1 hozzászólásA második világháború időszakában a repülőgépek képességei igen jelentős mértékben a hajtóműveiktől függtek.
A cikket írta: HZS89
Ahogy az alábbi cikkből látszik, a hadviselő országok ezek fejlesztését az igényeknek és a lehetőségeknek, kényszereknek megfelelően folytatták, ami bizonyos területeken hasonlóságokhoz más szempontok szerint viszont különbségekhez vezetett.
Németország: vadászgépmotorok
A német repülőgépmotorok esetében a típusok túlnyomó többségére jellemző volt a magasabb lökettérfogat- alacsonyabb fordulatszám kombináció. Ez elsősorban a műszaki megbízhatóság szempontjából volt előnyös.
Egy másik német jellemző a közvetlen-befecskendezés alkalmazása volt a keverékképzéshez. A közvetlen befecskendezés a karburátorhoz képest egyszerre növelte a teljesítményt és a hatásfokot és egyenletesebbé tette a motor járását. Emellett javította a repülőgépek manőverező-képességét is, mivel a befecskendezéses motorok teljesítmény nem függött a repülőgép által végrehajtott manőverektől.
A legtöbb német repülőgépmotor a többi korabeli repülőgépmotortól eltérően függő-V motor volt, vagyis a hengerfejek a talaj irányába néztek. Ez abból a szempontból előnyös volt, hogy ez által könnyebb volt tábori körülmények között karbantartani a Daimler-Benz repülőgépmotorokat, mivel a motor leginkább karbantartás-igényes része közelebb volt a talajhoz.
A németek a legtöbb repülőgépmotorjukhoz 87 oktános üzemanyagot alkalmaztak, de a BMW-repülőgépmotorokon széles körben alkalmazták a 100 oktános üzemanyagot. Ennek alapvetően az volt az oka, hogy a német ipar viszonylag drágán és kisebb mennyiségben tudott 100 oktános üzemanyagot előállítani a 87 oktánoshoz képest.
A háború kitörésekor a legkorszerűbb, vadászgépekben alkalmazott német repülőgépmotor a DB 601 volt. A DB 601 egy 12 hengeres, fordított-V (függő-V) henger-elrendezésű repülőgépmotor volt, 33.9 literes lökettérfogattal. A DB-motorokon ezzel a típussal vezették be a tüzelőanyag-befecskendezést, ami révén a teljesítménye 1100 lóerő volt 2400/perc fordulatszámon.
Az 1940-es Angliai-csata idején a 109-esen alkalmazott, legerősebb változat a DB 601 Aa volt, aminek 1175 lóerő volt a felszállóteljesítménye, 2500/perc fordulatszámon.
DB 601A
Szakértők szerint a DB 601 az alacsonyabb literteljesítményével műszaki megbízhatóságot nyert és annak ellenére a teljesítménye még a háború középső szakaszában is összemérhető volt a főbb rivális típusokéval (Bingham). A típus gyártását 1943-ban állították le.
A BMW repülőgépmotor-gyár fő gyártmánya a 14 hengeres, léghűtéses BMW 801 volt. A típus lökettérfogata 41.8 liter volt, a korai verziók az 1560 lóerős felszállóteljesítményüket 2700/perc fordulatszámon adták le.
A típus egyrészt 100 oktános üzemanyagot alkalmazott, másrészt aerodinamikai szempontból optimalizálták: mivel a BMW-vállalat hozzáfért szélcsatornákhoz ezért a motor légellenállását olyan mértékben csökkentetni tudták, ami ekvivalens volt azzal, mintha a teljesítmény 150-200 lóerőt nőtt volna. A 801-es kezdeti verziói 1560 lóerősek voltak, ami 1944-re a fejlesztések révén 2000 lóerőre nőtt.
A BMW 801-nek, amikor megjelent a Focke-Wulf 190-esen, akkor fejlettebb feltöltése volt, mint a Supermarine Spitfire motorjának. Ennek az volt az oka, hogy a BMW 801 kétsebességes volt, míg a Merlin korai verziói általában egysebességesek voltak. Ezért a Merlin-nek tengerszinten sokkal nagyobb fojtási-vesztesége volt, mint a német 801-esnek.
A BMW 801 egyik jellegzetessége volt, hogy azon kevés német repülőgépmotorok közé tartozott, amiből gyártottak turbófeltöltős verziót. A turbós BMW 801 TJ 1944-re készült el és magassági repülőgépeken alkalmazták.
A 801-es turbófeltöltős verziója, a TJ
A német repülőgépmotorokon a második világháború idején alapvetően azért volt ritka a turbófeltöltés, mivel a szövetséges bokád elvágta Németországot a turbófeltöltők gyártáshoz szükséges nyersanyagoktól. A BMW ezt úgy kerülte meg, hogy levegővel hűtött turbinalapátokat alkalmaztak.
A BMW 801-en a németek 1944-ben elkezdték alkalmazni a dús-keveréket, ami lehetővé tette, hogy a töltőnyomást 1.42 ata-ról 1.65 ata-ra növeljék. Ezt elsősorban a Focke-Wulf 190-es vadászbombázó verzióin alkalmazták.
