WWII航空機エンジン

航空力学もエンジンの構造や知識もない私ですが、少しWWIIの航空機のエンジンについて考えてみたいです。
車のエンジンオイルを点検しようとしてオートマオイルを見て、何で赤いんだ!?というようなド素人です。(´∀`*)ウフフ

大きく分けて空冷エンジンと液冷エンジンがあり、空冷星型と液冷はV型エンジンなんでしょうか?
どちらも甲乙つけがたく、利点と欠点があります。
空冷だと、シリンダー数を増やすことによって径が大きくなり空気抵抗が増えます。
液冷だと多少の大きさは増えますが、どちらかと言うと長くなります。

新エンジンを置き換え改造をするにあたって
空冷だとエンジン径が変わるので再設計が必要です。
液冷だと、ポン乗せが可能のようですが、重量の増加や機首が伸びること、機体強度面から考えると、再設計の必要があります。
ちょっとしたパワーUP程度なら液冷有利ですが、いつかは再設計しないといけないので、それほど差はないと思います。
重心位置から考慮すると、首を長くするのには限界あるので、段々大型化してくると機首が細いメリットも失われてくるからです。

高高度を飛ぶ場合
空冷だと冷却する空気量が減るので冷却効果が落ちて不利のような気がします。
液冷だと空冷よりかは冷却に有利ですが、吸入空気量が減るので温度は少なからず上がる物ではないのでしょうか?
エンジンの冷却が大事で、温度が上がってしまうとパワーダウンしてしまうんです。
ただ、冷却だけではなく、吸入空気量の調整が大事で、過給機の性能や、ある程度オート機能あるでしょうが、コンピューターのない時期ですので、人力で微調整する必要はあるかと思います。

格闘戦する場合
急激な上昇や下降、急旋回など、Gがかかる運動にエンジンも影響受けると思います。
各シリンダーの圧縮比など変化出てもおかしくないですよね?
それに空気抵抗が大きい空冷の方が、最高速度が同じ機体ならパワーに勝る空冷の方が、減速と加速に優れると思います。
プロペラの性能にもよるので、簡単に結論付ける事もできませんが・・・。
それに冷却装置が不要な空冷の方がはるかに軽いんです。
軽さは、とても大事で、疾風はプロペラ径を抑えてでも脚を短くして軽量化してますし、コルセアの逆ガルウイングも同じ考えからの物だと思います。
あの時代、エースでもなるべくドッグファイトは避けるべきだ、と言っているように、一撃離脱の先制攻撃が主体なんだと思います。
しかし、ドッグファイトの性能は現代の戦闘機でも軽視されることなく大事な分野であることだけは忘れないで欲しいです。

機銃の搭載位置
空冷だと空いたスペースから機首に機銃を搭載が楽だと思います。
機首に機銃がある方が、はるかに狙いやすいそうです。
ですが、プロペラもあり構造的に難しく、機銃がある狭い空間には空気の流れ込む量が減ると思いますので、その付近のシリンダーの冷却は大丈夫なのか?少し疑問です。
しかし、センター近くに重量物があるほうが機動性には良い筈です。
液冷だと、折角機首を絞ったのに機銃で空気抵抗増やすのは、どうかと思います。
メッサーみたいにシャフトに機銃つけるのもアリですが、シャフトの長い液冷エンジンのシャフトには、難しそうです。
だんだん高火力が必要になってきて、何処の国も主翼に機銃を装備しなくてはならなくなってきたので、機銃の搭載でのエンジンの差はないと思います。
主翼に重量物、日本やアメリカには燃料タンクもあるので、機動性が落ちると思います。
当たり難いので多門装備することになり、機体強度も必要になりますし、また重くなる・・・なんだか悪循環ですね。

過給機の違い
日本とドイツは、今で言うスーパーチャージャーのような過給器だったようです。
これだと燃料の圧縮比を上げてパワーUPさせる必要が出てくるのと、この2国は燃料の品質面で不安があり、圧縮費を上げるには高品質なガソリンが不可欠だったので、おもしろい感じですね。
それと水エタ噴霧装置みたいな物を使っています。
空気吸入口に吹きつけ、吸入空気の冷却でエンジン温度を下げる事と、水の気化による膨張を利用してピストンを動かす手伝い?ホンダのVテックみたいな感じでしょうか?ターボがないので、こういう手法を取ったのでしょうね。
その代償として、エンジンの耐久性が落ち、ただでさえ品質が落ちて不良率が増えている中、これを使わなければならなかったという所にも、おもしろさが見えます。
イギリスとアメリカは、ターボだったと思います。
ターボだと燃料の圧縮比を下げる傾向にあり、ブースト圧を上げると思います。
常時フル回転のような使い方が多いので、たぶんドッカンターボではないか?と推測で話しています。
これは、ターボの方が優れてるんじゃないかな?と個人的に思います。

