Tên gọi của kiểu Bf 109

Bf 109 là tên gọi chính thức mà Bộ Hàng không Đức (RLM: Reichsluftfahrtministerium) dành cho kiểu máy bay này, vì kiểu thiết kế được đề nghị bởi hãng Bayerische Flugzeugwerke, và được sử dụng trong tất cả các văn bản Đức chính thức có liên quan đến họ máy bay này. Sau khi công ty được đổi tên thành Messerschmitt AG vào tháng 7 năm 1938 khi Erhard Milch cuối cùng đã cho phép Willy Messerschmitt sở hữu công ty; từ thời điểm đó trở đi, mọi máy bay Messerschmitt đều được mang ký hiệu "Me" ngoại trừ những chiếc đã có ký hiệu Bf trước đó. Các tài liệu thời chiến tranh của Messerschmitt AG, RLM và các bên liên quan tiếp tục sử dụng cả hai ký hiệu, đôi khi trên cùng một trang, nhưng đã có nhiều chỉ thị của RLM không chấp nhận ký hiệu Me cho kiểu Bf 109. Me 109 được biết đến như là cái tên mà các tài liệu tuyên truyền của Không quân Đức thường sử dụng cũng như là trong nội bộ hãng Messerschmitt kể từ sau tháng 7 năm 1938, và trong số nhân viên của Không quân Đức vốn phát âm chúng là may hundert-neun. Tên gọi Me 109 cũng thông dụng trong các nước nói tiếng Anh. Tuy nhiên, trong cả thời kỳ chiến tranh cho đến hiện nay, cả hai tên "Bf" và "Me" đều được dùng; còn trên biển khung máy bay của những chiếc còn giữ lại cho đến ngày nay đều mang tên "Bf 109", kể cả phiên bản cuối cùng K-14.

Lịch sử cạnh tranh

Vào năm 1933, cơ quan Technisches Amt (hay T-Amt, bộ phận kỹ thuật của Bộ Hàng không Đức) đã kết luận về một loạt các đề án nghiên cứu về không chiến trong tương lai. Kết quả của các nghiên cứu này là bốn dự thảo chung cho máy bay chiến đấu trong tương lai:

• Rüstungsflugzeug (máy bay vũ trang) I về một kiểu máy bay ném bom hạng trung nhiều động cơ.
• Rüstungsflugzeug II về một kiểu máy bay ném bom chiến thuật.
• Rüstungsflugzeug III về một kiểu máy bay tiêm kích hạng nặng hai chỗ ngồi.
• Rüstungsflugzeug IV về một kiểu máy bay tiêm kích một chỗ ngồi

Rüstungsflugzeug IV được dự định là một kiểu máy bay tiêm kích đánh chặn thay thế cho những kiểu máy bay cánh kép Arado Ar 64 và Heinkel He 60 đang phục vụ. Trong khi R-IV được dự trù như là kiểu máy bay tiêm kích tốt nhất trong số những máy bay đang hoạt động, các yêu cầu đặt ra lại không quá khó để có thể đạt được.

Chiếc máy bay tiêm kích cần đạt được tốc độ tối đa 400 km/h (250 dặm mỗi giờ) ở độ cao 6.000 m (19.500 ft) và có thể duy trì được như vậy trong vòng 20 phút, trong khi tổng thời gian ở trên không cần thiết là 90 phút. Nó sẽ được trang bị kiểu động cơ mới Junkers Jumo 210 có công suất tối đa khoảng 700 mã lực (522 kW). Nó cũng cần phải được trang bị ít nhất ba súng máy 7,9 mm với 1.000 viên đạn cho mỗi khẩu, hoặc một pháo 20 mm với 200 quả đạn. Một đặc tínhkhá thú vị khác là yêu cầu áp lực cánh của chiếc máy bay phải dưới 100 kg/m², một cách để khẳng định khả năng lộn vòng và lên cao của chiếc máy bay. Ưu tiên thiết kế của chiếc máy bay tiêm kích là tốc độ bay ngang, tốc độ lên cao và khả năng cơ động (theo thứ tự trên).

