BMW 801 был мощным немецким 41,8-литровым (2550 куб. дюймов) 14-цилиндровым радиальным авиационным двигателем воздушного охлаждения , построенным BMW и использовавшимся в ряде немецких самолетов Люфтваффе во время Второй мировой войны . Серийные версии двухрядного двигателя выдавали от 1560 до 2000 л. с. (1540–1970 л. с. или 1150–1470 кВт ). Это был самый производимый радиальный двигатель Германии во время Второй мировой войны, было построено более 61 000 экземпляров.
Первоначально 801 предназначался для замены существующих радиальных типов в немецких транспортных и служебных самолетах. В то время среди европейских конструкторов [ требуется ссылка ] было широко распространено мнение , что рядный двигатель был требованием для высокопроизводительных конструкций из-за его меньшей лобовой площади и, как следствие, меньшего сопротивления. Курт Танк успешно установил BMW 801 на новый истребитель , над которым он работал, и в результате 801 стал наиболее известен как силовая установка для знаменитого Focke-Wulf Fw 190. Радиальный BMW 801 также стал пионером в использовании того, что сегодня было бы обозначено как блок управления двигателем : его система управления двигателем Kommandogerät взяла на себя управление несколькими параметрами управления авиационными двигателями той эпохи, что позволило обеспечить надлежащую работу двигателя всего одним рычагом дроссельной заслонки. [1]
В 1930-х годах BMW получила лицензию на производство двигателей Pratt & Whitney Hornet . К середине 30-х годов они представили улучшенную версию — BMW 132. BMW 132 широко использовался, особенно на Junkers Ju 52 , на котором он устанавливался большую часть срока службы этой конструкции.
В 1935 году RLM финансировало прототипы двух гораздо более крупных радиальных конструкций, одну от Bramo , Bramo 329, и другую от BMW, BMW 139. Конструкция BMW использовала многие компоненты от BMW 132, чтобы создать двухрядный двигатель с 14 цилиндрами, [ требуется цитата ] выдающий 1550 л. с. (1529 л. с., 1140 кВт). После того, как BMW купила Bramo в 1939 году, оба проекта были объединены в BMW 801, извлекая уроки из проблем, возникших в обоих проектах.
Первоначально BMW 139 предназначался для использования в ролях, схожих с ролями других немецких радиальных двигателей, а именно бомбардировщиков и транспортных самолетов , но в середине программы главный конструктор фирмы Focke-Wulf Курт Танк предложил использовать его в проекте истребителя Focke-Wulf Fw 190. Радиальные двигатели были редки в европейских конструкциях, поскольку считалось, что они имеют слишком большую лобовую площадь для хорошей обтекаемости и не подходят для высокоскоростных самолетов. Они были наиболее популярны в военно-морских самолетах, где их более простое обслуживание и повышенная надежность высоко ценились. Попытки улучшить эти конструкции привели к новым конструкциям капота , которые уменьшили опасения по поводу сопротивления. Танк чувствовал, что внимание к деталям может привести к созданию обтекаемого радиального двигателя, который не будет страдать от чрезмерного сопротивления и будет конкурентоспособен с рядными.
Главной проблемой было обеспечение охлаждающего воздуха над головками цилиндров, что обычно требовало очень большого отверстия в передней части самолета. Решение Танка для BMW 139 состояло в использовании вентилятора с приводом от двигателя за большим, проточным полым коком винта, открытым на крайней передней части, продувая воздух мимо цилиндров двигателя, при этом часть его втягивалась через S-образные воздуховоды над радиатором для охлаждения масла. Однако эта система оказалась почти неспособной нормально работать с BMW 139; ранние прототипы Fw 190 демонстрировали ужасные проблемы с охлаждением. Хотя проблемы, казалось, можно было устранить, поскольку двигатель уже был довольно устаревшим с точки зрения конструкции, в 1938 году BMW предложила совершенно новый двигатель, разработанный специально для охлаждения вентилятором, который можно было быстро запустить в производство.
