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德国测试使用DB-605A发动机的喷火V型报告

2022-11-27 01:33 作者:徐祺七  | 我要投稿

报告是1944年5月18日编辑的,实际测试时间稍早,这架飞机很有名,实际测试过程以及内容也很有趣

以下是报告重点翻译



抄送:

Dir.Dr.Hasperl(奔驰公司首席执行官)

Dir.Nallinger(奔驰发动机研发部门董事)等


测试报告主题:

考察在喷火V型机体中DB-605A发动机的工况,尤其是冷却性能和飞行性能。

 

测试结果:

滑油系统:

为喷火V型的灰背隼45发动机设计的滑油冷却器在功能上和DB-605A是适配的,但是冷却效果不足,这是因为DB-605A本来需要冷却的滑油热量就更高,再加上液力耦合增压器在低海拔高度会产生极高的额外滑油热量。

 

在1km高度的全油门飞行中,以Me-109G的滑油散热器散热能力为1,则喷火V的Gütegrad(散热器的散热能力或称相对效率)只有0.83,而且依照表1的测试结果所示,不能在爬升过程中保持一个稳定的温度;喷火V型的滑油散热器滑油流动阻力(不是气动阻力)很大,在这方面相当于Me-109F的旧散热器FO 699。


发动机的液冷系统:

喷火V的灰背隼45液冷系统功能和适配性都良好,比Me-109G的工况稳定很多,但是散热能力稍逊一筹,以Me-109G的DB-605A液冷散热器在2600rpm下的散热能力为1,则喷火V的是0.96(见表2);但灰背隼的液冷系统也足够用了,因为DB-605A在高空动力要比灰背隼45多出了150hp,理应有散热能力更强的液冷散热器。

 

但是值得注意的是,喷火V的液冷散热器面积仅有17.4dm²,而Me-109G的液冷散热器面积高达2×16.8dm²,喷火V的散热器面积小了高达50%,但散热能力仅仅只降低了4%。

 

根据DVL方面的测试,之所以喷火V的液冷散热器有这么高的效率,是因为DB-605发动机每PSh冷却液带走的热量比灰背隼的低,也就是加压的程度更低,而且灰背隼发动机的液冷散热器安装的位置更好,在给定面积下的散热效率比Me-109要高。


飞行性能:

表3显示的是飞机的速度性能,尽管喷火V的Bodennähe投影面积要比Me-109G大5㎡以上,但在发动机功率相同的情况下,其速度只比Me-109G慢25km/h,考虑到喷火携带了武器和全部装备的情况下,在11km的高度上,喷火和Me-109的速度就能相当了。

 

表4显示的是DB-605喷火V和Me-109G的爬升性能对比,考虑到喷火实机没有装备武器(大约轻了300kg),爬升率应该降低1-2m/s,理论升限12.7km,比同样发动机的Me-109G高出约1km。


1)启动实验:验证DB-605A发动机在喷火V机体中的运行表现,特别是冷却性能和飞行性能。


2)实验程序:测试机体是缴获的喷火V  E.N.830 CJ+ZY,测试发动机是DB-605A1 werk-Nr.00701990。发动机的安装,包括发动机支架、整流罩、油箱的生产都是辛德菲根Sindelfingen工厂进行的,使用的发动机是从量产型的Me-110G上拿来的。除了对损坏的部件进行维修外,还重建了飞机的电气系统和仪表,因为我们的飞机上电压是24V,英国人是12V。


3)改装后的飞机机况:改装后的喷火V没有无线电,重量由压舱物取代了,并且依旧安装了天线杆;机体没有武器,机翼上的火炮和机枪开口被封住了,但机翼内部的武器空间没有填上。

螺旋桨:三叶式VDM螺旋桨 D=3.0m b(1.0m)=310mm Blattmuster 9-12159A,螺旋桨来自Me-109G

整流罩:Me-110G版本

进气口:Me-109G版本

起飞重量:2730kg(不含武器)

装备武器后重量应增加300kg

滑油散热器是常规的椭圆形设计,F=2×2.95dm²,厚230mm

液冷散热器是矩形的常规水管结构,F=17.4dm² ,厚230mm

英国人这两个散热器都是用铜制造的。


4)测试结果 :

1)滑油系统:

除了保留了喷火V原版灰背隼发动机位于左翼下的滑油散热器外,其余所有滑油系统都是重新制作的。喷火V原本的滑油箱位于发动机下方,但Me-110G的DB-605A是没有空间放置的,所以滑油箱(总容量40L)被直接放在了发动机后面,但这也意味着DB-605A喷火V的非自封油箱必须相应地缩小尺寸,不过这样布置也有利于发动机的滑油供应条件。

 

通往位于左翼下的滑油散热器的滑油管线都是通过NW-20管线完成的,为了与Me-109G的滑油系统进行比较并设定为基本相同的滑油供输条件,DB-605A喷火V的滑油箱压力为超压0.3 atü。

