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BMW-801的動(dòng)力升級(jí)

2020-10-09 21:13 作者:徐祺七  | 我要投稿

本帖提及的所有動(dòng)力基本上都是靜態(tài)空氣下的動(dòng)力。

德國(guó)空軍的發(fā)動(dòng)機(jī)更新?lián)Q代總是充滿了坎坷,就像本應(yīng)在1944年初就取代BMW-801D的BMW-801F,直到蘇軍攻入柏林,挑起大梁的仍然還是BMW-801D。由于發(fā)動(dòng)機(jī)更新?lián)Q代的時(shí)限一次又一次推遲,為了改善BMW-801孱弱的發(fā)動(dòng)機(jī)性能,工程師想出了很多方法,而其中一種就是C-3-Einspritzung,也就是后文將要闡述的C-3噴射。

最初的Fw-190A-1和A-2都使用BMW-801C,然而在服役中801C暴露出了很多問題,根據(jù)德國(guó)空軍在1941年末的一份報(bào)告,花費(fèi)3260 man hour制造出來的BMW-801C引擎僅僅能滿足25小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間,不僅是因?yàn)镕w-190一整個(gè)QEC艙設(shè)計(jì)上的缺陷,更多也是因?yàn)樵陂_戰(zhàn)之初,德國(guó)空軍就遭遇了嚴(yán)重的資源危機(jī),導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)使用的一些特定金屬含量大幅下降,具體到BMW-801上,原先15%的含鎳量在生產(chǎn)中不得不削減到8% 。

3rd? gruppe的一名technical officer Rolf Schr?dter回憶道Fw-190剛剛服役那段時(shí)間的尷尬情景:BMW-801常常只能運(yùn)轉(zhuǎn)幾個(gè)小時(shí),隨后就會(huì)自己“吃”了自己的連桿導(dǎo)致故障,很少有發(fā)動(dòng)機(jī)的tbo能超過100小時(shí),同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)還面臨著配件缺失等等問題。

而且早期的BMW-801價(jià)格和工時(shí)也很高,如果我們對(duì)比一下同期的DB 601,會(huì)發(fā)現(xiàn)這款V-12液冷發(fā)動(dòng)機(jī)的工時(shí)為2420-3000 man hour,平均造價(jià)28800-35800 RM,而同年的BMW-801A價(jià)值就高達(dá)80700 RM。

BMW801C使用87標(biāo)號(hào)的B4燃油,動(dòng)力為1.32ata對(duì)應(yīng)1560ps(海平面,限制使用時(shí)間3分鐘), 它也是最早一批Fw-190戰(zhàn)斗機(jī)的心臟,而之前型號(hào)BMW 801A動(dòng)力則更低,僅有起飛檔1.35ata 2700rpm 1550ps(海平面,限制1分鐘),而實(shí)際平飛中可用的動(dòng)力檔為1.26ata 2400rpm 1450ps (海平面,限制5分鐘)。

如此低的動(dòng)力值當(dāng)然無法滿足德國(guó)空軍的需求,1941年9月,BMW-801C的后續(xù)改進(jìn)型號(hào)BMW-801D-2交付了,該型發(fā)動(dòng)機(jī)采用C3燃油,發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比也從6.5提升到了7.5, 動(dòng)力達(dá)到了1.42ata 2700rpm 1780ps(海平面,限制使用時(shí)間3分鐘),同時(shí)生產(chǎn)性也隨著產(chǎn)量的提高而提高了不少,1943年的BMW-801僅需要1860 man hour,而1944年的更是只需要865 man hour,BMW-801D-2是Fw-190A-3的心臟。

BMW-801改進(jìn)前后的活塞

總體來說,BMW-801D的性能暫時(shí)滿足了戰(zhàn)爭(zhēng)中期德國(guó)空軍的需求,但為了未來更為艱苦的戰(zhàn)斗,工程師很早就開始為BMW-801準(zhǔn)備后續(xù)升級(jí),在服役中發(fā)現(xiàn)BMW-801的氣缸的合并排氣管設(shè)計(jì)有問題,無故消耗了發(fā)動(dòng)機(jī)約80ps的動(dòng)力,也導(dǎo)致了火花塞和噴油嘴的故障,1943年初,??宋譅柗蛞髮⑦@個(gè)合并式排氣管拆分開,但卻在落實(shí)到前線中的時(shí)候遭到了困難,于是工程師計(jì)劃在BMW-801F(Fw-190A-9)上修正這個(gè)問題,然而正如前文所說,801F遲到了。

