Испытано в Германии. Истребитель Spitfire V c двигателем DB 605

Данный материал был переведен уважаемым коллегой NF в декабре 2013 года и немного доработан мной. Материал выкладывается на сайт в развитие темы, поднятой в статье ««Спитфайр» в плену у Люфтваффе».

Предисловие

Причиной, по которой решено было испытать доставшийся немцам в качестве трофея английский одномоторный истребитель Spitfire V с немецким двигателем Daimler-Benz DB 605, было мнение, что английские двигатели Merlin фирмы Rolls-Royce, устанавливавшиеся на ранних сериях истребителей Spitfire, были более мощными и прочными, чем соответствующие им немецкие.

Фирма Daimler-Benz в опровержение этого утверждения предоставила следующую информацию: полученные от RLM трофейные английские двигатели после разборки и тщательного анализа показали, что в их конструкции использована более слабая концепция. Эта концепция была основана на использовании при изготовлении двигателей самых высококачественных и дорогостоящих материалов, что собственно говоря, вместе с применением так же очень высококачественного авиационного бензина и позволило получить высокую мощность. Вследствие этого английские авиационные двигатели имели несколько меньший в сравнении с немецкими удельный вес. В сравнении с тем, что могли себе позволить немцы при производстве авиационных и прочих двигателей, в деталях английских двигателей содержалось очень большое количество хрома и никеля. Только поэтому авиационные двигатели Rolls-Royce Merlin и имели возможность достичь верхнего предела мощности для серийных авиационных силовых установок. Дальнейшее развитие двигателей или чрезвычайная мощность, полученная за счет использования дополнительных горючих смесей, повышающие взлётную мощность при соответствующих максимально допустимых оборотах не были применимы без повреждения мотора.

Соответствующие двигатели фирм Junkers и Daimler-Benz достигали те же самые «настоящие» значения мощностных характеристик, что и английские равного им класса. Немецкие двигатели были несколько тяжелее, но при их создании была применена более надёжная концепция. На этом основании немецкие двигатели можно было и далее совершенствовать: за счет дополнительного использования специальных видов топлив, увеличения максимально допустимых оборотов и впрыска различных смесей получить еще более высокие мощности.

В испытательном центре в Рехлине трофейный английский истребитель Spitfire V был протестирован. Руководивший этими испытаниями профессор Наллингер (Nallinger) предоставил RLM их результаты. Глава технического департамента RLM генерал-полковник Удет для развенчания легенды о чудесных английских авиационных двигателях предложил выполнить соответствующие переделки и был чрезвычайно удивлён полученными результатами.

Результаты испытаний

1)Система смазки

Система смазки должна была сохранить свое местоположение вплоть до сохранения масляного радиатора, который был установлен под левой плоскостью.

У истребителя Spitfire V масляный бак располагался под двигателем, тогда как у Me 109 G под силовой установкой не имелось для этого места, и поэтому масляный бак ёмкостью в 40 литров был размещен за двигателем. На этом основании верхний проектированный топливный бак должен быть соответствующим образом уменьшен. Благодаря этим изменениям подача масла оказалась очень удачной. Обратный поток масла к расположенному под левой плоскостью масляному радиатору и от него к масляному баку проходил по маслопроводу NW 20. В сравнении с системой смазки Me 109 G у истребителя Spitfire V система смазки работала под повышенным до 0,3 атм. давлением. У двигателя Merlin 45 максимально допустимая температура моторного масла не должна была превышать 105°С. Регулировка температуры моторного масла английского двигателя осуществлялась не за счет напора воздуха, а при помощи двух зависящих от температуры масла клапанов, срабатывающих при достижении температуры порядка 95-100°С. Однако такая регулировка температуры при проведении испытаний не могла быть применена. На истребителе Spitfire V были установлены температурные клапаны фирмы SKF Zchg (Nr. SK5719). Так как необходимость регулировки температуры масла при помощи напора воздуха в таком случае отпала, то при высоком аэродинамическом сопротивлении проходящего через радиатор воздуха температурный клапан периодически открывался и масло быстро подогревалось.

Аэродинамическое сопротивление масляного радиатора вместе с маслопроводами без фильтра, установленного на обратном маслопроводе при 2600 об/мин. и температуре tE = 75°, tA = 130°С составляло примерно 1,7 атм. Это аэродинамическое сопротивление по величине примерно соответствовало старому масляному радиатору FO 699, установленному на Me109 F.

