Май 1940 года. Летчики Королевских ВВС Великобритании изо всех сил пытаются обеспечить защиту экспедиционных сил в Бельгии и Франции. К несчастью для них, немецкие Messerschmitt Bf-109 превосходили и Харрикейны, и Спитфайры. Когда летчики люфтваффе оказывались в опасности, они могли использовать преимущество в скорости, и уйти в безопасное место. Интересно, что это преимущество обеспечивала не аэродинамика, двигатель и даже не подготовка. Это было топливо.
Весной 1940 года истребители Королевских ВВС заправлялись топливом с октановым числом 81/87. Немцы же заправляли свои баки 91/100. Высокооктановый бензин, используемый люфтваффе, позволял самолетам вырабатывать двигателю больше мощности.
Октановое число.
В мае 1940 года появился первый истребитель Спитфайр Mk. II с новейшим двигателем Rolls Royce Merlin XI, рассчитанный на использование американского топлива с октановым числом 100/130. Первая цифра - это уровень октанового числа в обедненной смеси. Вторая - при "полном насыщении" и максимальном расходе топлива.
Октановое число - это показатель устойчивости топлива к преждевременному воспламенению (“детонации”). Она возникает, когда топливо взрывается до того, как поршень достигает верхней точки своего хода. Длительное преждевременное воспламенение может привести к отказу двигателя.
Более высокое октановое число имеет два основных преимущества.
Во-первых, это позволяет разработчику двигателя использовать более высокие степени сжатия (объем воздуха в камере сгорания каждого цилиндра, когда он находится в нижней части такта по сравнению с тем, когда он находится в верхней части).
Во-вторых, высокооктановые виды бензина позволяют использовать нагнетатели и турбонаддувы для повышения давления в коллекторе и увеличения мощности двигателя. На уровне моря двигатель с нормальным наддувом (тот который не имеет ни нагнетателя, ни турбонаддува) имеет “нормальное” максимальное давление в коллекторе. По мере набора высоты давление в коллекторе падает. На высоте 3000 метров максимальное давление в коллекторе падает почти вдвое. Другими словами, двигатель потерял 1/3 своей мощности.
Такие истребители как North American A-36 Apache/Mustang/Invader и Bell P-39 Airacobra с их атмосферными двигателями оказались в крайне невыгодном положении при встрече с японским Zero и немецким Bf-109, которые имели двигатели с двухступенчатыми нагнетателями.
Нагнетатели и турбонаддувы поменяли правила игры.
В начале Второй мировой войны современные материалы и конструкторские решения двигателестроения позволили поддерживать необходимое давление в коллекторе самолета, находящегося на высоте в два-три раза выше уровня моря. Например, 18-цилиндровый радиальный двигатель Pratt & Whitney, стоявший на Vought F4U Corsair и Republic P-47 Thunderbolt, мог безопасно работать при давлении, в 2,17 раза превышающем давление в обычном атмосферном двигателе.
В руководстве по летной эксплуатации Grumman F6F-3 Hellcat от 7 декабря 1943 года сказано, что двигатель Pratt & Whitney R-2800-10 на 10000 метрах мог создавать давление в коллекторе такое же, как на малых высотах. Так вот. Более высокому давлению в коллекторе способствовало топливо с высоким октановым числом.
Эволюция.
Разработки более мощных авиационных двигателей и топлива были подстегнуты автогонками 1920-30-х годов. В этот период американская компания Shell Oil экспериментировала с различными присадками, которые позволили бы повысить качество стандартного авиационного топлива октановым числом от 80 до 100.
Гарольд Джеймс Дулиттл, получивший одну из первых докторских степеней в области авиатехники, видел потенциал повышения производительности за счет использования высокооктанового топлива. Однако в то время затраты на его производство были слишком высоки, особенно без рынка сбыта. Производство 100-октанового бензина было в 100 раз дороже, чем производство 80-октанового. Способ его получения (каталитический крекинг нефти) был разработан французским эмигрантом Эженом Гудри. Очень трудоемкий и дорогостоящий. Гудри приехал в США в 1931 году и вскоре разработал новый метод экономичного “расщепления” сырой нефти и получения бензина со 100-октановым числом. С добавлением добавок, таких как тетраэтилсвинец, оно увеличилось до 100/130.
Вездесущий Дулиттл лоббировал в Военно-воздушном корпусе армии США сделать топливо с октановым числом 100 - стандартом, как для армии и военно-морского флота. И в 1938 году он своего добился. Внезапно для нефтеперерабатывающих компаний появился рынок сбыта. Уже к весне 1940 года они производили достаточно 100/130 для экспорта в Великобританию.
