27-10-2019
Ένα από τα καλύτερα αεροσκάφη του 2ου Παγκοσμίου Πολέμου ήταν αναμφισβήτητα το Messerschmitt Bf-109, στις διάφορες εκδόσεις του. Κατασκευάστηκαν συνολικά περίπου 30.600 αεροπλάνα, περισσότερα από κάθε άλλο καταδιωκτικό στην ιστορία της Παγκόσμιας Πολεμικής Αεροπορίας.
Το Bf-109 ήταν εφοδιασμένο με κινητήρα της Daimler-Benz, τον DB-605. Η Daimler-Benz προήλθε από την συνένωση των εταιρειών Daimler και Benz, to 1926 και κατά τη διάρκεια του πολέμου κατασκεύαζε πολλά οπλικά συστήματα, τανκς, κινητήρες αεροπλάνων, κάννες όπλων κ.α. Υπάρχει μέχρι και σήμερα, η εξέλιξη της είναι η Mercedes-Benz.
Ο κινητήρας DB-605 ήταν εξέλιξη του DB-601 και αυτός πάλι του DB-600.
Ο DB-600 ήταν ένας 12-κύλινδρος, ανεστραμμένου V κινητήρας με κυβισμό περίπου 34.000 cc (!!) που έβγαζε 950 HP συνεχώς ή μέχρι 1050 HP για 5 λεπτά. Τα δικινητήρια βομβαρδιστικά Messerschmitt Bf-110 και Heinkel He 111 ήταν εφοδιασμένα με αυτά τα μοτέρ.
Αυτός ο κινητήρας όμως είχε το μειονέκτημα ότι δούλευε με καρμπυρατέρ
και έτσι οι Γερμανοί τον εξέλιξαν και έφτιαξαν τον DB601, ο οποίος ήταν
με απ ευθείας έγχυση καυσίμου (direct fuel injection), πράγμα που έδινε
πλεονεκτήματα στους απότομους ελιγμούς των αεροπλάνων, ενώ ένας κινητήρας με καρμπυρατέρ θα είχε πρόβλημα, επειδή θα δούλευε "φτωχός" σε αυτές τις περιπτώσεις.
Σε ένα μελλοντικό άρθρο θα εξηγήσουμε την τεχνολογία του injection και του direct injection και των πλεονεκτημάτων τους στην απόδοση μιας μηχανής εσωτερικής καύσεως.
Ο κινητήρας DB-601 εφοδίασε αρχικά το Messerschmitt Bf-109, για να αντικατασταθεί το 1942 από τον περισσότερο εξελιγμένο DB-605.
Ο DB-605 είχε κυβισμό 35.700 cc έναντι των 33.900 cc του DB-601 και αυτό με μικρή αύξηση του βάρους. Επίσης είχε υψηλότερη συμπίεση και πιο ισχυρό υπερ-συμπιεστή και όλα αυτά οδηγούσαν στην μεγαλύτερη απόδοση και ισχύ του κινητήρα.
Ο υπερ-συμπιεστής σε ένα αεροπλάνο χρειάζεται επειδή στα μεγάλα ύψη ο αέρας είναι πιο αραιός και έτσι το διαθέσιμο οξυγόνο για την καύση του καυσίμου λιγοστεύει, με αποτέλεσμα την πτώση της απόδοσης του κινητήρα. Ο υπερ-συμπιεστής λοιπόν συμπιέζει τον αέρα, έτσι ώστε να παρέχει την ποσότητα του οξυγόνου που χρειάζεται για να γίνεται τέλεια καύση του καυσίμου.
Το εκπληκτικό με τον υπερσυμπιεστή που είχαν κατασκευάσει οι Γερμανοί για τον DB-605 ήταν ότι διέθετε υδραυλικό συμπλέκτη ρυθμιζόμενο από το υψόμετρο του αεροπλάνου, ώστε να παρέχει την συμπίεση που ήταν απαραίτητη, ανάλογα με το ύψος!