A Daimler-Benz motorfejlesztések során több típust is úgy hoztak létre, hogy növelték a lökettérfogatot. Ehhez nem teljesen új motorokat terveztek, hanem felfúrták a DB 601 blokkját. A legnagyobb számban gyártott Daimler-Benz motor, a DB 605 esetén a furatot 150 mm-ről 154 mm-re növelték, ami lökettérfogatot 33.9 literről 35.7 literre növelte.
A Daimler-Benz DB 605 egy 12 hengeres, folyadékhűtés, fordított-V (függő-V) henger-elrendezésű repülőgépmotor volt. A korai verziók felszállóteljesítménye 1475 lóerő volt, amit 2800/perc fordulatszámon adtak le.
A Daimler-Benz repülőgépmotorok egyik fejlesztése a világháború folyamán a szelep-összenyitás időtartamának a növelése volt. A DB-motorokon az által, hogy a viszonylag hosszú volt a szelep-összenyitás időtartama a henger töltetcseréje során, jelentősen sikerült növelni a motorok volumetrikus hatásfokát, mivel így az átáramló levegő révén kevesebb gáz maradt vissza a henger korábbi ciklusából. Emellett a szelep-összenyitás hűtötte a hengereket, ami szintén lehetővé tette a teljesítmény növelését.
Viszont a DB 605-el komoly műszaki problémák voltak az 1942-43-as időszakban: mivel az olajrendszer konstrukciós-hibás volt, ezért a DB 605 repülés közben gyakran kigyulladt, ami számos balesethez vezetett. Ezt a hibát 44-re sikerült a motor áttervezésével kijavítani.
A DB 605 ugyan a teljesítményt tekintve elmaradt a Merlin és a Griffon újabb generációs verzióitól, de könnyebb is volt azoknál. Míg a Merlin 61 száraz tömege a háború végén 744 kilogramm volt, addig a DB 605A száraz tömege 720 kilogramm volt. Ennek az volt az oka, hogy a DB 605 alacsonyabb fordulatszámon üzemelt, ami révén könnyebbre tudták méretezni az alkatrészeket.
A második világháború idején a legnagyobb lökettérfogatú, 12 hengeres, függő-V hengerelrendezésű német repülőgépmotor a DB 603 volt. Azt a DB 601-ből hozták létre a furat és a lökethossz megnövelésével. A furat 150 mm-ről 162 mm-re, a lökethossz 160 mm-ről 180 mm-re nőtt a DB 603 esetében. Így a 12 henger összesített lökettérfogata 33.9 literről 44.52 literre nőtt. A típus alapverziója 1750 lóerőt tudott leadni felszálláskor és 1942-től kezdve alkalmazták nagyobb számban.
A 603-assal amúgy az volt a probléma, hogy ugyan egy erős motor volt, de túl nehéz volt ahhoz, hogy a Bf 109-est tovább fejlesszék vele. Ehhez az is hozzájárult, hogy a 109-es egy könnyűszerkezetes vadászgép volt, amely okból nem volt már lehetőség arra, hogy tovább növeljék a motor tömegét. Ezért a DB 603-ast leginkább a Luftwaffe kétmotoros rombolóin és bombázóin alkalmazták.
A legjobb német repülőgépmotor a háború végén viszont sem nem Daimler, sem pedig BMW gyártmány, hanem a Junkers cég gyártmánya volt, a Jumo 213. Ez egy 12 hengeres, folyadékhűtéses, függő-V hengerelrendezésű repülőgépmotor volt.
A Jumo 213-nál a fejlesztési filozófia a fordulatszám növelése volt. Ennek az volt az oka, hogy mivel a Junkers-nél rájöttek, hogy a belátható jövőben a jobb minőségű, 100 oktános üzemanyagot a német légügy a BMW 801 számára fogja biztosítani, ezért nekik nem volt más lehetőségük, mintsem hogy a fordulatszámot növeljék. Ezért míg a Jumo 213 elődje, a Jumo 211 esetén a korai verziók fordulatszáma 2300 1/perc körül volt, addig a Jumo 213 3250 1/perces fordulatszámon üzemelt.
A 213-as alapvetően azért tudott ilyen nagy fordulatszámon üzemelni, mivel sokkal hatékonyabb olajrendszere volt, mint a Daimler-Benz repülőgépmotoroknak. Sőt, a modern, nagy teljesítményű repülőgépmotoroknál alkalmazott olajrendszereket a Junkers-nél találták fel és az azóta is úgy működnek. Például a Jumo 213-nál beépítettek egy centrifugális légtelenítőt a motor főtengelyébe, hogy a kenőolaj a megfelelő mértékű légtelenítés után kerüljön csak a rendeltetési helyére.
A Junkers a fordulatszám mellett a feltöltést is fejlesztette: a Jumo 213 magassági verziói kétfokozatú, háromsebességes feltöltő-rendszerrel rendelkeztek, ami révén volt egy sebességük felszállásra, egy sebességük közepes magassághoz, egy pedig nagy magassághoz. Így a háború végén számos német magassági repülőgéphez a 213-ast alkalmazták.
A Jumo 213-ast az egymotoros német vadészgépek közül a Focke-Wulf 190-es D-9 verziójához alkalmazták. Kezdetben 1750 lóerőre volt képes, de vízbefecskendezéssel később 2250 lóerőt is ki tudott fejteni.