排気管
日本とドイツだと、ターボないので集合排気管にはせず、後期のは推進式排気管なる物を使っています。
排気で推力??と疑問に思いますが、これで速度UPしてるのは本当なのですが、よく原理がわかりません。
空気抵抗という説もありますが、従来みたいにポンと排気管の断面が見えている排気管よりも、機体の受ける空気の流れに沿って排気管を出した方が排気も流動する空気によって引っ張られ結果的に排気がスムーズになったのではないか?と思ってます。
ターボのように集合排気管でタービン回す方が、いいように感じますけどね・・・。

色々考えてみて、どちらが良いとは断言できず、エンジンの性能が機体性能のほとんどを占めると言われるけれど、この時期のエンジンで、航空機に使うとなると調整が凄く難しく、今のようにコンピューター管理して自動にできない為、100%の性能を引き出せる人は少ないと思います。
それができる達人だったとしても、命の奪い合いの戦闘の中で、冷静にエンジン温度の管理や空気量・燃料の比率など見ている余裕があるなら、かなり力量に差のあるパイロット同士の戦いだと思うからです。
格段の機体性能差がない限り、一番の差は、パイロットってことですな。
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Commented by yf2mllsg at 2012-04-06 22:21
wantaさん
 お久しぶりにお邪魔いたします。。。とても面白い記事をありがとうございます。お住まいが離れておりますがいつかお話できたらなと思ったりしております。。
  空冷星形VS V型水冷(液冷)大戦機マニアには楽しすぎる話題ですよね。本当に一眼には言えませんがレシプロ航空を総合判断しようとして空冷に一票かな。です。理由は大出力化(史上最大をを最終として)しようとすると プロペラの制限(大きなペラはV12では難しい)、クランクシャフトのねじり剛性と振動(長いから)、整備性と信頼性(1気筒排気量は異常燃焼と比例するから多気筒化された大きなエンジンでは空冷有利)、から
レシプロの生き残る道としては空冷星形 というところから
一票としました。 しかし結果よりいろいろ考えるのが面白かったりしています。  
 話が変わってしまいますが春休みに戦闘機の動画を作ってみました。暇人なにやってんだと言われそうなのでブログには非公開ですがもしよろしければご覧ください。。http://www.nicovideo.jp/watch/sm17365138
Commented by wanta_plane at 2012-04-07 07:19
動画見ました。面白かったです。
いやぁ~詳しいですね。英国の戦闘機は、全く知らないので勉強になりました。
たしか三菱も当時、エンジンの選定で空冷星型がベストと判断していると思います。
空冷だとシリンダーサイズを何個か用意して開発し、あとはその数や配列をかえるだけなので共通部品が多く使え量産性がいい・同条件でメンテナンスもいい・信頼性が高い・開発時間の短縮など。
鉄砲の弾でさえ、たくさんの種類があって同じ口径でも違う弾使ってた日本に言えた義理ありませんが、作る・採用となると1本に絞った方がいいんですよねぇ特に国力ないんですから。
三菱が大型化した組織になった為、軍の意向をあまり聞いてくれなくなり、軍があちこちに発注したのでいろんなエンジンができてしまったのも敗因かも。
熱田エンジンは、まあ少しくらいなら開発してもいいんじゃない?レベルとは思いますが戦時中ですから。
中島は、軍の要望飲み過ぎでいろんなタイプのエンジン作って規格かえすぎかも、量産性や信頼性のメリットがだんだん失われていきます。誉で1本に絞ろうとしてますが、時は既に遅すぎますねぇ。
by wanta_plane | 2012-03-03 15:34 | 雑談 | Comments(2)

主に飛行機の話題です。ヘッポコわんたの言うことはアテにならないけど、楽しくいきましょう。


by wanta_plane
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