Ο DB-605 είχε μεταβλητό χρονισμό βαλβίδων με μεγαλύτερο χρόνο εισόδου του μείγματος (καυσίμου-αέρα) και καλύτερη απομάκρυνση των καυσαερίων, που όλα αυτά οδηγούσαν στην καλύτερη ογκομετρική απόδοση.
Η ογκομετρική απόδοση ενός κινητήρα είναι ο λόγος της ποσότητας του μείγματος αέρα/καυσίμου στην εισαγωγή, δια του κυλινδρισμού του κινητήρα.
Η ποσότητα (μάζα) του αέρα στην εισαγωγή δεν είναι τελικά ίδια με αυτή που εισέρχεται στον κύλινδρο, λόγω πτώσης πιέσεως από τριβές, από τις βαλβίδες, το χρόνο που αυτές μένουν ανοιχτές κλπ. Όσο μεγαλύτερη είναι η ογκομετρική απόδοση, τόσο αυξάνεται η ισχύς του κινητήρα, γιατί μπαίνει (και καίγεται) περισσότερο καύσιμο στον κύλινδρο. Όσο περισσότερες στροφές παίρνει η μηχανή, τόσο πέφτει η ογκομετρική απόδοση, γι αυτό εφευρέθηκε ο μεταβλητός χρονισμός των βαλβίδων εισόδου, που κρατάνε τις βαλβίδες περισσότερο ανοιχτές στις υψηλότερες στροφές του κινητήρα.
Αυτές οι καινοτομίες στον DB-605 κατάφεραν να αυξήσουν τις στροφές του κινητήρα στις 2800 (από 2600 του DB-601) και την ιπποδύναμη στους 1475 PS (από 1350 του DB-601).
Μια άλλη σοβαρή βελτίωση που έκαναν μετά από λίγο οι Γερμανοί στον DB-605, ήταν το σύστημα ψεκασμού -ή μάλλον έγχυσης- νιτρώδους οξειδίου, ή πιο σωστά υποξειδίου του αζώτου, χημικός τύπος Ν2Ο.
Το νιτρώδες οξείδιο σε κανονικές θερμοκρασίες είναι χημικά αδρανές. Όταν όμως θερμανθεί πάνω από τους 600 βαθμούς Κελσίου διασπάται και απελευθερώνει οξυγόνο. Η ενέργεια του τότε είναι όπως αυτή του Νιτρομεθανίου στα αερομοντελιστικά καύσιμα: Το επιπλέον οξυγόνο που απελευθερώνεται μπορεί να κάψει περισσότερη καύσιμη ύλη, με αποτέλεσμα την αύξηση της ισχύος.
Το σύστημα αυτό το ονόμασαν οι Γερμανοί "GM-1". Το νιτρώδες οξείδιο ήταν σε μια δεξαμενή υπό μεγάλη πίεση σε υγρή μορφή και ψεκαζόταν στον υπερσυμπιεστή. Καθώς αεριοποιείτο, έριχνε την θερμοκρασία του αέρα και έτσι μπορούσε να αυξηθεί η πυκνότητα (και η μάζα) του καύσιμου μείγματος που εισερχόταν στον κύλινδρο. Στην μεγάλη θερμοκρασία που αναπτυσσόταν μέσα στον κύλινδρο κατά την καύση το νιτρώδες οξείδιο απελευθέρωνε οξυγόνο, που μπορούσε να κάψει ακόμα περισσότερη καύσιμη ύλη.