Németország: kísérleti- és óriás-repülőgépmotorok
Az egyik nagyon jellegzetes német repülőgépmotor-fejlesztés a Daimler-Benz DB 606 volt. A DB 606 24 hengeres, fordított-W henger-elrendezésű repülőgépmotor volt, amit két DB 601 összehegesztésével hoztak létre. A lökettérfogat 67.8 liter volt, a felszállóteljesítmény pedig 2350 lóerő.
A DB 606-ot azért hozták létre, hogy a Luftwaffe új, nagy teljesítményű bombázó gépjeihez gyorsan létre tudjanak hozni egy nagy teljesítményű motort, ami képes azokat a levegőbe emelni. Ehhez a leggyorsabb út két függő-V motor összeillesztése volt, ami révén rövid idő alatt megduplázták a teljesítményt.
Viszont a DB 606 egy műszaki katasztrófa volt, mivel az olajrendszer miatt gyakran kigyulladt. Ez jelentősen korlátozta a német nehézbombázók bevetéseit.
A DB 606 utódja a DB 610 lett, ami egyrészt nagyobb teljesítményű volt, másrészt kijavította a DB 606 hibáit. A DB 610 lökettérfogata 71.4 liter, teljesítménye 2950 lóerő volt felszálláskor.
Daimler-Benz DB 610
Egy nagyon ígéretes német kísérleti repülőgépmotor a világháború elején a Junkers Jumo 222 volt. Ez egy nagyon szokatlan motor volt, mivel folyadékhűtéses csillagmotor volt.
A második világháború idején a nagy teljesítményű repülőgépmotorok alapvetően két kategóriába tartoztak, a léghűtéses csillagmotorokba és a folyadékhűtéses V-motorokba. Ezzel szemben a 222-es folyadékhűtéses csillagmotor lett. Ez által a típus egyrészt nagyon kompakt volt, másrészt jó volt a hűtése is és a teljesítménye is magas volt.
Ha meg akarjuk érteni, hogy a 222-es miért lehetett volna forradalmi fejlesztés, akkor elég összehasonlítani a BMW 801-el: a 222-esnek egyszerre volt nagyobb a fordulatszáma és a lökettérfogata is, miközben a dimenziói hasonlóak voltak a BMW 801-hez. Ezen okból, míg a BMW 801 korai verziói 1560 lóerőt tudtak leadni felszálláskor, addig a Jumo 222-es könnyen elérte a 2000 lóerőt és a tesztek során képes volt 2500 lóerő leadására is.
Viszont ennek ellenére a német légügy nem rendelte meg a 222-est.
A BMW részéről egy igen nagy teljesítményű motorfejlesztés a BMW 803 volt. Ez egy 28 hengeres, folyadékhűtéses motor volt, aminek a lökettérfogata pont kétszerese volt a BMW 801 lökettérfogatának és pont kétszer annyi hengere is volt. Ezt a típust a Luftwaffe interkontinentális bombázógépeihez fejlesztették ki. Teljesítménye felszálláskor 3900 lóerő lett volna és dús-keveréken 4500 lóerőre is képes lett volna. A probléma az volt vele, hogy ugyan 1944-ben már több prototípus is létezett belőle, de még abban az évben leállították a fejlesztést.
A BMW legerősebb repülőgépmotorja, aminek reális lehetett volna a gyártása, a 801-es F verziója lehetett volna. Ez alapvetően egy erősebb, nagyobb kapacitású alkatrészekből készült BMW 801 volt. Egyrészt megerősítették a főtengelyt és a nehezebb súlyokkal látták el az egyenletesebb járás érdekében, másrészt nagyobb kapacitású üzemanyag-pumpát kapott az F verzió. Emellett növelték a szelepek méretét és a szelep-összenyitást, hogy több levegő tudjon az égéstérbe áramolni.
Az F a külső és a belső aerodinamika szempontjából is fejlettebb lett volna a korábbi BMW 801-es verzióknál és van olyan forrás, ami szerint nagyobb fordulatszámon üzemelt volna, mint a korábbi 801es verziók. A rendelkezésre álló forrásom szerint az F szükségteljesítményen 2900 1/perc fordulatszámon üzemelt volna, míg a legtöbb legyártott 801-es verzió esetében ez az érték 2700 1/perc volt. Ez utóbbi tény jobban megmagyarázza a nagyobb teljesítményt.
Az F hivatalosan 2400 lóerős lett volna és teszteken kihoztak belőle 2600 lóerőt is. Tesztelni 1943-ban kezdték és ha nem ért volna véget a háború, akkor talán 1945-ben gyártásba került volna.
A Junkers legfejlettebb motorja a háború végén a 213-as J verziója volt. Annak egyrészt megnövelték a furatát 150 mm-ről 155-re, ami a lökettérfogatot 35 literről 37.3 literre növelte, másrészt tovább fokozták a fordulatszámot 3700 1/percre.
Emellett a szelepek számát hengerenként 3-ról 4-re növelték. Így különleges-szükségteljesítménnyel a Jumo 213J képes lett volna 2600 lóerőre is.
Junkers Jumo 213J
Egy másik 213-as verzió, ami a háború végén fejlesztés alatt állt, az S volt. Az S verzió nagy mértékben az A verzión alapult, de a feltöltő-rendszert alacsonyabb magasságra állították be. A névleges teljesítménye 2400 lóerő volt.
