二戰螺旋槳戰鬥機是如何提高航程的?

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二戰時期,戰鬥機對航程的要求並不高。當時歐洲國家由於疆域不大,一千多公里的航程已經滿足要求了。當時對轟炸機的自衛火力比較盲目樂觀,不認為需要戰鬥機護航。英國的噴火就是航程比較短的。

而且由於導航技術手段落後,遠程飛行的導航非常簡陋,主要是靠推算。

當時也有遠程戰鬥機,主要手段是採用雙發動機。這樣帶來飛機的機動性下降。逐漸改為攔截轟炸機的截擊戰鬥機。

後期隨著P-51野馬的出現,戰鬥機採用加掛副油箱增加航程。併成為戰鬥機的標準配置。

二戰前出現了空中加油,只是試驗性的。

提高發動機性能延長航程的作用很有限。

通過減輕飛機結構重量的方法只有日本零式戰鬥機採用。這讓零式戰鬥機以後不能進行任何改進。脆弱的結構強度限制了性能提高。

轟炸機提高航程的辦法就是增加有效載荷重量,增加發動機數量。美國B-29轟炸機發動機加裝渦輪增壓器,提高了飛機升限,也可以增加航程。


天明遙遙山海關


那麼多回答沒有一個說到正點上的,二戰戰機擴大航程的方法有4種,具體如下:

第一、給飛機減重:

飛機重量降低之後發動機承受的負荷就會跟著降低,這樣一來油耗自然就降低了水到渠成的達到擴展航程的目的。比較有名的就是日本的“零式戰機”,這款減肥不要命的戰機首次創造出了3000KM的驚人航程,原因就是設計師“堀越二郎”在飛機翼梁龍骨上打孔減重,並取消了飛行員除了降落傘之外的所有救生設備連座椅背後的防彈裝甲都沒有了,加上“五十嵐”鋁合金的低密度使得零戰的裸機重量只有1.68噸

這種靠減肥降低發動機負荷而增加航程的戰機普遍“脆弱”,因此零戰只要中彈就會粉身碎骨,沒有任何保護的飛行員也根本無法在近距離狗鬥中生還,尤其是當日本的飛機數量處於下風時零戰的損失率高的嚇人。西方國家為了增大飛機航程也會給飛機適當減重,但是飛行員保護裝甲是必不可少的,比如德國的FW-190就是依靠複合材料給戰機減重的。

第二、提高發動機效率:

上文提到過了,只要提高發動機對燃油的燃燒效率,發動機輸出單位功率的油耗就會降低,這在汽車上也是一樣的道理,因此“渦輪增壓”器就出現了。最早的渦輪增壓器是用在汽車的柴油機上的,當二戰打的最慘烈的時候設計師才把這種裝置移植到航空發動機上。有了渦輪增壓裝置進入發動機氣缸的空氣密度就會成倍提高,尤其是使用3級渦輪增壓器的時候進氣量會提高近乎5倍,這保證進入氣缸的燃料都被充分燃燒進而釋放更多能量。原本加滿油只能飛3個小時的戰機安裝渦輪增壓器後理論上能飛6個小時。

有了渦輪增壓的好處還包括發動機功率會大大提高,這樣一來當飛行員在加速或者進行高過載機動時就不需要開加力了,尤其是在空戰格鬥過程當中幾乎不再需要提高發動機的瞬時功率,這也能大大降低油耗進而擴大航程。上圖是最早的渦輪增加結構,其實最早的渦輪增壓是為了解決飛機飛得太高空氣密度下降的問題,大家都知道高空中的空氣稀薄飛行員要佩戴氧氣面罩,而渦輪增壓就是發動機的氧氣面罩。

第三、改變飛機氣動外形,尤其是機翼外形:

這個都很好理解,飛機氣動外形直接影響飛行阻力的大小,阻力降低了自然而然就省油了。比較突出的表現就液冷發動機的大範圍使用,液冷航空發動機一般都是深V型的,其迎風面積遠比星形發動機更小,這樣一來機身、機頭都很瘦小、細長自然阻力就會大大降低。下圖是野馬戰機的液冷發動機,可見機頭十分細小給人的感覺就是凌厲輕巧。

納粹德國的空軍高層起初對使用液冷發動機的BF-109信心滿滿,抵制使用“星形風冷發動機”的FW-190,其顧慮就是這種發動機的迎風面積太大不利於降低阻力。下圖就是鼎鼎大名的FW-190戰機,但是期初的研製階段幾乎沒有人相信他能超越BF-109,因為它碩大的機頭和粗壯的機身帶來嚴重的阻力問題,在前幾次試飛中除了操作性更好之外,其他指標均不如BF-109。

至於說FW-190後來進化到TA-152的成功那是發動機技術進步導致的,只要馬力足夠大尺寸大一點也是沒有什麼問題的。下圖是典型的星形發動機,斷面尺寸非常粗大。

“機翼”是產生升力的地方也是阻力最大的部分,如何減小機翼的阻力是降低發動機負荷進而擴大航程的重點問題,除了把機翼打磨的更加光滑之外就是改變機翼的氣動外形了。較有名的就是

