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BMW-801早期可靠性极差的原因以及德国空军内部的扯皮通讯记录

2022-07-12 00:26 作者:徐祺七  | 我要投稿

在德国空军中,Motor一词指的是没有整流罩、没有液冷油冷器、没有排气系统和油泵以及发动机架固定架的发动机裸机,单独的Motor是不能投入使用的,但是如果带上了这些附件之后,裸机的Motor就变成了Triebwerk或称Motoranlage-MA,MA发动机系统。


汉莎航空是第一个提出Schnellwechseltriebwerke即快速更换发动机理念的,在其他国家也被称为Power-Egg动力蛋、Quick Engine Change-QEC发动机舱。


QEC舱集成了发动机和几乎所有附件,和机体的连接点很少因此可以快速装卸,QEC舱在德国被称为Einheitstriebwerke发动机单元。

在1942年之前,像BMW或DB这样的发动机制造商只负责生产发动机裸机Motor,机身制造商像Me或者Fw设计发动机的油冷器和水冷器,进气道排气管的设计也属于飞机公司的职责。发动机厂会提供给飞机厂很多重要的数据文件,比如发动机的散热需求,但这种模式下两者常常会对发动机的设计和安装产生截然不同的意见,为了保证发动机能够兼顾性能和低故障率,发动机厂都希望飞机能有尽可能大的散热器,但机身制造商显然不这么想。

 

1937年Fw被委拖使用BMW-139或Bramo-329来制造战斗机时,他们没有选择集成了发动机厂自己设计的附件的一整个QEC舱,这主要是因为BMW-801的QEC舱实际上是以给双发机使用为目的设计的,不符合谭克博士的设计需求,但谭克博士的设计团队可能高估了自己的能力,Fw-190的BMW-801遇到了非常严重的散热问题,这一点大家都已经熟知了,在1941年BMW-801C的寿命只有25hr,同年12 月新任战斗机总监阿道夫·加兰德表示由于发动机问题导致Fw-190的作战能力有限,目前不应考虑执行对英国的空战任务,这些问题大概到1942年底Fw-190A5才彻底解决,有关此事还有个趣闻,1942年11月2日,德国航空工业协会会长Rudolf·Lahs向艾尔哈德·米尔希Erhard·Milch写了一封信: “……前线的飞行员和地勤给BMW-801起了个绰号,叫做“Sau-Motor”(Sau是一个骂人的词,意思是“母猪”),他们还给DB 601/605起了同样的绰号,叫“Blumentöppe”(意思是“花瓶”),说实话,当这个消息传递到后方发动机工程师的耳朵里之后,他们的自信心遭受了严重的打击……”


这一点其实BMW和福克双方都有锅,前者设计的发动机有很多毛病,后者负责的散热系统没有满足发动机的需求,于是双方开始互相指责,直到RLM的发动机研发部门总工程师Wolfram·Eisenlohr亲自站台BMW,并指责谭克博士在设计BMW-801的时候犯下大错。其结果就是1942年5月,RLM为了防止再出现这样的麻烦向业界发出指令,今后有关发动机散热系统等附件的设计安装都全部交由发动机公司接管,飞机厂则不准再插手此事。


1942年7月Eisenlohr的文件

主题:关于1942年6月3日福克沃尔夫有关Fw-190发动机报告的声明

 

当初开发BMW-801MA的时候还没有决定要给Fw-190使用它,虽然其原则上以可以用于单发飞机的方式进行了设计,但当时的BMW-801还是以为双发轰炸机使用为目的开发的。在机翼上安装和在机身中安装发动机之间的差别其实不大,但福克沃尔夫依旧选择了自己设计发动机的附件而不使用BMW的原厂设计。但梅塞施密特的Me-109X的用的就是整套BMW-801MA的原厂发动机单元,这原本是给双发机使用的。

 

福克沃尔夫拒绝使用BMW-801MA是因为他们认为BMW的原厂系统会产生非常大的阻力,不利于Fw-190的飞行极速,因此福克沃尔夫设计了一个Doppelhaube涵道式桨毂整流罩安装在Fw-190上(尽管当时BMW的工程师就立即反对了这个设计并点明会导致更大的阻力,但福克沃尔夫无视了这个建议),后来的结果证明福克沃尔夫聪明反被聪明误,这种奇异的整流罩比使用BMW的原版整流罩速度还要慢了20kph。

 