A Daimler jelentős erőforrásokat ölt egy a DB 605-őn alapuló motorba, a DB 628-ba. Az lényegében egy kétfokozatú feltöltővel ellátott DB 605 volt, de a felöltő-rendszert meglehetősen szokatlanul helyezték el rajta. Ennek az volt az oka, hogy a feltöltő-rendszer első fokozata a motor elejére került. 1944-ben állították le a fejlesztését.
Nagy-Britannia: Rolls-Royce
A britek a németekkel ellentétben a magasabb fordulatszám – alacsonyabb lökettérfogat kombinációt alkalmazták. Ez elsősorban azért volt előnyös, mivel ez által csökkentek a repülőgépmotorok dimenziói.
A britek a legtöbb repülőgépmotorjuk esetében nem váltottak át a karburátorról az injektorra. Ennek egy olyan oka is volt, hogy a karburátorok esetében az üzemanyag párolgása hűtötte a levegő-benzin keveréket, ami miatt a britek úgy gondolták, hogy karburátorral nagyobb teljesítményt lehetett elérni.
Viszont karburátorokkal több probléma is volt. Az egyik az volt, hogy a karburátorok működésére jelentősen hatott a repülőgépek manőverezése. Ennek következtében voltak olyan üzemállapotok, amikor a karburátorok kihagytak. Egy másik probléma a jegesedés volt: nagy magasságban a karburátoros motorok eljegesedhettek, ami akár a motor leállását is okozhatta.
Emellett a németek által preferált közvetlen-befecskendezéssel nagyobb töltőnyomást lehetett elérni, mint a karburátorral.
A háború folyamán a Királyi Légierő fő repülőgépmotor típusa a Rolls-Royce Merlin volt. A Merlin egy 12 hengeres, folyadékhűtés, V henger-elrendezésű repülőgépmotor volt. A korai verziók csúcsteljesítménye 1020 lóerő volt, amit 3000/perc fordulatszámon adtak le.
A RR Merlin alapvetően azért (is) volt a lökettérfogatához képest erős, mivel jobb minőségű üzemanyagot használt: a 100 oktános üzemanyag bevezetésével a Merlin teljesítménye 1020 lóerőről 1300 lóerőre nőtt (ami a későbbi fejlesztésekkel tovább nőtt).
Ehhez az is hozzátartozik, hogy a Merlin teljesítményét nem csak az növelte meg, hogy jobb üzemanyagot kapott, hanem az is, hogy a motort dús-keveréken üzemeltették. Ez hétköznapi nyelvre lefordítva azt jelentette, hogy a keverékbe több üzemanyagot adagoltak, mint ami a levegő elégéséhez szükséges volt. Ez hűtötte a keveréket, ami lehetővé tette a töltőnyomás megemelését.
A Merlin magas töltőnyomáshoz az is hozzájárult, hogy viszonylag kicsi volt a lökettérfogata. Egy kisebb lökettérfogatú motorba nagyobb nyomással lehet tölteni a keveréket, mivel kisebb az öngyulladás veszélye.
A Merlin kezdetben egysebességes kompresszorral rendelkezett. 1940-től kezdve megjelentek a kétsebességes-feltöltővel rendelkező Merlin-verziók, bár az egysebességeseket is tovább gyártották. Az első, vadászgépen alkalmazott kétsebességes verzió a Merlin XX volt, amit a Hawker Hurricane vadászgép továbbfejlesztésére használtak, mivel az sürgető volt.
A Merlin esetében az üzemanyag mellett inkább a feltöltést volt az a tényező, ami hozzájárult a teljesítmény növeléséhez. Ennek az egyik lépése az volt, hogy úgy dolgozták át a feltöltő-rendszer szívócsonkját és úgy általában a feltöltő-rendszert, hogy könnyebben, kevesebb ellenállással áramoljon benne a levegő. A teljes feltöltő-rendszer újra tervezése révén a Merlin esetében 30 százalékos teljesítmény-növekedést értek el.
A Merlin szívócsonkját azért kellett áttervezni, mert a Rolls-Royce-nál rájöttek, hogy a korai verziók szívócsonkjai alul voltak méretezve, vagyis szinte fojtogatták a motort, amitől a motor nem tudta kifejteni a potenciális teljesítményét. Az új, optimalizált feltöltő-rendszer a Spitfire-ön a Merlin 45-el jelent meg, 1941-ben és 1000 méterrel nagyobb lett tőle a motor méretezési-magassága, ami révén a Spitfire tudta tartani a lépést a 109-es új verziójával, a Frederich-el.
A Merlin egysebességes verzióit a háború közepén a Spitfire alacsony magasságra optimalizált (LF) verzióiba építették. Ezek a verziók képesek voltak 1585 lóerőt kifejteni, mivel a kompresszoruk kevés teljesítményt szívott le a motorról. Ezek a verziók a Merlin 45M és az 55M voltak.
A Merlin fejlesztéséhez hozzá tartozik az is, hogy a háború elején a brit légierő megkérte a Rolls-Royce-t, hogy fejlesszék ki a Merlin turbófeltöltős verzióját. A cég viszont ezt a kérést elutasította, azon az alapon, hogy a Spitfire vadászgépen nem volt elég hely a turbófeltöltés megvalósítására, mivel egy turbónak nagyobb volt a helyigény, mint egy kompresszornak. Ezért a Rolls-Royce a mechanikus-feltöltésen dolgozott tovább.
