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BMW-801早期可靠性極差的原因以及德國空軍內部的扯皮通訊記錄

2022-07-12 00:26 作者:徐祺七  | 我要投稿

在德國空軍中,Motor一詞指的是沒有整流罩、沒有液冷油冷器、沒有排氣系統(tǒng)和油泵以及發(fā)動機架固定架的發(fā)動機裸機,單獨的Motor是不能投入使用的,但是如果帶上了這些附件之后,裸機的Motor就變成了Triebwerk或稱Motoranlage-MA,MA發(fā)動機系統(tǒng)。


漢莎航空是第一個提出Schnellwechseltriebwerke即快速更換發(fā)動機理念的,在其他國家也被稱為Power-Egg動力蛋、Quick Engine Change-QEC發(fā)動機艙。


QEC艙集成了發(fā)動機和幾乎所有附件,和機體的連接點很少因此可以快速裝卸,QEC艙在德國被稱為Einheitstriebwerke發(fā)動機單元。

在1942年之前,像BMW或DB這樣的發(fā)動機制造商只負責生產發(fā)動機裸機Motor,機身制造商像Me或者Fw設計發(fā)動機的油冷器和水冷器,進氣道排氣管的設計也屬于飛機公司的職責。發(fā)動機廠會提供給飛機廠很多重要的數據文件,比如發(fā)動機的散熱需求,但這種模式下兩者常常會對發(fā)動機的設計和安裝產生截然不同的意見,為了保證發(fā)動機能夠兼顧性能和低故障率,發(fā)動機廠都希望飛機能有盡可能大的散熱器,但機身制造商顯然不這么想。

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1937年Fw被委拖使用BMW-139或Bramo-329來制造戰(zhàn)斗機時,他們沒有選擇集成了發(fā)動機廠自己設計的附件的一整個QEC艙,這主要是因為BMW-801的QEC艙實際上是以給雙發(fā)機使用為目的設計的,不符合譚克博士的設計需求,但譚克博士的設計團隊可能高估了自己的能力,Fw-190的BMW-801遇到了非常嚴重的散熱問題,這一點大家都已經熟知了,在1941年BMW-801C的壽命只有25hr,同年12?月新任戰(zhàn)斗機總監(jiān)阿道夫·加蘭德表示由于發(fā)動機問題導致Fw-190的作戰(zhàn)能力有限,目前不應考慮執(zhí)行對英國的空戰(zhàn)任務,這些問題大概到1942年底Fw-190A5才徹底解決,有關此事還有個趣聞,1942年11月2日,德國航空工業(yè)協(xié)會會長Rudolf·Lahs向艾爾哈德·米爾希Erhard·Milch寫了一封信: “……前線的飛行員和地勤給BMW-801起了個綽號,叫做“Sau-Motor”(Sau是一個罵人的詞,意思是“母豬”),他們還給DB 601/605起了同樣的綽號,叫“Blument?ppe”(意思是“花瓶”),說實話,當這個消息傳遞到后方發(fā)動機工程師的耳朵里之后,他們的自信心遭受了嚴重的打擊……”


這一點其實BMW和??穗p方都有鍋,前者設計的發(fā)動機有很多毛病,后者負責的散熱系統(tǒng)沒有滿足發(fā)動機的需求,于是雙方開始互相指責,直到RLM的發(fā)動機研發(fā)部門總工程師Wolfram·Eisenlohr親自站臺BMW,并指責譚克博士在設計BMW-801的時候犯下大錯。其結果就是1942年5月,RLM為了防止再出現這樣的麻煩向業(yè)界發(fā)出指令,今后有關發(fā)動機散熱系統(tǒng)等附件的設計安裝都全部交由發(fā)動機公司接管,飛機廠則不準再插手此事。


1942年7月Eisenlohr的文件

主題:關于1942年6月3日??宋譅柗蛴嘘PFw-190發(fā)動機報告的聲明

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當初開發(fā)BMW-801MA的時候還沒有決定要給Fw-190使用它,雖然其原則上以可以用于單發(fā)飛機的方式進行了設計,但當時的BMW-801還是以為雙發(fā)轟炸機使用為目的開發(fā)的。在機翼上安裝和在機身中安裝發(fā)動機之間的差別其實不大,但福克沃爾夫依舊選擇了自己設計發(fā)動機的附件而不使用BMW的原廠設計。但梅塞施密特的Me-109X的用的就是整套BMW-801MA的原廠發(fā)動機單元,這原本是給雙發(fā)機使用的。

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??宋譅柗蚓芙^使用BMW-801MA是因為他們認為BMW的原廠系統(tǒng)會產生非常大的阻力,不利于Fw-190的飛行極速,因此??宋譅柗蛟O計了一個Doppelhaube涵道式槳轂整流罩安裝在Fw-190上(盡管當時BMW的工程師就立即反對了這個設計并點明會導致更大的阻力,但福克沃爾夫無視了這個建議),后來的結果證明??宋譅柗蚵斆鞣幢宦斆髡`,這種奇異的整流罩比使用BMW的原版整流罩速度還要慢了20kph。