福克后来也鉴于这种桨毂整流罩在生产、操作和机载武器开火下导致的种种麻烦而选择了放弃继续改进这种设计。福克沃尔夫在他们的信件中指责BMW发动机的理由全部站不住脚,因为BMW的发动机事实上满足了预期的基本要求。

由于开头所述的原因,Fw-190的发动机排气系统是由福克沃尔夫自己开发的,但他们设计的发动机冷却空气出口是无法调整截面积的,而且还和BMW要求的最小尺寸相差甚远,导致冷却效率极低,所以现在除了要扩大冷却空气的出口外还必须安装一个冷却空气出口截面调整装置。

 

福克沃尔夫还将BMW-801发动机后方的环形支撑架用作了Kommandogerät自动控制系统的液压油储存罐,这是个非常糟糕的设计方案,因为这根支撑架狭窄又是焊接的,几乎无法对其进行任何清洁。

福克沃尔夫对BMW-801进行的设计工作主要导致了以下这些毛病:

1) 冷却空气的出口截面积没有达到BMW的散热需求,无法形成有效压力差

2) BMW-801的滑油箱也是一个环形容器,布置在发动机前方环形散热器后部,这其实对于滑油的消泡和去垢非常不利,而且滑油管线布置也很糟糕

3) 自动控制系统的液压油箱很容易就会受到污染,导致自动控制系统多次故障

4) 发动机散热布局不利,导致废气甚至弄脏了飞机驾驶室的玻璃

5) 在进入俯冲的时候发动机的滑油供应会中断

这些问题导致了频繁的发动机故障,不过这些问题中的大部分都可以被消除,或者至少降低到可容忍的水平。

 

但有些问题会对发动机的安全运行造成严重威胁。目前滑油箱的消泡能力处于BMW规定的下限值,也就是说在实际运行过程中很容易就会突破极限。另外俯冲滑油断供的问题也是这样,一旦飞机是在非平稳状态下转入俯冲或角度过大,那滑油就会断供,这可能是滑油箱形状导致的。

 

此外福克沃尔夫选择将滑油压力下降作为俯冲角度限制的标准也是错误的,因为实际上在油压下降之前就会出现滑油泡沫激增从而危及发动机的运行,这些问题很有可能是连带着使得BMW-801的连杆轴承损坏的元凶,因为在测试台上BMW的连杆并没有显示出什么问题。最近BMW-801的损坏率降低主要是因为福克沃尔夫最近终于扩大了发动机冷却空气出口截面,影响连杆轴承的问题依旧没有进行过修正,此外滑油发泡和断供的问题也必须由福克沃尔夫尽快解决。(3rd gruppe的一 名地勤Rolf Schrodter回忆Fw-190刚刚服役那段时间: BMW-801常常只能运转几个小时,随后就会自己"了自己的连杆导致故障,很少有发动机的tbo能超过100小时,同时,发动机还面临着配件缺失等等问题



Tank的文件

福克沃尔夫巴德埃尔森Bad Eilsen于1942年8月8日:


尊敬的元帅(指米尔希)!我在信后附上了GL/C-E部门发给我的信件抄本(GL/C-E是RLM中掌管发动机研发的部门,也就是Eisenlohr主管的部门),我冒昧地将我对于此信的意见提交,如下:

 

GL/C-E在回复我1942年6月3日的文件后在声明中所做的陈述是毫无根据地断言!根本没有考虑到我对于Fw-190发动机的意见。

 

一般来说BMW开发的用于安装在机翼上的发动机单元确实可以很好地安装在机身前部,例如Ju-252,但这是因为它的空间非常大,在战斗机上这是不可行的,因为战斗机要考虑安装后飞行员的能见度、空气动力学性能、起落架的位置、废气和滑油的管线布置,这都需要巧妙地设计才能容纳得下,因此我才选择了我们自己来设计发动机的安装方案和附件。

 

当时Fw-190还没有引入保护飞行员的装甲板,而且也没有罗经设备和FuG25等等,因此出于重心的考虑我不可能将发动机移前,因为这样飞机就会变得头重脚轻地,这同样也是为什么我们没有选择使用BMW设计的发动机单元的原因。


GL/C-E提到梅塞施密特的Me-109X安装的就是BMW-801的一整个MA发动机系统,但这不能证明这套系统能够非常适合安装在Fw-190上,因为梅塞施密特的设计只是比较在战斗机上使用星形风冷或直列液冷的区别,再加上Me-109X本身性能表现就很不尽如人意,这很可能就是因为发动机安装方式太过简单粗暴导致的。

