福克·沃尔夫的ProjectW项目

文/云中子

1941年8月，Fw 190刚服役时，库尔特·谭克博士便牵头开展了一项基于Fw 190设计的后续高性能战斗机计划，项目代号Project W。事实上，Project W是一个带有预研性质的项目，其本质是要探讨在对Fw 190基本设计不作大变动的情况下，通过为其换装某种处于研发状态新型动力装置，是否可以获得一种各项性能（特别是高空性能）得到全面提升的强悍战机。至于这种所谓的新型动力装置，便是谭克博士寄于厚望的BMW 802及 BMW P.8011。

1941年，Fw 190A-1于英吉利海峡上空几乎酿成了一次小型的“福克式灾难”，打得作为皇家空军主力的“喷火”V几无还手之力，空战交换比一度达到了惨不忍睹的1：3。然而，Fw 190A-1也并非就是无懈可击的完美机器，其最大问题出在纸面性能超群的BMW801双排星型气冷发动机上。

Fw 190A-1 最大的问题是发动机过热，特别是后组气缸，常常引发火灾，好几次差点造成全面停产。在实战操作中部队常常发现，如果Fw 190A-1的BMW801发动机经过了地面长时间低功率运行，那么当冷却空气减小到某个最小值时就可能发生过热问题。以至于装备BMW 801 发动机的Fw 190A-1在初期经常出这样的洋相，刚着陆的飞机发动机突然着火。以至于德国空军的地勤人员在飞机着陆还没有停稳时，也不管是否着火，直接就把消防泡沫浇了上去。此外，其发动机自动控制组件、燃油和滑油导管系统、火花塞也都出现过故障，而螺旋桨的故障更是一直没断过，所以FW 190A-1上的BMW801发动机（初期型）整体可靠性十分令人担忧。尽管BMW801气冷发动机惹了许多麻烦，在Project W实际设计过程中，谭克博士却仍然坚持气冷发动机的路子不放——BMW 802与BMW P.8011都是在复杂性上达到令人叹为望止程度的星型气冷发动机。

Project W/ BMW802艺术想象图

客观地讲，谭克博士在整个Fw 190系列上（除去最后的Fw 190D系列）抱着星型气冷发动机不放是自有其道理的。虽然星型气冷发动机要维持良好的冷却效果，必须把发动机的整个正面暴露在迎面气流里，这样就难以使用整流罩降低阻力，所以使用星型发动机的战斗机一般都是钝头。钝头机首整流罩使座舱前方视野不良，为了改善视野，需要抬高座舱，这进一步增加迎风阻力，带来速度损失——Fw 190为此付出了代价。然而星型气冷发动机由于结构简单，造价低廉，这使其十分适合大规模战争形势下的军工生产状况。

Project W/ BMW P.8011艺术想象图。由于BMW P.801的功率更大，谭克博士设计了正反对转螺旋桨，以抵消其的强大扭矩。

另一方面，星型气冷发动机本身的一些特点也使其很适合装备Fw 190/Project W这样定位于供前线战斗航空兵使用的型号。液冷的传热效率高于气冷，这是不争的事实，也导致星型气冷发动机功率提升潜力有限，不过液冷需要额外的管路和散热器，这是相对于气冷的一大缺点。这不但增加了液冷发动机的复杂性和成本，而且散热器一旦被击中，发动机很快就会因为丧失了冷却能力而停车，最终会导致飞机坠毁。所以，液冷发动机的散热器是其无法逃避的死穴。相比之下气冷发动机由于没有液冷管路和专用的散热器，生存力自然强悍许多，这对于常常要进入敌方空域作战的前线航空兵至关重要。要知道在敌人控制区迫降不是闹着玩的事，气冷发动机至少使驾驶战损飞机的飞行员回到已方控制区的几率大为增加，西班牙内战中I-16与Bf 109初期型的诸多战例早就说明了这一点。总之，抗损性方面的优点使结构简单、皮实耐用的星型气冷发动机十分适合Fw 190及其后继者Project W这样的前线制空战斗机。当然，抗损性只是战斗机设计中所要考虑的一个方面，等到要完全依靠抗战损来救命的时候，这战斗已经输了一半了。