A Merlin feltöltésének fejlesztése a csúcsát a kétfokozatú-kompresszorral érte el. Ezt 1942-ben vezették be és elsősorban a magassági teljesítményt növelte. Ez a fejlesztés a Merlin 61-el jelent meg a Spitfire-ön.
Abban, hogy a britek a Merlin esetében megvalósították a kétfokozatú feltöltést, valószínűleg az is szerepet játszott, hogy a Merlin-nek kicsi volt a furata (a henger belső átmérője). Ennek azért volt jelentősége, mert egy kisebb furattal rendelkező motorba nagyobb nyomással lehetett tölteni a levegőt, mivel kisebb volt az öngyulladás veszélye. Ez viszont azt is jelentette, hogyha a britek ki akarták használni a Merlin lehetőségeit, akkor kellett nekik a kétfokozatú feltöltés, amivel nagyobb töltőnyomást tudtak megvalósítani. Például míg a Merlin furata 137 mm volt, addig a DB 605 furata 154 mm, a BMW 801 furata 156 mm, a DB 603 furata pedig 162 mm volt.
A Merlin 61 esetében amúgy nem az volt a fő fejlesztés, hogy a motor kétfokozatú lett, hanem az, hogy ellátták utóhűtővel. Ennek az volt az oka, hogy a feltöltést egy bizonyos szint után akadályozta a keverék felmelegedése. Minél nagyobb mértékben növelte a keverék nyomását a kompresszor, annál jobban felmelegedett a keverék. Ezért a kétfokozatú feltöltéshez szükség volt utóhűtőre.
A Merlin kétfokozatú feltöltője
A britek a Merlin-t verzióit több különböző áttétellel gyártották, ami révén viszonylag egyszerű módon képesek voltak különböző magasságokra beállítani a motort. Így jött létre a Merlin 66, amit közepes magasságra optimalizáltak az alacsonyabb áttétellel.
A Merlin fejlesztése alapvetően egy sikeres folyamat volt, nehéz belekötni. Talán amit negatívumként lehetne mondani a típusról (a karburátor mellett) az az, hogy aránytalanul zabálta az üzemanyagot. Ennek az volt az oka, hogy mivel a Merlin-t dús-keveréken üzemeltették 1940-től kezdve, ezért a Merlin (többek közt) azért volt annyira nagy teljesítményű, mivel eltolták a keverékben az üzemanyag arányát a dús-keverék irányába. Ez azt jelenti, hogy a Merlin esetében a karburátor által a levegőbe adagolt üzemanyag jelentős része nem hasznosult.
A britek 1942-re lényegében elérték a Merlin tovább fejleszthetőségének határát. Ezért szükségük volt egy újabb, nagyobb lökettérfogatú motorra, ami a Griffon lett. A Griffon abból a szempontból volt jó fejlesztés, hogy 10 literrel nagyobb lökettérfogata volt, mint a 27 literes Merlin-nek és ennek ellenére befért a Merlin helyére. Ehhez úgy tervezték át a Griffont az alkalmazása előtt, hogy csökkentsék a motor hosszát.
A Griffon egy 12 hengeres, folyadékhűtés, V henger-elrendezésű repülőgépmotor volt. A korai verziók csúcsteljesítménye 1730-1850 lóerő volt, amit 2750/perc fordulatszámon adtak le. A Griffonnak úgy csökkentették az alkalmazása előtt a hosszát, hogy a motor egyes részegységeit áthelyezték a motor végéről az elejére, a reduktor mellé. Ez által a Griffon korai verziói rövidebbek voltak, mint a Merlin késői verziói, annak ellenére, hogy nagyobb volt a lökettérfogata.
A Griffont elsősorban alacsony repülési magasságra tervezték, ami miatt kezdetben egyszerűbb feltöltő-rendszere (kompresszora) volt, mint a Merlin magassági verzióinak.
A háború végén a britek már 150-es teljesítményszámú üzemanyagot alkalmaztak a Merlin-hez és a Griffon-hoz.
A háború folyamán a britek rájöttek a karburátorok hátrányaira, aminek a kiküszöbölésére jelentés fejlesztéseket léptek meg. A problémát úgy oldották meg, hogy a Merlin esetében átváltottak a közvetett-befecskendezésre (vagy ahogyan ők nevezték: injection-type carburettor). Ez kevésbé volt bonyolult a közvetlen-befecskendezésnél, de a karburátor legsúlyosabb hiányosságait kiküszöbölte.
Nagy-Britannia: Napier
Ugyan a brit légierő legfontosabb motorbeszállítója egyértelműen a Rolls-Royce volt, de a briteknek voltak egyéb fejlesztőik is, akik szintén kiváló munkát végeztek. Az egyik ezek közül a Napier volt.
A Napier még a 30-as években elkezdte kifejleszteni a kor egyik legerősebb repülőgépmotorját, aminek a Sabre nevet adták. Ez a típus több szempontból is különbözött a több korabeli repülőgépmotortól. Egyrészt a szokásos V-hengerelrendezés helyett H-hengerelrendezése lett a Napier motorjának. Ennek az elrendezésnek az volt az egyik előnye, hogy nagyon kompakt volt.
