在二戰(zhàn)狗斗中,德國(guó)飛行員有一招非常損,他們會(huì)在英國(guó)飛行員追擊自己時(shí),突然俯沖,從而讓對(duì)方陷入一個(gè)兩難的境地——追還是不追呢?
尤其是當(dāng)對(duì)方駕駛的是一架著名的噴火式戰(zhàn)斗機(jī)時(shí)。為什么?
大家好我是火箭叔,因?yàn)殡p方此時(shí)都知道,噴火式戰(zhàn)機(jī),有一個(gè)致命缺陷——它用了化油器。
好吧,化油器,我先做一個(gè)調(diào)查:知道或者聽說(shuō)過(guò)它的,請(qǐng)扣1;完全不知道這是個(gè)什么玩意兒的請(qǐng)扣2。
這確實(shí)是一個(gè)老東西了,但它卻是每一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)中不可或缺的一樣關(guān)鍵零件......至少在沒有被替代之前。因?yàn)樗?fù)責(zé)為內(nèi)燃機(jī)解決一個(gè)基本問(wèn)題:如何盡可能均勻的混合燃料與空氣。
這聽起來(lái)很簡(jiǎn)單對(duì)不對(duì),但是它其實(shí)要同時(shí)完成兩個(gè)任務(wù)。一,以正確的比例混合燃料和空氣;二、還要讓這團(tuán)可燃物結(jié)合得足夠充分。并且,這個(gè)玩意兒還是純機(jī)械的。好,那它到底是怎么工作的?
我簡(jiǎn)單給你介紹一下:化油器一般位于發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋上,夾在空氣濾清器和進(jìn)氣歧管之間。由節(jié)氣閥、文丘里管、油門閥和浮子室這幾樣關(guān)鍵部件組成。在發(fā)動(dòng)機(jī)的每一次進(jìn)氣行程中,空氣會(huì)通過(guò)節(jié)氣閥流過(guò)文丘里管,在這里被加速并形成負(fù)壓。這是一個(gè)純粹的物理魔法,因?yàn)槲那鹄锕鼙举|(zhì)上只是一根管子中間收縮變窄的部分,沒有任何的活動(dòng)部件,利用的是伯努利原理。而此處的負(fù)壓,正好就將燃料從浮子室吸入噴嘴,形成細(xì)小的霧狀噴霧與空氣完美融合在了一起。
在快速氣流的吹動(dòng)下,它們穿過(guò)油門閥進(jìn)入氣缸,為即將到來(lái)的燃燒做好準(zhǔn)備。而空氣、燃料的混合比例可以通過(guò)開關(guān)節(jié)氣閥和油門閥這兩個(gè)閥門來(lái)調(diào)節(jié)——節(jié)氣閥負(fù)責(zé)有多少空氣能進(jìn)入化油器,油門閥則負(fù)責(zé)有多少空氣燃料的混合物能進(jìn)入氣缸。這里有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)請(qǐng)你記住,因?yàn)楹竺娴墓适赂嘘P(guān):為了幫助發(fā)動(dòng)機(jī)更順利的啟動(dòng),節(jié)氣閥一開始一般會(huì)關(guān)閉,這樣能進(jìn)一步降低文丘里管內(nèi)的壓力,從浮子室吸取更多的燃料,從而生成更濃的空氣燃料混合物。
但是,過(guò)濃的燃油混合物也會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火,所以在啟動(dòng)后要盡量避免。記住了嗎。
好,最后我們?cè)侔涯抗饧械礁∽邮遥?dāng)燃料被吸入文丘里管后,這里的液面稍稍下降,浮子也跟著下降了一點(diǎn)點(diǎn),剛剛好就松開了作為閥門的頂針,于是更多的燃料在重力的作用下進(jìn)入浮子室,恰好補(bǔ)充了剛才的消耗,使浮子室內(nèi)燃料的液面維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平。而此時(shí)的化油器,也已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)了。