“後掠翼”“層流翼”這兩種設計,後掠翼在FW-190上有簡單輕微的體現但是在第一款噴氣式戰機上第一次真正出現,ME-262的後掠翼是為了適應高速飛行的需要而設計的,它是降低機翼阻力的最有效措施,因此從二戰之後幾乎所有的機翼都是後掠的。

“層流翼”這個名詞不好理解,它來源於流體力學的一種概念,所謂層流就是流體的流動狀態可以理解為平滑的

層狀流動,和物體接觸的流體只有最靠近物體的一層流體,且極少產生紊流。因此使用層流翼的戰機機翼阻力大大降低,上圖是傳統機翼氣動外形與“層流翼”的區別,可見“層流翼”的氣流更加平穩產生紊流的區域大大降低,這是減小阻力的最有效因素。細心觀看不難發現層流翼還能擴大機翼內的空間這就是增加航程的第四個絕招了,即是增加戰機載油量。

第四、擴大載油量:

上面說再多也都是修修補補的省油方法,擴大航程最有效直接的方法是增加載油量,油裝的越多航程就越長這是很簡答的道理,蘇聯的蘇27戰機機身上見縫插針的安裝油箱,就連垂直尾翼和前緣邊條裡包裹的都是油箱。二戰時代的活塞戰機為了擴大航程也是儘可能增加油箱容積,比如在“層流翼”的機翼內增加油箱,這種機翼不僅是上表面有隆起、機翼下表面也有隆起,因此說機翼內部的空間很大,完全可以容納相當於飛機主油箱的燃油量,這種設計是“野馬”戰機能達到1500公里航程的主要原因。


兵器世界


無論解決什麼事情,無非開源節流兩種方法。飛機要提高航程也是一樣。

開源就是研發更大功率的發動機,這就是美國的做法,不斷研發更大功率的發動機,只要動力夠強勁板磚都能飛上天。美國研發的發動機最高可以轟到2000馬力。大功率的發動機的好處非常多,那就是可以增加更多的防護裝甲以保護飛行員、發動機、油箱這三大部位。而且飛機結構強度也很強,高強度的機體結構不但可以完成各種高難度動作和高速俯衝,而且可以更加暴力著艦。但是大功率發動機的缺點也很明顯,不但需要大量的科研團隊和經費,而且需要大量的時間。


而節流就是減輕飛機重量和減少飛行阻力,日本的零式戰機就是這一方面的傑出代表,最高1000馬力的發動機居然可以使零式擁有二戰海航所有飛機的最大航程,就是因為它不但使用大量鋁合金來減輕飛機重量,零式戰機空重只有1.5噸,而美國的F6f空中就達5.6噸,但是這樣極端的做法很危險,因為這就是在裸奔吶,別說防護裝甲了,連封閉式油箱都沒有,所以一旦被打中就完了。而且結構強度很低,高速機動都不敢做,所以零式也就在低空稱王而已。

當然,除了以上兩種還有一種方法,那就是開外掛,沒錯就是開外掛。就是外掛可拋棄副油箱。這樣也是增加航程的最為有效的方法。
殲20開掛都可以稱為遠程戰鬥轟炸機了


在十字路口等等你


螺旋槳戰鬥機如何提高航程?最簡單的那就是加一個副油箱,一個不夠兩個,兩個不夠三個。

但是這個方法的話,也就是那種每天后悔一下(日常沒油了)

如果執行戰略轟炸轟炸護航任務的話,那麼就需要專門設計遠程戰鬥機了。

在英德雙方的空戰方面,你會發現。英國表示戰鬥機短腿很絕望呀,噴火戰鬥機,那個小短腿,沒兩分鐘就得跑路了,再不跑就回不去了。

至於後來的,美國,對德國的戰略轟炸期間,初期使用的是,p47共和。然後覺得也不咋地

但是就算加上副油箱,也感覺腿有點短。


再到後來,美國使用p51戰鬥機,執行護航任務,p51戰鬥機的油箱非常大。可以,完美的完成轟炸機的護航任務。而不是護航到一半兒戰鬥機跑路了,然後轟炸機飛行員帶著mm批的心情去送人頭。

(共軸反槳發動機版p51,這設計就是帥氣)

當然在戰爭初期,可沒有這麼航程的單發螺旋槳式飛機。在當時,英德雙方是如何護航自己的呢?

噴火和bf109都指望不上,這個腿一個比一個短。

然後,就有了bf110,這種比轟炸機沒強多少的戰鬥機,為啥人家腿長呀....


尋找丟失的方向盤


增加油箱容量和減少耗油率,這不僅是二戰的時候在這麼做,現在也是這麼做的。,只不過是現在的手段更多罷了。

現在又多了CFT(保形油箱),副油箱等,提高飛機的載油係數,載油係數就是飛機的載油量與飛機重量之比。

還有就是減少耗油率,怎樣減少耗油率,我們目前使用的渦輪風扇發動機的話,就是用函道比相對來說更大的更省油,當然並不絕對。函道比為通過外函道的空氣流量比通過內涵道的空氣流量。

為什麼外函道更省油,見下圖,因為外函道不消耗燃料。

而在相同發動機的前提下,發動機轉速相對越高,耗油率先降低後增高,飛行速度越高,耗油率越高,飛行高度越高耗油率越低。

所以保持較低的飛行速度也是一個不錯的選擇。

下圖為f16cblock52,帶了兩個副油箱,也有保形油箱。




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