Η αύξηση όμως της ισχύος του κινητήρα ήταν τόσο μεγάλη, που μπορούσε να προκαλέσει προβλήματα στη μηχανή, ή ακόμα και να την καταστρέψει. Η χρήση του συστήματος προκαλούσε μεγάλη αύξηση της θερμοκρασίας και προ-ανάφλεξη. Η πίεση επίσης μέσα στον κύλινδρο αυξανόταν δραματικά και σε συνδυασμό με την αύξηση της θερμοκρασίας μπορούσε να λιώσει το πιστόνι ή τις βαλβίδες ή να προκαλέσει παραμόρφωση ή ρωγμές στο πιστόνι και στην κυλινδροκεφαλή. Γι αυτό και η χρήση του συστήματος ήταν περιορισμένη χρονικά στα 5 μόνο λεπτά, αλλά σε αυτό το διάστημα η ισχύς μπορούσε να αυξηθεί ακόμα και 400 ίππους!
Ο κινητήρας που είχε εφοδιαστεί με αυτό το σύστημα, ονομάστηκε DB-605a. Κυρίως τον είχαν τα Bf-109 που επιχειρούσαν στο Δυτικό μέτωπο, όπου οι απαιτήσεις ήταν πολύ μεγαλύτερες, έχοντας να αντιμετωπίσουν τα πιο εξελιγμένα Δυτικά αεροπλάνα, απ ότι στο Ανατολικό -με τα υποδεέστερης τεχνολογίας Σοβιετικά.
Το 1944 οι Γερμανοί εισήγαγαν ένα ακόμα -πολύ προηγμένο τεχνολογικά- σύστημα αύξησης της ισχύος του κινητήρα, το MW-50, ψεκασμός Μεθανόλης-νερού! Το σύστημα έκανε έγχυση στον υπερσυμπιεστή ενός μείγματος μεθανόλης-νερού, 50% μεθανόλη και 50% νερό, γι αυτό και ονομάστηκε "MW-50", από το Methanol-Wasser 50-50.
Στην πραγματικότητα το μείγμα περιείχε 50% νερό, 49.5% μεθανόλη και 0.5% ένα προστατευτικό, αντιοξειδωτικό λάδι. Το MW-50 ψεκαζόταν στον υπερσυμπιεστή και είχε αντι-προαναφλεκτικές ιδιότητες (λόγω της μεθανόλης) και ψυκτικές ιδιότητες λόγω του νερού και της μεθανόλης. Με αυτόν τον τρόπο ο υπερ-συμπιεστής μπορούσε να στείλει χαμηλότερης θερμοκρασίας (άρα μεγαλύτερης πυκνότητας και μεγαλύτερης μάζας) αέρα και μείγμα στον κύλινδρο, με αποτέλεσμα την αύξηση της ισχύος του κινητήρα.
Στο επίπεδο της θαλάσσης, η ισχύς του κινητήρα αυξανόταν από τους 1675 σε πάνω από 2000 ίππους, αλλά αυτό μέχρι 10 λεπτά. Μετά έπρεπε να παρέλθει κάποιο χρονικό διάστημα προτού το σύστημα μπορέσει να επαναχρησιμοποιηθεί. Ήταν δραστικό μέχρι τα 6.000 μέτρα ύψος, μετά η επίδραση του ήταν πολύ ασθενέστερη.
Και αυτό το σύστημα είχε εφοδιάσει τα Bf-109 που επιχειρούσαν στο Δυτικό μέτωπο, όπου οι απαιτήσεις ήταν πολύ μεγαλύτερες. Ο Erich Hartmann είχε πολλές φορές εκφράσει το παράπονο, γιατί το καταδιωκτικό του δεν ήταν εφοδιασμένο με αυτό το σύστημα.
Κατά την διάρκεια του 1ου και 2ου Παγκοσμίου Πολέμου η αεροπορική τεχνολογία έκανε πραγματικά άλματα, τόσο στην αεροδυναμική, όσο και στην τεχνολογία των μηχανών.
Φαίνεται πως οι Γερμανοί -παρότι τελικά έχασαν τον πόλεμο- ήταν στην τεχνολογική πρωτοπορία.
