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末日猎鹰:最后的纳粹猛禽(4)

2014-04-16云中子

航空世界 2014年3期
关键词:米特增压器高空

云中子

(接2014年第1期)

就这样,当实质上是Me 209IIV-2的Bf 109L在融合了部分Bf 109ST的设计后,再次改名换姓变成了Me P.1091。此时该机已经进一步演进成了一架翼展达19.4米、机身长13米的巨型“风筝”。然而梅塞施米特博士的动作却仍旧显得有些谨小慎微,除了那台DB 605DBM发动机外,这个已经历经多次修修补补的设计似乎并没有什么大的实质性变化,甚至于起落架还被改回了Bf 109H的外八字收放设计。

值得注意的是,在Me P.1091于绘图板上逐渐成型时,此时Me 209IIV-2还没有上天,所以也可以认为此时的Me P.1091实际上是Me 209IIV-2的后续型号,而且梅塞施米特博士也的确为该机赋予了一个全新的内部非正式编号——Me 155。

不过如果仔细揣摩Me P.1091我们会发现,本来已经在Me 209IIV-2身上进行了成功测试的“尤莫”(Jumo)213发动机(与Ta 152、 Fw 190D-9采用的发动机型号相同)从Me P.1091的机头处消失了,取而代之以性能逊色一些的DB 605DBM。这件事似乎表明了一个信号——Me P.1091将以此向Ta 152全面宣战。显然,梅塞施米特博士决不打算让使用的发动机相同但Me 209IIV-2却败于Fw 190D-9这类事件重演,以至于重新启动的Me P.1091坚决排斥了性能原本非常不错而且供应相对充足的“尤莫”213。换句话说,只要是库尔特·谭克博士要用的发动机,梅塞施米特博士就不会再用了。

话又说回来,梅塞施米特博士的倔强也使Me P.1091付出了代价。事实上,对于当时任何仍打算采用活塞动力的德国高空战斗机项目来讲,“尤莫”213几乎是不可替代的。这其中的原因很简单:长久以来德国战斗机高空性能差的原因,是它们的发动机都只装备了一级增压器,而英美绝大多数发动机都装备了二级增压器,所以7000米以上的西线天空没有德国人的份。而作为唯一勉强能够投入实用的带2级2速涡轮增压器的德国活塞式航空发动机,“尤莫”213的意义自然可想而知,尽管“尤莫”213E的2级2速增压顶多也就是V1650的水平。

反观梅塞施米特博士为Me P.1091选择的DB 605DBM,则在“尤莫”213这个“唯一”的映衬下显得有些黯然了。DB 605DBM这种发动机的出现,实际上是由于德国在航空发动机涡轮增压器多段变速技术上迟迟无法取得突破,以至于原本打算在DB 605上安装2段2速涡轮增压器的计划无法实现。在此情况下,戴姆勒·奔驰公司的技术人员只得继续采取在DB 605上同时安装GM-1与MW 50两种汽缸喷射装置,以及简单加大增压器直径的方法临时救场。这便是DB 605DBM的由来,因而非常有必要交待一下由DB 605A/B到DB 605DBM的完整演进过程。

自1942年底,继GM-1之后,使用更广泛的MW50发动机强化装置被研究出来并应用于包括DB 605的各系列德国航空发动机。MW50采用水和甲醇溶液作为增压剂,使DB 605A/B瞬间输出1800马力(1323.5千瓦)的动力。MW50很快成为DB 605A的标准化装备,整套装置称为DB 605AM。另外一种改进型称为DB 605AS,就是给DB 605A装上DB 603G发动机的大型单级涡轮增压器,改用96号C3燃油,使最大起飞输出功率也增至1800马力(1323.5千瓦)。此型发动机主要装备Bf 109G-5AS 和Bf 109G-6AS战斗机。若再安装MW50,使用C3燃油,则称为DB 605ASCM;若仍使用DB 605A/B的87号B4燃油,即称为DB 605ASBM。此两款发动机主要装备Bf 109G-14AS战斗机。DB 605AS进一步提高油气压缩比,经过标准化后便成了Bf 109G-10战斗机的新动力DB 605D;若再配合MW50装置、使用C3燃料便成为DB 605DCM,使用B4燃油的就是DB 605DBM。DB 605DCM短时可爆发出2000马力(1470.6千瓦)的强大动力,堪与罗·罗最新型的“默林”发动机相媲美。但遗憾的是这样强悍的动力输出只能维持几分钟,实际上只能算是外强中干的虚壮。

