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BMW-801的动力升级

2020-10-09 21:13 作者:徐祺七  | 我要投稿

本帖提及的所有动力基本上都是静态空气下的动力。

德国空军的发动机更新换代总是充满了坎坷,就像本应在1944年初就取代BMW-801D的BMW-801F,直到苏军攻入柏林,挑起大梁的仍然还是BMW-801D。由于发动机更新换代的时限一次又一次推迟,为了改善BMW-801孱弱的发动机性能,工程师想出了很多方法,而其中一种就是C-3-Einspritzung,也就是后文将要阐述的C-3喷射。

最初的Fw-190A-1和A-2都使用BMW-801C,然而在服役中801C暴露出了很多问题,根据德国空军在1941年末的一份报告,花费3260 man hour制造出来的BMW-801C引擎仅仅能满足25小时的运转时间,不仅是因为Fw-190一整个QEC舱设计上的缺陷,更多也是因为在开战之初,德国空军就遭遇了严重的资源危机,导致发动机使用的一些特定金属含量大幅下降,具体到BMW-801上,原先15%的含镍量在生产中不得不削减到8% 。

3rd  gruppe的一名technical officer Rolf Schrödter回忆道Fw-190刚刚服役那段时间的尴尬情景:BMW-801常常只能运转几个小时,随后就会自己“吃”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。

而且早期的BMW-801价格和工时也很高,如果我们对比一下同期的DB 601,会发现这款V-12液冷发动机的工时为2420-3000 man hour,平均造价28800-35800 RM,而同年的BMW-801A价值就高达80700 RM。

BMW801C使用87标号的B4燃油,动力为1.32ata对应1560ps(海平面,限制使用时间3分钟), 它也是最早一批Fw-190战斗机的心脏,而之前型号BMW 801A动力则更低,仅有起飞档1.35ata 2700rpm 1550ps(海平面,限制1分钟),而实际平飞中可用的动力档为1.26ata 2400rpm 1450ps (海平面,限制5分钟)。

如此低的动力值当然无法满足德国空军的需求,1941年9月,BMW-801C的后续改进型号BMW-801D-2交付了,该型发动机采用C3燃油,发动机的压缩比也从6.5提升到了7.5, 动力达到了1.42ata 2700rpm 1780ps(海平面,限制使用时间3分钟),同时生产性也随着产量的提高而提高了不少,1943年的BMW-801仅需要1860 man hour,而1944年的更是只需要865 man hour,BMW-801D-2是Fw-190A-3的心脏。

BMW-801改进前后的活塞

总体来说,BMW-801D的性能暂时满足了战争中期德国空军的需求,但为了未来更为艰苦的战斗,工程师很早就开始为BMW-801准备后续升级,在服役中发现BMW-801的气缸的合并排气管设计有问题,无故消耗了发动机约80ps的动力,也导致了火花塞和喷油嘴的故障,1943年初,福克沃尔夫要求将这个合并式排气管拆分开,但却在落实到前线中的时候遭到了困难,于是工程师计划在BMW-801F(Fw-190A-9)上修正这个问题,然而正如前文所说,801F迟到了。

这里我们再提及一下C3燃油的品度变化,按照常见盟军油料的标号形式,C3燃油在1941年约为95/110, 1943年约为97/125, 在战争最末期约为97/140左右,C3燃油的品度升级也影响到了德国空军发动机的动力升级过程,同时B4燃油也从87号提升到了95号左右。

1943年3月26日,德国空军主持了一个关于BMW-801和DB-605的会议,在会议上提出了甲醇-水喷射(也就是MW-50喷射)的提案,与会者认为MW-50能有效提升飞机6km以下的性能,但由于BMW-801的喷油泵容积太小,导致为了冷却发动机MW-50的消耗会非常高——达到了每小时390升,出于同一个原因,MW-50喷射液也必须换成纯甲醇,这样的话BMW-801的马力能从1800ps提升到2000ps,能帮助Fw-190在海平面提升约25kph的速度。

相比之下DB-605的兼容性更好,使用MW-50时每小时仅消耗150升,而发动机的马力将从1475ps提升到1800ps,Bf-109的海平面极速将提高35-40kph。

在会议的最后,工程师都希望能早日解决BMW-801喷油泵容积不足的问题,根据日程,第一架使用甲醇喷射的Fw-190应该在4月15日进行试飞,该机可能是序列号1288的Fw-190A-5/U-8,工程师已经将飞机的一个油箱里装满了甲醇,但这毕竟只是一个实验,这种性能改进的方式也使得Fw-190本就不宽裕的航程雪上加霜,而飞机由于过高的消耗量,也仅仅获得了10分钟的性能提升时间。与此同时在一线战场上,Fw-190的性能已经越来越力不从心了,特别是执行Jabo(对地攻击)任务的Fw-190,携带炸弹执行cas的任务变得越来越危险,于是工程师开始寻找新的改进BMW-801D性能的方式,C-3喷射这种加力方式很快就脱颖而出。