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??撕髞硪茶b于這種槳轂整流罩在生產、操作和機載武器開火下導致的種種麻煩而選擇了放棄繼續(xù)改進這種設計。??宋譅柗蛟谒麄兊男偶兄肛烞MW發(fā)動機的理由全部站不住腳,因為BMW的發(fā)動機事實上滿足了預期的基本要求。

由于開頭所述的原因,Fw-190的發(fā)動機排氣系統(tǒng)是由福克沃爾夫自己開發(fā)的,但他們設計的發(fā)動機冷卻空氣出口是無法調整截面積的,而且還和BMW要求的最小尺寸相差甚遠,導致冷卻效率極低,所以現在除了要擴大冷卻空氣的出口外還必須安裝一個冷卻空氣出口截面調整裝置。

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??宋譅柗蜻€將BMW-801發(fā)動機后方的環(huán)形支撐架用作了Kommandoger?t自動控制系統(tǒng)的液壓油儲存罐,這是個非常糟糕的設計方案,因為這根支撐架狹窄又是焊接的,幾乎無法對其進行任何清潔。

??宋譅柗驅MW-801進行的設計工作主要導致了以下這些毛病:

1) 冷卻空氣的出口截面積沒有達到BMW的散熱需求,無法形成有效壓力差

2) BMW-801的滑油箱也是一個環(huán)形容器,布置在發(fā)動機前方環(huán)形散熱器后部,這其實對于滑油的消泡和去垢非常不利,而且滑油管線布置也很糟糕

3) 自動控制系統(tǒng)的液壓油箱很容易就會受到污染,導致自動控制系統(tǒng)多次故障

4) 發(fā)動機散熱布局不利,導致廢氣甚至弄臟了飛機駕駛室的玻璃

5) 在進入俯沖的時候發(fā)動機的滑油供應會中斷

這些問題導致了頻繁的發(fā)動機故障,不過這些問題中的大部分都可以被消除,或者至少降低到可容忍的水平。

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但有些問題會對發(fā)動機的安全運行造成嚴重威脅。目前滑油箱的消泡能力處于BMW規(guī)定的下限值,也就是說在實際運行過程中很容易就會突破極限。另外俯沖滑油斷供的問題也是這樣,一旦飛機是在非平穩(wěn)狀態(tài)下轉入俯沖或角度過大,那滑油就會斷供,這可能是滑油箱形狀導致的。

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此外??宋譅柗蜻x擇將滑油壓力下降作為俯沖角度限制的標準也是錯誤的,因為實際上在油壓下降之前就會出現滑油泡沫激增從而危及發(fā)動機的運行,這些問題很有可能是連帶著使得BMW-801的連桿軸承損壞的元兇,因為在測試臺上BMW的連桿并沒有顯示出什么問題。最近BMW-801的損壞率降低主要是因為??宋譅柗蜃罱K于擴大了發(fā)動機冷卻空氣出口截面,影響連桿軸承的問題依舊沒有進行過修正,此外滑油發(fā)泡和斷供的問題也必須由??宋譅柗虮M快解決。(3rd gruppe的一 名地勤Rolf Schrodter回憶Fw-190剛剛服役那段時間: BMW-801常常只能運轉幾個小時,隨后就會自己"了自己的連桿導致故障,很少有發(fā)動機的tbo能超過100小時,同時,發(fā)動機還面臨著配件缺失等等問題



Tank的文件

??宋譅柗虬偷掳柹瑽ad Eilsen于1942年8月8日:


尊敬的元帥(指米爾希)!我在信后附上了GL/C-E部門發(fā)給我的信件抄本(GL/C-E是RLM中掌管發(fā)動機研發(fā)的部門,也就是Eisenlohr主管的部門),我冒昧地將我對于此信的意見提交,如下:

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GL/C-E在回復我1942年6月3日的文件后在聲明中所做的陳述是毫無根據地斷言!根本沒有考慮到我對于Fw-190發(fā)動機的意見。

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一般來說BMW開發(fā)的用于安裝在機翼上的發(fā)動機單元確實可以很好地安裝在機身前部,例如Ju-252,但這是因為它的空間非常大,在戰(zhàn)斗機上這是不可行的,因為戰(zhàn)斗機要考慮安裝后飛行員的能見度、空氣動力學性能、起落架的位置、廢氣和滑油的管線布置,這都需要巧妙地設計才能容納得下,因此我才選擇了我們自己來設計發(fā)動機的安裝方案和附件。

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當時Fw-190還沒有引入保護飛行員的裝甲板,而且也沒有羅經設備和FuG25等等,因此出于重心的考慮我不可能將發(fā)動機移前,因為這樣飛機就會變得頭重腳輕地,這同樣也是為什么我們沒有選擇使用BMW設計的發(fā)動機單元的原因。


GL/C-E提到梅塞施密特的Me-109X安裝的就是BMW-801的一整個MA發(fā)動機系統(tǒng),但這不能證明這套系統(tǒng)能夠非常適合安裝在Fw-190上,因為梅塞施密特的設計只是比較在戰(zhàn)斗機上使用星形風冷或直列液冷的區(qū)別,再加上Me-109X本身性能表現就很不盡如人意,這很可能就是因為發(fā)動機安裝方式太過簡單粗暴導致的。

