為什麼二戰海航戰機發動機大都是氣冷?


先說海航全用氣冷這事並不絕對,也有個別用液冷的艦載機,比如英國海噴火、日本晴嵐等。

當時大部分艦載機採用氣冷發動機,一方面在於氣冷發動機本身要比液冷輕10%左右, 而且液冷發動機需要很多冷卻管連接到散熱器,需要的裝甲重量比較大,這些重量對於本身就比較小(相對陸航飛機)的艦載機影響很明顯。

二是氣冷式發動機更加適合寒區作戰。液冷在寒區需要更換專用的冷卻液以防凍,而且液冷發動機在寒區作戰時,啟動前需要進行更長時間的暖車。

三是液冷抗損性也稍遜。氣冷式發動機一般是星形排列,各汽缸獨立工作。一旦某個汽缸被子彈打穿,不至於影響到其他汽缸的工作。而液冷發動機一但被擊中,由於冷卻液的流失,冷卻效果會隨之下降。此外,在損傷維修上,氣冷發動機只要更換個損壞的汽缸就行了,簡單快捷。

四是氣冷發動機零件少,體積小,安裝簡單,生產成本低。具體來說,氣冷式發動機由於不需要複雜而龐大的液冷設備,所以體積可以比同等水平的水冷發動機小,零件數量上也比液冷式少20%左右。

五是對於航母而言,各種設施不如陸地機場,維修保養能力比較弱,而且海上高鹽、高濕、高溫,機件更容易損壞,氣冷式發動機的維護難度比較低,更加皮實。液冷需要高純度冷卻液,維護時則需要排光所有的冷卻液,比較麻煩;每次起飛前需要檢查液位,補足冷卻液;而且液冷發動機比氣冷多一整套冷卻管路和散熱器,結構複雜, 機師檢修液冷遠比氣冷用時長,影響艦載機再次出動的速度。

六是要在航母上儲備高純度冷卻液,擠佔一定的寶貴空間。


這裡順便交待一下,在那個年代,美國海航和陸航對軍用發動機持有兩種不同的看法。

液冷發動機的好處是體積小,但是液冷系統本身增加了維護的複雜性,而且在戰鬥中只要液冷裝置受損,引擎就會在短時間停轉,從而使飛機失去戰鬥力。

海航認為,發動機的可靠性對於海上飛行來說尤為重要,因此毫不猶豫的選擇了空冷發動機;而陸航則認為,驅逐機(戰鬥機的前身)的速度是最重要的,正面體積較小的液冷發動機可以保障飛機整體流線的外形,從而取得更高的速度。

其實陸航此時也有一些機型在使用空冷發動機(如波音公司的 P26,塞維爾斯基公司的P-35,寇蒂斯公司的P-36),但隨著阿立遜公司 V-1710 液冷發動機的問世,美國陸航的主力戰鬥機幾乎全部採用這種引擎(如P-38,P39,P-40,實際上,此時在洛克希德公司和寇蒂斯公司內部,也有技術人員試著把空冷引擎裝上 P-38 和 P-40 的。一架使用 R-1830 發動機的 P-40B 曾經22,000 英尺達到 389mph 的高速,遠遠超過標準型號的 350mph)。此時共和公司的雷電尚未問世,同樣採用 R-2800 的P-47J 將是陸航速度最高的飛機。

實際上,採用氣冷發動機的飛機只要配合良好的引擎蓋形狀,完全可以利用噴出的高溫熱空氣產生更大的推力,從某種程度上抵消正面截面積大造成的阻力。

此時還沒有人能預見,液冷發動機僅僅只在二戰中曇花一現,儘管從今天的眼光來看液冷和空冷發動機最終都將被渦輪所取代,但至少在戰後 15 年內空冷發動機還存在了很長一段時間,直到越南戰爭依然活躍在一線

《搏擊海天:F4U海盜戰機傳奇》[武漢大學出版社]


除了液冷自身的一些缺陷外,

液冷發動機的技術難度比空冷更大,所以很多時候空冷機是要比液冷機更普及,

還有個因素 ,

二戰航母部隊運用的最多的國家,恰恰是兩個航空活塞發動機並不是最頂尖的國家,日本和美國。

日本不必說,美國的液冷發動機也不咋樣。 結果到最後,日本二戰中只有彗星是液冷發動機

,美國則沒有液冷的艦載機。美國實驗過P51上艦,對51上艦的批評也集中在起降性能上。

還有是生產能力的問題,不是什麼飛機想用什麼發動機。 就能用的,戰時的工業產能,只能優先給最重要的使用者。極端的例子就是導致米格3停產的伊爾2 。美國的液冷首先要滿足陸航那些液冷機的需求,尤其是野馬。海航既然用R2800系列用的挺好,那麼為啥去搶液冷的產能

