CHNJET喷气俱乐部

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

楼主: 万磁王

“灰背隼”发动机传奇,德比嗡嗡声

[复制链接]
 楼主| 发表于 2019-10-14 09:00:32 | 显示全部楼层
欢迎大家在B站关注CHNJET
  30年代末斜气缸盖被放弃后,“灰背隼”表现出巨大的发展潜力。1937年末超马林制造出一架“速度喷火”(Speed  Spitfire)尝试刷新世界空速纪录,与R型发动机一样,该机安装的“灰背隼”II也要喝罗德·班克斯调制的特殊燃料。到1939年1月,这台“灰背隼”II(特别型)已经能在飞行中爆发出超过2160马力的功率以及+27psi增压。但即使使用了特殊火花塞和冷却系统,该发动机也只能以在这个功率上维持几分钟,因为其核心基本上还是经过加强的“灰背隼”II。正如“喷火”试飞行员杰弗里·奎尔(Jeffrey  Quill)所指出的那样,这次尝试使超马林首席设计师乔·史密斯(Joe Smith)对“灰背隼”发动机在接下来几年里的功率增长彻底放心。
The-Speed-Spitfire-England-1939-01.jpg
“速度喷火”

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2019-10-14 09:00:33 | 显示全部楼层
  英国空军的一个主要优势是引入了100辛烷值的燃料,使“灰背隼”最大增压器增压从+6.25增加到+9psi,功率从1030hp增加到1160hp。到1940年中期,“灰背隼”III已获得+12psi增压的五分钟紧急动力,以3000转/分的转速提供1310马力的功率。
bafb18f30208f9b4592a854d881c124e.jpg
诺丁汉的罗罗“灰背隼”发动机工厂

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2019-10-14 09:00:34 | 显示全部楼层
增压器进化
  到目前为止,“灰背隼”的增压器在设计上与1934年的原型发动机没什么不同。1938年推出的“灰背隼”X具有了两速增压器,两速驱动使增压器能以最适合的档位为进气增压:低空时为“中等增压”(“  MS”或“ M”档),高空使用“全增压”(“ FS”或“  S'档)。在自行研制的两速增压器性能无法令人满意后,罗罗公司购买了法国法曼公司的设计许可,由于法式增压器没有德比版本紧凑,导致整台发动机长度增加。
merlini.jpg
“灰背隼”I的增压涡轮
merlingearsmodded.jpg
两速增压器的两档变速机构

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2019-10-14 09:00:35 | 显示全部楼层
  机械增压器驱动装置在设计上是个难题,增压器涡轮的旋转速度大约是曲轴转速的10倍,这不仅意味着驱动装置需要以数万转/分的转速旋转,并且发动机的任何加速都会被放大十倍,再加上要承受增压器档位变化产生的负载,这意味着驱动装置要具有挠性,并且耐用、紧凑且轻巧。“灰背隼”的增压器采用了由曲轴驱动的扭转弹性套筒轴,增压器的齿轮质量也很高,以至于德国工程师需要齿轮箱来驱动戴姆勒-奔驰和容克斯发动机的测试增压器时,使用了从被击落的英国飞机上拆下的“灰背隼”增压器驱动组件。
Im19391207FL-RollsRoyceMerlin.jpg
“灰背隼”X

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2019-10-14 09:00:36 | 显示全部楼层
  由于增压器位于发动机后部,进气管路存在有许多弯头,增压器空气流量并不理想。在对压力损失进行一些量化实验后,“灰背隼”XX采用了经过重新设计的进气道和增压器壳体,以及重新设计的涡轮和新的增压水/乙二醇冷却系统,将发动机全油门操作高度提高了914米。
tumblr_nmypsxK74Y1thuhcdo.jpg
“灰背隼”XX结构图,涡轮尺寸变大

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2019-10-14 09:00:37 | 显示全部楼层
  由于采用了两速增压器,该发动机比“灰背隼”II/III更长,最初被用于重型轰炸机。“灰背隼”XX最终被安装在“飓风”上,但需要在座舱前增加一个机身加长段,由于“喷火”结构更复杂,需要花费更长的时间进行修改。由于“飓风”比“喷火”更加需要提升性能,所以“灰背隼”XX成为1940年9月开始服役的“飓风”II的发动机,而计划安装“灰背隼”XX的“喷火”III最快要到1941年才能服役。
21.jpg
安装“灰背隼”XX发动机的“飓风”IIA