众所周知，一台为战斗机提供动力的发动机应该具有马力大、重量轻、可靠性好、迎风面积小、高空性能好等优点。在基本技术水平相当的情况下，活塞式发动机要增大马力，只有几个途径：增大缸径、增加缸数、增大冲程、增加机械或涡轮增压，而BMW 802选择的正是这样一条发展道路。按照设计要求，BMW 802将是一台起飞功率达2600马力、在12000米的高空仍具备1600马力(1马力=0.735千瓦)输出功率的星型气冷发动机。以 1939 年的标准来看，这种 2000马力级的发动机毫无疑问是个怪物。两排总共 18 个汽缸的总排量达到45.95升，使得同时代的其他空冷发动机相形见绌。事实上这几乎已经达到了在这种结构下活塞发动机所能达到的极限，如果能够成功肯定是个了不起的杰作。

BMW 801发动机结构图

BMW 802 双排星型气冷活塞式发动机（工程原理样机，BMW 801为双排14缸）

Project W项目是基于Fw 190设计的后续高性能战斗机计划。

星型发动机的结构紧凑，长度很短，但直径较大。由于整个发动机的正面暴露在迎风气流里，在气缸体上安装大量的散热片，就成为理想的气冷格局，所以星型发动机基本上都是气冷的。为了最大限度地增加马力，缸数应该已经很大了，像辐条一样的气缸已经把发动机正面占满了，继续增加缸数会很困难。增加缸径也有相同的问题。虽然增大冲程是另一个增加马力的有效方法，但增加冲程会迅速增加迎风面积，迎风面积按半径的平方增加，而阻力和迎风面积成正比，一般并不可取。因此只能采用增加星型气缸层数的办法。在这方面BMW 802延续了BMW 801的作法——双排气缸设计。单层星型有 9 个气缸，双层就是 18 个气缸。不过，多层星型气缸的后排气缸会有冷却问题，因为流过的空气已经在前面被加热了，冷却效果要下降。如果不对后面那层作特别的补偿，后层气缸的寿命和输出功率都会受到损失。

虽然BMW 802通过双排结构将汽缸数增加到了18个之多，但这显然还是远远不够——为了保证在7000米以上高度不至因空气稀薄而导致发动机功率大幅度下降，特别是在12000米高度仍有1600马力的功率可用，某种型式的增压措施显然是必要的。所以为了解决高空问题，BMW 802分别在前后汽缸组安装了两个涡轮增压器。涡轮增压的原理是在发动机的排气回路中安装一个废气涡轮，带动压缩机完成增压，从而提高发动机进气效率，弥补活塞发动机在高空中损失的功率。事实上，与BMW 801相比，BMW 802最大的亮点便在于双涡轮增压器技术的引入。而BMW P.8011实际上是在BMW 802的基础上增大冲程、扩大缸径的衍生型，BMW希望它能达到2800～2900马力的最大起飞功率。

Project W/ BMW P.8011机体结构示意图。在本质上来讲，谭克博士实际上是用最小的机体结构来容纳BMW 802/BMW P.8011，所以Project W的机身截面是结构尽可能紧凑的圆形，至于滑油冷却器与增压器进气口则都被安排到了翼根。

Project W/ BMW P.8011三面图。与相对平庸的Project W/ BMW 802相比，人们明显对超现实的Project W/ BMW P.8011更感兴趣一些。

然而，后来的实践证明，BMW 对于BMW 802项目寄予的希望过高，这也为整个Project W项目的失败埋下了伏笔。首先，由于星型发动机的缸头朝外，每个气缸分别进气/排气，这就必须为每个气缸的排气回路分别安装废气涡轮。如果算上BMW 802自身的双排汽缸设计与后面的冷却风扇，作为一台活塞发动机BMW 802在达到超强性能的同时，其复杂性与成本也是空前的。简单地说，由于复杂性的攀升BMW 802失掉了气冷发动机结构简单、可靠性高的最大优势。另一方面，虽然BMW自信能够完成这个复杂性令人头疼的设计（德国人向来嗜好挑战机械设计的复杂性），然而另一个拦路虎却是德国人无论如何无法忽视的。实际上，涡轮增压器在结构上和涡轮喷气发动机的涡轮段非常相似，因此对材料的机械性能上要求上较高。在整个二战中，除了美英外，所有各主要工业国家都因耐热合金技术不过关而在涡轮增压器上基本无所建树，德国人很不幸地也卡在了这里。对于BMW的工程师们来说，他们想制造二级二速涡轮增压器已经很久了，但就是在耐热合金的问题上面始终无法得成正果。1942年3月，当德国人好不容易解决了压缩机的材料问题后，才发现相关的管线也需要同样耐热等级的材料。结果虽然造出了原理样机，但对于BMW 802/BMW P.8011的整体实用化进程却一直无法产生关键性突破，这就使Project W项目举步为艰。纵观整个二战，德国人的涡轮增压技术一直就没有过关，BMW 802好歹还算是造出了工程样机，BMW P.8011却只是停留在图纸上。

