(接2014年第1期)
就這樣,當實質上是Me 209IIV-2的Bf 109L在融合了部分Bf 109ST的設計后,再次改名換姓變成了Me P.1091。此時該機已經進一步演進成了一架翼展達19.4米、機身長13米的巨型“風箏”。然而梅塞施米特博士的動作卻仍舊顯得有些謹小慎微,除了那臺DB 605DBM發(fā)動機外,這個已經歷經多次修修補補的設計似乎并沒有什么大的實質性變化,甚至于起落架還被改回了Bf 109H的外八字收放設計。
值得注意的是,在Me P.1091于繪圖板上逐漸成型時,此時Me 209IIV-2還沒有上天,所以也可以認為此時的Me P.1091實際上是Me 209IIV-2的后續(xù)型號,而且梅塞施米特博士也的確為該機賦予了一個全新的內部非正式編號——Me 155。
不過如果仔細揣摩Me P.1091我們會發(fā)現,本來已經在Me 209IIV-2身上進行了成功測試的“尤莫”(Jumo)213發(fā)動機(與Ta 152、 Fw 190D-9采用的發(fā)動機型號相同)從Me P.1091的機頭處消失了,取而代之以性能遜色一些的DB 605DBM。這件事似乎表明了一個信號——Me P.1091將以此向Ta 152全面宣戰(zhàn)。顯然,梅塞施米特博士決不打算讓使用的發(fā)動機相同但Me 209IIV-2卻敗于Fw 190D-9這類事件重演,以至于重新啟動的Me P.1091堅決排斥了性能原本非常不錯而且供應相對充足的“尤莫”213。換句話說,只要是庫爾特·譚克博士要用的發(fā)動機,梅塞施米特博士就不會再用了。
話又說回來,梅塞施米特博士的倔強也使Me P.1091付出了代價。事實上,對于當時任何仍打算采用活塞動力的德國高空戰(zhàn)斗機項目來講,“尤莫”213幾乎是不可替代的。這其中的原因很簡單:長久以來德國戰(zhàn)斗機高空性能差的原因,是它們的發(fā)動機都只裝備了一級增壓器,而英美絕大多數發(fā)動機都裝備了二級增壓器,所以7000米以上的西線天空沒有德國人的份。而作為唯一勉強能夠投入實用的帶2級2速渦輪增壓器的德國活塞式航空發(fā)動機,“尤莫”213的意義自然可想而知,盡管“尤莫”213E的2級2速增壓頂多也就是V1650的水平。
反觀梅塞施米特博士為Me P.1091選擇的DB 605DBM,則在“尤莫”213這個“唯一”的映襯下顯得有些黯然了。DB 605DBM這種發(fā)動機的出現,實際上是由于德國在航空發(fā)動機渦輪增壓器多段變速技術上遲遲無法取得突破,以至于原本打算在DB 605上安裝2段2速渦輪增壓器的計劃無法實現。在此情況下,戴姆勒·奔馳公司的技術人員只得繼續(xù)采取在DB 605上同時安裝GM-1與MW 50兩種汽缸噴射裝置,以及簡單加大增壓器直徑的方法臨時救場。這便是DB 605DBM的由來,因而非常有必要交待一下由DB 605A/B到DB 605DBM的完整演進過程。
自1942年底,繼GM-1之后,使用更廣泛的MW50發(fā)動機強化裝置被研究出來并應用于包括DB 605的各系列德國航空發(fā)動機。MW50采用水和甲醇溶液作為增壓劑,使DB 605A/B瞬間輸出1800馬力(1323.5千瓦)的動力。MW50很快成為DB 605A的標準化裝備,整套裝置稱為DB 605AM。另外一種改進型稱為DB 605AS,就是給DB 605A裝上DB 603G發(fā)動機的大型單級渦輪增壓器,改用96號C3燃油,使最大起飛輸出功率也增至1800馬力(1323.5千瓦)。