獻給Ju-287的設計者漢斯·沃克
Ju-287，世界上第一種前掠翼重型轟炸機，不僅在容克的飛機設計歷史上占有極其重要的地位，它的研制成功，在世界航空史上創(chuàng)造了一個新的潮流：前掠翼戰(zhàn)機。而它的許多設計理念更是獨一無二。如今當我們關注S-37的發(fā)展的時候，希望我們還記得這個名字：Ju-287。
一、 研制階段
設計理念
容克 Ju-287的產(chǎn)生完全是由于被動的原因。1943年一月開始，美英開始聯(lián)合對德國本土進行轟炸。當時只有很少的轟炸機連隊有遠程戰(zhàn)斗機護航。到了1943年中期P-51及加裝副油箱的P-47大規(guī)模為轟炸機護航，德國空軍為攔截轟炸機疲于奔命，戰(zhàn)斗機損失率驟然大增。當時有將近80%的德國戰(zhàn)斗機在西線和本土，卻抵擋不住美英的“千機大轟炸”。德軍制空權頓時喪失大半。
東線的情況也是如此。1943年下半年庫爾斯克戰(zhàn)役結(jié)束后，德國空軍喪失了在東線的戰(zhàn)略制空權，且只有20%的德戰(zhàn)機留在東線，Bf110、Ju88以及Do217等重要的轟炸機撤離東線，加上蘇聯(lián)空軍大量裝備La-5和Yak-9，使得對蘇聯(lián)境內(nèi)的轟炸變得極為困難。戰(zhàn)爭進行到這時，再也看不到德國空軍He111機群的威風了。
希特勒狂想的腦袋開始琢磨著對英國及盟軍據(jù)點的打擊新方法。在諾曼底登陸后的第六天，V1和V2相繼發(fā)射成功對英國及安特衛(wèi)普實施導彈攻擊。但由于當時的制導技術落后，偏航現(xiàn)象嚴重。希特勒要求研制一種“能超越盟軍任何一種戰(zhàn)斗機”的轟炸機，Ju-287由此誕生。
a 前掠翼設計
前掠翼設計不管是當時還是現(xiàn)在看來都是一個大膽且風險性極大的設計，所以只在少數(shù)的高空高速戰(zhàn)斗機上使用。大家熟悉的俄羅斯S-37以及美國格魯門公司研制的X-29驗證機就是采用前掠翼設計的為數(shù)極少的成功例子。而F-16在研制時也提出了一個前掠翼方案，甚至在Ju-287研制的同時，亨克爾公司也為國民戰(zhàn)斗機計劃（Volksjaeger）設計了一種前掠翼He-162，即He-162D型，但這兩個計劃后來都不見下文。
上圖：X-29驗證機；F-16前掠翼型；S-37金雕（從左至右）
He-162型
Ju-287在最初設計時采用的是后掠翼設計，但由于后掠翼設計使得飛機在低速時穩(wěn)定性較差，這樣必然影響轟炸機的投彈精度。不僅如此，后掠翼的種種問題都使得漢斯?沃克小組放棄了這個決定這個問題就是速度。飛機在飛行過程中，當垂直于機翼前緣的氣流速度接近音速時，機翼上表面局部氣流將超過音速，而出現(xiàn)激波。有激波就會有波阻，同時會引起激波后面的氣流分離，使飛機的阻力急劇增加，且變得難以駕馭，就象出現(xiàn)了一道無形的障礙，即所謂“音障”。對于平直翼飛機來說，垂直于機翼前線的氣流速度等于來流速度（或飛行速度），飛機 的飛行速度接近音速時肯定產(chǎn)生微波， 使飛機阻力劇增，而無法突破這一障礙。后來出現(xiàn)了后掠翼，加上噴氣發(fā)動機的問世和成功應用，才使飛機突破“音障”實現(xiàn)超音速飛行。這是因為影響機翼產(chǎn)生升力和導致出現(xiàn)局部激波的，主要是垂直于機翼前緣的氣流速度。按照速度向量的分解法則，對于后掠翼來說，來流速度（或飛行速度）可分解為垂直機于翼前綠的速度分設（vcosX，簡稱垂直速度）和平行于機翼前線的速度分量（vsinX，簡
稱平行速度）。垂直速度明顯小于來流速度，所以后掠翼可以推遲激波的產(chǎn)生，只有在飛行速度更大時才會出現(xiàn)微波。此外，即使出現(xiàn)激波．后掠翼還有減弱微波強