Thực ra bản tính năng của đề án R-IV không do nội bộ của T-Amt nghĩ ra. Vào đầu năm 1933 cả Heinkel và Arado đã gửi đến những thiết kế do đầu tư riêng của các hãng này cho một kiểu máy bay tiêm kích cánh đơn, và T-Amt chỉ đơn giản thu nhặt những đặc tính tốt nhất từ cả hai thiết kế này rồi gửi trở lại cho họ, bổ sung thêm hãng Focke-Wulf vào danh sách các nhà thầu. Đến tháng 5 năm 1934 bản dự thảo yêu cầu R-IV được chính thức phát hành. Mỗi nhà thầu được yêu cầu chế tạo ba chiếc nguyên mẫu để được thử nghiệm cạnh tranh trực tiếp vào cuối năm 1934.

Ban đầu Willy Messerschmitt không được mời tham gia vào cuộc cạnh tranh. Điều này chủ yếu là do mối hận thù cá nhân giữa Messerschmitt và giám đốc của RLM là Erhard Milch (Hans Hackman, một bạn thân của Milch, tử nạn khi thử nghiệm chiếc máy bay nguyên mẫu vận tải nhẹ Messerschmitt M20), sau khi chiếc M20 đã tỏ ra là một thảm họa khi sử dụng tại hãng hàng không Lufthansa. Tuy nhiên Messerschmitt lại có uy tín cao trong giới sĩ quan cao cấp của Không quân Đức do sự thành công của kiểu máy bay thể thao Messerschmitt Bf 108 Taifun. Sau một thời gian trì hoãn kéo dài nhiều tháng, Bayerische Flugzeugwerke (BFW: Bavarian Aircraft Manufacturers), mà Messerschmitt đảm trách làm nhà thiết kế chính, được mời tham gia vào đầu năm 1935, cho dù Milch đã hé lộ cho biết rằng họ sẽ không bao giờ thắng được hợp đồng.

Các đặc tính thiết kế

Cho đến lúc này Messerschmitt đã thiết kế được khá nhiều thành phần của chiếc Bf 109. Giống như chiếc Bf 108, kiểu thiết kế mới dựa trên nguyên tắc "cấu trúc nhẹ cân" của Messerschmitt, vốn nhắm vào việc giảm thiểu tổng số các "điểm cứng" của khung máy bay càng ít càng tốt. Một ví dụ đáng chú ý của nguyên tắc này là gắn tất cả các điểm cấu trúc lên một thành cứng phía trước buồng lái, bao gồm gốc cánh, điểm treo động cơ và bộ càng đáp. Trong cách thiết kế mang tính truyền thống hơn, chúng sẽ được gắn trên các điểm khác nhau của máy bay, và một khung sẽ phân phối lực tải giữa chúng.

Một ưu thế khác đáng chú ý của thiết kế này là, do bộ càng đáp được gắn trực tiếp lên thân máy bay, người ta có thể tháo rời toàn bộ cánh để bảo trì sửa chữa nếu cần, để lại thân máy bay không bị đụng chạm trên càng đáp. Tuy nhiên, điều này cũng có một khiếm khuyết lớn: cách bố trí bộ càng đáp vào thân khiến cho chúng có vệt bánh (khoảng cách giữa hai bánh đáp chính) khá hẹp và làm cho máy bay kém thăng bằng khi ở trên mặt đất. Chiếc Bf 109 vốn nổi tiếng là khó cất cánh và hạ cánh, và nhiều chiếc máy bay tiêm kích đang trông như hoàn hảo đơn giản đã bị lạc hướng hay lật ngược. Sự việc càng làm cho kém hơn khi bộ càng đáp khá dài, khiến cho mũi máy bay hướng lên trên một góc khá so với mặt đất khiến cho tầm nhìn ra phía trước khi lăn bánh trên mặt đất gần như bằng không.