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GL/C-E文件第四段描述中提到的發(fā)動機應不是BMW-801而是BMW-139,我們當時提出的涵道式槳轂整流罩是在考慮高馬赫數下氣動阻力后選擇的,但當時沒有足夠的實驗數據支撐。

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后來在和BMW的NACA整流罩比較重,我們的整流罩速度只慢了8-10kph而不是他們所稱的20kph,而我們后來之所以決定使用BMW原廠的NACA整流罩只是因為它生產比較簡單,因為在布倫瑞克的大型風洞中進行的高馬赫數測試證明了我們的涵道式槳轂整流罩在高速下確實表現良好,在將來如果Fw-190的速度進一步提升還是會回歸使用這種整流罩的。

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最初為BMW-139設計氣缸冷卻系統(tǒng)的時候是有可變截面控制系統(tǒng)的,但后來根據測算,這種系統(tǒng)是沒有必要的,因為空氣流量和冷卻能力都符合BMW給出的最低要求。我們自然很樂意取消掉沒必要的系統(tǒng)避免發(fā)動機進一步復雜化,簡單的解決方案總是更好的。

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BMW當時給我們的訊息是從139發(fā)展而來的BMW-801在散熱水平上和BMW-139完全一致,所以我們當時的設計沒有任何問題,也是基于BMW的信息我才認為BMW-801也不需要冷卻空氣出口的可變截面控制系統(tǒng),而后來對于冷卻空氣流速的要求——通過在發(fā)動機前后結構中壓力差測算的——也是后來BMW才給我們的,只規(guī)定了最低動壓為240km/h,BMW自己當時都不知道強冷風扇沒有滿足足夠的空氣流量,這也是為什么后來BMW自己都開發(fā)了新的強冷風扇葉輪。

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BMW給出的最大冷卻空氣出口截面積條件是在炎熱天氣從地面爬升到高空過程中所需要的,而且直到1941年11月BMW才把設計需求中的最高氣缸溫度上限從240℃降低到了220℃,這才明確需求我們要給發(fā)動機輸出更多的空氣流量。

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而自控系統(tǒng)的液壓油罐和發(fā)動機支撐架合并設計也是不得已而為之,不然空間是絕對不夠的,而且據我所知目前這個設計還沒有引起任何一次損壞自控系統(tǒng)的案例,此外在生產過程中容器通過捶打和酸洗仍然足以除垢,并且液壓油系統(tǒng)也有濾清器。

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至于我們不用BMW原廠的冷卻空氣截面調整系統(tǒng)的原因是他真的設計成了一個完整的圓環(huán),無法安裝武器。在BMW和我們的共同努力下,已經實現了BMW方也覺得可以的滑油泡沫含量,但我們目前仍不知道BMW是否會進一步要求提升發(fā)動機的消泡能力。與BMW提供的規(guī)范相比,目前BMW-801的滑油供應能力已經是兩倍了。

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同時應該指出的是,Mw-109G的滑油箱布局跟我設計的一致,畢竟這就是戰(zhàn)斗機滑油箱的正確布置位置,而且也如我之前所說,我從未聽說過發(fā)動機自控系統(tǒng)的液壓油會被污染,自控系統(tǒng)由于其結構非常復雜所以其機械故障遠比液壓油污染導致的故障更多。

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至于滑油的污染可能是因為VDM螺旋槳單元導致的,因為在其管路后發(fā)現了污染跡象?;拖涞耐L布局也經過了BMW的評估和批準,特別核對過布局對滑油起泡的影響,空氣流速在BMW的規(guī)定范圍內,因此滑油箱漏油或起泡可能更多是因為發(fā)動機本身設計缺陷導致的。

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根據我的觀察,只有很少的發(fā)動機因為通風問題而造成機油泄露,更常見的原因是變速箱、VDM單元、武器系統(tǒng)和油冷器的故障導致漏油。同時在我們設計的滑油系統(tǒng)中,機油斷供只會發(fā)生在長時間大角度俯沖下,但是這種情況非常少見,而且Fw-190發(fā)動機俯沖機油斷供的問題和別家的發(fā)動機一樣,不存在好與壞之分。

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而有關油壓下降的問題我也無法理解,因為機油泡沫突然激增這個問題只出現在Fw-190上,實際上由于滑油箱的表面積很大,理論上來說是更加有利于滑油消泡的。

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假設在我們增加了發(fā)動機的空氣流量之前,BMW-801的頻繁故障是由于氣缸溫度過高導致的,這就又和實際情況矛盾,即大部分故障都發(fā)生在寒冷季節(jié),也不在全油門爬升過程中發(fā)生。再者如果BMW允許的機油泡沫含量是導致連桿損害的原因,那就有必要在發(fā)動機里安裝一個離心式機油濾清器。

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Eisenlohr對1942年8月8日譚克博士給米爾希元帥的信做出回應:

對Tank博士的信繼續(xù)答復將導致一場漫長而無果的紙上戰(zhàn)爭。

因此,我認為讓這個還是先想辦法徹底解決BMW-801的問題才對。

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