Отвод тепла от маслорадиатора двигателя DB 605 A начинался при достижении маслом температуры 85°C, тогда как у двигателя Merlin отвод тепла начинался при достижении температуры масла в 105°C. Этого для переоборудованного самолёта было совершенно не достаточно и поэтому было принято решение ограничить максимальную температуру масла 95°C. Двигатель DB 605 A в сравнении с Merlin-ом дополнительно нагревал моторное масло в следствии отвода тепла от гидравлического сцепления. Величина дополнительной тепловой энергии, отводимой от гидравлического сцепления, снижалась по мере увеличения высоты полёта до расчетной высотности.

При даче полного газа на минимальной высоте двигатель DB 605 A при проходе через масляный радиатор охлаждающего воздуха в количестве 490 кг/ч давал показатель качества только 0,84 (по отношению к максимальной температуре масла 85°C и в условиях средней летней температуры в Европе +20°C). При наборе высоты при достижении 3 км отвод тепла снижался до 0,79 из-за достижения температуры масла на входе в масляный радиатор в 100°C. На высоте в 5 км при наборе высоты из-за интенсивного нагрева моторного масла скорость полёта должна была увеличиться на 30 км/ч. Отвод тепловой энергии резко снижался при достижении большой высоты полёта, что позволяло сделать вывод о плохой эффективности маслорадиатора на больших высотах при подаче холодного воздуха.

2) Система охлаждения двигателя

Система охлаждения двигателя конструктивно соответствовала (вплоть до радиатора) системе, использовавшейся в то время на Me110G.

Аэродинамическое сопротивление внешнего контура системы охлаждения при 2600 об/мин от момента отделения выделяющихся паров газа до насоса составляло примерно 1 атм. Количество проходящей через элементы системы охлаждения охлаждающей жидкости не измерялось. Отвод тепла от радиатора и в конечном итоге охлаждение на больших высотах было недостаточным. Большая мощность двигателя DB 605 A нагревала моторное масло на выходе до 115°C (у двигателя Merlin 55 это значение составляло 120°C). Температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя понижалась при снижении упругости возникающего в системе охлаждения пара на 0,75 атм. на всех высотах. Использование в системе охлаждения охлаждающей жидкости, состоящей из смеси воды с гликолем в пропорции 50:50 (против английской пропорции 70:30 и английского варианта радиатора) вело к применению при более низких температурах лета.

При сравнении систем охлаждения становится ясно, что не смотря на то, что площадь охлаждающей поверхности радиатора Spitfire на 50 % меньше чем у силовой установки Me109G, охлаждающий эффект системы охлаждения истребителя Spitfire был ниже чем у Me109G всего лишь на 4 %. Это являлось причиной того, что в абсолютных величинах теплоотдача радиатора системы охлаждения установленного на Me109G двигателя DB 605 A была ниже чем у двигателя Merlin 45. Теплоёмкость охлаждающей жидкости не соответствовала увеличивавшейся мощности двигателя. С другой стороны установка радиатора системы охлаждения двигателя могла быть значительно более оптимальной, и наличие радиатора с большей площадью охлаждающей поверхности позволяло обеспечить лучший отвод тепла.

Отсюда следует, что, несмотря на примерно на 150 л.с. большую мощность двигателя DB 605 A, площади радиатора системы охлаждения должно было быть достаточно для охлаждения двигателя на больших высотах. Площадь радиатора была недостаточна при прогонах самолёта по аэродрому и нагреве охлаждающей жидкости на выходе из двигателя до 115°C.

Радиатор системы охлаждения истребителя Spitfire создавал меньшее аэродинамическое сопротивление, чем радиатор у Me109G и вся система охлаждения Spitfire-а в целом работала более стабильно при больших температурах охлаждающей жидкости чем на Me109G. Инжектор позволял снизить давление в системе охлаждения перед насосом на 0,2 атм.

