文/云中子

1941年8月，F(xiàn)w 190剛服役時，庫爾特·譚克博士便牽頭開展了一項基于Fw 190設(shè)計的后續(xù)高性能戰(zhàn)斗機計劃，項目代號Project W。事實上，Project W是一個帶有預(yù)研性質(zhì)的項目，其本質(zhì)是要探討在對Fw 190基本設(shè)計不作大變動的情況下，通過為其換裝某種處于研發(fā)狀態(tài)新型動力裝置，是否可以獲得一種各項性能（特別是高空性能）得到全面提升的強悍戰(zhàn)機。至于這種所謂的新型動力裝置，便是譚克博士寄于厚望的BMW 802及 BMW P.8011。

1941年，F(xiàn)w 190A-1于英吉利海峽上空幾乎釀成了一次小型的“?？耸綖?zāi)難”，打得作為皇家空軍主力的“噴火”V幾無還手之力，空戰(zhàn)交換比一度達(dá)到了慘不忍睹的1：3。然而，F(xiàn)w 190A-1也并非就是無懈可擊的完美機器，其最大問題出在紙面性能超群的BMW801雙排星型氣冷發(fā)動機上。

Fw 190A-1 最大的問題是發(fā)動機過熱，特別是后組氣缸，常常引發(fā)火災(zāi)，好幾次差點造成全面停產(chǎn)。在實戰(zhàn)操作中部隊常常發(fā)現(xiàn)，如果Fw 190A-1的BMW801發(fā)動機經(jīng)過了地面長時間低功率運行，那么當(dāng)冷卻空氣減小到某個最小值時就可能發(fā)生過熱問題。以至于裝備BMW 801 發(fā)動機的Fw 190A-1在初期經(jīng)常出這樣的洋相，剛著陸的飛機發(fā)動機突然著火。以至于德國空軍的地勤人員在飛機著陸還沒有停穩(wěn)時，也不管是否著火，直接就把消防泡沫澆了上去。此外，其發(fā)動機自動控制組件、燃油和滑油導(dǎo)管系統(tǒng)、火花塞也都出現(xiàn)過故障，而螺旋槳的故障更是一直沒斷過，所以FW 190A-1上的BMW801發(fā)動機（初期型）整體可靠性十分令人擔(dān)憂。盡管BMW801氣冷發(fā)動機惹了許多麻煩，在Project W實際設(shè)計過程中，譚克博士卻仍然堅持氣冷發(fā)動機的路子不放——BMW 802與BMW P.8011都是在復(fù)雜性上達(dá)到令人嘆為望止程度的星型氣冷發(fā)動機。

Project W/ BMW802藝術(shù)想象圖

客觀地講，譚克博士在整個Fw 190系列上（除去最后的Fw 190D系列）抱著星型氣冷發(fā)動機不放是自有其道理的。雖然星型氣冷發(fā)動機要維持良好的冷卻效果，必須把發(fā)動機的整個正面暴露在迎面氣流里，這樣就難以使用整流罩降低阻力，所以使用星型發(fā)動機的戰(zhàn)斗機一般都是鈍頭。鈍頭機首整流罩使座艙前方視野不良，為了改善視野，需要抬高座艙，這進一步增加迎風(fēng)阻力，帶來速度損失——Fw 190為此付出了代價。然而星型氣冷發(fā)動機由于結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，這使其十分適合大規(guī)模戰(zhàn)爭形勢下的軍工生產(chǎn)狀況。

Project W/ BMW P.8011藝術(shù)想象圖。由于BMW P.801的功率更大，譚克博士設(shè)計了正反對轉(zhuǎn)螺旋槳，以抵消其的強大扭矩。