此型發(fā)動機主要裝備Bf 109G-5AS 和Bf 109G-6AS戰(zhàn)斗機。若再安裝MW50,使用C3燃油,則稱為DB 605ASCM;若仍使用DB 605A/B的87號B4燃油,即稱為DB 605ASBM。此兩款發(fā)動機主要裝備Bf 109G-14AS戰(zhàn)斗機。DB 605AS進一步提高油氣壓縮比,經過標準化后便成了Bf 109G-10戰(zhàn)斗機的新動力DB 605D;若再配合MW50裝置、使用C3燃料便成為DB 605DCM,使用B4燃油的就是DB 605DBM。DB 605DCM短時可爆發(fā)出2000馬力(1470.6千瓦)的強大動力,堪與羅·羅最新型的“默林”發(fā)動機相媲美。但遺憾的是這樣強悍的動力輸出只能維持幾分鐘,實際上只能算是外強中干的虛壯。
另外在這里需要修正一個長期以來的誤解,MW50與GM-1實際上是用途迥異、完全不可互相替代的兩種發(fā)動機增強裝置。出現時間較晚的MW50并不是GM-1的更新版本,這也是為什么戴姆勒·奔馳執(zhí)意要將兩套發(fā)動機強化裝置都搬上DB 605的原因。MW50甲醇-水噴注系統(tǒng)是為了解決德國低辛烷值燃料問題,以提高發(fā)動機工作壓縮比為目的,但該裝置對于提高高空性能卻基本無效;GM-1一氧化二氮噴注系統(tǒng)才是用來解決高空性能的。MW50實際上是一種甲醇和水各半的混合液名稱。其中水的作用是通過揮發(fā)降低壓縮空氣的溫度來減少其體積,使發(fā)動機能多吸入一倍氧氣,達到1.98個大氣壓,這樣就可以增加氣缸內單位體積的可燃混合氣含量,以提高燃油的熱效率;甲醇作為助燃劑以彌補汽缸溫度降低導致的功率損失。MW50一般能將發(fā)動機功率提高150~200馬力(110~147千瓦),不過其效率也隨著高度的增加而減低,所以只能在8000 米以下的中低空使用。
從工作原理來講,二者也完全不同,MW50是將甲醇和水各一半的混和液注射進增壓器的中心,利用液體膨脹的方式吸收熱量,降低氣體壓縮之后的溫度,避免過熱的氣體進入汽缸導致暴缸,從而也就提高了使用低辛烷值燃料發(fā)動機的壓縮比;GM-1則是把氮氣打入汽缸,通過強制增氧的方式提高燃料燃燒效率,以增加動力輸出。GM-1在壓縮空氣(由安裝在Me P.1091右側機翼內的6個壓縮空氣球提供)的驅動下注入發(fā)動機增壓器中,吸收熱量的同時產生氧氣,能在瞬間將發(fā)動機輸出功率提高25%~30%。以Bf 109G-10使用的DB 605DCM發(fā)動機為例,其起飛功率為1800馬力(1323.5千瓦),升到高度6000米時最大功率降到1550 馬力(1139.7千瓦),升到高度8500 米時最大功率降到1150馬力(845.6千瓦)以下。但此時如使用 GM-1(噴射量3.6千克/分鐘),最大功率可以回升到1350馬力(992.6千瓦);在高度10000 米時噴射量加大到7.3千克/分鐘,最大功率仍可維持在1350馬力(992.6千瓦)。也就是說MW50的真正目的是為了解決如何提高增壓器壓縮能力的問題,這與GM-1是為了解決如何提高燃料在高空稀薄空氣下的燃燒效率問題截然不同。事實上,只有使用低辛烷值燃料的德國人更要依賴MW50,這種裝置可以看作是對低辛烷值燃料的一種彌補;而在高空大氣已經非常稀薄,MW50基本上沒什么效果了,必須用GM-1直接注增氧劑才行。