3) Топливная система

Топливная система осталась прежней с оригинальным нижним топливным баком объёмом 200 литров. Английская система указания наличия топлива в баках не могла быть принята, так как она питалась от электрического тока напряжением в 12 В. На её место была установлена соответствующая немецкая система. Установка насоса в топливном баке из-за недостатка места не была возможна. Для бесперебойной подачи топлива к двигателю вблизи выхода топливопровода из топливного бака был установлен мембранный насос DBU, а также на самолете была размещена стандартная немецкая топливная арматура FBH. Верхний первоначальный топливный бак, имевший прямую связь с нижним топливным баком, из-за необходимости установки сразу за двигателем масляного бака был уменьшен и вмещал примерно 170 литров топлива.

В ходе испытаний самолёта неполадок в системе подачи топлива не возникало.

4) Система подачи сжатого воздуха, гидравлическая система

Система подачи сжатого воздуха служила для привода тормозов колёс шасси и посадочных щитков. Сжатый воздух подавался от поршневого компрессора, который приводился в движение от коленчатого вала двигателя Merlin 45, причем рабочие обороты компрессора были вдвое ниже рабочих оборотов мотора. Двигатель DB 605 не имел подобных привода и компрессора и поэтому на переоборудованном самолёте установили понижающий редуктор с передаточным соотношением 2,2:1. Вследствие этого обычная английская тормозная система и механизм управления посадочными щитками работали без неполадок.

Гидравлическая система использовалась только для привода шасси. Поскольку английский гидравлический насос не мог устанавливаться на DB 605 A, то данную проблему удалось решить установкой насоса Bamag 19.1104 с производительностью 12 л/мин. Переоборудованная гидравлическая система работала без неполадок.

5) Летные характеристики

a) Скоростные характеристики

В данном разделе следует отметить, что замеры летных характеристик истребителей Ме 109 и Spitfire V с двигателем Merlin 45 проводились с установленными на самолётах стандартными наборами вооружения, в то время как Spitfire V с двигателем DB 605 A летал без вооружения, что снизило его взлётный вес примерно на 300 кг. По этой причине в первую очередь на больших высотах необходимо было несколько снизить максимальную скорость истребителя Spitfire V с DB 605 A. В итоге скорость Spitfire V с двигателем DB 605 A сравнялась со скоростью Me 109 G на высоте примерно 11 км.

В ходе испытаний было отмечено сильное падение мощности Spitfire V с двигателем Merlin 45 на высотах выше расчетной в сравнении с тем, что удалось получить с DB 605. Это было вызвано худшим коэффициентом наполнения цилиндров двигателя Merlin 45, имевшего большие обороты и меньший рабочий объём в сравнении с двигателем DB 605.

b) Набор высоты

Из-за отсутствия вооружения на переоборудованном Spitfire V его скороподъёмность для компенсации меньшего полётного веса умышленно была уменьшена на 1-2 м/с. Однако и в этом случае его скороподъёмность была несколько выше чем у Me 109 G того же года выпуска.

По итогам испытаний, проведенных в расположенном в Рехлине испытательном центре, лучшая скороподъёмность истребителя Spitfire V не была определена вследствие слишком маленькой площади маслорадиатора и на средних высотах должна была увеличиться. Таким образом, заметное влияния скороподъемности вряд ли можно было получить.

Испытания трофейного Spitfire V, EN830, получившего немецкий бортовой военный номер CJ + ZY, проводились с двигателем DB 605 A-1, заводской номер которого был 00701990.

Двигатель для вышеописанных испытаний и его установка с изготовлением промежуточной моторамы, моторного капота, масляного бака и верхнего топливного бака были подготовлены на моторостроительном предприятии в Зиндельфенге (Sindelfinge). В качестве силовой установки для испытаний использовался серийный двигатель, применявшийся на Me110G.

Помимо многочисленных ремонтов повреждённых частей система электроснабжения была полностью переработана и вместо английской 12-тивольтной на самолёте была установлена немецкая 24-хвольтная.

Таблица сравнения эффективности работы систем охлаждения

6) Состояние самолёта

Серийные вариант истребителя Spitfire V без радиостанции (заменена балластом соответствующего веса), но с радиомачтой. Без вооружения, без открытых отверстий в крыле под пушки и пулеметы, но с сохраненными выпуклостями под вооружение.

Источники:

Versuch Nr. 10 18 105 428 vom 18. Mai 1944 der Fa. Daimler-Benz

источник: «Spitfire V mit DB 605» Luftfahrt International 13