第一次世界大战结束后,世界航空进入一段史称“航空的黄金时代”的飞速发展时期,在此期间,航空领域的各种新技术层出不穷,各项飞行记录也被频频刷新。伴随着航空技术的飞速发展,飞机的飞行速度也以几何级的速度向前跃进,到 30 年代初飞机的飞行速度已经由一战结束时的 200 公里/小时提升至 500 公里/小时,已逐渐逼近活塞动力飞机的极限。与此同时,各国的工程师们开始着手研究新的喷气发动机,以求进一步提升飞机的性能,在这些国家中,除了英、德这两个领跑者外,意大利人也是一个不容忽视的选手,他们所研制的坎皮尼-卡普罗尼实验机是世界上第二种喷气飞机,在意大利航空史上留下了不可磨灭的一笔。
设计由来
1931 年 1 月,意大利航空部收到了一位名叫塞康多•坎皮尼(Secondo Campini)的年轻工程师所提交的一份新式发动机设计方案,坎皮尼称这种发动机能使飞机获得前所未有的飞行速度和高度。坎皮尼发动机的基本原理是飞机在飞行中将空气吸入发动机进气道,再用机械驱动的压气机对空气进行压缩,然后对被压缩的空气加热,使其受热膨胀,从而产生推力。坎皮尼于 1904 年出生于博洛尼亚,1928 年获得民用工程学位,而后在《航空》杂志上发表了一篇关于喷气推进的文章。1931 年,坎皮尼在米兰创建了喷气飞机与快艇公司,次年 1 月和 7 月,坎皮尼又获得了两项喷气飞机的专利。坎皮尼首次将他的理论付诸实践是与米兰的梅卡尼希里公司合作制造喷射动力快艇。
喷射动力快艇的制造得到了意大利军方的支持,空军和海军分别提供了伊索塔-弗拉斯基尼 Asso 200 发动机和艇体。快艇于 1932 年年初在威尼斯开始接受测试,其最高航速达 28 节,与传统的快艇不相上下。受喷射动力快艇成功的鼓舞,意大利空军在 1934 年 2 月 5 日授予坎皮尼一份价值 450 万里拉的合同,委托他在 1936 年 12 月 3 日交付一具测试用的机体和 2 架装“坎皮尼喷气系统”的飞机。由于没有工厂,坎皮尼早在 1931 年便与意大利著名飞机设计师兼企业家吉亚尼•卡普罗尼达成协议,由卡普罗尼公司按坎皮尼的设计进行实机的制造。在其后十多年的合作中,富有远见的卡普罗尼在技术和财政上给予坎皮尼的支持远远超过当初合同的规定。

塞康多•坎皮尼(前)在测试坎皮尼喷气飞机的风动模型
设在塔利多卡普罗尼工厂中的坎皮尼试验中心于 1934 年初投入使用。在坎皮尼的专利中,发动机的压气机由内燃机或燃气涡轮驱动,坎皮尼考虑到燃气涡轮的制造工艺复杂,且长时间运行后会出现裂纹,遂决定采用传统的内燃机。1935 年 5 月,坎皮尼向意大利空军申请调拨一台伊索塔-弗拉斯基尼 Asso XI R 发动机。空军方面的答复是,该发动机当时仍处于试验阶段,只能先提供一台 Asso 750R 发动机,供 1936 年开始的地面试车使用。军方的决定对整个研制工作产生了不良影响,导致开发工作出现超支和延误现象。到 1937 年 7 月 9 日,坎皮尼不得不与航空部副部长瓦勒协商,请求推迟交货期限,并将飞机的价格提高 25-30%,以弥补成本上升带来的损失。坎皮尼的请求获得了航空部的批准,双方在 1937 年 12 月 27 日修改了合同,将交货日期改为 1938 年 12 月 31 日,飞机的采购单价上涨 16%,升至 22 万里拉。但事实证明,新的交货日期还是过于乐观了,飞机的制造工作又整整拖延了两年,直到 1940 年方告完成。坎皮尼实验机完工日期一再推迟的直接后果就是将世界第一架喷气飞机的荣誉拱手让给德国人。1939 年 8 月 27 日,亨克尔 He 178V1 试验机完成首飞,其动力装置是一台汉斯•冯•欧海因设计的 HeS03b 型涡喷发动机,最大推力 450 公斤。