這里我們?cè)偬峒耙幌翪3燃油的品度變化,按照常見盟軍油料的標(biāo)號(hào)形式,C3燃油在1941年約為95/110, 1943年約為97/125, 在戰(zhàn)爭(zhēng)最末期約為97/140左右,C3燃油的品度升級(jí)也影響到了德國(guó)空軍發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力升級(jí)過程,同時(shí)B4燃油也從87號(hào)提升到了95號(hào)左右。

1943年3月26日,德國(guó)空軍主持了一個(gè)關(guān)于BMW-801和DB-605的會(huì)議,在會(huì)議上提出了甲醇-水噴射(也就是MW-50噴射)的提案,與會(huì)者認(rèn)為MW-50能有效提升飛機(jī)6km以下的性能,但由于BMW-801的噴油泵容積太小,導(dǎo)致為了冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)MW-50的消耗會(huì)非常高——達(dá)到了每小時(shí)390升,出于同一個(gè)原因,MW-50噴射液也必須換成純甲醇,這樣的話BMW-801的馬力能從1800ps提升到2000ps,能幫助Fw-190在海平面提升約25kph的速度。

相比之下DB-605的兼容性更好,使用MW-50時(shí)每小時(shí)僅消耗150升,而發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力將從1475ps提升到1800ps,Bf-109的海平面極速將提高35-40kph。

在會(huì)議的最后,工程師都希望能早日解決BMW-801噴油泵容積不足的問題,根據(jù)日程,第一架使用甲醇噴射的Fw-190應(yīng)該在4月15日進(jìn)行試飛,該機(jī)可能是序列號(hào)1288的Fw-190A-5/U-8,工程師已經(jīng)將飛機(jī)的一個(gè)油箱里裝滿了甲醇,但這畢竟只是一個(gè)實(shí)驗(yàn),這種性能改進(jìn)的方式也使得Fw-190本就不寬裕的航程雪上加霜,而飛機(jī)由于過高的消耗量,也僅僅獲得了10分鐘的性能提升時(shí)間。與此同時(shí)在一線戰(zhàn)場(chǎng)上,F(xiàn)w-190的性能已經(jīng)越來越力不從心了,特別是執(zhí)行Jabo(對(duì)地攻擊)任務(wù)的Fw-190,攜帶炸彈執(zhí)行cas的任務(wù)變得越來越危險(xiǎn),于是工程師開始尋找新的改進(jìn)BMW-801D性能的方式,C-3噴射這種加力方式很快就脫穎而出。

Fw-190的前后兩個(gè)油箱

C3噴射這種加力方式在1943年中開始測(cè)試?,它能讓Fw-190的駕駛員在1km高度以下激發(fā)出BMW-801D的無限性能,啟動(dòng)后,發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓壓力控制器可以將進(jìn)氣壓從1.42ata提升到1.65ata,不過由于噴油泵的容積問題仍然無法解決,因此在發(fā)動(dòng)機(jī)的左側(cè)進(jìn)氣口上加裝了一個(gè)燃油噴嘴,向被吸入氣缸的空氣中噴射額外的燃油。在Fw-190A5/A6的手冊(cè)中,C-3噴射的使用時(shí)間限制是10到15分鐘,但僅允許飛行員在中高速飛行時(shí)啟用它,當(dāng)飛機(jī)靜止不動(dòng)或低速飛行時(shí),換言之就是發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出檔位本身很低的時(shí)候,使用它發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)有發(fā)生故障的危險(xiǎn),C3噴射的控制拉臂在主儀表盤的左下方。

1943年12月以后的Fw-190手冊(cè)甚至指出,如果飛行員遇到緊急狀況,C3噴射加力的使用甚至可以不受時(shí)間限制。

1943年6月開始,共有6架Fw-190在雷希林進(jìn)行了C3噴射加力的測(cè)試,BMW-801D在約32小時(shí)13分鐘的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中保持了高達(dá)2060ps的動(dòng)力,由于測(cè)試機(jī)體的不同,對(duì)Fw-190在低空的速度提升在30到45kph之間不等,不過鑒于有He-177的前車之鑒,雷希林這次特別檢查了發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度變化,結(jié)果是喜人的,在加力測(cè)試中,發(fā)動(dòng)機(jī)的7號(hào)和8號(hào)氣缸僅僅升溫3到7度,及時(shí)不噴射C3只強(qiáng)行拉高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓,溫度也僅僅上升了10到11度,完全不會(huì)危害到發(fā)動(dòng)機(jī),加力中的氣缸溫度約在182到190度之間。C3加力測(cè)試通過之后,寶馬和??宋譅柗蜷_始率先將其使用在了Fe-190 Jabo和Jaborei上,也就是戰(zhàn)斗轟炸機(jī)型號(hào)和遠(yuǎn)程戰(zhàn)斗轟炸機(jī)型號(hào)上,隨后一些普通的戰(zhàn)斗機(jī)型號(hào)Fw-190也使用了這種裝置,單次使用10分鐘的C3噴射會(huì)額外消耗約11升的燃油,這是C3噴射加力的最大缺陷。

