今天我們聊一聊識別飛機發動機的問題。
二戰時期的飛機所用的無非就是三類發動機,活塞式、噴氣式和火箭發動機。其中後兩類在當時屬於尖端技術,裝備的機型有限,常見的也就是那麼幾種。
這兩種型別發動機的共同特點是都有尾噴口。噴氣式發動機工作需要吸入空氣作為氧化劑,所以前面有進氣口,而火箭發動機自帶氧化劑,也就不需要設定進氣口。
其他使用螺旋槳的飛機安裝的都是活塞式發動機,如果細看又有尖頭和平頭兩種外觀。活塞式發動機透過燃料在氣缸內燃燒做功,推動活塞運動,帶動連桿和曲軸輸出動力。單個氣缸功率有限,要提高輸出功率就需要多個氣缸組合,這又帶來了散熱問題。
二戰時期飛機發動機功率已經很大,氣缸數量也多。液冷發動機採用冷卻液作為熱交換媒介,透過管道連線安裝在其他位置的散熱器進行迴圈。所以當時的液冷發動機氣缸很多采用V型佈局排成兩列,整個發動機顯得很細長,透過發動機整流罩和螺旋槳整流罩配合,形成流線型的尖頭。
而氣冷發動機是透過迎面氣流直接散熱,如果氣缸前後排列,則後排氣缸接觸的是已被前排加熱過的空氣,越往後散熱效果越差。所以氣冷發動機往往將氣缸圍繞中軸佈置在一個平面上,稱為星型佈局。二戰末期隨著發動機功率增大,氣缸數目增加,氣冷發動機也不得不將氣缸前後佈置成兩排,但互相交錯,仍是為了儘量保證後排氣缸能接觸到迎面的冷空氣。
採用這樣的佈局,發動機截面積自然很大。並且螺旋槳罩還不能太大,以免影響發動機的迎風面積,所以氣冷式發動機前面就表現為粗大的平頭。
這兩種發動機在軍用飛機上使用各有其優缺點,全看設計師和使用者的偏重和取捨,很多文章也進行過介紹,我們這裡就不再贅述。
說到這兒恐怕有些讀者會說老槍你這不都是ABC的東西嗎?太基礎了,值得專門說嗎?那可不一定,這種外形區別只能叫通常如此,我既然拿出來說那肯定是有例外的啊。
比如下面這架飛機,斯勃2,你說用的哪類發動機?
這種型別的飛機在抗戰全面爆發時曾大量裝備中國空軍。
我是在網上見過中文自媒體作者言之鑿鑿稱它用的是氣冷發動機的。其實這種飛機用的發動機就標在型號上,克里莫夫M-100,12缸V型液冷發動機——公開資料,隨處可查。
那你說他沒事把個液冷發動機弄個平頭幹什麼?實際上就是把散熱器放前頭去了。類似佈局在日常生活中很是常見,比如下面這張圖。
這種佈局帶來的阻力當然很大,浪費了液冷發動機的一大優勢,飛機速度不太高的情況下,也許尚可接受。但斯勃 2本身就是以高速能力著稱的飛機,所以換裝功率更大的M-103發動機後,散熱器就被移到發動機下方,前部也變成了流暢的尖頭。
因為M-100本是西班牙西斯潘諾-蘇扎12Y發動機的許可證生產版本,而12Y發動機在當時頗成功,上世紀30年代該系列幾乎是法國空軍飛機的標準發動機,因此法國飛機中也有類似的設計。
這種液冷發動機前面頂著大平板散熱器的佈局一戰時期就有,在戰後的二三十年代並不鮮見,這裡就不過多列舉。可能有人又要說了,這個設計一看就很老式啊,就是斯勃 2到蘇德戰爭爆發時也明顯落伍了,不能算是典型的二戰飛機,那麼請看下面這種。
容克斯Ju 88,被稱為二戰中德國最好的轟炸機,生產了15000架,你看照片它用的是氣冷發動機還是液冷發動機?