Összehasonlításként: a Merlin 27 literes volt és a hossza 175 centiméter volt a korai verzióknál. A Sabre ugyan valamivel hosszabb volt, de a H-elrendezés miatt 37 liter volt a lökettérfogata.
Napier Sabre
Emellett a Sabre esetén a töltetcserét a szokásos bütykös szelepek helyett csúszóhüvelyekkel biztosították. Ez azért volt egy nagyon fontos fejlesztés, mivel ez által a motor nagyobb fordulatszámon dolgozhatott. Míg a 30-as években a legtöbb repülőgépmotor nem tudott 3000 1/perc fordulatszámnál gyorsabban dolgozni, addig a Sabre 3700 1/perc fordulatszámon üzemelt csúcsteljesítményen.
Így míg a 40-es évek elején a legtöbb repülőgépmotor teljesítménye 1500 lóerő körül volt, addig a Sabre képes volt 2200 lóerő leadására.
A típust 1941-ben kezdték alkalmazni, mivel a német Focke-Wulf 190-es vadászgépek megjelenése miatt sürgősen be kellett vetni. Ugyan az tény volt, hogy a Sabre által hajtott Hawker Tyhoon nagyon gyors volt, de a motorral voltak problémák. Ennek az volt az oka, hogy a Sabre ette a kenőolajat, amely okból 20-30 óra volt a típus élettartama.
A Sabre egészen 1944-ig problémás volt.
USA: jelentősebb mennyiségben készült hajtóművek
Az amerikai repülőgépmotorok leginkább abban voltak egyediek és hatékonyak, hogy azok alkalmazták legszélesebb körben a turbófeltöltést. A turbónak több előnye is volt, például növelte a hatásfokot és csökkentette az üzemanyag-fogyasztást, ami növelte a hatósugarat. Ez jelentősen hozzájárult ahhoz, hogy az amerikai bombázógépeknek nagy hatósugara volt.
Viszont a turbófeltöltők a nagy helyigényük miatt igen nagymértékben növeltek a repülőgépek méretét: az amerikai P-47 típusú vadászgépek a világháború legnagyobb felszállótömegű, egymotoros vadászgépei voltak.
A turbófeltöltők mellett a britekhez hasonlóan az amerikaiak is alkalmaztak jobb minőségű üzemanyagot, sőt azt kezdetben ők szállították a briteknek.
Egy további amerikai jellegzetesség volt, hogy számos repülőgépmotor-típuson alkalmaztak léghűtést. Akkoriban Európában inkább vízhűtéses motorokat alkalmaztak, aerodinamikai okokból. Az amerikaiak viszont inkább nagyobb lökettérfogatú és teljesítményű léghűtéses motorokat alkalmaztak. A léghűtés amúgy abból a szempontból racionális volt, hogy a léghűtéses motorok könnyebben üzemeltethetőek, fejleszthetőek és gyárthatóak voltak, mint a folyadékhűtésesek, mivel nem volt szükség a bonyolult hűtőrendszerre.
Viszont a léghűtés abból a szempontból hátrányos volt, hogy a léghűtéses motorok nehezebben adták le az üzem közben képződő hőt, különösen csúcsteljesítményen. Ezért a léghűtéses motorok esetében azonos literteljesítményhez jobb minőségű üzemanyag volt szükséges, mivel a magasabb hőmérséklet kiválthatta az öngyulladást.
Ami talán jellegzetesen amerikai fejlesztésnek tekinthető, az a B-29-es bombázógépeket hajtó Duplex-Cyclone repülőgépmotor volt. Ez 18 hengeres, 54 literes lökettérfogatú, léghűtéses motor volt. 4 darab ilyen motor hajtott egy B-29-es bombázógépet.
A Duplex-Cyclone viszont a trópusi hőségben gyakran túlhevült és kigyulladt, ami gépek elvesztéséhez vezetett. Ennek az volt az egyik oka, hogy a Duplex Cyclone-hoz szerkezeti anyagnak magnéziumot alkalmaztak, ami gyulladásveszélyes volt. Ezért ha túlhevült a motor, akkor számos alkalommal kigyulladt, ami jelentős számú B-29-es elveszítéséhez vezetett.
Ugyan az amerikai fejlesztésű repülőgépmotorok túlnyomó többsége léghűtéses volt, de volt egy jelentősebb kivétel: az Allison V-1710. Ez egy olyan folyadékhűtéses motor volt, ami alapvető jellemzőit tekintve nagyon hasonló volt a brit Merlin-hez. A lökettérfogat és a fordulatszám közel megegyezőek voltak.
Az amerikai Allisont és a brit Merlint összehasonlítva az látszik, hogy a brit motor összehasonlíthatatlanul nagyobb hírnévre tettszert (amúgy jogosan), de az amerikai motornak is megvoltak a maga előnyei. Az Allison feleannyi alkatrészből állt, mint a Merlin és ennek ellenére alacsony magasságon a teljesítménye összehasonlítható volt a brit motoréval.