另一方面，星型氣冷發(fā)動機本身的一些特點也使其很適合裝備Fw 190/Project W這樣定位于供前線戰(zhàn)斗航空兵使用的型號。液冷的傳熱效率高于氣冷，這是不爭的事實，也導(dǎo)致星型氣冷發(fā)動機功率提升潛力有限，不過液冷需要額外的管路和散熱器，這是相對于氣冷的一大缺點。這不但增加了液冷發(fā)動機的復(fù)雜性和成本，而且散熱器一旦被擊中，發(fā)動機很快就會因為喪失了冷卻能力而停車，最終會導(dǎo)致飛機墜毀。所以，液冷發(fā)動機的散熱器是其無法逃避的死穴。相比之下氣冷發(fā)動機由于沒有液冷管路和專用的散熱器，生存力自然強悍許多，這對于常常要進入敵方空域作戰(zhàn)的前線航空兵至關(guān)重要。要知道在敵人控制區(qū)迫降不是鬧著玩的事，氣冷發(fā)動機至少使駕駛戰(zhàn)損飛機的飛行員回到已方控制區(qū)的幾率大為增加，西班牙內(nèi)戰(zhàn)中I-16與Bf 109初期型的諸多戰(zhàn)例早就說明了這一點?？傊?，抗損性方面的優(yōu)點使結(jié)構(gòu)簡單、皮實耐用的星型氣冷發(fā)動機十分適合Fw 190及其后繼者Project W這樣的前線制空戰(zhàn)斗機。當(dāng)然，抗損性只是戰(zhàn)斗機設(shè)計中所要考慮的一個方面，等到要完全依靠抗戰(zhàn)損來救命的時候，這戰(zhàn)斗已經(jīng)輸了一半了。

眾所周知，一臺為戰(zhàn)斗機提供動力的發(fā)動機應(yīng)該具有馬力大、重量輕、可靠性好、迎風(fēng)面積小、高空性能好等優(yōu)點。在基本技術(shù)水平相當(dāng)?shù)那闆r下，活塞式發(fā)動機要增大馬力，只有幾個途徑：增大缸徑、增加缸數(shù)、增大沖程、增加機械或渦輪增壓，而BMW 802選擇的正是這樣一條發(fā)展道路。按照設(shè)計要求，BMW 802將是一臺起飛功率達(dá)2600馬力、在12000米的高空仍具備1600馬力(1馬力=0.735千瓦)輸出功率的星型氣冷發(fā)動機。以 1939 年的標(biāo)準(zhǔn)來看，這種 2000馬力級的發(fā)動機毫無疑問是個怪物。兩排總共 18 個汽缸的總排量達(dá)到45.95升，使得同時代的其他空冷發(fā)動機相形見絀。事實上這幾乎已經(jīng)達(dá)到了在這種結(jié)構(gòu)下活塞發(fā)動機所能達(dá)到的極限，如果能夠成功肯定是個了不起的杰作。

BMW 801發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖

BMW 802 雙排星型氣冷活塞式發(fā)動機（工程原理樣機，BMW 801為雙排14缸）

Project W項目是基于Fw 190設(shè)計的后續(xù)高性能戰(zhàn)斗機計劃。

星型發(fā)動機的結(jié)構(gòu)緊湊，長度很短，但直徑較大。由于整個發(fā)動機的正面暴露在迎風(fēng)氣流里，在氣缸體上安裝大量的散熱片，就成為理想的氣冷格局，所以星型發(fā)動機基本上都是氣冷的。為了最大限度地增加馬力，缸數(shù)應(yīng)該已經(jīng)很大了，像輻條一樣的氣缸已經(jīng)把發(fā)動機正面占滿了，繼續(xù)增加缸數(shù)會很困難。增加缸徑也有相同的問題。雖然增大沖程是另一個增加馬力的有效方法，但增加沖程會迅速增加迎風(fēng)面積，迎風(fēng)面積按半徑的平方增加，而阻力和迎風(fēng)面積成正比，一般并不可取。因此只能采用增加星型氣缸層數(shù)的辦法。在這方面BMW 802延續(xù)了BMW 801的作法——雙排氣缸設(shè)計。單層星型有 9 個氣缸，雙層就是 18 個氣缸。不過，多層星型氣缸的后排氣缸會有冷卻問題，因為流過的空氣已經(jīng)在前面被加熱了，冷卻效果要下降。如果不對后面那層作特別的補償，后層氣缸的壽命和輸出功率都會受到損失。

雖然BMW 802通過雙排結(jié)構(gòu)將汽缸數(shù)增加到了18個之多，但這顯然還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠——為了保證在7000米以上高度不至因空氣稀薄而導(dǎo)致發(fā)動機功率大幅度下降，特別是在12000米高度仍有1600馬力的功率可用，某種型式的增壓措施顯然是必要的。所以為了解決高空問題，BMW 802分別在前后汽缸組安裝了兩個渦輪增壓器。渦輪增壓的原理是在發(fā)動機的排氣回路中安裝一個廢氣渦輪，帶動壓縮機完成增壓，從而提高發(fā)動機進氣效率，彌補活塞發(fā)動機在高空中損失的功率。事實上，與BMW 801相比，BMW 802最大的亮點便在于雙渦輪增壓器技術(shù)的引入。而BMW P.8011實際上是在BMW 802的基礎(chǔ)上增大沖程、擴大缸徑的衍生型，BMW希望它能達(dá)到2800～2900馬力的最大起飛功率。

