stringtranslate.com

Варианты Supermarine Spitfire: характеристики, характеристики и вооружение

K9795 , 9-й серийный Mk I, в составе 19-й эскадрильи .
Spitfire LF Mk Vb из 316-й (польской) эскадрильи «Варшавский» . У этого Spitfire «обрезанный» двигатель Merlin 45-й серии и «обрезанные» крылья.

Британский Supermarine Spitfire был одним из самых массовых истребителей Второй мировой войны . Базовый планер оказался чрезвычайно адаптируемым, способным выдерживать гораздо более мощные двигатели и гораздо большие нагрузки, чем позволяла его первоначальная роль перехватчика ближнего действия. Это приведет к тому, что на протяжении всей Второй мировой войны и после нее будет производиться 24 марки Spitfire и множество подвариантов этих марок в рамках постоянных усилий по выполнению требований Королевских ВВС и успешной борьбе с постоянно совершенствующимися самолетами противника.

«Спитфайр» также был принят на вооружение авианосцев Королевского флота ; в этой роли они были переименованы в Supermarine Seafire . Хотя первая версия Seafire, Seafire Ib, была прямой адаптацией Spitfire Vb, последующие варианты включали столь необходимое усиление базовой конструкции планера и изменения оборудования, чтобы выжить в сложных морских условиях. В результате более поздние варианты Seafire обычно были тяжелее, а в случае серий Seafire XV/XVII и F. 47 они сильно отличались от своих наземных аналогов.

Примечательно, что на протяжении всего процесса разработки, продолжавшегося двенадцать лет, с 1935 по 1948 год, не было ни одного выдающегося провала базовой конструкции: это настоящее свидетельство оригинального гения Реджинальда Дж. Митчелла , его преемника. Джозеф Смит и возглавляемые ими группы дизайнеров. [1] [ нужна ссылка на источник ]

Двигатели Rolls-Royce Merlin и Griffon

Ключевым фактором, который позволил продолжить разработку Spitfire, была разработка все более мощных и улучшенных двигателей, начиная с Rolls-Royce Merlin и заканчивая более крупным и мощным Rolls-Royce Griffon . Развитие высокооктанового авиационного топлива и усовершенствованная конструкция нагнетателей позволили Rolls-Royce извлекать все больше энергии из тех же базовых конструкций. Например, Merlin II и III, которыми оснащался Spitfire I, производили максимум 1030 л.с. (770 кВт) при использовании авиационного топлива с октановым числом 87 , которое обычно было доступно с 1938 по 1941 год; с начала 1940 года увеличение поставок топлива с октановым числом 100 позволило увеличить максимальную мощность до 1310 л.с. (977 кВт) с увеличенным давлением наддува нагнетателя, хотя и в течение максимального срока в 5 минут. [2] В 1944 году топливо класса 100/150 позволило Merlin 66 развивать мощность 1860 л.с. (1387 кВт) на малых высотах в режиме FS.

Одноступенчатые нагнетатели

В зависимости от установленного нагнетателя двигатели классифицировались как маловысотные (например, Merlin 66, Griffon III), где двигатель развивал максимальную мощность ниже примерно 10 000 футов (3 000 м), и средневысотные (Merlin 45), где двигатель выдавал свою максимальную мощность. максимальная мощность примерно до 20 000 футов (6 100 м) и большая высота (Мерлин 70), где двигатель развивает максимальную мощность на высоте более 25 000 футов (7 600 м). В результате префиксы, которые использовались на большинстве более поздних вариантов Spitfire; НЧ, Ф и ВЧ; указывалось, подходят ли установленные двигатели для работы на малой, средней или большой высоте соответственно. Использование этих префиксов не менялось в зависимости от крыльев, которые могли быть оснащены «обрезанными» законцовками, уменьшающими размах крыла примерно до 32 футов 6 дюймов (9,9 м) (это значение могло незначительно варьироваться), или «заостренных» законцовок, которые увеличил размах крыльев до 40 футов 2 дюйма (12,29 м).

Spitfire F Mk XII из 41-й эскадрильи. В Griffon II или VI использовался одноступенчатый нагнетатель, обеспечивающий максимальную мощность на малых высотах. Эти самолеты имеют «обрезанные» крылья, оптимизированные для использования на малых высотах.