Viszont az Allison-nak volt egy olyan problémája, hogy a legyártott példányok többségén egy eléggé fejletlen, egysebességes kompresszora volt. Ennek következtében nagy magasságban gyenge volt a típus teljesítménye. Ez rányomta a bélyegét több amerikai vadászgép típusra, köztük a P-39-re, a P-40-re és a P-63-ra. Emellett a P-51 Mustang legelső verziója, a P-51A szintén Allison-motoros volt, mielőtt átváltottak a Merlin-re.
Az amerikaiak kezdetben karburátoros repülőgépmotorokat gyártottak, de a háború során rájöttek a karburátorok limitációira és egyes motortípusokon átváltottak a befecskendezésre.
USA: kísérleti és óriás-repülőgépmotorok
Az amerikai fejlesztők kifejlesztettek az USA légiereje számára egy ténylegesen működő óriás-repülőgépmotort, az R-4360 Wasp Majort. Ez egy 28 hengeres, léghűtéses motor volt, ami elsősorban bombázógépeken szándékoztak alkalmazni.
A második világháború idején a léghűtéses motoroknál az volt az ökölszabály, hogy a motor hengerenként 100 lóerőt tud leadni túlhevülés nélkül. A számok a Wasp Major estében is hasonlóak voltak ehhez, a típus 28 hengeres volt és 3000 lóerőt tudott leadni, bár fenn állt a túlhevülés veszélye.
A típus ugyan lekéste a világháborút de utána még évtizedekig alkalmazták.
Wasp Major
Egy másik amerikai fejlesztés, ami inkább kísérleti jellegű volt, mivel sorozatgyártásba már nem került, az a Crysler IV-2220 volt. Ez a típus egy 16 hengeres, fordított-V henger-elrendezésű motor volt, ami 2500 lóerőt tudott leadni. A cél ebben az esetben egy olyan motor volt, ami kombinálja a nagy teljesítményt a minimális homlokfelülettel.
A típust az P-47 vadászgép módosított verzióján, a P-47H-n próbálták ki, amivel kiemelkedő sebességet értek el. Viszont a háború vége miatt a sorozatgyártásig már nem jutott el.
Ugyan legnagyobb mennyiségben a németek gyártottak W-hengerelrendezésű motorokat, de az amerikaiknak is volt egy ilyen fejlesztése, az Allison V-3420. Ez a már emlegetett Allison V-1710-en alapult, de kétszer annyi hengerrel. A típus lökettérfogata 56 liter volt és a feltöltést turbófeltöltéssel valósították meg. A típus felszálláskor 2600 lóerőt tudott leadni. A típussal az volt a probléma, hogy azok a repülőgépek, amikhez az alkalmazását tervezték egyszerűen nem kerültek nagy mennyiségben gyártásba.
Az amerikai haditengerészeti légierő
Ugyan az Amerikában gyártott katonai repülőgépek többsége szárazföldi bázisú volt, de a háború végére az amerikai haditengerészet kiépített egy nagyon erős haditengerészeti légierőt is.
Amennyiben összehasonlítjuk az amerikai szárazföldi bázisú és a haditengerészeti repülőgépeket, úgy a legjelentősebb és feltűnőbb különbség talán az volt, hogy a haditengerészeti vadászrepülőgépek gyakorlatilag mind kompresszorosak voltak, egyáltalán nem volt köztük turbófeltöltős.
Ennek alapvetően az volt az oka, hogy a haditengerészeti légierő repülőgépei repülőgép-hordozókról üzemeltek. Egy repülőgép-hordozón pedig bárhogy építették meg, egy igen súlyos korlátot jelentett a rendelkezésre álló hely. Mivel a kompresszoroknak kisebb volt a helyigénye, mint egy turbófeltöltőnek, ezért a kompresszoros repülőgépek azonos lökettérfogat esetén jelentősen kisebbek voltak, mint a turbófeltöltősek. Ennek következtében kompresszoros repülőgépekből egy hordozó többet hordozhatott.
Ez viszont nem jelenti azt, hogy az amerikai haditengerészeti vadászgépeknek fejletlen lett volna a feltöltése. Ennek az volt az oka, hogy az amerikai haditengerészeti vadászgépek motorjai rendelkeztek töltőlevegő-visszahűtővel. Ez azt eredményezte, hogy jelentősen nagyobb töltőnyomást tudtak elérni, amit a teljesítmény-növelés egy jó példájának tartanak.
A háború végén az amerikai haditengerészet vadászgépeinek a fő repülőgépmotorja az R-2800 Double Wasp volt. A típus egy 18 hengeres, léghűtéses csillagmotor volt. A lökettérfogat 46 liter volt a korai verziók teljesítménye pedig 1850 lóerő volt. A háború végén a vadászgépeken alkalmazott verziók teljesítménye 2000-2200 lóerő volt.
Az amerikai haditengerészeti vadászgépeknek az volt az egyik jellegzetessége a motor teljesítményét tekintve, hogy a motor tengerszinten adta le a legnagyobb teljesítményt. Ez abból a szempontból nem volt meglepő, hogy az amerikai haditengerészeti repülőgépeknek képesnek kellett lenniük arra, hogy felszálljanak a repülőgép-hordozók rövid startfedélzetéről.