答案是液冷,除了驅逐型和夜間戰鬥型以及遠端偵察型中的部分型號使用BMW 801氣冷發動機外,絕大部分Ju 88都是用的容克斯自家生產的Jumo 211和213兩個系列的12缸倒V型液冷發動機。容克斯在發動機前端設計了一個環形冷卻器,集成了發動機冷卻和滑油冷卻功能。據說這麼佈置的理由是冷卻液管路最短,所以Ju 88系列的發動機不管氣冷液冷都是平頭。
這種佈局看來在實際應用中有它的優點,所以在Ju 88衍生出的Ju 188和Ju 388中使用Jumo發動機的型號上繼續沿用。
1944年8月Ju 188A-2機組慶祝中隊完成2500次任務
此外還有同樣使用Jumo系列發動機的Fw 190D、Ta 152、Ta 154和Me 264V-1號原型機。
以及使用DB系列液冷發動機的Ar 240、He 219、Do 335、He 177。
值得一提的是He 177使用的是由兩臺12缸V型DB 601組合而成的DB 606發動機,A-5型起開始裝備兩臺DB 605組合的DB 610發動機。兩個V型組合一起就是W型,結構緊湊但是複雜,並且散熱問題也更突出。He 177很容易出現發動機起火事故,主要原因就是發動機艙設計太小,散熱困難。
所以說這種平頭液冷發動機的佈局一直用到活塞式飛機發展盡頭,因為類似Ta 152H和Do 335這樣的飛機是被很多人看成終極螺旋槳戰鬥機的。
那麼反過來說,氣冷式發動機有沒有尖頭的?這肯定有,並且更多。小功率氣冷發動機,氣缸數也比較少,散熱問題不那麼突出,做成單排直列或者V型的大有人在。發動機罩稍一配合,就能弄個尖頭,比如下面兩種我們熟悉的型號。
這兩種飛機都是用的8缸V型As 10氣冷發動機,不同型號的功率為200至240馬力。
再往上提也行,比如下面這些。
Fw 189配用的12缸V型As 410氣冷發動機,450馬力
CR.714使用的雷諾12R 12缸倒V型氣冷發動機,500馬力
SO3C配備的Ranger V-770倒V型12缸氣冷發動機,600馬力
實際上直列V型的航空氣冷發動機,到Delta這個級別就已經比較少見了。技術上還能提高,比如前面雷諾12R的照片其實是張特別型,功率也有750馬力,而Delta系列最高功率能達到900馬力。但此時實用性就大大變差,還是此前我們反覆提到的散熱問題,幾乎無法解決。900馬力的Delta曾被裝在Re.2001原型機上,結果因為散熱問題引發大火,全機燒燬,被同為12缸倒V型的德制DB 601液冷發動機輕鬆擊敗。
但是義大利人這方面可能確實比較頭鐵,他們非要在直列的大功率氣冷發動機上槓到底。當時義大利航空工業迫切需要拿出一種1000馬力以上的氣冷發動機和進口的德制液冷發動機競爭,特別是DB 605型。於是伊索塔·弗拉西尼公司將兩臺550馬力12缸倒V型Gamma發動機組合出24缸X型Zeta,預計功率為1200馬力,搭載機選定為卡普羅尼·維佐拉F.6Z(Z即代指Zeta)。
結果Zeta造出來後果然出現了嚴重的散熱問題,直到1943年8月才裝機首飛,此時搭載DB.605的F.6M都首飛兩年了。1943年9月義大利就投降了,這還發展個什麼?所以義大利人二戰時期在航空發動機上的困境,可能就是因為他們非要在這上面鑽牛角尖導致的。
這種形式的大功率氣冷發動機其他國家也搞過,比如美國艾利森公司1927年建造的X-4520,也是X型24缸氣冷發動機,功率1200馬力,也是無法解決散熱問題而被放棄。英國羅爾斯·羅伊斯公司1936年建成的Exe,同樣是X型24缸氣冷發動機,功率1150馬力,據說試飛時表現尚好,但也沒有投產。看來都是遇到了同樣的先天性問題,20年代無法解決到40年代同樣無法解決。
好了,這次就這麼多。因為是找特例,肯定不會全面。大家平時也可以留意一下,當時還有哪些飛機裝著看上去像液冷的氣冷發動機或者看上去像氣冷的液冷發動機。