В оригинальных двигателях Merlin и Griffon использовались одноступенчатые нагнетатели. В двигателях, оснащенных одноступенчатым нагнетателем, воздух, нагнетаемый через воздухозаборник нагнетателя, сжимался крыльчаткой нагнетателя . В случае серий Merlin II/III, XII и 40 воздух при сжатии смешивался с топливом, которое подавалось через карбюратор SU перед подачей в цилиндры двигателя . Merlin III производил 1030 л.с. (770 кВт) при +6¼lb/дюйм² (43 кПа ) «наддува» («наддув» — это давление, до которого сжимается топливовоздушная смесь перед подачей в цилиндры). [3] Ограничением одноступенчатого нагнетателя было то, что максимальная мощность быстро падала по мере достижения больших высот; поскольку давление и плотность воздуха уменьшаются с высотой, эффективность поршневого двигателя падает из-за уменьшения веса воздуха [nb 1] , который может всасываться в двигатель; например, плотность воздуха на высоте 30 000 футов (9 100 м) составляет 1/3 от плотности на уровне моря , таким образом, только 1/3 количества воздуха может быть втянуто в цилиндр и только 1/3 топлива может сгореть. .

Нагнетатель можно рассматривать либо как искусственно увеличивающий плотность воздуха путем его сжатия, либо как нагнетающий больше воздуха, чем обычно, в цилиндр каждый раз, когда поршень движется вниз. [4]

Двухступенчатые двухскоростные нагнетатели

Самым фундаментальным изменением, внесенным в более поздние двигатели Merlin (серии 60, 70, 80 и 100) и Griffon (серии 60 и 80), было внедрение двухступенчатого двухскоростного нагнетателя, что обеспечило значительное увеличение мощности. , особенно на больших высотах. Двухступенчатый означает использование двух рабочих колес на общем карданном валу, образующих два последовательно соединенных нагнетателя. [nb 2] Когда воздух всасывался через воздухозаборник, карбюратор нагнетал топливо в воздушный поток. [5] Крыльчатка первой ступени сжимала топливовоздушную смесь, а затем она подавалась на крыльчатку второй ступени меньшего размера, которая дополнительно сжимала смесь.

Крыльчатки приводились в движение двухскоростной коробкой передач с гидравлическим приводом. [6] На малых и средних высотах нагнетатель работал в режиме умеренного нагнетателя или передачи MS (это относилось к передаче и, следовательно, к скорости, с которой работали крыльчатки). Как только самолет достигнет и преодолеет установленную критическую высоту (20 000 футов (6 100 м) для серий Merlin 61 и 70), мощность начнет падать по мере падения атмосферного давления (плотности воздуха). [7] Когда критическая высота была преодолена, анероидная капсула, работающая под давлением, приводила в действие коробку передач, которая переключала скорость на передачу полного нагнетателя (FS) , что приводило в движение крыльчатки быстрее, тем самым сжимая больший объем топливовоздушной смеси. [8] [номер 3]

Интеркулер был необходим для того , чтобы сжатая смесь не стала слишком горячей и не воспламенилась до достижения цилиндров (детонация перед зажиганием) или не создала состояние, известное как детонация или детонация . Интеркулер, отдельный от системы охлаждения двигателя, с собственной подачей гликоля и водяной охлаждающей жидкости, устанавливался в системе впуска, между выпускным отверстием нагнетателя второй ступени и за блоками цилиндров. Горячая топливовоздушная смесь из нагнетателя циркулировала по трубкам охлаждающей жидкости и затем подавалась в главный впускной коллектор, через который подавалась в цилиндры. Интеркулер также циркулировал охлаждающую жидкость через каналы в корпусе нагнетателя и между крыльчатками. [9] Наконец, дополнительный радиатор (установленный в канале радиатора правого борта под крылом «Спитфайра») был использован для рассеивания избыточного тепла наддува интеркулера. [9]

Спитфайр Мк VIII. Двигатель Merlin 63, 66 или 70 с двухступенчатым двухскоростным нагнетателем.