另外在这里需要修正一个长期以来的误解,MW50与GM-1实际上是用途迥异、完全不可互相替代的两种发动机增强装置。出现时间较晚的MW50并不是GM-1的更新版本,这也是为什么戴姆勒·奔驰执意要将两套发动机强化装置都搬上DB 605的原因。MW50甲醇-水喷注系统是为了解决德国低辛烷值燃料问题,以提高发动机工作压缩比为目的,但该装置对于提高高空性能却基本无效;GM-1一氧化二氮喷注系统才是用来解决高空性能的。MW50实际上是一种甲醇和水各半的混合液名称。其中水的作用是通过挥发降低压缩空气的温度来减少其体积,使发动机能多吸入一倍氧气,达到1.98个大气压,这样就可以增加气缸内单位体积的可燃混合气含量,以提高燃油的热效率;甲醇作为助燃剂以弥补汽缸温度降低导致的功率损失。MW50一般能将发动机功率提高150~200马力(110~147千瓦),不过其效率也随着高度的增加而减低,所以只能在8000 米以下的中低空使用。

从工作原理来讲,二者也完全不同,MW50是将甲醇和水各一半的混和液注射进增压器的中心,利用液体膨胀的方式吸收热量,降低气体压缩之后的温度,避免过热的气体进入汽缸导致暴缸,从而也就提高了使用低辛烷值燃料发动机的压缩比;GM-1则是把氮气打入汽缸,通过强制增氧的方式提高燃料燃烧效率,以增加动力输出。GM-1在压缩空气(由安装在Me P.1091右侧机翼内的6个压缩空气球提供)的驱动下注入发动机增压器中,吸收热量的同时产生氧气,能在瞬间将发动机输出功率提高25%~30%。以Bf 109G-10使用的DB 605DCM发动机为例,其起飞功率为1800马力(1323.5千瓦),升到高度6000米时最大功率降到1550 马力(1139.7千瓦),升到高度8500 米时最大功率降到1150马力(845.6千瓦)以下。但此时如使用 GM-1(喷射量3.6千克/分钟),最大功率可以回升到1350马力(992.6千瓦);在高度10000 米时喷射量加大到7.3千克/分钟,最大功率仍可维持在1350马力(992.6千瓦)。也就是说MW50的真正目的是为了解决如何提高增压器压缩能力的问题,这与GM-1是为了解决如何提高燃料在高空稀薄空气下的燃烧效率问题截然不同。事实上,只有使用低辛烷值燃料的德国人更要依赖MW50,这种装置可以看作是对低辛烷值燃料的一种弥补;而在高空大气已经非常稀薄,MW50基本上没什么效果了,必须用GM-1直接注增氧剂才行。endprint

进一步来说,MW50是运用更广的增压装置,而且使用比GM-1更安全一些。其实,喷水增压也广泛运用在美国的航空发动机上,如F6F、F4U的普·惠R2800也都有使用喷水增压装置。但是,像DB 605DBM这样2种强化装置都用,只能说明德国人迫切改善性能、让自己的战斗机成为高低空通吃全能战机的急躁心情。按照德国人的设想,不论战斗发生在任何高度都应该打开MW50喷水增压装置,而在较高的高空则需要在MW50开启的同时并用GM-1。但无论是MW50还是GM-1都对发动机的损害极大,发动机因此突然停摆的可能性大大增加了,实属无奈之下的疯狂之举。同时MW50的使用也就意味着必须在每一次飞行后彻底排干发动机中剩余的燃料,这对战时的外场维护保养来说非常不利。显然,像GM-1、MW50这样的发动机增压装置都不是从根本上改善高空性能的方法,在承担了很大的危险性的同时,高空性能的提高却是暂时的和不可靠的。只有优秀的涡轮增压器或多级式增压器,才是当时活塞发动机全面提高性能的稳妥方法。但由于当时德国空军大量使用的还是87号和96号低辛烷值汽油,使用此类抗暴剂实属不得已。相比之下,美、英普遍使用的100至130号高辛烷值汽油则几乎不存在爆燃的问题。

在1943年9月之后,由于英美战略空军的打击力度进一步加深,德国航空部对于高空拦截战斗机需求变得更为迫切起来。但此时DB 605DBM发动机无论在性能上还是产量上都无法满足Me P.1091项目的需要,于是梅塞施米特博士只得重新将希望寄托在技术先进但不成熟的DB 628A身上(尽管该发动机在不久前Bf 109HV-54的试飞中表现恶劣),并为之搭配了新型4叶正反对转螺旋桨。当然,既然打算将DB 628A搬上Me P.1091A的机体,那么自然要避免Bf 109HV-54失败的覆辙,也就是必须解决发动机过热问题。