 

GL/C-E文件第四段描述中提到的发动机应不是BMW-801而是BMW-139,我们当时提出的涵道式桨毂整流罩是在考虑高马赫数下气动阻力后选择的,但当时没有足够的实验数据支撑。

 

后来在和BMW的NACA整流罩比较重,我们的整流罩速度只慢了8-10kph而不是他们所称的20kph,而我们后来之所以决定使用BMW原厂的NACA整流罩只是因为它生产比较简单,因为在布伦瑞克的大型风洞中进行的高马赫数测试证明了我们的涵道式桨毂整流罩在高速下确实表现良好,在将来如果Fw-190的速度进一步提升还是会回归使用这种整流罩的。

 

最初为BMW-139设计气缸冷却系统的时候是有可变截面控制系统的,但后来根据测算,这种系统是没有必要的,因为空气流量和冷却能力都符合BMW给出的最低要求。我们自然很乐意取消掉没必要的系统避免发动机进一步复杂化,简单的解决方案总是更好的。

 

BMW当时给我们的讯息是从139发展而来的BMW-801在散热水平上和BMW-139完全一致,所以我们当时的设计没有任何问题,也是基于BMW的信息我才认为BMW-801也不需要冷却空气出口的可变截面控制系统,而后来对于冷却空气流速的要求——通过在发动机前后结构中压力差测算的——也是后来BMW才给我们的,只规定了最低动压为240km/h,BMW自己当时都不知道强冷风扇没有满足足够的空气流量,这也是为什么后来BMW自己都开发了新的强冷风扇叶轮。

 

BMW给出的最大冷却空气出口截面积条件是在炎热天气从地面爬升到高空过程中所需要的,而且直到1941年11月BMW才把设计需求中的最高气缸温度上限从240℃降低到了220℃,这才明确需求我们要给发动机输出更多的空气流量。

 

而自控系统的液压油罐和发动机支撑架合并设计也是不得已而为之,不然空间是绝对不够的,而且据我所知目前这个设计还没有引起任何一次损坏自控系统的案例,此外在生产过程中容器通过捶打和酸洗仍然足以除垢,并且液压油系统也有滤清器。

 

至于我们不用BMW原厂的冷却空气截面调整系统的原因是他真的设计成了一个完整的圆环,无法安装武器。在BMW和我们的共同努力下,已经实现了BMW方也觉得可以的滑油泡沫含量,但我们目前仍不知道BMW是否会进一步要求提升发动机的消泡能力。与BMW提供的规范相比,目前BMW-801的滑油供应能力已经是两倍了。

 

同时应该指出的是,Mw-109G的滑油箱布局跟我设计的一致,毕竟这就是战斗机滑油箱的正确布置位置,而且也如我之前所说,我从未听说过发动机自控系统的液压油会被污染,自控系统由于其结构非常复杂所以其机械故障远比液压油污染导致的故障更多。

 

至于滑油的污染可能是因为VDM螺旋桨单元导致的,因为在其管路后发现了污染迹象。滑油箱的通风布局也经过了BMW的评估和批准,特别核对过布局对滑油起泡的影响,空气流速在BMW的规定范围内,因此滑油箱漏油或起泡可能更多是因为发动机本身设计缺陷导致的。

 

根据我的观察,只有很少的发动机因为通风问题而造成机油泄露,更常见的原因是变速箱、VDM单元、武器系统和油冷器的故障导致漏油。同时在我们设计的滑油系统中,机油断供只会发生在长时间大角度俯冲下,但是这种情况非常少见,而且Fw-190发动机俯冲机油断供的问题和别家的发动机一样,不存在好与坏之分。

 

而有关油压下降的问题我也无法理解,因为机油泡沫突然激增这个问题只出现在Fw-190上,实际上由于滑油箱的表面积很大,理论上来说是更加有利于滑油消泡的。

 

假设在我们增加了发动机的空气流量之前,BMW-801的频繁故障是由于气缸温度过高导致的,这就又和实际情况矛盾,即大部分故障都发生在寒冷季节,也不在全油门爬升过程中发生。再者如果BMW允许的机油泡沫含量是导致连杆损害的原因,那就有必要在发动机里安装一个离心式机油滤清器。

 


Eisenlohr对1942年8月8日谭克博士给米尔希元帅的信做出回应:

对Tank博士的信继续答复将导致一场漫长而无果的纸上战争。

因此,我认为让这个还是先想办法彻底解决BMW-801的问题才对。

 


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