魔法诞生的过程 英国传奇发动机“灰背隼”诞生始末

2023-11-15 14:20:15 字數 4409 閱讀 1637

在30年代初,罗罗公司开发了一种名为r型的发动机,虽然取得了巨大的成功,但却并不实用化。然而,罗罗公司意识到英国皇家空军需要一种比茶隼更强大的发动机,于是开始了pv12发动机的研发工作。

pv12发动机是一种全新的设计,借鉴了r型发动机的经验,并进行了一系列的改进。与r型相比,pv12发动机体积更小,采用了不同的结构。它是罗罗公司自主研发的项目,并没有空军部的合同支持。

2023年10月,pv12发动机的研发获得了批准。根据初步设计规格,这款发动机的排量为27升,采用了60?v12水冷增压整体气缸结构。每个气缸都配备了四个中空充钠气门和叉板式活塞连杆。为了确保发动机能够承受超过1000马力的潜在功率,pv12发动机的汽缸体与上曲轴箱采用了一体式铸造,汽缸盖铸件被紧固在汽缸体上,以增加刚度和强度。

然而,不幸的是,pv12发动机的主要设计师亨利·罗伊斯在研发工作开始后的六个月内去世了。接替他成为罗罗总工程师的是a·g·埃利奥特。尽管罗伊斯无法亲自见证pv12发动机的成功,但他的努力和贡献为后续的发展奠定了坚实的基础。

pv12发动机的研发过程充满了挑战和创新。它代表了罗罗公司在航空发动机领域的技术实力和创造力。虽然pv12发动机并未投入实际使用,但它为未来的发动机设计奠定了重要的基础,并为英国皇家空军提供了更强大的动力选择。

2023年10月,第一台pv12原型发动机开始进行台架测试。经过数月的测试和调试,该发动机于次年7月通过了型号型式的认证。这一里程碑标志着pv12发动机的研发进入了新的阶段。

随后,于2023年2月21日,pv12发动机被安装在霍克“雄鹿”(hart)k3036上,开始了首次试飞。然而,在试飞过程中,发动机的大型曲轴箱和气缸体铸件暴露出了严重的缺陷。这些铸件容易破裂,导致了高昂的维修成本。此外,蒸发式发动机冷却系统也被证明是麻烦的,容易发生泄漏问题。

pv12发动机曾考虑过采用倒置v12概念,而这个概念首次获得了“灰背隼”的名字。罗罗工程师们制造了一个模型来探索这个概念,但最终决定放弃。然而,德国工程师代表团对这个模型产生了浓厚的兴趣,这可能与二战期间德国公司研制的倒置v12发动机有关。

在pv12改型中,由埃利奥特进行了一些改动。最初的原型发动机采用了平气缸盖,但埃利奥特认为斜气缸盖更具优势。斜气缸盖能够在气缸内产生湍流,从而改善燃油和进气的混合效果。然而,当“灰背隼”b进行试车后,结果表明斜气缸盖的优势并不如预期。该发动机的功率较低,容易发生爆震,并且存在排气门烧蚀的问题。

pv12发动机的研发历程中充满了挑战和改进。尽管一些概念和改动没有达到预期效果,但这些经验和教训对于后续发动机的发展具有重要意义。罗罗公司通过不断的实验和改进,最终成功开发出了更加可靠和高效的发动机,为航空工业的发展做出了贡献。

在20世纪30年代初期,英国的航空工业面临了一系列挑战。其中一个关键问题是“灰背隼”发动机的设计缺陷。最初的“灰背隼”c型发动机由于缸体开裂问题,不得不进行重新设计。为了解决这个问题,工程师们决定将气缸体与上曲轴箱分离,从根本上解决了开裂的隐患。

然而,尽管缸体开裂问题得到了解决,斜气缸盖的设计仍然存在一些困扰,这使得“灰背隼”发动机陷入了研发的瓶颈时期。为了克服这个问题,工程师们进行了一系列调整,包括调整火花塞的位置和气缸盖的布局,但是取得的成果有限。

在民用型号测试中,新设计的“灰背隼”c未能通过50小时的测试。为了应对这个问题,冷却系统的冷却液被更换为乙二醇。尽管水具有更高的比热,但乙二醇的沸点更高,使得冷却系统能够承受更高的运行温度。然而,这种未经型号测试的发动机被指定为“喷火”和“飓风”战斗机原型机的动力装置,设计师们对此感到非常担心。