Project W/ BMW P.8011機體結(jié)構(gòu)示意圖。在本質(zhì)上來講，譚克博士實際上是用最小的機體結(jié)構(gòu)來容納BMW 802/BMW P.8011，所以Project W的機身截面是結(jié)構(gòu)盡可能緊湊的圓形，至于滑油冷卻器與增壓器進氣口則都被安排到了翼根。

Project W/ BMW P.8011三面圖。與相對平庸的Project W/ BMW 802相比，人們明顯對超現(xiàn)實的Project W/ BMW P.8011更感興趣一些。

然而，后來的實踐證明，BMW 對于BMW 802項目寄予的希望過高，這也為整個Project W項目的失敗埋下了伏筆。首先，由于星型發(fā)動機的缸頭朝外，每個氣缸分別進氣/排氣，這就必須為每個氣缸的排氣回路分別安裝廢氣渦輪。如果算上BMW 802自身的雙排汽缸設(shè)計與后面的冷卻風(fēng)扇，作為一臺活塞發(fā)動機BMW 802在達(dá)到超強性能的同時，其復(fù)雜性與成本也是空前的。簡單地說，由于復(fù)雜性的攀升BMW 802失掉了氣冷發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的最大優(yōu)勢。另一方面，雖然BMW自信能夠完成這個復(fù)雜性令人頭疼的設(shè)計（德國人向來嗜好挑戰(zhàn)機械設(shè)計的復(fù)雜性），然而另一個攔路虎卻是德國人無論如何無法忽視的。實際上，渦輪增壓器在結(jié)構(gòu)上和渦輪噴氣發(fā)動機的渦輪段非常相似，因此對材料的機械性能上要求上較高。在整個二戰(zhàn)中，除了美英外，所有各主要工業(yè)國家都因耐熱合金技術(shù)不過關(guān)而在渦輪增壓器上基本無所建樹，德國人很不幸地也卡在了這里。對于BMW的工程師們來說，他們想制造二級二速渦輪增壓器已經(jīng)很久了，但就是在耐熱合金的問題上面始終無法得成正果。1942年3月，當(dāng)?shù)聡撕貌蝗菀捉鉀Q了壓縮機的材料問題后，才發(fā)現(xiàn)相關(guān)的管線也需要同樣耐熱等級的材料。結(jié)果雖然造出了原理樣機，但對于BMW 802/BMW P.8011的整體實用化進程卻一直無法產(chǎn)生關(guān)鍵性突破，這就使Project W項目舉步為艱?？v觀整個二戰(zhàn)，德國人的渦輪增壓技術(shù)一直就沒有過關(guān)，BMW 802好歹還算是造出了工程樣機，BMW P.8011卻只是停留在圖紙上。

不過，雖然BMW 802/BMW P.8011是Project W項目的核心，但如果暫時拋開動力裝置方面的瓶頸性問題，而從整體上打量Project W，便會發(fā)現(xiàn)這是一架全面超越了Fw 190原始設(shè)計的航空工程杰作。Project W項目的機身采用了新的點焊技術(shù)，這使得該機可以采用更堅固、更重的全鋁蒙皮，可以更有效的承受在航母上急速起降帶來的沖擊，經(jīng)受戰(zhàn)斗中的傷害。全硬殼結(jié)構(gòu)的飛機機體都很堅固，采用點焊技術(shù)后機身更是光滑。為了充分利用發(fā)動機的強大功率，ProjectW項目的可變距螺旋槳直徑達(dá)到3.8米，這就勢必提高起落架高度，才能使螺旋槳不至于擦到地上。對此譚克博士匠心獨具，推出了一種類似于Ju 87的獨特倒海鷗翼布局。這種設(shè)計可以一舉解決兩方面的問題。根據(jù)譚克博士的風(fēng)洞測試結(jié)果，從側(cè)下方插入機身的上段機翼與機身呈 30度夾角，這樣從機翼上下分離的氣流流到后部機身時，產(chǎn)生的誘導(dǎo)阻力最小，這種布局很好地結(jié)合了中翼布局低阻的優(yōu)點。此外，這種設(shè)計還可以使用比直翼設(shè)計短很多的起落架，這樣設(shè)在機翼結(jié)構(gòu)中的起落架艙室可以小一些。而且由于起落架不會占用太多空間，還可以在機翼中加裝油箱，容納更多的燃料以增大航程，可謂一舉兩得。