Для двухступенчатого двухскоростного нагнетателя можно указать два набора номинальных мощностей. Например, максимальная мощность, вырабатываемая Merlin 61, составляла 1565 л.с. (1167 кВт) на высоте 12 250 футов (3730 м) ( критическая высота ) на скорости MS с использованием «наддува» + 15 фунтов / дюйм². [7] Для привода механизма FS требовалось около 200 л.с. (149 кВт). В результате максимальная мощность, вырабатываемая Merlin 61 в FS, составила 1390 л.с. (1036 кВт) на высоте 25 900 футов (7900 м) при использовании наддува + 15 фунтов/дюйм². [7] [10] Двигатель Merlin 66, использованный в LF Mk IX, производил немного большую мощность, но из-за использования немного разных передаточных чисел , приводящих в движение крыльчатки меньшего размера, критическая высота ступеней нагнетателя была ниже - 7000 футов (2100 м). и 18 000 футов (5 500 м) соответственно. Напротив, Merlin 70, оптимизированный для полетов на большой высоте, имел критические высоты 14 000 футов (4300 м) (MS) и 25 400 футов (7700 м) (FS). [11] (В отличие от двигателей Merlin, Griffons использовали нагнетатели, которые были разработаны для достижения максимальной производительности в более широком диапазоне высот; как таковых, не было вариантов Spitfire LF или HF с двигателями Griffon.)

Карбюраторы

В первоначальных вариантах производства Merlin использовался карбюратор производства SU, в котором расход топлива измерялся через поплавок. В большинстве случаев этого оказалось достаточно, но во время воздушных боев над Дюнкерком и во время битвы за Британию было обнаружено, что всякий раз, когда «Мерлин» подвергался воздействию отрицательных сил «перегрузки», например, при быстром «взрыве» в пикирование, двигатель на короткое время потеряет мощность из-за бензинового голодания. Это произошло потому, что бензин в поплавке выбрасывался из питающей трубы в нагнетатель. Двигатель Daimler-Benz DB 601 с впрыском топлива давал Bf 109 особенное преимущество перед двигателем, оснащенным карбюратором; ни один «Спитфайр» не мог просто «бунтовать» и нырять от противника, как это мог делать 109-й. [12] Средство, изобретенное Беатрис «Тилли» Шиллинг , заключалось в установке металлической диафрагмы с отверстием в ней через поплавковые камеры. Это частично решило проблему нехватки топлива при пикировании. Устройство обычно называли «Отверстием мисс Шиллинг».

Полным решением проблемы было использование карбюратора Бендикса-Стромберга , который позволял более точно дозировать количество топлива, используемого двигателем, и предотвращал топливное голодание. Этот новый карбюратор использовался в серии Merlin 66 и на всех двигателях Griffon. В этих двигателях карбюратор впрыскивал топливо под давлением 5 фунтов на квадратный дюйм через сопло непосредственно в нагнетатель, а затем сжатая топливовоздушная смесь направлялась в цилиндры. Последней разработкой стал инжекторный карбюратор SU, который впрыскивал топливо в нагнетатель с помощью топливного насоса, привод которого зависел от частоты вращения коленчатого вала и давления в двигателе; хотя он был установлен на Merlins серии 100, которые не использовались в производстве Spitfires, он использовался в Griffon 60 и 80 серий.

Spitfire F.24 из 80-й эскадрильи. Это была последняя оценка Spitfire с двигателем Griffon 85 и пятилопастным винтом Rotol.

Измерение давления наддува

Британцы измерили давление наддува в фунтах на квадратный дюйм (или фунтах на квадратный дюйм) выше номинального значения атмосферного давления на уровне моря. Показатель +6 означал, что воздушно-топливная смесь сжималась нагнетателем до давления 20,7 (округленное число) фунтов на квадратный дюйм перед входом в двигатель; +25 означало, что воздушно-топливная смесь сжималась до атмосферного давления 39,7–14,7 фунтов на квадратный дюйм, добавленного к давлению «наддува» в 25 фунтов на квадратный дюйм.