Γ. Καρασούλας
Ένα από τα καλύτερα αεροσκάφη του 2ου Παγκοσμίου Πολέμου ήταν αναμφισβήτητα το Messerschmitt Bf-109, στις διάφορες εκδόσεις του. Κατασκευάστηκαν συνολικά περίπου 30.600 αεροπλάνα, περισσότερα από κάθε άλλο καταδιωκτικό στην ιστορία της Παγκόσμιας Πολεμικής Αεροπορίας.
Το Bf-109 ήταν εφοδιασμένο με κινητήρα της Daimler-Benz, τον DB-605. Η Daimler-Benz προήλθε από την συνένωση των εταιρειών Daimler και Benz, to 1926 και κατά τη διάρκεια του πολέμου κατασκεύαζε πολλά οπλικά συστήματα, τανκς, κινητήρες αεροπλάνων, κάννες όπλων κ.α. Υπάρχει μέχρι και σήμερα, η εξέλιξη της είναι η Mercedes-Benz.
Ο κινητήρας DB-605 ήταν εξέλιξη του DB-601 και αυτός πάλι του DB-600.
Ο DB-600 ήταν ένας 12-κύλινδρος, ανεστραμμένου V κινητήρας με κυβισμό περίπου 34.000 cc (!!) που έβγαζε 950 HP συνεχώς ή μέχρι 1050 HP για 5 λεπτά. Τα δικινητήρια βομβαρδιστικά Messerschmitt Bf-110 και Heinkel He 111 ήταν εφοδιασμένα με αυτά τα μοτέρ.
 |
| Το βομβαρδιστικό και βαρύ καταδιωκτικό Messerschmitt Bf-110 που χρησιμοποιούσε τον κινητήρα DB-600 |
 |
| Το βομβαρδιστικό Heinkel He-110 που επίσης χρησιμοποιούσε τον DB-600 |
Σε ένα μελλοντικό άρθρο θα εξηγήσουμε την τεχνολογία του injection και του direct injection και των πλεονεκτημάτων τους στην απόδοση μιας μηχανής εσωτερικής καύσεως.
Ο κινητήρας DB-601 εφοδίασε αρχικά το Messerschmitt Bf-109, για να αντικατασταθεί το 1942 από τον περισσότερο εξελιγμένο DB-605.
Ο DB-605 είχε κυβισμό 35.700 cc έναντι των 33.900 cc του DB-601 και αυτό με μικρή αύξηση του βάρους. Επίσης είχε υψηλότερη συμπίεση και πιο ισχυρό υπερ-συμπιεστή και όλα αυτά οδηγούσαν στην μεγαλύτερη απόδοση και ισχύ του κινητήρα.
Ο υπερ-συμπιεστής σε ένα αεροπλάνο χρειάζεται επειδή στα μεγάλα ύψη ο αέρας είναι πιο αραιός και έτσι το διαθέσιμο οξυγόνο για την καύση του καυσίμου λιγοστεύει, με αποτέλεσμα την πτώση της απόδοσης του κινητήρα. Ο υπερ-συμπιεστής λοιπόν συμπιέζει τον αέρα, έτσι ώστε να παρέχει την ποσότητα του οξυγόνου που χρειάζεται για να γίνεται τέλεια καύση του καυσίμου.
 |
| Ο Daimler-Benz DB-605, ο κινητήρας του Messerschmitt Bf-109 |
Το εκπληκτικό με τον υπερσυμπιεστή που είχαν κατασκευάσει οι Γερμανοί για τον DB-605 ήταν ότι διέθετε υδραυλικό συμπλέκτη ρυθμιζόμενο από το υψόμετρο του αεροπλάνου, ώστε να παρέχει την συμπίεση που ήταν απαραίτητη, ανάλογα με το ύψος!
Ο DB-605 είχε μεταβλητό χρονισμό βαλβίδων με μεγαλύτερο χρόνο εισόδου του μείγματος (καυσίμου-αέρα) και καλύτερη απομάκρυνση των καυσαερίων, που όλα αυτά οδηγούσαν στην καλύτερη ογκομετρική απόδοση.