Новый дизайн получил название BMW 801 после того, как BMW получила новый блок номеров двигателей "109-800" от RLM для использования после слияния с Bramo. 801 сохранил старый стиль впуска и выпуска 139 с одним клапаном, в то время как большинство рядных двигателей той эпохи перешли либо на три (как это сделал Junkers ) [2] [3] , либо на четыре клапана на цилиндр, или, как британцы использовали для своих собственных радиальных клапанов, на золотниковые клапаны . Несколько незначительных усовершенствований были реализованы в дизайне, включая использование охлаждаемых натрием клапанов и систему непосредственного впрыска топлива , произведенную Friedrich Deckel AG из Мюнхена.
Нагнетатель был довольно простым в ранних моделях, используя одноступенчатую двухскоростную конструкцию, напрямую приводимую в действие двигателем (в отличие от версии DB 601 с гидравлическим сцеплением), что приводило к довольно ограниченной производительности на высоте, в соответствии с его предполагаемым использованием на средней высоте. Одним из ключевых усовершенствований для 801 был Kommandogerät ( устройство управления), механико-гидравлический блок, который автоматически регулировал расход топлива двигателя, шаг винта, настройку нагнетателя, смесь и момент зажигания в ответ на один рычаг дроссельной заслонки, что значительно упрощало управление двигателем. [ 1] Kommandogerät можно считать предшественником блоков управления двигателем, используемых для двигателей внутреннего сгорания многих транспортных средств конца 20-го и начала 21-го веков.
На предприятии Luftfahrtforschungsanstalt ( LFA ) в Фёлькенроде был проведён значительный объём работ в аэродинамической трубе над двигателем и передним капотом, разработанным BMW (включая масляный радиатор двигателя) , что привело к выводу о возможности снижения сопротивления до эквивалента 150–200 л. с. (110–150 кВт; 150–200 л. с.). Также было максимально использовано положительное давление воздуха для охлаждения цилиндров, головок и других внутренних деталей. [4]
Первый BMW 801A был запущен в апреле 1939 года, всего через шесть месяцев после начала работы над проектом, а производство началось в 1940 году. [5] 801B должен был быть идентичен 801A, за исключением коробки передач, которая меняла направление вращения пропеллера на против часовой стрелки, если смотреть сзади двигателя. Модели A и B предназначались для использования парами в двухмоторных конструкциях, что сводило на нет чистый крутящий момент и делало самолет более простым в управлении. Нет никаких доказательств того, что 801B когда-либо покидал стадию прототипа. Двигатели BMW 801A/B выдавали 1560 л. с. (1539 л. с., 1147 кВт) на взлете. Основные области применения двигателей 801A/L включают несколько вариантов Junkers Ju 88 и Dornier Do 217 .
BMW 801C был разработан для использования в одно- или многомоторных истребителях и включал в себя новое гидравлическое управление винтом и различные изменения, направленные на улучшение охлаждения, включая охлаждающие «жабры» на капоте позади двигателя вместо оригинальных слотов. 801C использовался почти исключительно в ранних вариантах Focke -Wulf Fw 190 A. BMW 801L был моделью A с гидравлическим механизмом управления винтом, представленным с двигателем 801C. Модели C и L обеспечивали ту же мощность, что и оригинальная модель A.
В начале 1942 года 801C был заменен двигателями серии BMW 801 D-2, которые работали на топливе C2/C3 с октановым числом 100 вместо B4 с октановым числом 87 у A/B/C/L, что увеличило взлетную мощность до 1700 л. с. (1677 л. с., 1250 кВт). Модели BMW 801G-2 и H-2 представляли собой двигатели D-2, модифицированные для использования в качестве бомбардировщиков с более низкими передаточными отношениями для приведения в действие более крупных винтов, по часовой стрелке и против часовой стрелки соответственно. Однако, как и конструкция двигателя 801B, двигатель 801H-2 не покинул стадию прототипа.
Модели D-2 испытывались с системой впрыска смеси воды и метанола 50/50, известной как MW50, в нагнетатель, в первую очередь из-за ее антидетонационного эффекта, что позволяло использовать повышенные давления наддува. Вторичными эффектами были охлаждение двигателя и охлаждение заряда. Некоторая производительность была получена, но за счет срока службы двигателя. Ее заменила система, которая впрыскивала топливо вместо MW50, известная как C3-injection, и она использовалась до 1944 года. Серьезный дефицит топлива в 1944 году вынудил установить MW50 вместо C3-injection. С включением наддува MW50 взлетная мощность увеличилась до 2000 л. с. (1470 кВт), C3-injection изначально был разрешен только для использования на малых высотах и увеличил взлетную мощность до 1870 л. с. Позднее системы C3-injection были разрешены для использования на малых и средних высотах и увеличили взлетную мощность до более чем 1900 л. с.