度和降低波阻的作用。因此，現(xiàn)代戰(zhàn)斗機、攻擊機和高亞音速旅客機都廣泛采用后掠翼。后掠翼的最大缺點是由于平行速度的影響，使流經(jīng)機翼的氣流往外傾斜，產(chǎn)
生從里往外的展向流，使得機另外側(cè)特別是翼尖后緣附近的附面層加厚，容易出現(xiàn)氣流分離。而這里正好是飛機的重要操縱面副翼的所在位置，因而它將影響副翼的
操縱效率，嚴重時還會使飛機自動滾轉(zhuǎn)和上仰，及至危及飛行安全。為了克服后掠翼的這一缺點，常采用翼刀、機翼前線鋸齒和缺口等措施采進行補救。
對于前掠翼來說，流速度也可以分解為垂直和平行兩個速度分量，其垂直速度分量必然小于來流速度，因此前掠翼與后掠翼一樣也有延緩激波產(chǎn)生．減弱微波強度和降低波阻的作用6）但
是，前掠翼酌平行速度分量，不是從里往外，而是從翼尖流向翼根方向，因此前掠另飛機在大迎角時氣流在翼尖甚至是大部分外翼段都不容易分離失速．這對于改善
飛機的升力特性，提高副翼的操縱效率都是大有好處的。當然，由于從外往里的展向流的作用，使前掠翼的翼根處容易分離失速，對此只要在前面安裝一對鴨式前翼
就很容易使這一問題得到解決。因為，在較大迎角飛行時鴨式前舅會向后拖出兩個翼尖渦，正好流經(jīng)兩側(cè)的翼根處，它可以將即將分離或已經(jīng)分離的翼根表面的氣流
帶走，使翼根的流動狀態(tài)得到改善。前掠翼的問題不在于此，主要在結(jié)構上因要求過高而難以解決。由于機翼前掠后，結(jié)構形式上，本身就使機翼的抗彎扭能力減
弱，加上在氣動力的作用下，使外翼向前上方彎扭，迎角增大;迎角增大后，升力增大，又使外翼向上扭轉(zhuǎn)得更厲害;如此惡性循環(huán)，直到使機翼扭轉(zhuǎn)折斷。這種現(xiàn)象就稱為氣動彈性發(fā)散。為了防止這種情況的出現(xiàn)，需要增加機翼的抗彎扭剛度，這樣一來就會導致機翼結(jié)構重量的增加，以致完全抵消了采用前掠翼所帶來的好處。而漢斯·沃克小組通過對機翼的結(jié)構和彈性變形方面作了成功的改進，使得飛機的靜穩(wěn)定性大大提高，很大程度上改善了上述的問題。
b 4-6臺發(fā)動機分布
Ju-287V1型采用4臺Jumo 004m型渦輪噴氣發(fā)動機平行安裝，兩臺布置于前機身兩側(cè)，另兩臺置于翼下，到后期V2及V3型則又增加了兩臺渦輪噴氣發(fā)動機，V2型前氣原本計劃使用4臺Heinkel-Hirth 011A型發(fā)動機，后改用6臺BMW 003A-1型全部置于兩側(cè)翼下，而V3型又改為前機身下掛兩臺，兩側(cè)翼下各掛兩臺。
加力式噴氣渦輪發(fā)動機
Ju-287的發(fā)動機布局非常的少見而又給飛行帶來了極大的好處。4-6臺發(fā)動機分布保證了飛行速度，前機身的兩臺發(fā)動機工作減輕了機翼掛載噴氣發(fā)動機時的壓力，而前掠翼設計減輕了發(fā)動機噴口處高速氣流對其他發(fā)動機的影響，這樣做不僅提高了每臺發(fā)動機的效率，更重要的使得飛機穩(wěn)定性有了提高。而實際上效果也極佳，Ju-287在5000米高度的最大速度達到864千米/小時，跟Me-262A-1a型不相上下，比P51-D高出了161千米/小時；爬升率也達到6000米/10分鐘。
二、原型機階段
在Ju-287V1定型之前，設計小組提出了諸多的設計方案，這些方案不僅有前掠翼機后掠翼設計，甚至在發(fā)動機的布局方面也是五花八門，包括以下各種設計方案：
EF55：前掠翼設計，無發(fā)動機，為前掠翼研究機；
EF56：傳統(tǒng)的后掠翼設計，未設計發(fā)動機，后掠翼研究機；
EF57：V型翼，未設計發(fā)動機；
EF58：前掠翼設計，翼尖為橢圓形，發(fā)動機掛在翼下；
EF59：機身略同于EF58，前機身加掛兩臺發(fā)動機；
EF66：前掠翼角增大，翼下掛兩臺發(fā)動機；#