原版喷火的滑油箱位置
原版喷火的滑油箱位置

灰背隼45的最大滑油进口温度为105℃,温度控制系统无法给DB-605A使用,新的温度压力阀Fa. SKF Zchg.编号Nr. SK 5719。在发动机2600rpm、tE=74℃(Eintritt进口)、tA=130℃(Austritt出口)时,滑油散热器处的滑油(未流经回流过滤器)流动阻力为1.7at,和Me-109F的旧滑油散热器FO 669是一个水平。


按照原版DB-605A滑油散热器的滑油最高进口温度85℃,再加上DB-605A的液力耦合器增压器有大量额外的滑油热量,因此旧有的喷火V的滑油散热器很难满足需求。


在海平面高度进行全油门飞行时,散热效率仅为0.84(基于85℃的最高油温和欧洲夏季温度INA+20℃),Bl.1显示的就是DB-605A喷火V的滑油散热器散热效率图,测试中它是从起飞后就开始爬升的,在5km高度由于滑油温度剧烈上升,爬升速度不得不增加了30km/h,同时在测试中在高空散热效率进一步下降,表示该散热器暴露于冷空气时的性能反而不佳。


2)发动机的液冷系统:

除了散热器之外,发动机的液冷系统设计和Me-110G的基本一致,水箱是标准的倒U型,带有蒸汽分离器,散热器管线根据DB图纸9-605.6051设计。


在发动机转速2600rpm时,从蒸汽分离器之后到泵之前的外循环液冷线路流动阻力约为1.0at,冷却液的流速还没有进行测量,从纯粹的发动机冷却角度来讲,该液冷系统是不够用的,特别是在高海拔地区,因为DB-605A的功率比灰背隼45更大。发动机使用的冷却液是50:50的水+乙二醇混合液,而不是英国人的70:30水+乙二醇。


尽管如此,与Me-109G的散热器系统相比,虽然喷火V的散热器面积要小了50%,但其散热能力只比Me-109差4%。


其原因在于我们冷却液的比热没有加压到和功率匹配的程度(根据DVL的测量,在DB-605A冷却液出口温度为115℃时,冷却液的比热为230 kgcal/PSeh,而灰背隼45在同样条件下则为260 kgcal/PSeh),其次,喷火V的液冷散热器安装位置更佳,因此散热能力也更强。


由于喷火V的散热器比Bf-109G的散热器流动阻力更低,因此运行起来要稳定很多,即使在高温下也是如此。


3)燃料系统:

燃料系统保留了喷火V原来的下层自封200L油箱(应为37英加),英国的燃油表无法使用,因为它只为12V电压设计。


原来的上层油箱直接和下层油箱直接相连,由于滑油箱布置在了发动机后,所以容量又不得不减少到了170L。


在试飞期间该系统没有发生任何故障。

原版喷火的油箱


4)压缩空气系统和液压系统:

压缩空气系统和液压系统是用来操作起落架制动器和着陆襟翼的,压缩空气系统是由一个活塞式压缩机操作的,在灰背隼45上该压缩机由凸轮轴驱动,因此其速度为曲轴的一半,但这种压缩机不能安装在DB-605上,所以是用一个减速器(2.2:1)与其相连的,而其他方面则全都是英国原装系统。


液压系统只用于操作起落架,安装的是德国Bamag泵19.1104(输出率12升/分钟),系统运行得很好。


5)飞行测试

a)速度性能:

表3显示的是DB-605A喷火V在1-12km的全油门水平飞行极速(n=2600rpm),为便于比较,绘制的长虚线为Me-109G的速度值,短虚线为雷希林评估的灰背隼45发动机原版喷火V速度性能。


这里需要指出的是,Me-109G和原版喷火V的数据都是在装备武器的情况下进行的,而DB-605A喷火V则没有装备武器,这就导致其重量轻了约300kg,因此在理论上DB-605A喷火V的速度会更慢一些,只有在大约11km以上的高空,该机的速度才会和Me-109G相当。


与DB-605A相比,装备灰背隼45的喷火V在临界高度以上的性能急剧下降,其程度令人震惊Auffallend,这可能是因为小排量高转速的灰背隼和大排量低转速的DB-605A相比其压缩比Füllungsgrade更低。


b)爬升性能:

表4显示的是DB-605A喷火V与Me-109G的爬升性能对比。考虑到DB-605A喷火V没有安装武器,它的实际爬升率应该会低1-2m/s,但即使如此它在所有高度上的爬升率都要比Me-109G好得多。


由于原版喷火V的滑油散热器太小,基于雷希林测算的最佳爬升速度(虚线)无法保持,在中高空必须增加,不过应该对爬升率没有特别明显的影响。


*)报告是1944年5月18日编辑的,实际测试时期稍早,然而根据图标和描述可见此时Bf-109G依旧没有解禁1.3ata的动力限制。

*)很明显可以从言辞中感觉到德国人觉得喷火和灰背隼设计的优秀,甚至说出 “daß die Spitfire V trotz ihrer mehr als 5m² größeren Fläche in Bodennähe nur um 25km/h langsamer als die Me-109G mit derselben Motorleistung ist.”

尽管喷火V的Bodennähe投影面积要比Me-109G大5㎡以上,在发动机功率相同的情况下,其速度比Me-109G慢25km/h

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