不过，虽然BMW 802/BMW P.8011是Project W项目的核心，但如果暂时抛开动力装置方面的瓶颈性问题，而从整体上打量Project W，便会发现这是一架全面超越了Fw 190原始设计的航空工程杰作。Project W项目的机身采用了新的点焊技术，这使得该机可以采用更坚固、更重的全铝蒙皮，可以更有效的承受在航母上急速起降带来的冲击，经受战斗中的伤害。全硬壳结构的飞机机体都很坚固，采用点焊技术后机身更是光滑。为了充分利用发动机的强大功率，ProjectW项目的可变距螺旋桨直径达到3.8米，这就势必提高起落架高度，才能使螺旋桨不至于擦到地上。对此谭克博士匠心独具，推出了一种类似于Ju 87的独特倒海鸥翼布局。这种设计可以一举解决两方面的问题。根据谭克博士的风洞测试结果，从侧下方插入机身的上段机翼与机身呈 30度夹角，这样从机翼上下分离的气流流到后部机身时，产生的诱导阻力最小，这种布局很好地结合了中翼布局低阻的优点。此外，这种设计还可以使用比直翼设计短很多的起落架，这样设在机翼结构中的起落架舱室可以小一些。而且由于起落架不会占用太多空间，还可以在机翼中加装油箱，容纳更多的燃料以增大航程，可谓一举两得。

Project W/BMW 80主要性能数据表

Project W/BMW 802的发动机整流罩结构示意图。

Project W/BMW 802三面图

Fw 190D“多拉“尽管使用了容克斯 Jumo 231A-1液冷对置发动机，不过由于发动机整流罩内安装了环状散热器的缘故，所以无论Fw 190D系列实际安装了什么类型的发动机，从外表看也都像是星型气冷发动机的样子，对于整架飞机的气动外形特征并没有任何实质上的改变。虽然Fw 190系列因为粗大的机头外形而被指责增加了阻力，但事实上，采用气冷发动机的飞机只要配合良好的发动机罩形状，完全可以利用喷出的高温热空气产生更大的推力，从某种程度上抵消正面阻力大造成的损失。

在这方面，谭克博士手下的工程师们可谓煞费苦心——福克·沃尔夫公司的工程师们为Project W重新设计了一种结构新颖的发动机整流罩。这种整流罩不但能把BMW 802正面凹凸不平的表面遮挡住，而且实际上还是发动机前的环形翼。可在提供附加升力的同时大大降低阻力，并把空气流向圆心集中，改善曲轴的冷却。另外，该设计还能够利用向后喷射的发动机废气射流提供一些额外的推力。

然而，这个设计精妙的整流罩对整个发动机的冷却效率却带来了损失。这是由于遮挡在整流罩后的汽缸组必须用专用的冷却风扇辅助冷却。在空中飞行的时候还好，着陆后自然的迎风气流没有了，全靠冷却风扇冷却。这就使BMW 802/BMW P.8011所面临的过热问题可能比BMW 801更为严峻。尽管BMW宣称已经通过改进汽缸体的铸造工艺完全解决了散热问题，而且从生产出来的BMW 802工程样机来看，其缸头是整体铸造的，外壁的散热片排布得相当紧密（比BMW 801增加了近一倍散热片），但飞起来后的整体散热效果究竟怎么样，显然不能只看汽缸体的散热片铸造工艺如何精湛。

虽然由于BMW 802/BMW P.8011的举步维艰，Project W项目最终在1943年7月流产，但好在谭克博士花在Project W项目上的心血并没有白费。后来这个设计在改头换面后发展成了号称二战中活塞式战斗机颠峰之一的Ta 152。谭克博士在Project W项目中吸取到的最大教训便是，如果打算设计一种高低空通吃的顶尖战斗机，不能将希望完全寄托在成熟的涡轮增压技术加星型发动机上，可以转向V形液冷型号。这其中的道理很简单——星型发动机的缸头朝外，所以每个气缸分别进气，分别排气；而直列或 V 形发动机的缸头一字排开，可以用汇流装置（Manifold）统一进排气，所以只需要一套集中的机械增压或涡轮增压装置就可以了。这样可以大大简化系统，提高效率。而且从高空性能来说，直列或 V 形发动机也比发动机有利，而我们在Ta 152高空战斗机身上所看到的变化，正与此论断完全一致。