進一步來說,MW50是運用更廣的增壓裝置,而且使用比GM-1更安全一些。其實,噴水增壓也廣泛運用在美國的航空發(fā)動機上,如F6F、F4U的普·惠R2800也都有使用噴水增壓裝置。但是,像DB 605DBM這樣2種強化裝置都用,只能說明德國人迫切改善性能、讓自己的戰(zhàn)斗機成為高低空通吃全能戰(zhàn)機的急躁心情。按照德國人的設想,不論戰(zhàn)斗發(fā)生在任何高度都應該打開MW50噴水增壓裝置,而在較高的高空則需要在MW50開啟的同時并用GM-1。但無論是MW50還是GM-1都對發(fā)動機的損害極大,發(fā)動機因此突然停擺的可能性大大增加了,實屬無奈之下的瘋狂之舉。同時MW50的使用也就意味著必須在每一次飛行后徹底排干發(fā)動機中剩余的燃料,這對戰(zhàn)時的外場維護保養(yǎng)來說非常不利。顯然,像GM-1、MW50這樣的發(fā)動機增壓裝置都不是從根本上改善高空性能的方法,在承擔了很大的危險性的同時,高空性能的提高卻是暫時的和不可靠的。只有優(yōu)秀的渦輪增壓器或多級式增壓器,才是當時活塞發(fā)動機全面提高性能的穩(wěn)妥方法。但由于當時德國空軍大量使用的還是87號和96號低辛烷值汽油,使用此類抗暴劑實屬不得已。相比之下,美、英普遍使用的100至130號高辛烷值汽油則幾乎不存在爆燃的問題。
在1943年9月之后,由于英美戰(zhàn)略空軍的打擊力度進一步加深,德國航空部對于高空攔截戰(zhàn)斗機需求變得更為迫切起來。但此時DB 605DBM發(fā)動機無論在性能上還是產量上都無法滿足Me P.1091項目的需要,于是梅塞施米特博士只得重新將希望寄托在技術先進但不成熟的DB 628A身上(盡管該發(fā)動機在不久前Bf 109HV-54的試飛中表現惡劣),并為之搭配了新型4葉正反對轉螺旋槳。當然,既然打算將DB 628A搬上Me P.1091A的機體,那么自然要避免Bf 109HV-54失敗的覆轍,也就是必須解決發(fā)動機過熱問題。
為此,梅塞施米特博士通過與戴姆勒·奔馳公司協(xié)調,將DB 628的增壓器冷卻方式改為了前冷式,并準備將先進的蒙皮表面蒸發(fā)散熱技術應用到Me P.1091A身上。所謂蒙皮表面蒸發(fā)散熱技術,其主要工作原理是將發(fā)動機內的冷卻液增壓,使其溫度達到沸點時仍能保持液態(tài),直到注入翼面下的常壓空腔時才迅速蒸發(fā),通過金屬翼面將熱量釋放到空中。超熱的冷卻液被注入離心式空氣壓縮機中,藉由壓力的下降,冷卻液迅速變成蒸汽,循管道進入機翼前緣內部的冷卻空腔內,靠熱傳導迅速將所攜帶的熱量經流經機翼表面的氣流帶走,失去熱量后的蒸汽變?yōu)橐簯B(tài)的水回流向發(fā)動機。與此同時,較重的水則依靠離心力被分離開來并重新進入發(fā)動機的冷卻循環(huán)系統(tǒng)。由于在相同的溫度下蒸汽可以攜帶較多的熱量,這種散熱方式比起傳統(tǒng)的冷卻液散熱的效率更高。
根據理論計算,Me P.1091在使用該裝置的情況下,發(fā)動機的運轉溫度可以達到110攝氏度,這就為DB 628A或是更大功率的發(fā)動機能以全負荷進行工作提供了保證。同時采用蒙皮表面蒸發(fā)散熱技術的另一個好處是整個系統(tǒng)不需要在機體表面做文章,所以不會為飛機帶來額外的阻力,Me P.1091的氣動外形也因此變得更為洗練起來。換發(fā)后的Me P.1091不久被改稱為Me P.1091A。然而,根據對一架換發(fā)后的Bf 109G-11進行飛行試驗表明,DB 628A可能僅能將Me P.1091A帶到14000米高度,與德國航空部所要求的15500米實用升限有相當大的差距,結果Me P.1091A胎死腹中。話又說回來,對于一架活塞式戰(zhàn)斗機來講,15500米的實用升限也確實有些過分,典型的好高騖遠。