Fw-190的前后两个油箱

C3喷射这种加力方式在1943年中开始测试 ,它能让Fw-190的驾驶员在1km高度以下激发出BMW-801D的无限性能,启动后,发动机的增压压力控制器可以将进气压从1.42ata提升到1.65ata,不过由于喷油泵的容积问题仍然无法解决,因此在发动机的左侧进气口上加装了一个燃油喷嘴,向被吸入气缸的空气中喷射额外的燃油。在Fw-190A5/A6的手册中,C-3喷射的使用时间限制是10到15分钟,但仅允许飞行员在中高速飞行时启用它,当飞机静止不动或低速飞行时,换言之就是发动机的输出档位本身很低的时候,使用它发动机会有发生故障的危险,C3喷射的控制拉臂在主仪表盘的左下方。

1943年12月以后的Fw-190手册甚至指出,如果飞行员遇到紧急状况,C3喷射加力的使用甚至可以不受时间限制。

1943年6月开始,共有6架Fw-190在雷希林进行了C3喷射加力的测试,BMW-801D在约32小时13分钟的连续运转中保持了高达2060ps的动力,由于测试机体的不同,对Fw-190在低空的速度提升在30到45kph之间不等,不过鉴于有He-177的前车之鉴,雷希林这次特别检查了发动机的温度变化,结果是喜人的,在加力测试中,发动机的7号和8号气缸仅仅升温3到7度,及时不喷射C3只强行拉高发动机的进气压,温度也仅仅上升了10到11度,完全不会危害到发动机,加力中的气缸温度约在182到190度之间。C3加力测试通过之后,宝马和福克沃尔夫开始率先将其使用在了Fe-190 Jabo和Jaborei上,也就是战斗轰炸机型号和远程战斗轰炸机型号上,随后一些普通的战斗机型号Fw-190也使用了这种装置,单次使用10分钟的C3喷射会额外消耗约11升的燃油,这是C3喷射加力的最大缺陷。

雷希林的下一个测试又回到了甲醇上,一架编号231的Fw-190,标号为SB+IK进行了改装,将前部油箱改装成了装满了甲醇的特殊油箱,在约4个半小时的测试飞行中,发动机的进气压为1.5ata,气缸温度升高了7度,飞行员打开甲醇喷射后,发动机的增压空气温度下降了45度,消耗的甲醇量达到了350kh/h,发动机虽然一切正常,但提示的性能却十分有限,只有16kph,雷希林的报告指出如果同一架飞机使用C3喷射,可以提升约30kph的极速,而且甲醇喷射的改装过程也很复杂,需要很多的额外附件,甲醇本身也具有腐蚀发动机的副作用,与之相比,C3喷射增益幅度大,改装难度小,是提升BMW-801性能的首选。

LW本身并不满足于仅仅1km高度以下的性能提升,1943年8月,为了提升挂载Wgr.21的Fw-190的性能,一架飞机被转移到了宝马,在那里测试了在1km高度以上使用的C3喷射,这一次宝马更改了发动机的喷油泵设计,以期在高海拔,也就是增压器二速上达到1.65a的进气压,有趣的是,由于喷油泵的改动,使得BMW-801在增压器一速的时候进气压也达到了1.58ata。

这一次的测试飞机是Fw-190A-5,即使没有额外加力套件,A-5还是很快的——在海平面为550kph,在6.5km的高度上为670kph,使用新型的加力套件后达到了海平面580kph,在5.3km的高度上为680kph,而不使用额外加力套件时,A-5在这个高度仅能达到635kph,而它的爬升性能也得到了改善,爬到8km的高度仅需要8分38秒,而不是原先的12分17秒,LW对这个结果自然是十分满意。

1944年1月起,LW正式发布Erhohte Notleistung 形式的动力升级(以下简称EN),EN动力解决了BMW-801本身喷油泵的容积问题,使得其可以直接加大C3燃油的喷射量, EN的限制使用时间仍然为10分钟,但限制进气压产生了变化,变为速FTH以下1.58ata, 二速FTH以下1.65ata,此时BMW 801D 的动力约为2000ps (海平面)。1944 年7月起,所有190A-8都进行了EN动力升级。

C3喷射
EN动力升级

在这里我们也提及一下除了C3喷射以外德国人对于BMW 801进行的其他方式的加力测试,BMW 801D也测试过使用MW-100喷射液时,在增压器切换高度最高提升了接近30%的动力,也就是接近2000ps,同样BMW 801也使用过GM-1一氧化二氮,在台架测试时在海平面高度使用GM-1时达到了2025ps的动力,但是这些并没有投入到前线。

 

还有一个问题在于重量,为BMW-801的重量经常被认为过重,实际上根据手册BMW801D的干重为934kg,delivered weight约为1055kg,而经常看见的BMW 801那个惊人的重量实际上是一整个QuickEngineChangeQEC舱的重量,Fw-190.上的QEC舱也是一个较为先进成熟的设计,便于更换维护, Graham White 对Fw190的QEC舱评价为:“The GermanLuftwaffe was probably the first to realize the importance of easy maintenance...as one unit was of inestimable value.”美国海军也在约1935年便认识到了QEC的重要性,在后续飞机的设计上多采用了类似设计。

而作为对比,苏联的14缸ASH-82FN的干重是938kg。

 


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