雷希林的下一個(gè)測(cè)試又回到了甲醇上,一架編號(hào)231的Fw-190,標(biāo)號(hào)為SB+IK進(jìn)行了改裝,將前部油箱改裝成了裝滿了甲醇的特殊油箱,在約4個(gè)半小時(shí)的測(cè)試飛行中,發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓為1.5ata,氣缸溫度升高了7度,飛行員打開甲醇噴射后,發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓空氣溫度下降了45度,消耗的甲醇量達(dá)到了350kh/h,發(fā)動(dòng)機(jī)雖然一切正常,但提示的性能卻十分有限,只有16kph,雷希林的報(bào)告指出如果同一架飛機(jī)使用C3噴射,可以提升約30kph的極速,而且甲醇噴射的改裝過程也很復(fù)雜,需要很多的額外附件,甲醇本身也具有腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī)的副作用,與之相比,C3噴射增益幅度大,改裝難度小,是提升BMW-801性能的首選。

LW本身并不滿足于僅僅1km高度以下的性能提升,1943年8月,為了提升掛載Wgr.21的Fw-190的性能,一架飛機(jī)被轉(zhuǎn)移到了寶馬,在那里測(cè)試了在1km高度以上使用的C3噴射,這一次寶馬更改了發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油泵設(shè)計(jì),以期在高海拔,也就是增壓器二速上達(dá)到1.65a的進(jìn)氣壓,有趣的是,由于噴油泵的改動(dòng),使得BMW-801在增壓器一速的時(shí)候進(jìn)氣壓也達(dá)到了1.58ata。

這一次的測(cè)試飛機(jī)是Fw-190A-5,即使沒有額外加力套件,A-5還是很快的——在海平面為550kph,在6.5km的高度上為670kph,使用新型的加力套件后達(dá)到了海平面580kph,在5.3km的高度上為680kph,而不使用額外加力套件時(shí),A-5在這個(gè)高度僅能達(dá)到635kph,而它的爬升性能也得到了改善,爬到8km的高度僅需要8分38秒,而不是原先的12分17秒,LW對(duì)這個(gè)結(jié)果自然是十分滿意。

1944年1月起,LW正式發(fā)布Erhohte Notleistung 形式的動(dòng)力升級(jí)(以下簡(jiǎn)稱EN),EN動(dòng)力解決了BMW-801本身噴油泵的容積問題,使得其可以直接加大C3燃油的噴射量, EN的限制使用時(shí)間仍然為10分鐘,但限制進(jìn)氣壓產(chǎn)生了變化,變?yōu)樗貴TH以下1.58ata, 二速FTH以下1.65ata,此時(shí)BMW 801D 的動(dòng)力約為2000ps (海平面)。1944 年7月起,所有190A-8都進(jìn)行了EN動(dòng)力升級(jí)。

C3噴射
EN動(dòng)力升級(jí)

在這里我們也提及一下除了C3噴射以外德國(guó)人對(duì)于BMW 801進(jìn)行的其他方式的加力測(cè)試,BMW 801D也測(cè)試過使用MW-100噴射液時(shí),在增壓器切換高度最高提升了接近30%的動(dòng)力,也就是接近2000ps,同樣BMW 801也使用過GM-1一氧化二氮,在臺(tái)架測(cè)試時(shí)在海平面高度使用GM-1時(shí)達(dá)到了2025ps的動(dòng)力,但是這些并沒有投入到前線。

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還有一個(gè)問題在于重量,為BMW-801的重量經(jīng)常被認(rèn)為過重,實(shí)際上根據(jù)手冊(cè)BMW801D的干重為934kg,delivered weight約為1055kg,而經(jīng)常看見的BMW 801那個(gè)驚人的重量實(shí)際上是一整個(gè)QuickEngineChangeQEC艙的重量,F(xiàn)w-190.上的QEC艙也是一個(gè)較為先進(jìn)成熟的設(shè)計(jì),便于更換維護(hù), Graham White 對(duì)Fw190的QEC艙評(píng)價(jià)為:“The GermanLuftwaffe was probably the first to realize the importance of easy maintenance...as one unit was of inestimable value.”美國(guó)海軍也在約1935年便認(rèn)識(shí)到了QEC的重要性,在后續(xù)飛機(jī)的設(shè)計(jì)上多采用了類似設(shè)計(jì)。

而作為對(duì)比,蘇聯(lián)的14缸ASH-82FN的干重是938kg。

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BMW-801的動(dòng)力升級(jí)的評(píng)論 (共 條)

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