Project W/BMW 80主要性能數(shù)據(jù)表

Project W/BMW 802的發(fā)動機整流罩結(jié)構(gòu)示意圖。

Project W/BMW 802三面圖

Fw 190D“多拉“盡管使用了容克斯 Jumo 231A-1液冷對置發(fā)動機，不過由于發(fā)動機整流罩內(nèi)安裝了環(huán)狀散熱器的緣故，所以無論Fw 190D系列實際安裝了什么類型的發(fā)動機，從外表看也都像是星型氣冷發(fā)動機的樣子，對于整架飛機的氣動外形特征并沒有任何實質(zhì)上的改變。雖然Fw 190系列因為粗大的機頭外形而被指責(zé)增加了阻力，但事實上，采用氣冷發(fā)動機的飛機只要配合良好的發(fā)動機罩形狀，完全可以利用噴出的高溫?zé)峥諝猱a(chǎn)生更大的推力，從某種程度上抵消正面阻力大造成的損失。

在這方面，譚克博士手下的工程師們可謂煞費苦心——?？恕の譅柗蚬镜墓こ處焸?yōu)镻roject W重新設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)新穎的發(fā)動機整流罩。這種整流罩不但能把BMW 802正面凹凸不平的表面遮擋住，而且實際上還是發(fā)動機前的環(huán)形翼?？稍谔峁└郊由Φ耐瑫r大大降低阻力，并把空氣流向圓心集中，改善曲軸的冷卻。另外，該設(shè)計還能夠利用向后噴射的發(fā)動機廢氣射流提供一些額外的推力。

然而，這個設(shè)計精妙的整流罩對整個發(fā)動機的冷卻效率卻帶來了損失。這是由于遮擋在整流罩后的汽缸組必須用專用的冷卻風(fēng)扇輔助冷卻。在空中飛行的時候還好，著陸后自然的迎風(fēng)氣流沒有了，全靠冷卻風(fēng)扇冷卻。這就使BMW 802/BMW P.8011所面臨的過熱問題可能比BMW 801更為嚴(yán)峻。盡管BMW宣稱已經(jīng)通過改進汽缸體的鑄造工藝完全解決了散熱問題，而且從生產(chǎn)出來的BMW 802工程樣機來看，其缸頭是整體鑄造的，外壁的散熱片排布得相當(dāng)緊密（比BMW 801增加了近一倍散熱片），但飛起來后的整體散熱效果究竟怎么樣，顯然不能只看汽缸體的散熱片鑄造工藝如何精湛。

雖然由于BMW 802/BMW P.8011的舉步維艱，Project W項目最終在1943年7月流產(chǎn)，但好在譚克博士花在Project W項目上的心血并沒有白費。后來這個設(shè)計在改頭換面后發(fā)展成了號稱二戰(zhàn)中活塞式戰(zhàn)斗機顛峰之一的Ta 152。譚克博士在Project W項目中吸取到的最大教訓(xùn)便是，如果打算設(shè)計一種高低空通吃的頂尖戰(zhàn)斗機，不能將希望完全寄托在成熟的渦輪增壓技術(shù)加星型發(fā)動機上，可以轉(zhuǎn)向V形液冷型號。這其中的道理很簡單——星型發(fā)動機的缸頭朝外，所以每個氣缸分別進氣，分別排氣；而直列或 V 形發(fā)動機的缸頭一字排開，可以用匯流裝置（Manifold）統(tǒng)一進排氣，所以只需要一套集中的機械增壓或渦輪增壓裝置就可以了。這樣可以大大簡化系統(tǒng)，提高效率。而且從高空性能來說，直列或 V 形發(fā)動機也比發(fā)動機有利，而我們在Ta 152高空戰(zhàn)斗機身上所看到的變化，正與此論斷完全一致。