为此,梅塞施米特博士通过与戴姆勒·奔驰公司协调,将DB 628的增压器冷却方式改为了前冷式,并准备将先进的蒙皮表面蒸发散热技术应用到Me P.1091A身上。所谓蒙皮表面蒸发散热技术,其主要工作原理是将发动机内的冷却液增压,使其温度达到沸点时仍能保持液态,直到注入翼面下的常压空腔时才迅速蒸发,通过金属翼面将热量释放到空中。超热的冷却液被注入离心式空气压缩机中,藉由压力的下降,冷却液迅速变成蒸汽,循管道进入机翼前缘内部的冷却空腔内,靠热传导迅速将所携带的热量经流经机翼表面的气流带走,失去热量后的蒸汽变为液态的水回流向发动机。与此同时,较重的水则依靠离心力被分离开来并重新进入发动机的冷却循环系统。由于在相同的温度下蒸汽可以携带较多的热量,这种散热方式比起传统的冷却液散热的效率更高。

根据理论计算,Me P.1091在使用该装置的情况下,发动机的运转温度可以达到110摄氏度,这就为DB 628A或是更大功率的发动机能以全负荷进行工作提供了保证。同时采用蒙皮表面蒸发散热技术的另一个好处是整个系统不需要在机体表面做文章,所以不会为飞机带来额外的阻力,Me P.1091的气动外形也因此变得更为洗练起来。换发后的Me P.1091不久被改称为Me P.1091A。然而,根据对一架换发后的Bf 109G-11进行飞行试验表明,DB 628A可能仅能将Me P.1091A带到14000米高度,与德国航空部所要求的15500米实用升限有相当大的差距,结果Me P.1091A胎死腹中。话又说回来,对于一架活塞式战斗机来讲,15500米的实用升限也确实有些过分,典型的好高骛远。

随后,梅塞施米特博士又打算将进展情况较为乐观的DB 603U 或是DB 632发动机搬上Me P.1091的机体(DB 603U与DB 632都是带有二级二速涡轮增压器的DB 603发动机的试验型号),同时缩短机体并提升座舱位置以改善后向视界。如此大改之后,整个Me P.1091A项目名称也随之变为Me 155B;之前的Me P.1091A自然成为了Me 155A。然而,不久后梅塞施米特博士便懊恼地发现,根据研发中遇到的诸多麻烦,DB 603U与DB 632的拖沓仍将使Me 155B成为一个看得见但摸不着的镜花水月,至少在航空部期望的时间内会是如此。相比之下,Ta 152进度上的优势却越来越明显。结果此消彼长之下,德国航空部果断下令梅塞施米特公司彻底中止有关活塞动力高空截击机的一切工作,将全部技术资料转交布洛姆&福斯(Blohm & Voss),以便使前者能够专心于Me 262的发展。至此,发展高空截击型Bf 109的一切努力在梅塞施米特公司内部算是告一段落。但随着Me 155B技术资料的移交,对于布洛姆&福斯而言新的故事却才刚刚开始。Me 155B的生命在布洛姆&福斯公司的努力下得到了延续。(未完待续)

链接:蒙皮/翼面散热技术与亨克尔He 100

1936年初,就在德国航空部宣布Bf 109将取代He 51作为下一代主力战斗机的同时,德国军方的注意力已经转向研制一种性能更加优越的战斗机。这次的目标更是显得野心勃勃,要求计划中的新飞机在性能上能够像Bf 109超越双翼的He 51那样超越Bf 109!尽管航空部并没有为此计划正式立项,但仍对此相当重视,并邀请福克·沃尔夫公司和亨克尔公司各自交出一个设计用于评估。

由于这是个秘密进行的战斗机研制项目,为了免受不知情人士的干扰,亨克尔公司对外严密封锁消息。在公司内部一份编号为 No.3657的档案里记载着:“在五月初,我们制作了一架实物模型……准备将其交给航空部做项目评估……在此之前航空部内没有几个人知道这一战斗机项目的存在……。”亨克尔公司内最有天分的设计师沃尔特·冈特博士负责整个计划的实施,他觉得在He 112的基础上继续加以改良并不能大幅提高飞机的性能,要想达到空军苛刻的要求,只有大胆破旧立新才有可能。endprint

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