隨后,梅塞施米特博士又打算將進展情況較為樂觀的DB 603U 或是DB 632發(fā)動機搬上Me P.1091的機體(DB 603U與DB 632都是帶有二級二速渦輪增壓器的DB 603發(fā)動機的試驗型號),同時縮短機體并提升座艙位置以改善后向視界。如此大改之后,整個Me P.1091A項目名稱也隨之變?yōu)镸e 155B;之前的Me P.1091A自然成為了Me 155A。然而,不久后梅塞施米特博士便懊惱地發(fā)現,根據研發(fā)中遇到的諸多麻煩,DB 603U與DB 632的拖沓仍將使Me 155B成為一個看得見但摸不著的鏡花水月,至少在航空部期望的時間內會是如此。相比之下,Ta 152進度上的優(yōu)勢卻越來越明顯。結果此消彼長之下,德國航空部果斷下令梅塞施米特公司徹底中止有關活塞動力高空截擊機的一切工作,將全部技術資料轉交布洛姆福斯(Blohm Voss),以便使前者能夠專心于Me 262的發(fā)展。至此,發(fā)展高空截擊型Bf 109的一切努力在梅塞施米特公司內部算是告一段落。但隨著Me 155B技術資料的移交,對于布洛姆福斯而言新的故事卻才剛剛開始。Me 155B的生命在布洛姆福斯公司的努力下得到了延續(xù)。(未完待續(xù))
鏈接:蒙皮/翼面散熱技術與亨克爾He 100
1936年初,就在德國航空部宣布Bf 109將取代He 51作為下一代主力戰(zhàn)斗機的同時,德國軍方的注意力已經轉向研制一種性能更加優(yōu)越的戰(zhàn)斗機。這次的目標更是顯得野心勃勃,要求計劃中的新飛機在性能上能夠像Bf 109超越雙翼的He 51那樣超越Bf 109!盡管航空部并沒有為此計劃正式立項,但仍對此相當重視,并邀請??恕の譅柗蚬竞秃嗫藸柟靖髯越怀鲆粋€設計用于評估。
由于這是個秘密進行的戰(zhàn)斗機研制項目,為了免受不知情人士的干擾,亨克爾公司對外嚴密封鎖消息。在公司內部一份編號為 No.3657的檔案里記載著:“在五月初,我們制作了一架實物模型……準備將其交給航空部做項目評估……在此之前航空部內沒有幾個人知道這一戰(zhàn)斗機項目的存在……。”亨克爾公司內最有天分的設計師沃爾特·岡特博士負責整個計劃的實施,他覺得在He 112的基礎上繼續(xù)加以改良并不能大幅提高飛機的性能,要想達到空軍苛刻的要求,只有大膽破舊立新才有可能。
在這種情況下,岡特博士開始了一個全新的設計,暫時定名為“1035計劃”。亨克爾公司給自己定下了極高的目標,要求新飛機的最高速度達到700千米/小時。在這里要請大家注意的是,直到1944年才有速度達到700千米/小時的戰(zhàn)斗機出現在戰(zhàn)場上。通過分析He 112失敗的原因,更將易于大量生產作為設計時的首要參考因素。岡特博士為了簡化生產,在設計新飛機時為自己定了兩條原則:第一,盡量減少飛機的部件數;第二,在設計時盡可能多地用直線構型,就算不是最佳選擇也在所不惜。相較于他在設計He 112時為了提高性能寧可犧牲生產性的做法,這次岡特博士似乎是從一個極端走到了另一個極端。