Chiếc Bf 109 chịu ảnh hưởng bởi các tai nạn trên mặt đất do "quay ngoặc" khi cất cánh và hạ cánh trong suốt vòng đời của chúng. Người ta đã ước lượng có khoảng 5% những chiếc 109 bị mất do cách này, thậm chí con số có thể lên đến một phần ba; tuy nhiên, con số được ghi nhận chính thức của Không quân Đức về các tại nạn chỉ có khoảng 1% trong tổng số Bf 109 bị thiệt hại do tai nạn khi hạ cánh hay tai nạn trong thời gian hoạt động ban đầu, một con số tương đương với những máy bay tiêm kích cánh đơn khác được đưa ra hoạt động vào thời đó. Dù vậy, tính chất này chỉ là một vấn đề đối với những phi công mới, đặc biệt là trong giai đoạn cuối của cuộc chiến.[2] Chiếc Spitfire cũng có cùng kiểu càng đáp hạ cánh hẹp, nhưng đã không có những loan truyền rộng rãi về những thiệt hại trong hoạt động do kiểu cấu hình này, và người ta đã suy đoán rằng hiện tượng quay ngoặc này là do cặp bánh đáp chính bị chụm lại. Đa số các phi công Phần Lan báo cáo rằng đa số hiện tượng quay ngoặc rất dễ kiểm soát, nhưng những phi công thiếu kinh nghiệm thường dễ đánh mất chiếc máy bay của mình lúc khởi đầu.[2]

Phản ảnh niềm tin của Willy Messerschmitt về kiểu máy bay cánh đơn nhẹ cân lực cản thấp, vũ khí trang bị được bố trí trên thân chính của máy bay, bao gồm hai súng máy gắn bên trên động cơ và một khẩu thứ ba bắn qua trục cánh quạt dùng động cơ để chống giật. Cách bố trí này giúp cho có được kiểu cánh không mang súng mỏng và nhẹ. Khi khám phá ra rằng Không quân Hoàng gia Anh đã sản xuất những chiếc máy bay tiêm kích trang bị tám súng máy, rõ ràng là chiếc Bf 109 phải được mang theo nhiều vũ khí, nên một kiểu cánh mới được thiết kế với các khẩu súng mới, và sau này là các khẩu pháo 20 mm bắn hướng ra phía trước.

Vào năm 1938 chiếc "Emil" được đưa vào sản xuất, nhưng để cải thiện tính năng bay vốn được cung cấp bởi kiểu động cơ Jumo tương đối nhỏ công suất chỉ đạt từ 600 đến 700 mã lực, kiểu động cơ lớn hơn Daimler Benz DB 601A được sử dụng, cung cấp thêm 300 mã lực với cái giá phải nặng hơn 181,4 kg (400 lb).

Một khía cạnh khác của kỹ thuật cấu trúc này là việc sử dụng một khung cánh duy nhất có tiết diện hình chữ I, được bố trí gần mép trước cánh, tạo nên một hộp chịu lực chắc chắn hình chữ D. Đa số các máy bay vào thời đó dùng hai khung gần mép trước và mép sau, nhưng hộp hình D này chịu lực xoắn tốt hơn, nên loại bỏ bớt được khung phía sau.

Một khác biệt chủ yếu là áp lực cánh lớn hơn rất nhiều so với các thiết kế khác. Trong khi hợp đồng thiết kế R-IV yêu cầu một áp lực cánh nhỏ hơn 100 kg/m², Messerschmitt cho rằng điều này không thỏa đáng. Vì với những động cơ hiện có cho chúng, chiếc máy bay tiêm kích sẽ bay chậm hơn những chiếc máy bay ném bom mà chúng cần đuổi bắt kịp.

Cánh làm phát sinh ra hai loại lực cản, loại lực cản ký sinh do hình dạng của cánh, trong khi lực cản phát sinh là hệ quả của lực nâng. Loại thứ nhất chiếm ưu thế ở tốc độ cao, khi mà dòng chảy không khí chạm phải cánh gây ra lực cản theo tỉ lệ bình phương với vận tốc máy bay. Loại thứ hai chiếm ưu thế ở tốc độ thấp, khi việc thiếu hụt dòng chảy không khí buộc cánh phải hướng vào dòng không khí ở một góc tấn lớn. Vì chiếc máy bay tiêm kích được thiết kế chủ yếu để hoạt động ở tốc độ cao, một kiểu cánh nhỏ hơn sẽ tối ưu hóa cho việc sử dụng ở tốc độ cao.