CC 一号机的直筒机身,将压气机、发动机、座舱、燃烧室、尾椎都包裹在内
技术特点
坎皮尼-卡普罗尼(以下简称 CC)为全金属结构、下单翼喷气实验机。飞机机身呈管状,内部框架和桁条为环形,机身外部被两层铝合金蒙皮覆盖。机身从前至后分为四个部分:进气口、进气道和压气机、装有发动机和增压座舱的中部机身、装有燃烧室和尾翼的机尾。最后一部分内衬有钢板。座舱为串列双座布局,前后坐各有一套驾驶系统和仪表,座舱盖向后滑动打开。



CC 喷气实验机三面图
机翼为单块双梁结构。机翼厚度较大,平面形状为椭圆形,机翼后缘装有四段式副翼。两根翼梁分别装在翼弦的 15%和 59%处,翼梁间的机翼部分装有翼肋,其上钻有小孔,以减轻重量。坎皮尼-卡普罗尼的起落架为后三点式,向外收入翼内的主起落架装有液-气吸震筒和气动刹车装置,尾轮向上收入后机身。尾翼也为双梁结构,它配备了突角补偿式升降舵和方向舵,垂直安定面和平尾通过三个连接点装在机身上。
CC 采用了涵道风扇式涡喷发动机,压气机为轴流式三级设计,由三个定子和三个转子组成,定子为 15 叶设计,桨距可在空中通过液压系统调节;转子拥有 16 个叶片,其桨距只能在地面上由地勤人员调整好。压气机的动力来自其后方的活塞发动机,需要指出的是,连接压气机和活塞发动机间的是转速倍增器相连,而非减速齿轮箱。发动机最后部分是位于座舱后方的燃烧室和液压驱动喷气调节锥,后者的作用是调节尾喷管的的截面积,来控制发动机的推力。发动机的冷却则由压气机后方的散热器负责。

CC 的机身剖面图,可以看到整个机身就是一根大管子,活塞发动机驱动机头的压气机将空气吸入进气道进入尾部的燃烧室燃烧产生推力。燃烧室不工作时 CC 的推进模式相当于涵道风扇

CC 的可调节尾锥
飞入喷气时代
1940 年 3 月,900 马力的伊索塔-弗拉斯基尼 Asso L.121RC40 发动机运抵塔利多,该发动机为 V-12 构型,与 Asso750 的 W-18 有着很大差别。机械师卡萨里尼于 6 月 2 日开始进行发动机试车,坎皮尼在 7 月 2 日报告称:两架飞机已经“做好了结构测试的准备工作”。负责驾驶喷气机的是著名试飞员马里奥•德•博纳尔迪。8 月 8 日,博纳尔迪驾驶首架坎皮尼-卡普罗尼试验机在里纳特进行了首次地面滑行测试,整个测试持续了 1 小时,主要目的是调校起落架,并对起飞滑跑时的情况进行预测。在 8 月 27 日 19 时 35 分进行的第二次测试中,博纳尔迪驾机进行了为时 10 分钟的短暂飞行,试飞员在飞行中发现飞机有着俯冲的趋势。工程师们为此在事后减小了尾翼的迎角。9 月 16 日,博纳尔迪驾驶 CC 完成了首次正式试飞,这次试飞宣告意大利成为德国之后,第二个研制出喷气飞机的国家,同时也使意大利赶在英美之前率先进入喷气时代。首飞结束几天后,博纳尔迪在旅馆乘坐电梯时,不慎摔断了脚后跟,结果导致试飞工作被迫停摆长达数月之久。