_MTU-Museum_20231112_08w.jpg/1280px-BMW801_Kommandoger%C3%A4t_(1939)_MTU-Museum_20231112_08w.jpg)
Поскольку двигатель использовался в высотных истребителях, было предпринято несколько попыток решить проблему ограниченной производительности оригинального нагнетателя. BMW 801E был модификацией D-2 с использованием других передаточных чисел , 6:1 на низкой скорости и 8,3:1 на высокой скорости, что настраивало нагнетатель для больших высот. Хотя взлетная мощность не изменилась, крейсерская мощность увеличилась более чем на 100 л. с. (75 кВт), а режимы «высокой мощности» для набора высоты составили почти 1500–1650 л. с.; боевые характеристики также были улучшены на 150 л. с. (110 кВт). Модель E также использовалась в качестве основы для BMW 801R, которая включала гораздо более сложный и мощный двухступенчатый четырехступенчатый нагнетатель, а также литые гидроналиевые головки цилиндров , усиленный коленчатый вал и поршни, а также хромированные цилиндры и выпускные клапаны; Ожидалось, что эта версия будет производить более 2000 л.с. (1500 кВт; 2000 л.с.) или более 2600 л.с. (1900 кВт; 2600 л.с.) с впрыском метанола -воды MW 50. [6]
Несмотря на эти улучшения, модель E не получила широкого распространения. Вместо этого постоянные улучшения базовой модели E привели к появлению BMW 801F, который значительно улучшил характеристики по всем направлениям, а взлетная мощность увеличилась до 2400 л. с. (1790 кВт), что сделало 801 единственным немецким авиационным двигателем существующего типа, имевшим производимый подтип, который мог превышать 1500 кВт от проверенной военной авиационной силовой установки. Планировалось использовать F на всех поздних моделях Fw 190, но война закончилась до начала производства.
Компании BMW было поручено определить приоритеты для серийного 14-цилиндрового радиального двигателя 801, 18-цилиндрового двигателя BMW 802 и 28-цилиндрового радиального двигателя BMW 803 с жидкостным охлаждением .
Первым приоритетом было довести модель 801 до «максимума своих возможностей», вторым приоритетом была разработка и создание прототипа модели 802, и, наконец, сложная четырехрядная радиальная модель 803 получила внимание только на этапе разработки дизайна. [7]
Напротив, эквиваленты союзников , такие как американский Wright Twin Cyclone и советский радиальный двигатель Швецова АШ-82, никогда не нуждались в разработке более мощности, чем 1500 кВт, поскольку эти страны обладали 18-цилиндровыми радиальными авиационными двигателями большего рабочего объема, способными развивать большую мощность.
В качестве одного из результатов высочайшего уровня приоритета, отданного дальнейшему развитию успешного дизайна 801, было предпринято несколько попыток использовать турбокомпрессоры на серии BMW 801. Первая использовала модифицированный BMW 801D для создания BMW 801J, [8] выдающий 1810 л. с. (1785 л. с., 1331 кВт) на взлете и 1500 л. с. (1103 кВт) на высоте 12 200 м (40 000 футов), высоте, на которой D с трудом мог выдать 630 л. с. (463 кВт). BMW 801E также был модифицирован для создания BMW 801Q, выдающего превосходные 1715 л. с. (1261 кВт) на высоте 12 200 м (40 000 футов), номинальные мощности, с которыми не мог сравниться ни один существующий радиальный двигатель союзников аналогичного рабочего объема.
Турбокомпрессор был установлен позади двигателя под углом 30° вперед от вертикальной оси, имел полые лопатки турбины в выпускной секции [6] , а на фотографии из журнала Flight , по-видимому, имел промежуточные охладители, установленные по внутренней окружности заднего капота, сразу за задним рядом цилиндров. [8]
Немногие из этих двигателей когда-либо были запущены в производство из-за высокой стоимости, и различные высотные конструкции, основанные на них, были вынуждены обратиться к другим двигателям, как правило, Junkers Jumo 213 .