Mặt yếu của thiết kế này là tính năng bay ở tốc độ thấp sẽ bị ảnh hưởng, vì kiểu cánh nhỏ hơn đòi hỏi dòng không khí lớn hơn tạo ra đủ lực nâng để có thể tiếp tục bay được. Để khắc phục vấn đề này, chiếc Bf 109 bao gồm các thiết bị tăng cường lực nâng tiên tiến trên cánh, bao gồm các cánh mép tự động giương ra ở mép trước cánh, và cáccánh nắp lồi khá lớn ở mép sau cánh. Nó cũng bao gồm các cánh tà sẽ giương ra khi các cánh nắp hạ xuống, nhờ đó gia tăng diện tích cánh nắp hiệu quả một khi chúng được giương ra. Khi được dùng, các thiết bị này giúp gia tăng có hiệu quả hệ số lực nâng, làm cho chúng có tính năng bay tốt hơn ở tốc độ thấp và góc tấn lớn.

Một khuyết điểm khác của áp lực cánh lớn là chiếc máy bay tiêm kích sẽ đòi hỏi nhiều động lực hơn để cơ động. Với công suất các kiểu động cơ đang sẵn có bị giới hạn, điều đó có nghĩa là chiếc Bf 109 không thể lượn vòng hẹp như những thiết kế khác có cánh lớn hơn. Các thiết bị tăng cường lực nâng có thể bù đắp phần nào vấn đề này, nhưng chúng cũng làm tăng lực cản và làm chiếc máy bay chậm hơn tương ứng. Cho rằng độ cơ động là ưu tiên cuối cùng trong các tính năng mà RLM mong muốn, Messerschmitt đã tin tưởng rằng các lợi điểm mang lại đáng kể hơn là các khiếm khuyết phải có.

Những chiếc nguyên mẫu

Chiếc nguyên mẫu đầu tiên (Versuchsflugzeug 1 hay V1), với số hiệu đăng ký dân sự D-IABI, được hoàn tất vào tháng 5 năm 1935, nhưng các kiểu động cơ Đức đã không sẵn có. Để có thể bay được chiếc nguyên mẫu, RLM có được bốn động cơ Rolls-Royce Kestrel VI bằng cách hoán đổi cùng Rolls-Royce một chiếc máy bay Heinkel He 70 Blitz để thử các động cơ trên nó. Messerschmitt nhận được hai trong số các động cơ đó, và bắt đầu cải biến chiếc V1 để trang bị kiểu động cơ này. Công việc được hoàn tất vào tháng 8, và chiếc V1 hoàn tất các chuyến bay thử nghiệm vào tháng 9 năm 1935. Sau đó nó được gửi đến Trung tâm Thử nghiệm Không quân Đức ở Rechlin để tham gia cuộc cạnh tranh.

Vào cuối mùa hè, kiểu động cơ Jumo cuối cùng cũng có mặt, và chiếc nguyên mẫu V2 được hoàn tất với động cơ Jumo 210A công suất 602 mã lực (449 kW) vào tháng 10 năm 1935. Chiếc V3 tiếp nối sau đó, là chiếc đầu tiên được trang bị vũ khí thực, nhưng một động cơ 210 khác lại không sẵn sàng nên đã trì hoãn chuyến bay đầu tiên của V3 đến tận tháng 5 năm 1936. Giống như chiếc V1, những chiếc V2 và V3 cũng được gửi đến Rechlin sau khi hoàn tất bay thử nghiệm tại xưởng.

Các thông số về tính năng bay của cả ba chiếc gần như tương đương nhau. Tốc độ tối đa đạt được khoảng 470 km/h ở độ cao 4.000 m, và trần bay là vào khoảng 8.300 m.

Cuộc cạnh tranh

Sau khi các thử nghiệm chấp nhận của Không quân Đức kết thúc tại Rechlin, những chiếc nguyên mẫu được chuyển đến Travemünde cho phần cạnh tranh đối đầu trực tiếp. Thiết kế của Heinkel đến trước tiên vào đầu tháng 2 năm 1936, và những chiếc V1 còn lại cũng đến nơi vào đầu tháng 3 năm 1936.