那它怎么就成了噴火式戰(zhàn)機(jī)的致命缺陷了呢?怪就怪在噴火式的機(jī)動(dòng)性太強(qiáng),可以跟重力反著來(lái)。當(dāng)它進(jìn)入負(fù)G俯沖,燃料就會(huì)被迫推到浮子室的頂部,導(dǎo)致第一次動(dòng)力喪失,因?yàn)槿剂蠠o(wú)法進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī),但浮子卻被迫下沉,打開了針形閥,反而讓更多燃料進(jìn)入了浮子室。
如果這種機(jī)動(dòng)持續(xù)得太久,浮子室里面的燃料過(guò)多,就會(huì)導(dǎo)致空氣燃料混合物過(guò)濃,進(jìn)而把發(fā)動(dòng)機(jī)給悶熄火,甚至還無(wú)法重新啟動(dòng)了。
這個(gè)缺陷,很快就被德國(guó)飛行員意識(shí)到,并利用上了。他們駕駛bf-109專門引誘噴火式跟著他們一起俯沖,從而為自己制造優(yōu)勢(shì)。欸,為什么bf-109不怕熄火呢?因?yàn)楦?guó)人不同,他們?yōu)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)配置的,是燃油噴射系統(tǒng)——它不靠重力,而是靠超200倍大氣壓的高壓油泵,直接將燃料精準(zhǔn)注入到燃燒室里。
控制這一切的核心是一個(gè)帶螺旋凹槽的金屬柱塞——當(dāng)凸輪驅(qū)動(dòng)它旋轉(zhuǎn)時(shí),凹槽與出口的對(duì)位時(shí)間決定了噴油量。這種主動(dòng)供油方式不受飛行姿態(tài)影響,甚至能在引擎進(jìn)氣閥與排氣閥同時(shí)開啟的瞬間,即閥重疊階段,精準(zhǔn)避開燃油浪費(fèi),將燃燒效率提升15%。不得不說(shuō),玩精密還得是德國(guó)人。
但是,英國(guó)并非完全沒有意識(shí)到燃油噴射的優(yōu)勢(shì)。其實(shí)早在1932年,就有英國(guó)公司通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明該技術(shù)的突破了。可官方報(bào)告卻得出了與之相反的結(jié)論——當(dāng)時(shí)主導(dǎo)這一研究的皇家航空研究院的莫利博士堅(jiān)持認(rèn)為,化油器只要通過(guò)添加防凍酒精就能解決所有問(wèn)題,并聲稱燃油噴射的復(fù)雜結(jié)構(gòu)"不適合量產(chǎn)"。這離大譜的結(jié)論到底是怎么得出的,總結(jié)起來(lái)有以下三點(diǎn):一是測(cè)試方法的缺陷,英國(guó)實(shí)驗(yàn)室僅用單缸引擎測(cè)試,所以沒有能發(fā)現(xiàn)燃油噴射在多缸引擎中均衡供油的核心優(yōu)勢(shì);二是決策慣性,羅羅等重要的航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)已投入數(shù)百萬(wàn)英鎊建設(shè)化油器生產(chǎn)線,而技術(shù)轉(zhuǎn)型顯然需要顛覆性的勇氣;第三是戰(zhàn)術(shù)短視,當(dāng)時(shí)英國(guó)空軍主要的假想敵是水平轟炸機(jī)群,并未預(yù)見空戰(zhàn)會(huì)演變?yōu)樾枰獎(jiǎng)×覚C(jī)動(dòng)的"狗斗"模式,自然就不會(huì)把化油器的缺陷放在心上了。
當(dāng)1940年不列顛空戰(zhàn)爆發(fā)時(shí),噴火戰(zhàn)斗機(jī)每分鐘都在為這個(gè)錯(cuò)誤付出代價(jià)。
好了,這就是化油器跟噴火式的故事了。它告訴我們,對(duì)技術(shù)路線的選擇也許并不只是個(gè)單純的工程問(wèn)題,還是個(gè)可能會(huì)賭上國(guó)家命運(yùn)的戰(zhàn)略抉擇。你認(rèn)為類似的選擇,現(xiàn)在都有哪些,留言參與討論吧。
我是火箭叔,別停下,去探索!
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