Значительное количество BMW 801 находится в музеях, некоторые выставлены отдельно, и около 20 из них связаны с сохранившимися образцами Focke-Wulf Fw 190 , которые они приводили в движение во время Второй мировой войны. Первый оригинальный Fw 190, восстановленный до летного состояния в 21 веке, — это Fw 190A-5, обнаруженный недалеко от Санкт-Петербурга, Россия, в 1989 году, имеющий заводской номер 151 227 и ранее служивший в JG 54 , был восстановлен до летного состояния вместе со своей оригинальной силовой установкой BMW 801. По состоянию на 2011 год он снова пригоден к полетам и находится в Сиэтле , штат Вашингтон , США . [9] Единственный сохранившийся Ju 388 , находящийся в руках Центра Удвар-Хейзи Смитсоновского института, имеет пару полных турбированных двигателей BMW 801J, все еще находящихся в его гондолах.
В Музее авиации Новой Англии , Международном аэропорту Брэдли , Виндзор-Локс, штат Коннектикут, выставлен 801-ML (801L), установленный в гондоле Dornier 217, по сути, полностью сохранившаяся унифицированная силовая установка Motoranlage . [10] Аналогичным образом, ночной истребитель Ju 88R-1 в Музее Королевских ВВС в Лондоне (см. фото выше) также имеет унифицированные радиальные двигатели BMW 801.
801 был радиальным двигателем с двумя рядами по семь цилиндров. Диаметр цилиндров и ход поршня составляли 156 миллиметров (6,1 дюйма), что давало общую емкость 41,8 литра (2550 куб. дюймов), что немного меньше, чем у американского двухрядного радиального двигателя Wright Cyclone 14 мощностью от 1600 до 1900 л. с. Блок (включая крепления) весил от 1010 до 1250 кг и имел ширину около 1,29 м (51 дюйм) в зависимости от модели.
BMW 801 охлаждался принудительным воздухом с охлаждающим вентилятором, сделанным из магниевого сплава (вероятно, Elektron ), 10-лопастным в первоначальных моделях, но 12-лопастным в большинстве двигателей. Вентилятор вращался со скоростью, в 1,72 раза превышающей скорость коленчатого вала (в 3,17 раза превышающей скорость пропеллера). [11] Воздух от вентилятора нагнетался в центр двигателя перед корпусом зубчатой передачи пропеллера, а форма корпуса и самого двигателя переносила воздух наружу из капота и через цилиндры. Набор щелей или жабр в задней части капота позволял выходить горячему воздуху. Это обеспечивало эффективное охлаждение, хотя и ценой около 70 л. с. (69 л. с., 51,5 кВт), необходимых для приведения в действие вентилятора, когда самолет находился на низкой скорости. Выше 170 миль в час (270 км/ч) вентилятор поглощал мало энергии напрямую, поскольку вакуумный эффект воздушного потока, проходящего через воздушные выходы, обеспечивал необходимый поток. [11]
В 801 использовалась относительно сложная система, неотъемлемая часть разработанной BMW, соответствующей системы переднего капота, для охлаждения смазочного масла. Кольцевой сердечник масляного радиатора был встроен в предоставленный BMW передний капот, сразу за вентилятором. Внешняя часть сердечника масляного радиатора контактировала с листовым металлом основного капота, чтобы, возможно, действовать как радиатор . В составе разработанного BMW переднего капота перед масляным радиатором находилось металлическое кольцо с С-образным поперечным сечением, причем внешняя кромка находилась сразу за ободом капота, а внутренняя сторона находилась внутри сердечника масляного радиатора. Вместе металлическое кольцо и капот образовывали S-образный путь воздушного потока, при этом сердечник масляного радиатора находился между ними. Воздушный поток, проходящий через зазор между капотом и внешней кромкой металлического кольца, создавал вакуумный эффект, который вытягивал воздух из передней части двигателя наружу и вперед в пределах передней внутренней области капота сразу за вентилятором, протекая вперед через сердцевину масляного радиатора в отдельном пути воздушного потока от потока, направленного назад, который охлаждал цилиндры двигателя, просто чтобы обеспечить охлаждение масла 801. Скорость охлаждающего воздушного потока над сердцевиной можно было контролировать, слегка перемещая металлическое кольцо вперед или назад, чтобы открыть или закрыть зазор. [12]
Причин для этой сложной системы было три. Одна из них заключалась в том, чтобы устранить любое дополнительное аэродинамическое сопротивление, которое мог бы создать выступающий масляный радиатор, в данном случае устраняя дополнительный фактор сопротивления, заключив его в передний капот двигателя. Вторая причина заключалась в том, чтобы нагреть воздух перед тем, как он попадет в круглое ядро масляного радиатора, чтобы помочь нагреть масло во время запуска. Наконец, разместив масляный радиатор позади вентилятора, охлаждение обеспечивалось даже во время стоянки самолета. Недостатком этой конструкции было то, что масляный радиатор находился в крайне уязвимом месте, а металлическое кольцо все больше бронировалось по мере развития войны.