通過這樣的努力,新飛機比起He 112來可說是“平民化”了許多。He 112共由2885個零件組成,用26864個鉚釘加以連接;而新飛機的零件數下降到了969個,所需的鉚釘也只有11543個,僅僅是制造He 112所需的一小半。而放棄橢圓形的機翼給簡化工作帶來的好處最大,平均下來光在這一個環(huán)節(jié)上就可以節(jié)省1150個工時。為了最大限度地提高飛機性能,所有可能的減阻措施都被加了上去?,F在看來,許多措施都可說是開當時風氣之先河,如采用更符合空氣動力學的氣泡座艙、不在水平尾翼下裝設可能帶來一定阻力的結構增強支柱,以及在飛行時完全可收入機身的后三點式起落架等。同時,亨克爾公司在新飛機上甚至采用了比Bf 109更短的機翼,在適度犧牲高空和盤旋性能的情況下全力追求高速度!其中許多相當有特色的措施后來被德國空軍的主力戰(zhàn)斗機Bf 109F型所采用,使其性能在Bf 109E的基礎上又有了極大的飛躍,平飛時的最大速度一下提高了50千米/小時。
不過,在He 100設計中最引人注目的還要算對先進的蒙皮/翼面散熱技術的大膽應用,這為He 100保持洗練立落的氣動外形奠定了重要基礎。然而,正像俗話說的“成也蕭何敗也蕭何”。在試飛中該機的冷卻系統(tǒng)表現令人失望,幾乎百分之八十遇到的問題都出于此。此外,除了蒙皮/翼面散熱技術不過關外,He 100在航向穩(wěn)定性上也存在問題,在空中會像He 112的早期型號一樣出現空中畫龍的“蛇行”想象。同時,空軍試飛員對于該機的高翼載頗為不滿:這使得該機的著陸速度較大,飛行員往往在著陸滑跑的最后100米必須全力踩剎車才能阻止飛機沖出跑道端頭。地勤人員同樣不喜歡He 100,他們抱怨說該機發(fā)動機罩的設計太緊湊,使得對發(fā)動機的維護格外困難。當然,該機在維護上的最大問題毫無疑問還是來自冷卻系統(tǒng)。這一切使德國航空部迅速對He 100失去了興趣,最后放棄了將該機投入批量產的計劃。亨克爾僅僅生產了12架改用普通機腹散熱器的He 100D(也稱He 113)后,整個項目中止。
1943年11月,梅塞施米特用一架修改過的Bf 109打破了閉合航線陸上飛機的速度紀錄。作為回應,亨克爾立刻決定用He 100的第4號原型機(即V-4號原型機,唯一一架He 100B型機,因為V-1到V-3皆被稱作“A型”)來向新紀錄挑戰(zhàn)。由于He 100的機體已經在氣動外形上下了相當大的功夫,所以需要做的修改也就非常有限,主要是集中在縮短機翼及修改駕駛員座艙上。當V-3號墜毀后,1938年夏天完工的V-4號原型機便接受了作為競速機的必要改造,準備繼續(xù)向世界速度紀錄挑戰(zhàn)。V-4號換上了用于競賽的短機翼,使得該機的翼展從9.42米縮短到6.12米,翼面積也從14.5平方米縮小到11.02平方米;為了提高速度,座艙罩也換成了較小且外形更加流線的樣式;另外,對機身表面所有的連接點和突起用膩子整形后再加以打磨。需要說明的是,盡管沒有武裝,該機卻仍然稱得上是一架標準的“戰(zhàn)斗機”。安裝DB 601M發(fā)動機的V-4在性能上遠遠超過了德國空軍手中制式的Bf 109型戰(zhàn)斗機,尤其是在最大平飛速度上。從當年夏天在雷赫林測試中心試飛的數據來看,He 100在海平面的速度曾達到了560千米/小時,甚至超過了Bf 109在其最佳使用高度的性能。在2000米的高度上,He 100V-4號飛出了 560千米/小時的好成績;而在5000米的高度上,該機的速度高達669千米/小時!就算在8000米高度也有640千米/小時的實力。V-4 后來在1938年10月22日因為起落架折斷而損壞,不過并沒有受到嚴重的損壞,修復后在1939年3月重上藍天。