Üzemanyag minőség
Mint ahogyan a fenti cikkből kiderül, az egyik meghatározó tényező az üzemanyag minőség volt a teljesítmény fokozása szempontjából. Ezen a téren a szövetségek elvileg előnyben voltak, mivel nagyobb mennyiségű 100 oktános üzemanyagot tudtak előállítani.
A németek alapvetően két különböző oktánszámú üzemanyagot alkalmaztak, a 87 oktános B4-et és a 100 oktános C3-at. Az utóbbit leginkább a BMW 801-el alkalmazták.
Viszont annyit hozzá teszek, hogy egy üzemanyag minőségét kétféle oktánszámmal is meg lehetett adni, a kísérleti oktánszámmal és a motoroktánszámmal. A kettő közül az utóbbi a realisztikusabb, bár ennek ellenére az európai benzinkutakon a kísérleti oktánszámot adják meg. A németek is a kísérleti oktánszámmal adták meg az üzemanyag minőségét.
Viszont a korabeli dokumentumokból kiderül, hogy motoroktánszám méréssel a német C3 üzemanyag minősége nem érte el a 100 oktánt, hanem csak 96 oktános volt. Ezért a német 100 oktános üzemanyaggal egy kicsivel kisebb teljesítményt lehetett kihozni a motorból, mint a szövetséges 100 oktánossal. Vannak olyan források, ahol ezen okból a német C3 üzemanyagot nem is 100 oktánosnak, hanem 96 oktánosnak jelölik.
Emellett a németeknek a háború kitörésekor volt még egy harmadik, igen jó minőségű benzinjük is, a C2. A C2-őt a németek külföldi eredetű kőolaj finomításából állították elő. Hivatalosan a C2 is 100 oktános volt, mint a C3, de a teljesítményszáma lényegesen magasabb volt, mint a C3-nak. A C2-vel alapvetően az volt a probléma, hogy külföldi eredetű kőolajból állították elő, amitől Németországot elvágta a szövetséges blokád. Így a németek még a háború elején leálltak a gyártásával.
Egy ide vonatkozó tény, hogy míg az európai benzinkutakon az üzemanyag minőségét kísérleti oktánszámmal adják meg, addig az USA-ban un. „Pump Octane Number”-el adják meg a benzin minőségét, ami a kísérleti oktánszám és a motoroktánszám átlaga. Ezért egy kevésbé tájékozott vásárló számára úgy tűnhet, hogy az amerikaiak a mai napig nagyon gyenge minőségű benzint használnak, pedig valójában a különbség jóval kisebb.
Amúgy az oktánszám nem egy tökéletes mértékegység a benzin minőségének a mérésére. Ennek az az oka, hogy az oktánszám nem egyenesen arányos a motor teljesítményével. Ebből a szempontból a szövetségesek által használt teljesítményszám jobb volt, mivel az azt adta meg, hogy az alapként használt 87 oktános üzemanyaghoz képest mekkora teljesítményt lehetett kihozni az adott benzinből. A teljesítményszám alapján a német 96 oktános üzemanyaggal nagyjából 20 százalékkal, míg a brit 100 oktános üzemanyaggal nagyjából 30 százalékkal lehetett nagyobb teljesítményt kihozni a 87 oktánoshoz képest.
A németek amúgy pont a gyenge minőségű, B4 benzinjük miatt álltak át a karburátorról az injektorra. Az injektornak alapvetően az az egyik fő előnye a karburátorral szemben, hogy nagyobb teljesítményt lehet vele kihozni a gyengébb minőségű üzemanyagból. Ez pedig nagyjából 50 százalékban ellensúlyozni tudta, hogy a német motorok 87 oktános üzemanyaggal repültek 100 oktános helyett.
Viszont az injektornak (közvetlen befecskendezés) volt egy olyan hátránya, hogy nagyon bonyolult volt, ami lényegében megduplázta a német repülőgépmotorok alkatrészeinek a számát.
Röviden:
Németország:
- nagyobb lökettérfogat, közvetlen-befecskendezés
- BMW: jobb üzemanyag, aerodinamika, léghűtés
- Daimler-Benz: felfúrás, szelep-összenyitás, fordított-V és W motorok
- Junkers: fordulatszám, feltöltés, fordított-V motorok, jobb olajrendszer
Nagy-Britannia:
- kisebb lökettérfogat, jobb minőségű üzemanyag, karburátor, folyadékhűtés
- Rolls-Royce: feltöltés, V-motorok
- Napier: fordulatszám, H-motor, rövid-löketű motor
USA:
- jobb üzemanyag, turbófeltöltés, léghűtés, háború végén injektor
USA haditengerészet:
- visszahűtő, kompresszor, léghűtés
Források:
- http://powerplants.warbirdsresourcegroup.org/
- https://www.defensemedianetwork.com/stories/aircraft-engines-world-war-ii/
- Victor Bingham: Major Piston Aero Engines of World War 2
- Jason R. Wisniewsky: Powering the Luftwaffe: German Aero Engines of World War 2
- Paul Edden és Soph Moeng: A Második Világháború Repülőgépeinek Szerkezete
- Gersdorff: Flugmotoren und Sthraltriebwerke
- http://kurfurst.org/
- https://www.enginehistory.org/
- https://www.pearlharboraviationmuseum.org/blog/superchargers-and-turbochargers/
- https://www.ju388.de/BMW801TJ.html
Legfrissebb kommentek