PBY卡特琳娜水上飞机的由来

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在二战史上没有一种水上飞机可以挑战 PBY 卡特林娜的地位，PBY 的生产前后延续了 10 年，使其成为产量最多的水上飞机，其数量甚至超过了二战其他水上飞机的总和。虽然PBY是二战时期最慢的飞机之一，甚至有人说PBY的领航员需要的不是无线电与秒表，而是一本日历，并称之为最鸡肋的飞机，但这并不影响PBY强悍的适应性和极为广泛的用途。从对地轰炸，反潜，侦察，反舰攻击直到运送突击队，PBY堪称二战时期作战性能最为广泛的飞机，也是全世界至今影响力最大的水上飞机。
当时美国海军向航空工业界提出巡逻机招标，最后的竞争在联合 XP3Y-1 和道格拉斯 XP3D-1 之间展开。这两种机型都成功地完成了试飞项目并达到了所有性能指标，且没有重大缺陷。由于性能不分伯仲，竞争在价格上展开，联合单机价 9 万美元（当年币值），比道格拉斯低了两万美元，赢得了合约。
英国空军在 1940 年 11 月接收首批 PBY 后不久，将其命名为“卡特林娜”，得名源自加州沿海旅游胜地卡特林娜岛。美国在 1941 年正式将“卡特林娜”定为 PBY 的绰号时，两国之间有许多的武器装备已经使用相同的型号/绰号。而同为英联邦的加拿大皇家空军使用的 PBY 则被称为“坎索（Canso，加拿大坎索海峡）”，水陆两用型为“坎索 A”。除此之外，PBY 还有一个被称为“游牧民（Nomad）”的改型，这就是改进自 PBY-5 的 PBN-1，1944-45 年间在费城海军飞机厂少量生产。
可以说没有二战，就没有卡特林娜的成功。当 1939 年最后一架 PBY-4 交付时，美国海军认为其已经过时，此时 PBY 的后继机已经在研制中，其中有双发的 XPBM 水手（Mariner），4 发的 XPB2Y 科罗纳多（Coronado）和 XPBS。失去了美国海军的继续支持后，联合公司依靠来自英国、加拿大、澳大利亚、法国和荷兰的订单来维持 Model 28-5（PBY-5 出口型）的生产。由于 PBY 是战前盟军唯一能大规模生产的水上巡逻机，迫于欧洲战争的爆发，1939 年 12 月，美国海军重新定购了 200 架 PBY-5，这是自一战以来美国海军最大手笔的单次航空器订单，也奠定了 PBY 难以撼动的地位。 PBY 是联合公司著名的航空工程师艾萨克.麦克林.“麦克”.拉顿（Isaac Macklin “Mac” Laddon）主持设计的。1920 年代中期，联合公司创始人鲁宾.弗利特（Reuben Fleet）决定将公司业务从成功的初级教练机（联合水牛城 Buffalo 工厂生产的陆军 PT 和海军 NY 教练机）向重型多发飞机领域发展，来迎合美国陆军航空队的需求。为了增强竞争力，1927 年弗利特聘用了拉顿，并与经验丰富的多发飞机设计师伊格.西科斯基（Igor Sikorsky）的西科斯基航空工程公司结盟，参加 1927 年陆航重型轰炸机的竞标。拉顿曾担任莱特机场（Wright Field）陆军飞机工程部主任，负责多发布局的研究，并曾以私人身份为波音主持研制一种远程水上飞机。
联合-西科斯基参与轰炸机竞争的方案是一种双发双翼机，在西科斯基为跨大西洋飞行而研制的 S-37 基础上研制。他们的联合设计被命名为“护卫者（Guardian）”，由于性能不及竞争者寇蒂斯 B-2“秃鹰（Condor）”而败北。但不管怎样，拉顿和他的设计队伍获得了宝贵的经验，并在不久的将来得到应用。 卡特林娜的源头可以一直追溯到联合 XPY-1，这是一种具有全新设计概念的远程水上飞机，具有全金属上单翼结构，与自 1914 年来沿袭格伦.寇蒂斯（Glenn Curtiss）的“美国（America）”的双翼飞艇布局彻底决裂。海军首先提出全金属上单翼结构概念，并将基本设计提交航空工业界，招标生产一架原型机。联合公司出价最低，在 1928 年 2 月 28 日赢得了 15 万美元的新型水上飞机合同。由于铝合金生产工艺在当时来说还是革命性的，联合不得不边发展工艺边生产，所以直到 1928 年 12 月 XPY-1“海军上将（Admiral）”才完工，但此时又碰到了以前从未加以考虑的问题——附近的尼亚加拉河（Niagara）已被冰封以至于新机将没有试飞场地！为了避免干等到来年开春解冻，联合与海军合作将海军上将拆卸并通过铁路运至安娜科斯提亚航空站（NAS Anacostia）试飞。