英國是相反的,英國除了劍魚,海鬥士,賊鷗這些早期飛機外。

海颶風,海噴火,都是液冷機,如果你覺得這是陸基飛機改的,那麼從頭為海軍研製的管鼻燕,梭子魚,也都是液冷的, 液冷發動機上艦的一些缺陷,並不足以完全壓倒它的優勢,問題在於使用者本身。

關於液冷空冷的優劣,說到底也是辯證問題,但是認真起來,活塞機里性能最好的飛機還是使用液冷的野馬,格里芬噴火系列。誠然空冷可以依靠布置排氣抵消截面帶來的阻力,但是液冷一樣可以利用梅里迪斯效應連冷卻器的阻力也抵消了,讓飛機有更小的空氣阻力


二戰時艦載機使用氣冷發動機的主要原因不全在於液冷發動機抗損性稍遜,而是液冷發動機需要高純度冷卻液,液冷系統不可避免會泄露,雖然不至於引發故障事故,但是每次起飛前總得檢查液位,補足冷卻液,就要在航母上額外儲備高純度冷卻液,伺候液冷發動機就要影響艦載機再次出動的速度,這實在是不必要的麻煩。

液冷發動機需要額外布置一整套冷卻管路和散熱器使其比氣冷發動機結構複雜,對於航母而言,設施勢必不如陸地機場,維修保養能力差,而且海上高鹽、高濕、高溫,機件更容易損壞,比較皮實的氣冷發動機自然更受歡迎。

液冷發動機是直列或V形發動機組,需要很多冷卻管連接到散熱器,散熱器也不小,需要保護的面積很大,全上裝甲,重量對於戰鬥機而言影響太大,攻擊機還差不多,所以這個抗損性的弱點還是不好客服的,所以氣冷發動機風靡一時也是賴於抗損性更好。

不過,抗損性對於戰鬥機而言,不是第一指標,如果光能抗打擊,還有什麼用,指著抗損性來救命,這戰鬥已經輸了一半了。再說,如果能有瞄著打散熱系統的能力,打座艙不是更有效。這就是抗損性較差的P-51能取代抗損性更強的P-47的一部分原因,再說,對於陸航,冷卻液不是問題。

液冷發動機能相對於氣冷發動機有如此大的性能優勢,一部分還是源於結構上,氣冷發動機一般是星形結構,雖然結構緊湊,長度短,但是直徑很大,機首隻能是鈍的,阻力大,況且鈍頭使座艙前向視野差,必須抬高座艙,又加大阻力。散熱效率受散熱片分布影響會不均勻,而且氣體導熱性差,制約單位功率提高。

液冷發動機是直列或V形發動機,長度長,但是直徑小,便於將機首修整為錐型,減小阻力。液體具有更好的導熱率,而且由於散熱器可以脫離發動機布置,形狀可以更加合適,散熱效率高。活塞發動機燃燒溫度越高,單位體積做功越大,只有更好的散熱才能有更高的燃燒溫度,才能有更高的單位馬力。

對於當時的戰鬥機,追求速度與高度是不變的宗旨,2種發動機的角逐離不開對於速度和高度的追求。

增大馬力和減小阻力是增大速度的不二法門,這兩項液冷發動機都有優勢。

對於高度,高空空氣稀薄,活塞發動機的功率會降低太多,無法飛得更高,渦輪增壓或機械增壓能增加進氣量,變相提高進氣密度,保持功率,增大戰鬥機升限。渦輪增壓很難應用到氣冷發動機,因為其每個氣缸都獨立進排氣,需要給每個氣缸安裝壓縮器或廢氣渦輪,結構複雜,重量大,得不償失。

而液冷發動機一字排開,可以用匯流裝置統一進排氣,一套渦輪增壓或機械增壓系統就夠了,結構簡單,效率高。

液冷活塞引擎在第二次世界大戰前已經是種比較先進、技術成熟的製品。西方國家包括德國的Bf-109,美國的P-38與P-40,英國的噴火式等均開始運用這項產品。與空冷引擎相比,雖然液冷引擎需要裝備液冷散熱組這項增加機體呆重的設計,但可在機首減少約20%的迎風面積 (相較於同出力的星形空冷引擎) ,將冷卻器後移改善整體空氣動力流暢性,且提升約6%的飛行速度,因此不少設計師仍趨之若鶩。

總體上來說,在空戰能力方面,液冷比氣冷發動機還是更勝一籌的。


可靠性,抗損性,氣冷都有很大優勢。


陸航冷卻水沒有了迫降,然後飛行員還有生路;如果是航海的話沒有水了你如何保證飛行員剛好能夠迫降到甲板上呢?


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