Η ογκομετρική απόδοση ενός κινητήρα είναι ο λόγος της ποσότητας του μείγματος αέρα/καυσίμου στην εισαγωγή, δια του κυλινδρισμού του κινητήρα.
 |
| Ο κυλινδρισμός του κινητήρα είναι ο όγκος του κυλίνδρου μεταξύ του κάτω και του άνω νεκρού σημείου του πιστονιού |
Η ποσότητα (μάζα) του αέρα στην εισαγωγή δεν είναι τελικά ίδια με αυτή που εισέρχεται στον κύλινδρο, λόγω πτώσης πιέσεως από τριβές, από τις βαλβίδες, το χρόνο που αυτές μένουν ανοιχτές κλπ. Όσο μεγαλύτερη είναι η ογκομετρική απόδοση, τόσο αυξάνεται η ισχύς του κινητήρα, γιατί μπαίνει (και καίγεται) περισσότερο καύσιμο στον κύλινδρο. Όσο περισσότερες στροφές παίρνει η μηχανή, τόσο πέφτει η ογκομετρική απόδοση, γι αυτό εφευρέθηκε ο μεταβλητός χρονισμός των βαλβίδων εισόδου, που κρατάνε τις βαλβίδες περισσότερο ανοιχτές στις υψηλότερες στροφές του κινητήρα.
Αυτές οι καινοτομίες στον DB-605 κατάφεραν να αυξήσουν τις στροφές του κινητήρα στις 2800 (από 2600 του DB-601) και την ιπποδύναμη στους 1475 PS (από 1350 του DB-601).
Μια άλλη σοβαρή βελτίωση που έκαναν μετά από λίγο οι Γερμανοί στον DB-605, ήταν το σύστημα ψεκασμού -ή μάλλον έγχυσης- νιτρώδους οξειδίου, ή πιο σωστά υποξειδίου του αζώτου, χημικός τύπος Ν2Ο.
Το νιτρώδες οξείδιο σε κανονικές θερμοκρασίες είναι χημικά αδρανές. Όταν όμως θερμανθεί πάνω από τους 600 βαθμούς Κελσίου διασπάται και απελευθερώνει οξυγόνο. Η ενέργεια του τότε είναι όπως αυτή του Νιτρομεθανίου στα αερομοντελιστικά καύσιμα: Το επιπλέον οξυγόνο που απελευθερώνεται μπορεί να κάψει περισσότερη καύσιμη ύλη, με αποτέλεσμα την αύξηση της ισχύος.
Το σύστημα αυτό το ονόμασαν οι Γερμανοί "GM-1". Το νιτρώδες οξείδιο ήταν σε μια δεξαμενή υπό μεγάλη πίεση σε υγρή μορφή και ψεκαζόταν στον υπερσυμπιεστή. Καθώς αεριοποιείτο, έριχνε την θερμοκρασία του αέρα και έτσι μπορούσε να αυξηθεί η πυκνότητα (και η μάζα) του καύσιμου μείγματος που εισερχόταν στον κύλινδρο. Στην μεγάλη θερμοκρασία που αναπτυσσόταν μέσα στον κύλινδρο κατά την καύση το νιτρώδες οξείδιο απελευθέρωνε οξυγόνο, που μπορούσε να κάψει ακόμα περισσότερη καύσιμη ύλη.
