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YST對航空基礎面與P-51的誤解
2007/01/27 04:01:51瀏覽2651|回應1|推薦4

YST提到P-51野馬戰鬥機很多次,但是對於相關的發展和歷史,以及引用的資料有不少誤解,先前我在說明一些相關的歷史當中有提到一些,現在做些整理,並且將先前沒有多家說明的增壓器的影響也合併近來。

YST的原文請參考:軍事小常識:歷史上第一架噴氣式戰鬥機



P-51A由於發動機的功率不足,速度太慢,最大時速596公里,最佳爬升速度每分鐘1,980英尺 。P-51A 的速度比德國Me-109戰鬥機每小時640公里的速度慢。最糟糕的是P-51A裝置的1,100匹馬力Allison 發動機在低空的表現不錯,但是高度一超過12,000英尺發動機的馬力便急劇降低,因此不能勝任攔截和空對空格鬥這種典型的戰鬥機任務。P-51A在英國被用作低空偵察機。一部分P-51A被用來做地面攻擊機,改代號為A-36A。從一九四二年4月,P-51A開始裝備英國皇家空軍,至少裝備了23個中隊。

上面的描述其實矛盾的地方不少,也是YST也誤解的地方。讓我加以分析一下:

既然功率不足,那低空的表現為什麼會不錯?如果速度太慢,那測試的時候又怎麼會比當時英國第一線的噴火VB快呢?

而且YST始終拿的是錯誤的數字:1120匹馬力是P-51的發動機,不是P-51A的。英國人測試的時候使用的是出力比較小的P-51。馬力小的速度還比噴火VB快,那麼,P-51真的速度很慢嗎?如果功率嚴重到這個程度,P-38也是裝V-1710,他的高速和高爬升率怎麼解釋呢?各位可以自行判斷。

我前面有提到,活塞發動機的實際輸出和飛行高度有很大的關係。當高度愈大的時候,進入汽缸的氣流壓力就愈小,燃燒之後輸出的馬力自然下降,對於速度和爬升率都會有影響。要維持輸出在一定的範圍,就得要維持進入汽缸的氣體的壓力接近海平面的大氣壓。要提供這個能力,靠的不是發動機本身,而是發動機附加上的增壓器。

中文的資料裡面對增壓器和二戰這些飛機的高空性能的關係講的很少,網路上可以找到一份比較長的簡體文章實際上是我4年前寫的第一版(在未經許可下被私下收到的朋友流出來),繁體版因為我還在改寫,所以並未真的放到網路上。這是題外話。

二戰最常見的增壓器是機械增壓器,由發動機透過齒輪和離合器驅動。比較少用在戰鬥機上的是渦輪增壓器,是以廢氣驅動加壓。我這裡不作深入的描述以免過於複雜。

艾力森V-1710在大戰中期以前是只有一級機械增壓器,而且轉速比只有一種。梅林61是兩級機械增壓器,轉速比有兩種。級數愈多。高空性能就愈好,理論上,轉速比愈高,高控性能也愈好。

那低空呢?這就不一定了,兩級兩速增壓器的低空性能不見得會比一級的要好,原因是兩級的重量較高,可是發動機在低空所能承受的輸入壓力極限是相同的,那麼,高度低的時候,兩級兩速反而會稍差。高度愈高,兩級兩速的優勢就愈明顯。

如果不知道某架飛機裝的是一級或兩級,或者是一速或兩速的單級增壓器,可以看他們到什麼高度性能開始大幅下降。一級一速大約在12000到15000英尺之間,一級兩速到兩萬英尺,兩級兩速可以到三萬英尺(有例外),渦輪增壓器可以到四萬英尺。因此P-51超過15000英尺以性能大幅下降,P-40的早期版也是在15000英尺。

那是不是相同的發動機,相同的增壓器型態,高空性能就相同呢?那也不是,因為這也可以調整的。譬如說,同樣使用梅林61,英國版的噴火的高空性能可以維持到4萬英尺,P-51D只到3萬英尺,這就是兩者需求與調整上的差異。

總結一下,P-51在英國人的評估下並沒有速度不夠快的說法,問題是出在他的增壓器導致高空性能不夠,而當時歐洲空戰的高度都在一萬英尺以上,一萬五千英尺算是正常的高度,P-51和P-51A無法有效勝任(這是美國陸軍航空隊稍早的政策錯誤,同樣害死的還有P-39)。

因此,我們需要把實際上的原因弄清楚,而不是隨便找個替代羔羊般的怪罪。只不過中文的資料對這些背景介紹的太少,網路上的資料又很瑣碎,產生的誤解是無可避免的。

回頭來看輸出馬力的地方,英國在噴火II型使用的發動機出力也不高,原因倒不是在增壓器(這不是高空性能),而是出在汽油辛皖值。開戰時英國是用87的航空汽油,英倫空戰結束後美國提供100的汽油,RR在調整發動機之後讓噴火的性能馬上跳躍增加不少,讓當時德國空軍誤以為英國有新款飛機加入。而RR犯下的另外一個錯誤是在大戰初期將增壓器和汽缸進氣的配合計算錯誤,經過重新計算和調整之後,改善發動機的性能。


英國皇家空軍發現P-51A性能不足後,英國工程師便用P-51A的機身試驗換裝勞斯萊斯研發 1,430匹馬力的梅林發動機(Merlin V-1650 engine),P-51A 的性能立刻顯著地提高。於是美國派卡德公司(Packard)獲得勞斯萊斯的授權生產梅林發動機,並把它裝在新生產的「野馬」上。這個美英混血的「野馬」在一夜之間就脫胎換骨了,它優良的性能不斷地展示出來。裝上新發動機的「野馬」改代號為 P-51B(加州製造,1,988架)或 P-51C(德州製造,1,750架)。

這邊講的大致上都沒有太多問題,首先需要高空性能的的確是皇家空軍。不過我解釋一下為什麼不用V-1710改。

V-1710和梅林都是液冷V12汽缸設計,以CC數來說,V1710稍大,可是在整體的設計上,V-1710如果要加上第二顆增壓器,會導致P-51的機鼻部分出現變化,會改變重心的位置,因此改用英國的發動機。英國在修改自己的噴火上,V型是一級兩速,IX型是兩級兩速,而兩者之間的變化很小,這源自於兩者間設計上的差異。V-1710還是可以裝兩級增壓器,像是P-63和P-82都是使用V-1710的兩級增壓器版。

總結一下,二戰時期活塞飛機的速度等性能的影響不是端看發動機的出力,而且發動機的出力還會隨高度而變化,在沒有完整的資料下斷然認為某架飛機的出力不夠,速度不夠快,可是又與實際上的報告完全相反時,難免會引起誤會。

敬請各位加以指教,並請指出我沒有說明清楚的地方。謝謝。

( 知識學習科學百科 )
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引用
引用網址:https://classic-blog.udn.com/article/trackback.jsp?uid=wcobrachen&aid=688316

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Jimmy
2015/06/08 17:36
功率不足要看很多方面
高空表現不佳最主要的因素是因為進氣啦,燃燒效率的問題
所以才會有增壓啦,噴嘴啦之類的設計出現
不是單看馬力就決定一切
低空性能好,高空性能差是以靈活性為主要考量的戰機設計
如果低空性能較差的,也許是以高空性能為主要考量點
俯衝速度跟迴旋性能是一體兩面只能取其一取捨的問題點(eszerfrm@yahoo.com.tw)