XPY 在圣诞节抵达安娜科斯提亚，在拉顿的监督之下，立即开始组装测试工作。在完成了地面测试之后，1929 年1 月 10 日海军上将首飞成功，飞行员是海军上尉 A.W.戈顿（Gorton），麦克.拉顿依照自己的惯例坐在了副驾驶的位置上。联合当时没有自己的水上飞机试飞员，借用了戈顿上尉进行首飞。试飞显示 XPY 的性能满足所有要求，海军于是在 1929 年 6 月提出 9 架生产型招标。由于联合的报价包含了原型机研发阶段的实际工程成本，比格伦.L.马丁公司（Glenn L. Martin）略高，结果失去了生产合同。在遭此挫折后联合并未气馁，立即展开了以 XPY 为基础设计的 28 座商用水上飞机的研制。这种民用型被称为“海军准将（Commodore）”，被纽约.雷欧.布宜诺斯.航空（New York, Rio, and Buenos Aires Line，泛美的前身）采用，成功应用于加勒比及南美航线。海军准将在民用航空领域服役多年，在商用飞机领域影响巨大。 1932 年，正在 P2Y 交付时，海军发起了下一代水上巡逻机设计招标，特别强调性能包线要有很大的扩展。新飞机在以最大重量 11,340 千克、161 公里时速巡航时航程必须达到 4,827 公里，这将近 XPY-1 的两倍。联合公司受邀接收设计挑战，麦克.拉顿和他的工程小组自信凭借从 P2Y 获得的经验，及 P2Y 在实际使用创造的破纪录性能，他们有很大获胜的可能性。
联合的努力成果是一种全新设计的水上飞机，因有很大的创新性而申请到了专利（美国专利局在 1934 年 7 月 31 日向麦克.拉顿授予专利号 No.92912）。在对此方案作了初审后，海军在 1933 年 10 月 28 日与联合签订进一步研发及制造一架原型机的合同，并授予型号 XP3Y-1，这是 PBY 诞生前迈出的最后一步。
在这次设计中，联合的最主要竞争对手是道格拉斯公司。道格拉斯在生产多发飞机方面享有盛誉，此次提出的方案是 XP3D-1。道格拉斯比 XP3Y 提前 5 个月获得海军研制及生产一架原型机的合同，在时间上占了先机。但道格拉斯 XP3D-1 并不是全新设计，改进自为陆军设计的 YB-11 水陆两用轰炸机，而在此之前 YB-11 已经过 YO-44 和 YOA-5 两次设计更改，从未获得生产合同。XP3D-1 为上单翼布局，两具普惠 R-1830 发动机高置在机翼上方的支架上，与道格拉斯的民用海豚（Dolphin）水上飞机和海岸警卫队/海军的 RD 系列通用运输机有血缘关系。XP3D 尺寸比 XP3Y 略小，在爬升率、速度及航程等性能上也略差。1935 年 2 月 6 日 XP3D 首飞，比联合 XP3Y 提前了一个多月。
联合 XP3Y 具有异常干净的空气动力外形，伞式半悬臂机翼通过支柱与船形机身连接，另外机身两侧还各有一对支柱与机翼相连以增加强度。设计巧妙的可收放翼下浮筒在收回后就变成了翼尖，大大降低了阻力。机翼为传统铝合金结构，后翼梁前的表面施以金属蒙皮，之后为织物蒙皮，副翼为金属结构织物蒙皮，悬臂式平尾为金属蒙皮，升降舵、方向舵施以织物蒙皮，在所有控制翼面上都配备调整片。XP3Y 的自卫武器包括一挺安装在机鼻的 12.7 毫米M2HB勃朗宁机枪，由投弹手操纵，以及机翼支柱后方的两挺腰部机枪，口径为 12.7 毫米或 7.62 毫米。攻击武器包括悬挂在机翼外侧挂架上的 45~450 千克炸弹，通过转换器也可挂载标准航空鱼雷。机鼻投弹瞄准窗口外部有百叶窗式护门保护，内采用先进的诺顿（Norden）MK XV投 弹瞄准具。