二战期间各国航空油料性能的一点考证
1.德国
德国所有的石油几乎来自罗马尼亚。罗马尼亚的普洛耶什蒂油田,以700万吨的年产量支撑着第三帝国的战争命脉。另一方面,为了提取更多的汽油,德国人在本土还建立了庞大的蒸馏设备工厂(里面有战前美国的资金/技术)。 在美国,石油品质不那么好,美国石油工业不得不大量投入资金探究各种添加剂技术,这让美国因祸得福。通过添加更多的介质,美国工业于是很快能提供越来越高的辛烷值汽油,在战时情况下,这些花费是不是问题。
在战争结束时美国航空油料一般使用130-150号,这些油料很方便地在现有发动机内使用。通过提高发动机的压缩比和增压器的压缩比,带来更多的马力。德国人,完全仰仗于优质汽油,缺乏类似的添加剂工业,他们通过不断放大发动机排气量来提高马力。
但德国航空发动机在战争早期(40-41年)提前具有了具有燃油直喷技术,这对盟国的简单浮动式化油器是一个优势。
而且到了战争后期的44年,许多德军一线战斗机可使用甲醇注水(注一)和一氧化氮(即GM-1)加力(分别在低空和高空),提供额外30%-35%的马力用于狗斗。但这种做法只可以重复几次,然后发动会就报废了。
而绝大多数德国发动机使用87号燃油(代号B4),极少数使用90/96号的C2/C3燃油。只有很少的王牌驾驶员(比如阿道夫?加兰德,大名鼎鼎的第三帝国战斗机总监)才可以使用真正的100号辛烷值燃料。
受此影响,直到战争末期大部分使用B4燃料的一线战斗机,其发动机增压比只能限制在1.42ATA(低品质的油料在使用中会出现爆震,从而损坏发动机),功率也低于同时代使用100#辛烷值燃料的欧美发动机。
另外一方面,战争双方油料水平也是在不断进步的。盟军后期的100#比后期C3还略好,其贫油表现不及100/130(注二),而富油水平相当。
同样这正好印证了上文中的说法:44年末期的C3是95/130。这个时候老美的实际水平是104/130,100#的确切数字为100/125,B4则相当于87/91-95。直到43年C3一样只有少量配给,其真实性能为94/110,甚至还不如欧美41年开始普及的100#。有资料称C3在43年之前相当于94/110,43年下半年变成95/125,44年变成95/130。
总之,无论是C3还是B4,在40年以后依旧缺乏对欧美燃料的性能优势,况且极为低下的产量也决定了其不会有什么实质性的影响。
注一:即MW50,甲醇/水加力。是109G系列和190D9/TA152系列后期型号上常见的加力装置,两者的液箱容量不同,使用时间也不一样。所谓MW50溶液指甲醇,49.5%水与0.5%的油状防腐蚀/挥发添加剂组成的混合溶液,使用时直接注入发动机的增压器中部,一是冷却混合气从而短时间提升发动机的进气密度和压力(常常与直接增加发动机增压器进气压力的办法同时使用),二是辅助冷却引擎和增压器。在实战中(不考虑发动机温度/转速,并且以最低档开启加力),前者总共可以使用26分钟,而后者可以使用38分钟。实际使用时将节流阀推过110%之后自动开启,低于110%油门时不起作用
在高空由于进气压力太低,同时大气密度/温度也小,MW50不再适用,往往需要另一种形式的助燃加力,即GM-1(氧化亚氮加力)。
注二:经常看到航空燃油的标号写成100/130,100/150,怎么会有2个数字?原因是有两种辛烷值标注法,一种是lean mix(贫油),一种是rich mix(富油),rich mix的标注辛烷值总是偏高。 所以,举例来说,英国末期常见燃油是104/125。德国的高标号燃油(一般写成C3),在末期按照lean mix/rich mix标注法是100/130。换句话说,大致相当于42-43年盟军的100号油料
2.英国/美国
英国在开战初期(39-40年)使用的也是87#,与德国的B4相同。美国乃至其它欧洲国家在差不多同时也是使用87#的燃油。这时的喷火MK1使用RR MERLINII发动机,对应6LBS增压,功率约1000马力,低于同时期BF109E上的DB601A发动机(1170HP)。另外在其它一些指标上(比如外型尺寸,重量,油耗,转速,增压器的控制),DB601A都得以领先欧美。这个时候(87#时代),德国的航空发动机技术得到了充分体现。
大约在39年,MERLIN开始采用100#辛烷值的燃料设计新发动机增压器。到了40年左右(英伦战役开始后不久),一部分喷火I换装了新设计的MERLIN发动机,进气压力得以提升到12LBS,最大功率升高到1300HP。
与此同时,少量装备了DB601N 发动机的BF109E4/N也投入战场, 压缩比提高到8.2,转速相应2600RPM,进气压不清楚(据信还是1.3ATA),对应的起飞功率1175HP,紧急功率为1259HP/15000FEET。以100#普及欧美战斗机开始,德国人的发动机功率一直逊于对手。
到了43年欧美开始普及130#(即上文的104/130#),44年开始普及150#燃料(对应增压为25-28磅,但喷火MK XIV例外。由于发动机轴承的原因,实战中的增压限定一般为21磅)。搭配28磅增压时的MERLIN68在无加力情况下功率超过2100HP。而此时德国唯一达到实用化的JUMO213不开启MW50/GM1,最大功率仅仅1750HP。而使用B4燃料,不开启MW50时的DB605,最大功率还徘徊在1300-1500HP。
3.日本
日本海航的资料是87/91/100。100#燃油只有少数在南方战线的部队偶尔收得到,87# 在战争中期以前则是专门用来低速转场的油料,真正在战斗中大量使用的还是91(一说是92#)。后期提供给使用KI84的油料大约是92-95#,其实并不差。但后期油料的提炼杂质过多,导致发动机的油料喷射系统和火花塞故障不断,直接影响了战斗力的发挥。
4.苏联
早期苏联的航空油料品质相当低,为75-80/85左右。租借法案开始后,随后到来的美国添加剂产品和相应技术很快改善了苏联的燃料品质。著名的ASH82/FN已经开始使用90/95的燃料,发动机功率1850HP, 好于相应时期,同样14缸星型水冷的德国BMW801D发动机(1700HP/1.32ATA,装配著名的FW190A4/A5战斗机)。
结语:
航空油料加工水平是一个国家工业能力的重要体现,也是航空发动机,乃至飞机性能的重要基础。欧美在这个方面做到了领先地位,一直保持到大战结束。凭借油料标号的保障,欧美的航空活塞发动机技术,乃至战斗机性能在41年以后都处于世界领先地位。反观德国,虽然有着不错的实力(40年前的发动机功率一直领先欧美,并且早在39年就实现了V12的3000HP,但后来的发展被欧美远远领先,油料导致的先天不足不能不说是一个重要因素.