 |
| Στο πίσω μέρος διακρίνεται ο υπερσυμπιεστής, στον οποίο γινόταν η έγχυση νιτρώδους οξειδίου |
Η αύξηση όμως της ισχύος του κινητήρα ήταν τόσο μεγάλη, που μπορούσε να προκαλέσει προβλήματα στη μηχανή, ή ακόμα και να την καταστρέψει. Η χρήση του συστήματος προκαλούσε μεγάλη αύξηση της θερμοκρασίας και προ-ανάφλεξη. Η πίεση επίσης μέσα στον κύλινδρο αυξανόταν δραματικά και σε συνδυασμό με την αύξηση της θερμοκρασίας μπορούσε να λιώσει το πιστόνι ή τις βαλβίδες ή να προκαλέσει παραμόρφωση ή ρωγμές στο πιστόνι και στην κυλινδροκεφαλή. Γι αυτό και η χρήση του συστήματος ήταν περιορισμένη χρονικά στα 5 μόνο λεπτά, αλλά σε αυτό το διάστημα η ισχύς μπορούσε να αυξηθεί ακόμα και 400 ίππους!
Ο κινητήρας που είχε εφοδιαστεί με αυτό το σύστημα, ονομάστηκε DB-605a. Κυρίως τον είχαν τα Bf-109 που επιχειρούσαν στο Δυτικό μέτωπο, όπου οι απαιτήσεις ήταν πολύ μεγαλύτερες, έχοντας να αντιμετωπίσουν τα πιο εξελιγμένα Δυτικά αεροπλάνα, απ ότι στο Ανατολικό -με τα υποδεέστερης τεχνολογίας Σοβιετικά.
Το 1944 οι Γερμανοί εισήγαγαν ένα ακόμα -πολύ προηγμένο τεχνολογικά- σύστημα αύξησης της ισχύος του κινητήρα, το MW-50, ψεκασμός Μεθανόλης-νερού! Το σύστημα έκανε έγχυση στον υπερσυμπιεστή ενός μείγματος μεθανόλης-νερού, 50% μεθανόλη και 50% νερό, γι αυτό και ονομάστηκε "MW-50", από το Methanol-Wasser 50-50.
Στην πραγματικότητα το μείγμα περιείχε 50% νερό, 49.5% μεθανόλη και 0.5% ένα προστατευτικό, αντιοξειδωτικό λάδι. Το MW-50 ψεκαζόταν στον υπερσυμπιεστή και είχε αντι-προαναφλεκτικές ιδιότητες (λόγω της μεθανόλης) και ψυκτικές ιδιότητες λόγω του νερού και της μεθανόλης. Με αυτόν τον τρόπο ο υπερ-συμπιεστής μπορούσε να στείλει χαμηλότερης θερμοκρασίας (άρα μεγαλύτερης πυκνότητας και μεγαλύτερης μάζας) αέρα και μείγμα στον κύλινδρο, με αποτέλεσμα την αύξηση της ισχύος του κινητήρα.
Στο επίπεδο της θαλάσσης, η ισχύς του κινητήρα αυξανόταν από τους 1675 σε πάνω από 2000 ίππους, αλλά αυτό μέχρι 10 λεπτά. Μετά έπρεπε να παρέλθει κάποιο χρονικό διάστημα προτού το σύστημα μπορέσει να επαναχρησιμοποιηθεί. Ήταν δραστικό μέχρι τα 6.000 μέτρα ύψος, μετά η επίδραση του ήταν πολύ ασθενέστερη.
Και αυτό το σύστημα είχε εφοδιάσει τα Bf-109 που επιχειρούσαν στο Δυτικό μέτωπο, όπου οι απαιτήσεις ήταν πολύ μεγαλύτερες. Ο Erich Hartmann είχε πολλές φορές εκφράσει το παράπονο, γιατί το καταδιωκτικό του δεν ήταν εφοδιασμένο με αυτό το σύστημα.
Κατά την διάρκεια του 1ου και 2ου Παγκοσμίου Πολέμου η αεροπορική τεχνολογία έκανε πραγματικά άλματα, τόσο στην αεροδυναμική, όσο και στην τεχνολογία των μηχανών.
Φαίνεται πως οι Γερμανοί -παρότι τελικά έχασαν τον πόλεμο- ήταν στην τεχνολογική πρωτοπορία.
Γ. Καρασούλας