机身内部分成 5 个水密舱，舱与舱之间有水密门，提高了抗沉性。机组编制为投弹手/机鼻机枪手、正副飞行员、领航员、无线电员、随机机械师和两个腰部机枪手。为了保障在前进基地执行长时间任务，机舱内还具有卧铺、厨房和食物储存设施。XP3Y 和 XP3D 一样都被指定使用新型 825 马力普惠 XR-1830-58 双黄蜂（Twin Wasps）发动机，驱动汉密尔顿标准公司（Hamilton Standard）的变距 3 叶恒速螺旋桨。发动机安装在机翼上方全 NACA 整流外形且具备后缘调整片的发动机舱内。在两个发动机舱间的中央翼段内是容量 6,624 升的内部油箱。
联合于 1933 年末开始在水牛城工厂制造原型机并持续到 1935 年初。为避免因尼亚加拉河水上飞机起降场结冰而导致的任何延误，公司决定还是将 XP3Y 用铁路运至诺福克航空站（NAS Norfolk），利用那里的海军设施进行组装，地面及飞行测试。 XP3Y 在 1935 年 3 月初抵达诺福克，到 3 月中旬完成了必需的试飞前组装测试工作。3 月 21 日联合试飞员比尔.惠特利（Bill Wheatley）驾机首飞相当成功。工厂试飞在没有出现明显故障的情况下结束，3 月 28 日 XP3Y 被转交海军由军方在安娜科斯提亚试飞航空站进行初始试飞，期间遭遇故障，但没有一个造成试飞延误。4 月进行枪炮射击测试，5 月飞机返回诺福克进行粗暴水上起降测试，在 5 月 13 日的一次降落中飞机受损，但很快被修复继续试飞。
试飞过程中一直有报告说 XP3Y 存在方向稳定性和操控方面的问题，随即厂方进行了数项改动但成效不大。隐患在 5~6 月间进行的轰炸测试中暴露出来，较差的方向稳定性和过高的方向舵舵力影响了轰炸精度。经查是因为在此前增加了方向舵面积，但同时加大了舵力，于是再次修改方向舵。
7 月 XP3Y 回到诺福克继续水上测试。7 月 27 日在一次降落中严重损坏，幸好机身防水壁和水密门发挥了作用，阻止了飞机的下沉，XP3Y 得以被拖回航空站维修。在一次破纪录的从东海岸经由运河区的转场飞行后，XP3Y 的水上测试于 10 月完成。
海军测试部的最终报告中评价 XP3Y-1 投产是“可以接受”，但付上了以下几条改善飞行品质和运作能力的建议：
提供向后下方射击的机枪站
改进腰部机枪站并为机枪手提供视野更好的观察窗
增大载弹量
修改方向舵及其操纵系统以改善稳定性和方向控制
改进机鼻机枪站
无论如何，对 PBY 的未来意义重大的是测试部最终报告中关于性能的部分： 　　实测数据 性能要求 最大速度（公里/小时） 274.82 256 最小速度（公里/小时） 93.32 96.54 服役升限（米） 5669.28 4572 起飞时间（秒） 22 60 空重（千克） 5,700 5,918 1935 年 6 月，海军与联合签署了生产 60 架 P3Y-1 的合同，联合在圣迭戈（San diego）的新工厂开始为生产准备工装设备。生产型上采纳了测试部的建议，重新设计方向舵、延伸方向舵下的机身、在尾舱内增加一个向下射击的机枪站，在飞行时通过打开机腹舱门向后下方射击（迅速被称为“机腹机枪”），配备机鼻机枪转塔，对发动机进行更改以匹配生产型 R-1830-64。
XP3Y 返回圣迭戈工厂实施上述改进，完成后的飞机型号变为 XPBY-1，但保留了原先的航空局序列号（BuNo）9459。型号中增加的“B”表示该型机具备炸弹携载能力。公司飞行员比尔. 惠特利驾驶 XPBY-1 作了最后一次展示飞行，1936 年 5 月 21 日该机交付海军开始军方试飞。军方试飞结果令人满意，仅提出方向舵及其控制系统的小改动。实际上最初原型机试飞所发现的主要问题就是方向稳定性及控制问题，生产型引入的方向舵及控制系统的改进将上述问题降低到可接受的程度，但还没有彻底根除。最后还是海军工程师在 PBY 派生型 PBN、PB2B-2 及最终型号 PBY-6A 上通过完全重新设计垂尾和平尾翼面才得以彻底解决。