Do đa số các phi công tiêm kích của Không quân Đức đã quen thuộc với các kiểu máy bay cánh kép dễ chịu có buồng lái mở, lực G gia tốc nhẹ nhàng và dễ điều khiển, thoạt đầu họ rất lo sợ về chiếc Bf 109. Tuy nhiên không lâu sau đó nó trở thành máy bay dẫn đầu trong cuộc cạnh tranh, vì những thiết kế tham gia của Arado và Focke-Wulf đã trở nên lạc hậu một cách vô vọng. Có lẽ điều này không lấy gì làm ngạc nhiên, khi các kiểu này đã được thiết kế hai năm trước, và khi tốc độ thay đổi trong thiết kế máy bay khá nhanh chóng vào thời đó, chúng thật sự ít có khả năng cạnh tranh cùng kiểu Bf 109 hiện đại hơn nhiều.

Sự cạnh tranh đáng kể duy nhất dành cho kiểu Bf 109 là sự tham gia của Heinkel. Dựa trên một phiên bản thu nhỏ chiếc Blitz, kiểu He 112 cho thấy một sự tương tự nhưng khác biệt. Các điểm mạnh của chiếc He 112 bao gồm vệt bánh đáp rộng và sự chắc chắn của bộ càng đáp, tầm nhìn ra phía trước từ buồng lái tương đối tốt hơn, và một áp lực cánh nhẹ hơn giúp nó dễ hạ cánh và có thể cơ động tốt hơn. Nhưng chiếc Bf 109 lại bay được 30 km/h nhanh hơn chiếc He 112 khi bay ngang, và cũng có ưu thế hơn khi lên cao và bổ nhào. Tuy vậy, kiểu He 112 vẫn được giới lãnh đạo Không quân Đức ưa chuộng hơn.

Có thêm mười chiếc mẫu thuộc cả hai kiểu máy bay được đặt hàng, và chúng được giao dần dần trong những tháng tiếp theo. Tuy nhiên cho đến lúc đó, các mẫu máy bay trang bị động cơ Jumo của cả hai kiểu thiết kế đã sẵn sàng để thử nghiệm, và kiểu dáng suôn thẳng hơn và ít lực cản hơn của chiếc Bf 109 làm cho nó tương đối nhanh hơn khi được trang bị kiểu động cơ công suất yếu hơn.

Ngay cả trước khi những kiểu máy bay tiền sản xuất được gửi đến, cuộc cạnh tranh về căn bản đã kết thúc. Vào tháng 3 năm đó RLM nhận được tin tức rằng kiểu Spitfire đã được yêu cầu đưa vào sản xuất, gây ra nỗi hoang mang lan rộng. Vào ngày 12 tháng 3, họ công bố một tài liệu về căn bản chứa đựng kết quả của cuộc cạnh tranh, Ưu tiên mua sắm Bf 109. Không gì khác trong suốt mùa hè năm đó có thể làm cho họ thay đổi ý định, và RLM chỉ thị cho Heinkel thiết kế lại chiếc He 112 hoàn toàn, trong khi yêu cầu đưa chiếc Bf 109 vào sản xuất hàng loạt.