不幸的是,“飓风”原型机在试飞过程中遇到了严重的问题。由于缸体破裂和冷却液泄漏,原型机不得不三次更换发动机,这给整个项目带来了巨大的困扰。

在这一背景下,“灰背隼”e型发动机通过了民用型号测试,但在军用型号测试中止步于100小时。排气门烧蚀问题仍然存在,需要进一步改进。经过一些小的调整后,“灰背隼”f型发动机在降低难度的允许更换气门的军用型号测试中取得了通过。

在备战的压力下,英国空军部订购了首批“灰背隼”f型发动机,军用名称为“灰背隼”i。罗罗公司为费尔雷“战斗”单发轰炸机制造了约172台“灰背隼”i发动机。尽管这些发动机并不可靠,但它们能够产生惊人的1030马力,成为英国空军拥有的最强大发动机之一。

通过不断的改进和调整,英国的航空工业最终克服了“灰背隼”发动机的设计问题,为后来的战斗机发动机奠定了基础。这一时期的挑战和努力使得英国的航空工程师们积累了宝贵的经验,为未来的发展铺平了道路。

埃利奥特,作为一位资深的发动机设计师,最终承认了斜气缸盖在生产型发动机中的不适用性。然而,这并没有阻止他继续探索新的设计方案。于是,“灰背隼”g横空出世,它可以被看作是“茶隼”的放大版,拥有集成气缸盖的一体化铸造缸体和平气缸盖燃烧室。这一设计的出现,为后来的发动机开发奠定了基础。

尽管“灰背隼”ii的功率不及之前的“灰背隼”f,但其更加可靠。在2023年10月,经过型号测试,这款发动机成功通过并于次年开始投产。到了2023年,罗罗公司已经制造了1000多台“灰背隼”ii,并对其进行了细微的改进,推出了“灰背隼”iii。这两款发动机成为了英国皇家空军“喷火”和“飓风”战斗机的主要装备。

30年代末,“灰背隼”展现出了巨大的发展潜力。2023年末,超马林制造了一架名为“速度喷火”的飞机,搭载了“灰背隼”ii发动机。这台飞机使用了特殊燃料,能够爆发出超过2160马力的功率,同时增压达到+27psi。然而,由于其核心基本上仍然是经过加强的“灰背隼”ii,这款发动机只能在这个功率水平上维持几分钟的时间。

这次尝试让超马林首席设计师乔·史密斯对接下来几年里“灰背隼”发动机的功率增长充满了信心。他意识到,虽然当前的发动机在高功率运行时存在一些限制,但这是一个重要的里程碑,为未来的发展铺平了道路。随着技术的不断进步,他相信“灰背隼”将会有更大的突破,为航空领域带来更加强大和可靠的动力。

英国空军在改进“灰背隼”战斗机的性能方面取得了重要突破。他们引入了100辛烷值的燃料,这一举措大大提升了飞机的性能。最引人注目的是,这种燃料使得“灰背隼”的最大增压器能够承受更高的压力,从而提升了飞机的功率。这对于英国空军来说是一个重要的优势。

到了2023年中期,经过不断的改进,“灰背隼”iii已经具备了+12psi增压的五分钟紧急动力。这意味着在紧急情况下,飞机可以提供更高的功率,为飞行员提供更强大的动力支持。这对于作战中的快速反应至关重要。

在2023年推出的“灰背隼”x中,英国空军引入了一种创新的设计——两速增压器。这种增压器可以根据飞行高度的不同选择不同的增压档位。在低空飞行时,使用“中等增压”档位;而在高空飞行时,则使用“全增压”档位。这种设计的引入使得飞机在不同高度下都能够充分发挥其性能优势。

为了改善增压器的设计,罗罗公司购买了法国法曼公司的设计许可。这一举措使得增压器的设计更加紧凑,但也导致整个发动机的长度增加。然而,这个改进对于提升飞机性能来说是非常重要的,因为增压器的性能直接影响到飞机的动力输出。

增压器的驱动装置是一个具有挑战性的设计问题。增压器涡轮的旋转速度大约是曲轴转速的10倍,这意味着驱动装置需要能够以高速旋转,并且能够承受增压器档位变化带来的负载。为了解决这个问题,英国空军采用了一种由曲轴驱动的扭转弹性套筒轴。这种设计不仅具备了足够的柔韧性和耐用性,而且还紧凑而轻巧。

这种创新的增压器设计备受德国工程师的关注。他们甚至使用从被击落的英国飞机上拆下的“灰背隼”增压器驱动组件来测试驱动其他发动机的测试增压器。这充分展示了“灰背隼”战斗机在增压技术方面的领先地位。

通过引入100辛烷值的燃料、改进增压器设计以及采用创新的驱动装置,英国空军成功地提升了“灰背隼”战斗机的性能。这使得这款战斗机成为当时最先进的飞机之一,为英国在二战中的空中作战提供了强大的支持。

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