RAF百年 皇家空军博物馆小记

RAF 100 Years, Travelogue to the Royal Air Force Museum

Tempest与P47

令人窒息的对手

Jug只说了一个词, POWERRRR!

前面的发动机是喷火后期型的Griffon,不要被这个视角误导。

这边英国人的Tempest, 与P47定位类似。虽然采用液冷发动机,也是二战末期身大力不亏的路数。 他的前辈Typhoon借出展览,两者容易弄混。

P47用的是R2800双黄蜂,一级机械增压加涡轮增压。整个系统体积庞大,涡轮,进气,送气,排气,中冷,机身必须粗壮。

如果A10是在一门炮上造了一架飞机,那P47?

对比同款R2800,两级三速机械增压配置的F4U,涡轮系统(灰线)可以调整压缩比,始终保持最大的进气压力满功率输出。越是高空动力优势就更为明显,也正是P47相对P51占优的包线区间。

P47在43年更早装备第八航空队为轰炸德国任务护航,啃的是还能打的Luftwaffe硬骨头。等年底P51大量装备的时候,对手大势已去,Jug也开始加入喷火的行列,转型CAS。产量接近,战绩接近的P47,为什么完全被野马抢走风头?

除了颜值公关吃亏,航程与速度上的些许劣势,还有成本的因素。 P47的出厂价43年币值83,000美元,野马只要51,000, 更早出局的P38则是97,000。

经济账的背后,是国家采购新装备的支付能力,工业界快速研发换代批量交付的能力,拿出装备的最优解,支持指挥官去完成目标。女王的军队比不了,对手的日子就更难。

Bf 109

苦撑东西两线,打满全场的luftwaffe两兄弟。

The biggest engine on the smallest aircraft 一句话概括了109。这架E3上的DB601 有33.8L,而同期Mk.V 的Merlin45才27L。

最大的动力匹配最小的重量与阻力,作为前线空优战机是正解。后来美国人把mig的设计思路总结为All engine no fuel,作战思想相近,工程方案也趋同。

DB601 排气口特写

不同与英美系战机,设计渊源,测试数据易于考证。战后德国千疮百孔,技术档案资料散失殆尽,关键人员也难以探访。大部分比较研究,靠对战利品的集中测试进行,受限于短缺的零配件,引擎工况,并因燃油品质不同影响结果(德国和日本一样,受困于低质燃料。美国人对紫电,疾风的测试数据,远超实际运作水平。)。

一些设计思路更是难于考证。比如109为什么采用倒置的V12?

有一种说法是为了降低轴心机炮的安装重心(火力布置的话题待190再聊)。

可见中置机炮主体在发动机防火墙之后,只有炮管在输出轴里。

然而剩下推测有两种,一是配合机身造型减阻。二是降低场外维护的难度,想象一下你是维修技师要更换全部的火花塞,站在地上就搞定了。

英美系的两级两速/三速的设计,增压器通过齿轮系连接主输出轴,跟引擎转速存在固定线性关系。每一级增压瞄准一个固定的作战高度优化,提升manifold pressure进气压力(决定着引擎输出功率)。超过这个高度增压比不能满足需要的进气压力,引擎出力开始下降,直到更高一级压缩机/速度介入提升进气压力,进入下一个循环。接近三万英尺最后一级压缩比用掉,引擎出力开始随高度线性下降。

问题出在低空,最低一级的增压器的优化高度也在12000英尺上下,低于这个高度同样的引擎转速会造成进气压力超过安全值,敲缸损毁引擎。必须通过限流来控制进气压力,影响到引擎效率。而这个机械系统上还耦合着控制发动机输出的定速螺旋桨控制器,又是另一套控制区间。理论上想着就头大,实操规范固定化以后也许还好办。

英美系通过燃油优势,扩展进气压力上限和输出包线,提升性能的同时部分解决了这个问题。德国的早期引擎设计都是基于普遍的B4燃油标号87。英美空军燃油标号100往上,允许的进气压力就差了20%。所以DB601大得多的排量输出功率却相近。诺曼底登陆的时候盟军甚至用上了采用新型抗震添加剂的150标号燃油,griffon引擎的Mk.XIV可以获得36磅的压力,海平面飞到400mph,高空450mph,升限50,000英尺。当时的德日工程师如果得到这个情报,不知道是什么心情。

德三的武器设计经常被评价为 Over Engineering,但其中优秀的案例也比比皆是。DB601的机械增压设计就完全不同,非常先进。