二戰最強戰鬥機P-51"野馬",爲什麼設計上把發動機進氣道設計在機腹?

琴寬


我們通常看到的P-51機腹位置的進氣口,並不是它的發動機進氣的位置,而是其發動機散熱器以及機油散熱器的衝壓進氣口,P-51之所以被評為二戰最強戰機,除了優異的外形設計以及強大的動力以外,創新的採用發動機散熱器以及機油散熱器二合一的設計,不僅可以有效提升P-51戰機的高空性能,還可以讓從機腹進入的冷卻空氣在通過散熱器後溫度急劇升高、體積急速膨脹,然後從尾部噴射而出,變相的起到了噴氣式戰機尾噴的作用,按照美軍測算,最大可以提供159kg的推力,可謂“一箭三雕”。不僅解決了發動機和機油的散熱,還增加了飛機的推力。

那麼P-51“野馬”的發動機進氣口在哪裡呢?其實它就隱藏在機鼻下方,進氣口很小。由於是使用活塞發動機,所以對空氣的需求量並不是很大,機鼻處的進氣口相對開口較小,由於是在螺旋槳內側,所以造成的風阻較小。而同時期二戰其他戰機,由於都是採用的翼下雙散熱器進氣設計,不僅增加了機身重量、增大了迎風面積,更為關鍵的是還增加了風阻。而P-51“野馬”巧妙的利用發動機和機油的散熱,加熱冷卻空氣,不僅減少了一個散熱器的重量、降低了迎風面積、減少了風阻,還利用加熱的空氣從機尾噴出為戰機提供額外的動力。

可見,優秀經典的P-51“野馬”的所取得的成功並不是徒有虛名,這也是為什麼二戰時自從P-51來到歐洲,歐洲戰場的天空就被P-51主宰的原因,實在是性能太超群了。


諸葛小徹


P-51野馬戰鬥機機腹並不是發動機進氣道,該機安裝的是灰背隼直列液冷活塞式發動機,發動機化油器進氣口位於機頭,尺寸很小,因此很容易被忽略。

P-51機腹安裝的是發動機液冷散熱器和滑油散熱器,其中滑油散熱器尺寸較小,位於散熱器進氣道前下方,具有自己獨立的冷卻通道和可調排氣門,負責冷卻發動機滑油。發動機液冷散熱器尺寸較大,位於進氣道後方,負責冷卻發動機冷卻液。整個散熱器進氣道前端是衝壓進氣口,後段是兩個可調截面積的剷鬥式排氣門,用於調節整套散熱器組件的空氣流量,根據發動機工況對散熱容量進行調節。

P-51在設計上的一個創新就是把液冷散熱器和滑油散熱器合二為一,集中安裝於機腹,與傳統戰鬥機分置於翼下的兩個散熱器相比(如噴火和Bf 109),縮小了散熱器的總體迎風面積,降低了阻力。此外進入P-51散熱器進氣道內的冷空氣經過液冷散熱器和滑油散熱器的加熱後會膨脹加速從排氣門排出,最高能產生159千克的噴氣推力。因此野馬戰鬥機的機腹散熱器不但不會產生阻力,反而會產生推力,可見設計師的高明。

但凡事都有弊有利,P-51把液冷散熱器和滑油散熱器集中佈置也帶來了不耐戰損的問題,機腹中彈很可能導致這兩個散熱器同時被擊穿漏液,導致發動機過熱抱死。從這點上看,P-51的生存能力不及同代氣冷星形戰鬥機。


飛豹科普秀


不得不指出的一點是,題主所指的“進氣道”並非“野馬”戰鬥機的發動機進氣道,而是發動機的散熱器冷空氣進氣道。


上圖紅框所指的進氣道才是“野馬”發動機的進氣道,“野馬”戰鬥機採用液冷式活塞發動機,發動機採用縱置佈局,發動機帶有兩級機械增壓。P-51研發團隊致力於改善“野馬”戰鬥機的高空性能,為此選擇了在機鼻下方安裝發動機中冷器散熱器的設計,中冷散熱器與上吸式化油器共用同一個衝壓進氣管,也就是上圖中圈出的小進氣道。

題主在配圖中用箭頭標出的矩形進氣道,即上圖中用紅圈圈出的進氣道,其實是P-51的液冷散熱器進氣道,當冷空氣通過巨大的進氣道通過液冷散熱器時,一方面會降低發動機的工作溫度,另一方面還能夠讓經過加熱的空氣通過後方的排氣口膨脹排出,能夠產生一部分推力,其原理和噴氣式發動機的原理類似。得益於兩級機械增壓和液冷散熱器的高效散熱,P-51“野馬”戰鬥機在獲得高效動力的同時,還解決了活塞發動機縱置佈局的散熱問題。而北美航空的設計團隊在締造P-51“野馬”經典的鼓包式機腹外觀之餘,還打造出了二戰後期性能最強勁的活塞式戰鬥機,令“野馬”戰鬥機成為了活塞式戰鬥機的巔峰之作。我們常說“野馬”之後再無“野馬”,其實很大程度上就是因為“野馬”的液冷散熱器設計。更多軍事問答,請關注軍機圖。