Помощь реактивного самолета

В попытке повысить характеристики Spitfire Mk1 в мае 1940 года ученые RAe (включая Хейна Константа ) разработали «движительный канал». По сути, это был простой таранный реактивный двигатель, питаемый бензином и использующий эффект Мередита . Он размещался в воздуховоде глубиной 48х30х15 дюймов (122х76х38 см), установленном на центральной линии фюзеляжа и напоминавшем третий радиатор. Стендовые испытания показали, что прирост скорости был незначительным и аппарат не подвергался летным испытаниям. В 1943 году идея была пересмотрена как противодействие угрозе V1 . Такие самолеты, как Hawker Tempest и Gloster Meteor, не были широко доступны, а Spitfire мог перехватывать только с пикирования. А. Д. Бакстер и CWR Смит из Фарнборо рассмотрели работу 1940 года и пришли к выводу, что она была практичной, но возникли проблемы с сопротивлением и потерей давления, и V1 был побежден, прежде чем они были решены. [14]

Размеры, характеристики и вооружение

Из-за множества различий в серийных «Спитфайрах» характеристики могли сильно различаться даже у самолетов с одинаковым номером марки . Такие факторы, как вес, внешнее оснащение, состояние планера и двигателя, среди прочего, влияли на характеристики самолета. Например, даже относительно незначительное повреждение передней кромки крыла может резко снизить максимальную скорость. Наиболее достоверные данные о характеристиках и измерениях веса были получены в результате испытаний, проведенных на протяжении всей Второй мировой войны Экспериментальным институтом самолетов и вооружения (A&AEE), базирующимся в Боскомб-Дауне .

Ранние двигатели Мерлина

Покойный Мерлин и Грифон

Морской огонь

Рекомендации

Сноски

  1. ^ Воздух на больших высотах весит меньше на кубический сантиметр, чем на уровне моря.
  2. ^ Импеллеры часто называли «роторами».
  3. ^ Запуск второй ступени часто сопровождался заметным толчком, который неопытные пилоты часто принимали за какую-либо неисправность двигателя.
  4. ^ W3228 испытывался с крыльями нормального размаха. Большинство LF Mk Vbs использовали «обрезанные» крылья.
  5. ^ Используя топливо с октановым числом 100 и наддув +12 фунтов на дюйм², Merlin III мог развивать мощность 1310 л.с. (977 кВт). Харви-Бейли 1995, с. 155. Это состояние избыточного наддува сохранялось в течение пяти минут и использовалось с марта 1940 года. Это увеличило максимальную скорость на 25 миль в час (40 км/ч) на уровне моря и на 34 мили в час (55 км/ч) на высоте 10 000 футов (3 000 м). ) и улучшил характеристики набора высоты между уровнем моря и высотой полного газа. Прайс 1996, с. 19. .
  6. ^ Примечание. Практический потолок в этих отчетах обозначает высоту, на которой скорость набора высоты снижается до 100 футов/мин.

Цитаты

  1. ^ МакКинстри 2007, с. 25.
  2. ^ Харви-Бейли 1995, с. 155.
  3. ^ Прайс 1999, с. 81.
  4. ^ Смоллвуд 1995, с. 133.
  5. ^ Смит 1942, с. 657.
  6. ^ Смит 1942, с. 656.
  7. ^ abc Прайс 1995, стр.14
  8. ^ Рейс 1945, стр. 315–316.
  9. ^ Аб Смит 1942, стр. 657–658.
  10. ^ Смоллвуд 1995, стр. 132–136.
  11. ^ Прайс 1999, с. 170.
  12. ^ МакКинстри 2007, с. 205.
  13. ^ Лоури 1943, с. 619
  14. ^ Гибсон и Баттлер 2007, стр. 135–136.
  15. ^ Прайс 1999, стр.81.
  16. ^ Прайс 1999, стр.114.
  17. ^ Прайс 1999, стр.142.
  18. ^ Цена 2010, с. 168.
  19. ^ Прайс 1999, стр.150.
  20. ^ Примечание: патронов на пистолет.
  21. ^ Морган и Шекледи 2000, стр.332
  22. ^ Цена 2010, с. 219.
  23. ^ Морган и Шекледи 2000, стр.420
  24. ^ Морган и Шекледи 2000, стр.490
  25. ^ Цена 2010, с. 196.
  26. ^ Браун 1989, с. 168.
  27. ^ Выступление Seafire IIc
  28. ^ Робертсон 1973, стр. 194–196.
  29. ^ Морган и Шекледи 2000, стр. 534–543.
  30. ^ Робертсон 1973, стр. 196–197.
  31. ^ Морган и Шекледи 2000, стр. 551–560.
  32. Отчет об испытаниях Seafire Mk 47. Дата обращения: 27 июля 2008 г.
  33. ^ "Спитфайры с морскими ногами; часть 2" . Air International, том 15, № 4, октябрь 1978 г., стр. 185–187.

Библиография