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2019-10-14 09:00:38 | 显示全部楼层
  很快罗罗公司意识到,只需保留“灰背隼”XX的全增压齿轮并移动化油器位置,就可以生产出尺寸与“灰背隼”III相同的“灰背隼”45,并保持“灰背隼”XX的中高空性能表现。“灰背隼”45被安装到“喷火”战斗机上后就诞生了“喷火”V,这种“过渡”型号非常成功,以至于成为产量最大的“喷火”战斗机,而计划安装“灰背隼”XX的“喷火”III则从未投产。为了提高低空性能,罗罗工程师又缩短了增压器涡轮叶片,研制出“灰背隼”45M,该发动机被安装在拆除翼尖以提高滚转速率的“喷火”V机体上,创造出传奇般的“喷火”LFV低空战斗机。
fhc-spitfire-merlin.jpg
安装“灰背隼”45的“喷火”V
Spitfire-LFV.jpg
“喷火”LFV

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2019-10-14 09:00:39 | 显示全部楼层
令人尴尬的化油器
  “灰背隼”需要解决的另一个问题是化油器设计。早期“灰背隼”的浮子化油器容易受负过载影响,此时燃料会充斥化油器腔,一旦重新变为正过载,发动机会降低功率或发生浓混合气熄火。德国空军战斗机的戴姆勒-奔驰发动机采用燃油缸内直喷技术,不受负过载效应的影响,因此德国战斗机能在全油门俯冲中获得优势或作为一种逃生手段。而安装“灰背隼”发动机的“喷火”和“飓风”此时就必须半滚拉杆以跟随敌机,否则就要冒发动机熄火的危险。
  罗罗公司也曾考虑过燃油直喷,但最终还是选择了化油器,因为进气系统中的燃油蒸发会冷却进气,从而增加功率。皇家航空研究院(RAE)女工程师比阿特丽斯·希林(Beatrice  Shilling)提出了一个解决方案:在化油器上安装了一个限流环,将燃油流量限制在最大油门所需流量,防止出现浮子室溢流和浓混合气熄火。这种简单优雅的解决方案自1941年初开始被安装在前线战斗机上,正式名称为“  RAE限流器”。但限流器只允许短时间负过载飞行,所以长期解决方案是采用本迪克斯(Bendix)压力化油器,最后改为将燃料喷射到增压器中。
  罗罗公司还致力于将“灰背隼”包装成“动力蛋”(power  egg)组件,也就是采用标准安装件、燃料和其他连接件以适应不同类型的飞机。从“灰背隼”XX开始,这种发动机开始被安装到布里斯托“英俊战士”(Beaufighter)双发战斗机和阿芙罗“兰开斯特”轰炸机上。
Av_4309_power-egg_Fig3_W.png
“灰背隼”XX“动力蛋”

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2019-10-14 09:00:40 | 显示全部楼层
  随着“灰背隼”XX和45的成功,罗罗公司开始考虑如何进一步提高发动机性能。工程师们通过计算发现继续对现有增压器挖潜只能增加少许功率,因为单个增压器获得的最大有效压缩比约为4:1,如果能把两个增压器串联在同一根轴上,“灰背隼”将能9144米高度爆发出1000马力的功率。罗罗公司也考虑过涡轮增压系统,但该系统被应用在战斗机上时,其性能优势会被管道重量和复杂性所抵消。最终标志性两速两级增压器就此诞生,并附带中冷器和后冷器,进一步提高了进气增压压力。“灰背隼”的排气能量也没有被浪费,发动机的喷射排气管产生的推力,相当于在典型战斗速度和高度下增加200马力。
rolls-royce-merlin-xx-turbo-supercharger-cutaway-4956259.jpg
罗罗为“灰背隼”XX设计的涡轮增压器
merlin_61.jpg
“灰背隼”61的两级两速增压器

回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2019-10-14 09:00:41 | 显示全部楼层
  同时,“灰背隼”II采用的“茶隼”式缸体在性能上达到了极限。为了产生更大功率,必须将发动机重新设计为具有独立缸体和缸盖。罗罗工程师早已规划出这个解决方案,在帕卡德“灰背隼”在美国生产时,罗罗公司就告诉帕卡德(Packard)要开发两件式缸体。在两级增压的“灰背隼”61上,两件式缸体使100辛烷值燃料的增压上升到+15psi。从1944年起,150辛烷值的燃油使“灰背隼”的紧急增压达到+25psi,功率超过2000马力,高空维持功率在4572米时超过1500马力,在7010米时超过1300马力。
rrm.jpg
“灰背隼”61结构图

回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

sitemap|联系站长|版权说明|小黑屋|Archiver|手机版|CHNJET喷气俱乐部 ( 京ICP备15028347号-2 京公网安备 11011202000937号 )

GMT+8, 2022-8-19 03:46

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表