Конструкция капота BMW 801 была ключом к его правильному охлаждению, которое BMW спроектировала и построила сама и поставляла вместе с двигателем. Конструкция развивалась на протяжении всей войны, включая расширение опор двигателя, что позволило увеличить охлаждающие жабры. Этот заводской капот также улучшил простоту замены двигателя в полевых условиях, более полно «унифицировав» радиальный двигатель BMW 801, при этом как можно больше его вспомогательных систем могли быть одновременно заменены вместе с самим двигателем, в отличие от открытия или снятия «отдельного» капота, прикрепленного к фюзеляжу самолета.
Двигатели обычно поставлялись BMW полностью в капоте, готовые к креплению болтами к передней части самолета или гондоле, с 1942 года как Motoranlage (M) и с 1944/1945 года как Triebwerksanlage (T) . Motoranlage был первоначальной формой взаимозаменяемой концепции установки силовой установки Kraftei , или « Power-egg », используемой во многих немецких военных самолетах. Чаще всего она использовалась с двух- и многомоторными конструкциями, с некоторой потребностью во внешних дополнениях. Более всеобъемлющий формат Triebwerksanlage для унификации объединил больше требуемых вспомогательных систем двигателя, чем могла бы более ранняя концепция Motoranlage, плюс некоторые внешние крепления, такие как полностью полная выхлопная система (включая турбонагнетатель, если он был установлен как часть конструкции), как полностью взаимозаменяемый блок. Оба формата M и T также использовались с различными рядными двигателями, например, Daimler-Benz DB 603, использовавшийся как для рядных версий Do 217 , так и для огромной летающей лодки BV 238 , а также силовые установки Junkers Jumo 213, использовавшиеся для более поздних версий многоцелевого самолета Ju 88 .
Форматы унифицированных двигателей M и T добавляли вторичные суффиксы обозначений, которые, особенно для радиального 801 (и, возможно, других), не всегда совпадали с буквенным суффиксом, который обозначал голый радиальный двигатель, используемый для конкретной унифицированной установки, что значительно запутывало наименования подтипов серии двигателей 801. Эти суффиксные обозначения изначально относились к этим полным комплектам и их «голым» аналогам двигателей почти взаимозаменяемо. Модели A, B и L были известны (логично) как двигатели MA, MB и ML в стиле Motoranlage в этой форме, но общий D-2 вместо этого был известен как MG. По мере того, как война продолжалась, путаница увеличивалась, модель E поставлялась как TG или TH в стиле Triebwerksanlage , что, по-видимому, указывало на связь с двигателями G и H, но на самом деле они поставлялись как TL и TP. Довольно часто можно увидеть версии с турбонаддувом, обозначенные только буквой T для более унифицированных установок Triebwerksanlage , в частности (самая известная из всех) TJ для радиального подтипа с турбонаддувом BMW 801J и моделей TQ, что еще больше запутывает вопрос.
Данные из [13]
Сопутствующее развитие
Сравнимые двигатели
Связанные списки
недавней международной встрече в Цюрихе несколько успешных немецких машин были оснащены новым бензиновым двигателем Junkers 210... На цилиндр установлено по три клапана, два впускных и один выпускной, которые приводятся в действие толкателями и коромыслами от одного распределительного вала.
Jumo 213 была трехклапанная головка, но для версии "J" разрабатывалась четырехклапанная головка. Тем не менее, Jumo 213A документирован как имеющий превосходные характеристики на большой высоте в тот конкретный момент времени, хотя позже был разработан DB 603 с равными или лучшими характеристиками.