Vũ khí trang bị trên cánh

Đến năm 1937, người ta thấy rõ rằng chiếc Bf 109 được trang bị vũ khí quá yếu, đặc biệt là khi so sánh với tám khẩu súng máy được trang bị cho những chiếc máy bay tiêm kích mới nhất của Không quân Hoàng gia Anh, chiếc Hawker Hurricane và chiếc Supermarine Spitfire. Vấn đề nảy sinh là khi cần trang bị thêm vũ khí, chỗ duy nhất có thể đặt chúng là các cánh. Tuy nhiên, vị trí của các khoang bộ càng đáp, xà dọc chính của cánh và rãnh của cánh làm cho chỗ trống còn lại bị giới hạn chỉ còn hai khoang giữa bộ càng đáp và các rãnh. Chỉ còn chỗ trống dành cho một vũ khí trên mỗi bên cánh, một súng máy MG 17, hoặc một pháo MG FF hay MG FF/M. Phiên bản đầu tiên của chiếc Bf 109 được trang bị súng trên cánh là kiểu C-1, trang bị một khẩu MG 17 trên mỗi cánh gắn ở khoang phía trong. Nhằm tránh việc phải thiết kế lại cánh để chứa được hộp đạn lớn hơn cùng cửa lắp, một cơ chế nạp đạn khác thường được áp dụng khi mà một băng chuyền liên tục chứa 500 viên đạn được nạp dọc theo máng kéo dài ra tận đầu mút cánh. Băng chuyền được nạp quanh một trục xoay rồi quay lại dọc theo cánh, hướng đến trước và bên dưới khóa nòng khẩu súng, hướng đến gốc cánh rồi quanh một trục xoay khác trước khi đến khẩu súng. Nòng súng được đặt trong những ống dài đường kính lớn đặt giữa xà dọc và mép trước của cánh. Những ống này dẫn luồng khí làm mát quanh nòng súng và khóa nòng trước khi thoát ra qua một khe phía sau cánh phía trên các cánh nắp. Chỗ trống khá chật hẹp đến mức một phần của cơ chế khóa nòng của khẩu MG 17 ló ra một lỗ trống trên cấu trúc của cánh nắp.[3]

Khẩu MG FF to và nặng hơn phải được gắn trong khoang ngoài. Một lỗ lớn phải được cắt xuyên qua đai xà dọc cánh cho phép gắn khẩu pháo với đạn được nạp phía trước xà dọc và khối phía sau khóa nòng đặt xuyên qua xà dọc. Ổ đạn 60 viên được đặt trong khoang súng máy, một cửa nhỏ nhô lên ở mặt dưới cánh cần dùng để thay ổ đạn. Toàn bộ vũ khí có thể tháo rời để bảo trì bằng cách tháo nắp ở mép trước.[3] Từ phiên bản Bf 109F có rất ít chiếc Bf 109 được trang bị vũ khí bên trong cánh, và các khẩu súng được gắn thêm trên các cụm súng mang dưới cánh nhưng cũng làm tăng thêm lực cản.

Kỷ lục về tốc độ

Vào ngày 11 tháng 11 năm 1937, Messerschmitt giành được đôi chút thiện cảm từ Erhard Milch khi phiên bản Bf 109 V13 nâng cao được kỷ lục thế giới về tốc độ của máy bay trang bị động cơ piston[4][5] lên đến 610,5 km/h (379,38 mph). Chiếc "V13" đã được gắn một phiên bản đua đặc biệt của loại động cơ DB 601, đưa đến kết quả là công suất động cơ được nâng lên 1.650 mã lực trong một thời gian ngắn [6].

Sau khi chiếc He 112 bị loại bỏ, Heinkel bắt đầu làm việc với kiểu He 100. Vào ngày 6 tháng 6 năm 1938, chiếc He 100 V3 do phi công Ernst Udet điều khiển đã lập được kỷ lục mới là 634,7 km/h (394,4 mph), và sau đó vào ngày 30 tháng 3 năm 1939 phi công thử nghiệm Hans Dieterle đã phá vỡ kỷ lục đó khi đạt được tốc độ 746,6 km/h (463,92 mph) với chiếc He 100 V8. Messerschmitt nhanh chóng lấy lại vị trí dẫn đầu trong cuộc cạnh tranh này. Vào ngày 26 tháng 4 năm 1939, Đại úy phi công Fritz Wendel lái chiếc Bf 209 V1, một kiểu máy bay đua ít có điểm chung với chiếc Bf 109 và được trang bị động cơ DB 601ARJ công suất 1.550 mã lực nhưng có thể tạm thời đạt đến 2.300 mã lực, đã nâng kỷ lục lên đến 755,1 km/h (469,22 mph). Kỷ lục thế giới của một chiếc máy bay động cơ cánh quạt này đã tồn tại cho đến tận năm 1969[7].