德国的航空发动机为什么不如英美?

德国的航空发动机为什么不如英美?


德国的航空发动机为什么不如英美?


材料:

可能不是所有国家都是下列标准。

一般的,发动机材料有各种钢,铝合金,镁合金,铸铁。

其中,汽缸缸体,活塞銷,曲轴为钢质。

汽缸盖,活塞,机匣头机匣盖为铝合金,活塞还需要镀铬处理。

连杆为渗碳钢。

凸轮轴需要镍铬钼钨合金钢。

此外可能还要青铜衬套。

铸铁用的很少。镁合金看情况。渗碳钢奢侈的话就换用和曲轴一样的材料。

减速器:

对液冷发动机来说,在曲轴之上布置错开轴简单双圆柱减速器。

也就是说,像12y这样的发动机,其桨轴炮实际上是从减速器上圆柱中伸出的,布置在V型气缸之间。

这里我就挺好奇的,大奔倒V布局,桨轴炮的位置就正好遇到机匣了,不知道德国人是怎么考虑的。

风冷用重合轴减速器,比较复杂的结构。

螺桨最有效率的工作范围是1000~1600转速,发动机的转速通常在2400~3000.也就是说比较理想的螺桨减速器传动比应该是该型螺旋桨最有效转速与发动机额定转速之比。

螺桨特性还有些问题,明天继续。发动机功率只是在等于该功率转速下有效载荷吸收的功率时才能利用。

增压器:

一级单速增压和一级两速增压,都是一个叶轮。

除德国以外,对于二战的发动机来说,叶轮的最大压头能力基本是不变的,如果要实现一个小范围的变化,可以在增压器进气口通过拧转导流片开关来实现。

增压器是在地面即启动,曲轴直接连到增压器传动齿轮,只要发动机启动增压器就在工作。这样,飞机地面工作,发动机将承受非常大的压力,这种起飞状态是不能持续很久的。而且如果我们反过来理解上面那个扭矩平衡的话,飞机地面工作,因为大气压力大,空气密度高,转动螺旋桨需要的扭矩就比设计高度大,这样曲轴转速就达不到额定功率时的指示转速,对飞机性能产生直接影响是螺旋桨而不是发动机,螺旋桨只管转速。既然减速器传动比固定,发动机尽管达到额定功率,但螺旋桨却吸收不了这个功率。换句话说,发动机在设计高度之下工作,功率被空气吃掉了。这个功率损失很大,最大也可以到30%以上。

发动机的设计高度是最大压头能力下,节气门全开的额定功率工作高度。假设这个工作高度是4000米,那么在这个高度之下,飞行员得小心控制飞机,节气门不能一踩到底了。在设计高度之下,地板油只能工作5~10分钟,对发动机比较伤。

由法国人开发出来的两速增压器,其实质近似可以理解为在发动机上装了一个具有两档的变速箱。设计高度之上,节气门全开,叶轮低转速的增压随着高度的上升,功率持续衰减。直至与叶轮高转速工作曲线重合。两曲线交汇点高度为发动机转换高度。

这样可以明显看出,两速增压器的目的,并不是改善高空性能,而是改善低空性能。

因为增压器的最大压头能力越大,发动机的设计高度越高,其地面输出也就越渣。。

而德国人的液力耦合变矩器,则可以在一个比较宽的范围内通过改变叶轮的最大转速来调节增压器的最大压头能力。这个液力耦合变矩器有点类似于现在某些车的四驱系统。德国人的发动机工作曲线就比较复杂了,不像英美发动机那样可以近似模拟出两条比较简单的曲线。液力变矩的传动效率随传动比变化近似一条抛物线,峰值大概是80%多。

两级增压器。两级增压器有两个叶轮共同工作,在工况曲线上可以看成类似一个叶轮的整体。两个叶轮的目的是实现更大的叶轮周速,但结果就造成气体温度过高,进入气缸会暴震,这就需要一个冷却器。虽然名字叫中冷,但其实质是后冷器。两级增压大约会吃掉发动机功率本身的30%。

说几点:

1. 谈到螺旋桨的话一定要考虑变矩桨的因素,这个就复杂了。德国佬先进之处在于混合比,增压,桨矩等发动机管理基本实现了傻瓜式,代价是复杂性和功率损失(指增压器)

2. 两速的引入是均衡了高低空的性能,不至于一招鲜。

3. P47是一级机械增压串联一级废涡,中间是正宗的中冷器,同样F6F和F4U上的R2800也是两级机械增压之间中冷。而merlin系列是后冷。

4. 德国佬的液力变矩增压器功率输出曲线很平滑,因为任何高度上(只要是rating altitude以下)都可以推到最大功率,只是随着高度上升增压器吃掉了更多的功率,有效输出随高度上升而稳步下降,不会象二速增压那样有一个明显的低谷高度,在这个高度上merlin会反复在high gear与low gear之间跳。但是一级增压在高空的效率远不如二级增压,会吃掉更多的有效输出,如果两级增压要吃掉30%,那么一级增压在高空要吃掉一半,这一点德国佬无论如何都没法改变。

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