续飞行。此时是1942年9月18日，大西洋的海水已经略显凉意。那滔天的巨浪也让波尔下定决心坚决不迫降在海里。
于是，波尔一边合理控制飞机的耗油率，一边寻找可以着陆的地方。最终，居然成功地看到一片陆地，并降落在一座苏联的空军基地中，创造了传奇。
对于最早发展火箭助推起飞技术的德国工程师来说，火箭与滑翔机之间始终存在着千丝万缕的联系。
上图这架梅塞施密特Me 321大型滑翔机正在火箭发动机的推动下展翅翱翔。
战后
战后，固定翼飞机的火箭助推起飞技术并未随着二战硝烟的散尽而埋入历史的尘埃，反而被各国工程师以各种理由在各种机型上大肆发展了起来。
从上图可以看到，在火箭助推起飞版本的波音B-47轰炸机的机身后部一侧有三行三列共9台火箭发动机。（另一侧也有这样的9台，共18台。）
看不太清楚？没事，小火箭有更好的角度来展示：
这是火箭助推起飞型B-47轰炸机一侧的9台火箭发动机的喷口。
后来，工程师们觉得，18台火箭发动机依然不够用，就设计了一个V型的支架，托在B-47战略轰炸机的机腹下方。V型支架的每一侧都有3排框架，每一排框架上有5台火箭发动机。也就是说，两侧共有整整30台火箭发动机！
1954年4月15日，改进版本的B-47战略轰炸机在30台火箭发动机的辅助下实现短距起飞的场景。
没有火箭助推的B-47，在满载后，需要3170米的滑跑距离才能起飞，而带有火箭助推系统的B-47则仅需2240米。
也就是火箭助推能够缩短B-47战略轰炸机30%的滑跑距离。
小火箭看到上图，也还是捏了一把汗。要知道，B-47为了追求升阻比（我估算了一下，大概在20左右），硬生生把机翼设计得非常非常薄。
薄到什么程度呢？连一块像样的机翼油箱都塞不进去。于是，B-47战略轰炸机大部分的燃油都囤积在机身腹部（这个和我们人类的腹部很像），而火箭发动机也是在这个部分点火的！
太拼了！
不过，说起最薄的机翼，F-104战斗机一出，其他飞机就该主动让位了。
而F-104也同样有火箭助推起飞的方案。
这种方案，某型反舰导弹也采用了，小火箭在这里就不详述了。
一架采用火箭助推起飞系统的格鲁曼TBF战斗机正在起飞。
一架洛克希德P-2V正在罗斯福号航空母舰上测试火箭助推起飞系统。摄于1951年。
BQM-74E无人靶机也采用了火箭助推起飞的方式。注意，这种尾焰的颜色比较特别。如何通过尾焰和尾烟的情况来判断固体火箭发动机的装药呢？
详见小火箭的公号文章《聊聊固体火箭发动机的推进剂》。
瑞士空军的一架达索幻影III战斗机在尝试采用火箭助推起飞。
C-130运输机，可以说是我们近几年能够看到的尝试以火箭助推方式起飞的最多的机型了。（在小火箭公号文章的末尾有相应的视频噢！）
离近一些看，C-130的起飞助推火箭长这个样子。
再近一些，可以看到火箭的喷口。
不能再近了，再近我就想试着去计算她的内流场了。
带滑撬的C-130用火箭助推的方式起飞中。
佩奇博士的胜利者轰炸机也尝试过的。有关该轰炸机，详见小火箭的公号文章《胜利者：英国迄今最后一款喷气式战略轰炸机（上篇）》。
经历过二战战火洗礼的轰炸机们也对火箭助推起飞感兴趣。
这架F-100D战斗机则干脆玩起了0滑跑距离火箭助推起飞。
该怎样结束小火箭的这篇文章，以便体现火箭与飞机本是一家的这个主题呢？
我觉得还得是B-47啊！
打眼一看，还以为是一枚火箭起飞了。
相关阅读：
https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=x0500habkhn&width=500&height=375&auto=0
版权声明：
本文是邢强博士原创文章，属小火箭悦读系列。网易新闻·网易号“各有态度”特色内容。欢迎朋友圈转发。
微信号：小火箭
微信ID：ixiaohuojian
欢迎 加入 小火箭 ，进入航空航天大家庭！
针对iOS的小火箭打赏二维码已补充。
感谢大家对文末广告的点击！