Разница между 81/87 и 100/130 на истребителях Hurricane II или Spitfire II была кардинальной.
В зависимости от высоты скорость полета подскакивала на 30-40 узлов, а скороподъемность увеличивалась на 2,4 - 5 метров в секунду. Летчики-истребители люфтваффе, сопровождавшие бомбардировщики во время Битвы за Британию, внезапно обнаружили, что их преимущество испарилось.
Усовершенствование двигателей Merlin (как, и других авиационных двигателей) продвигались впечатляющими темпами. Merlin XII развивал 1150 л.с., в то время как Merlin XX, который поступил в производство в мае 1940 года, первый получивший двухступенчатый нагнетатель, выдавал уже 1480 л.с. Компания Rolls-Royce передала американской компании Packard двигатель Merlin XX и комплект чертежей, что привело к появлению Packard V-1650 Merlin. Всего было выпущено 55 523 этих моторов.
44-1
Однако в ВВС США не были удовлетворены топливом 100/130. В январе 1944 года командование материально-технического обеспечения испытало топливо с октановым числом 110/150 на Lockheed P-38J Lightning, P-47D и P-51B. Результаты были очень убедительными, и бензин новой формулы был принят. Каждый из самолетов, использовавшихся в испытаниях, были относительно ранними серийными моделями и даже не были модифицированы для испытаний. Однако все они продемонстрировали заметное увеличение скорости. Из трех самолетов лучше всего себя показал P-38J. Скорость увеличилась на 40 км/час, а скорость набора высоты увеличилась на 2,5 метра в секунду.
К июню 1944 года топливо 100/150 44-1 стало стандартом и в ВВС, и в ВМС. Увеличение производительности перевесило износ самолета и сопутствующие проблемы с обслуживанием. Самым большим из них было сокращение срока службы свечей зажигания. Всего после 12-15 часов полета их приходилось менять.
Другой проблемой была плохая работа двигателя на бедной смеси, низких оборотах и низком давлении в коллекторе. Все это было вызвано засорением форсунок. Решением было запускать двигатели и сразу повышать обороты с последующим "прогревом" в течение двух-трех минут, когда двигатель переставал работать с перебоями.
Третья проблема заключалась в том, что 100/150 разъедало синтетический каучук. Решением стал тщательный контроль и более частая замена этих деталей. Высокая токсичность 100/150 требует осторожного обращения.
Применение 100-октанового горючего позволило на 33,3% уменьшить пробег самолёта до отрыва от земли, на 40% ускорить подъём на 1 милю высоты, на 20‒30% повысить бомбовую нагрузку.
Германия.
Способы получения топлива с более высоким октановым числом были хорошо известны немцам. К концу войны они производили бензин 91/100 из угля, которого в Германии было в избытке. Но этот процесс был медленным, громоздким и дорогостоящим. Кроме того, союзники регулярно совершили налеты на заводы по производству топлива и нефтяные месторождения в Румынии. Да. У нацистов была добавка под названием С-3. При добавлении к топливу 91/100 его октановое число увеличилось до 95/130. Однако они не могли производить его в достаточном, для удовлетворения потребностей люфтваффе, количестве.
Проблемы Японии.
Для ведения войны Японии приходилось импортировать почти всё, включая продукты переработки нефти. Кампания союзников направленная против её торгового судоходства лишила Японию сырой нефти. В начале войны японцы использовали топливо с октановым числом 87/91, а в 1945 году они все еще его использовали. Даже если бы у японцев было достаточно нефти, нехватка ключевых сплавов препятствовала разработке новых двигателей, которые могли бы использовать преимущества топлива с более высоким октановым числом.
Только в 1944 году японцы начали производить двигатели, мощность которых только стремилась к мощности их противников. Kawanishi N1K-J Shiden и Mitsubishi J2M Raiden были очень хорошими истребителями, по характеристикам очень близкими к американским F4U и F6F. Однако японское производство не могло сравниться с производительностью американских заводов.
Высокооктановое топливо оставалось на вооружении США почти 40 лет после Второй мировой войны. Самолеты Douglas A-1 Skyraider с 18-цилиндровым двигателем Wright R-3350 Duplex-Cyclone летали до 1973 года, а учебные North American T-28 Trojan с Wright R-1820 до 1984 года. Оба двигателя работали на авиационном топливе 115/145.
Читать еще:
Вся информация на канале, статьи и фотографии не несут пропагандисткой направленности. Все сделано исключительно в рамках ознакомления с историей и вооружением!
Спасибо, что дочитали и до новых встреч!
P.S. Дорогие подписчики, если Вам понравилась статья, можете сделать её репост на свои страницы в соцсетях. Это очень важно для дальнейшего существования и развития канала на этой площадке.