軍機圖


那個不是發動機進氣道,是散熱器進氣口

P-51用的是活塞發動機,工作需要的氣流較少,發動機在飛機前面,又不超音速需要控制激波,不需要設計大大長長的進氣道。

P-51結構圖和梅林發動機。

P-51的真正進氣口是在飛機機首,螺旋槳轉軸的正下方,這個小口足夠滿足發動機工作所需要的空氣了。

而P-51下方的進氣口是,燃油和冷卻液散熱器的進氣口,液冷發動機正面做的比較細長緊湊,散熱器放在發動機後面,從而減少阻力。而P-51將散熱器安置在機身底部和飛行員後方,機腹吸入的冷空氣受散熱器加溫,再向後方排出,由此可以產生一部分推力,這是讓該款飛機獲得顯著性能優勢的秘訣之一。


五嶽掩赤城


【圖注】機身中線的兩個口,前發動機進氣,後冷卻進氣。

P-51“野馬”使用的是英國的“梅林”發動機,是活塞發動機,空氣的進氣量不需要那麼大,發動機的【進氣口】還是在【機首】,在螺旋槳轉軸的正下方。

而題主配圖中框選的機身軸線方向中間處的進氣口,是【燃油和冷卻發動機的冷卻液散熱器的進氣口】(簡稱,冷空氣進氣口)。對比來說,同期的其他活塞式戰鬥機的發動機冷空氣進氣口是在機身前面。

【圖注】P-40 “戰鷹” 的冷空氣進氣口在機身最前面,而發動機的進氣口是在正上面,開口可見較小。

至於說為什麼這樣設計,這還是因為P-51的氣動外形不斷優化後的結構。畢竟,這個進氣道的設計也還是關乎到整機飛行阻力的大小,特別是在不同的飛行狀態中。

飛行中,空氣流經這個進氣口,部分是進入了進氣道,部分空氣會是沿著進氣口邊緣“繞開”,這部分溢出的氣流就會引起對機翼或者機身不利的氣動干擾,會增加飛行阻力。所以,這個進氣口的設置位置乃至外形都是“科學”和“精妙”。

另外,再細節來看這個P-51的冷空氣進氣口,並非是緊貼著機身,與機身還有著一段間隔,這種邊界層隔道的設計,保證了機身表面的低速邊界層不會流人進氣口導致進氣效率降低。

戰後,這樣的細節設計比較多見乃至說是鐵律了,但當時這可是很新穎的!另外,冷卻發動機的空氣在吸收發動機的熱量後會“膨脹”,那麼這些空氣在向後排出時也是產生了額外的推力。

所以說P-51“野馬”的這個進氣口,以小見大可見P-51“野馬”在氣動設計上的“精益求精”、對低阻機身的追求不竭餘力,絕對是當時的頂尖水平。包括說,P-51“野馬”的整機設計上首次採用二次曲線來設計,飛機的表面曲面更加光順。有評論稱如此極致的設計下,“野馬”的阻力系數是第二次世界大戰所有螺旋槳飛機中最低的,成就“二戰”中盟軍最優秀的活塞式戰鬥機。


希弦軍事


在二戰中發動機都是氣冷或水冷的活塞發動機,氣冷式由於要靠空氣散熱,如日本零式、美國地獄貓、蘇聯的拉5、拉11,德國的190都是氣冷式的典範,散熱進氣道在發動機正前放以便散熱,並且德國190戰鬥機因為散熱不好所以飛行員的座艙在後期型號上被向後移動了。

另一種就是水冷式發動機水冷式的發動機主要靠冷卻液來冷卻發動機,例如,美國的P51野馬戰鬥機,英國的噴火,颶風戰鬥機,德國的109,水冷式戰鬥機一般都會把冷卻液的散熱裝置放在機腹,機翼下方這些位置,還有一些個別的戰機的散熱器放在其他位置,例如P40他的散熱器的進氣道在發動機下方,P400戰鬥機和後期的P39飛蛇他的進氣裝置因為發動機在機身的中間位置進氣道在機身中部的飛行員座艙後部。

美國的P51野馬戰鬥機的前身是作為攻擊機的A36阿帕奇,機身和進氣裝置等方面基本一致,但是P51的心是一顆來自英國的心,來自英國的噴火式戰機的心臟格林發動機的改進型,使得動力強勁,機改為更適合高空作戰的翼尖,在機翼加裝油箱使航程更遠。

很多人不太清楚,P51的存在其實並非是用於制空權的戰鬥,而是用於轟炸機的護航。


遙遠的重逢55187103


首先說明一下,P-51野馬戰鬥機使用的是水冷式活塞發動機,其滑油散熱器安裝在機身後部,此進氣道是散熱器進氣口。


把該進氣口設計在機腹主要是為了減少飛行過程中產生的阻力,同時配合使用層流翼設計強化高速性能。


圓夢農場君


那個不是進氣道。活塞式發動機不用進氣道的。


野馬腹部的那個是冷卻器進氣口,依靠飛行速度使空氣進入冷卻散熱器。


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