1945年8月15日,日本在东京湾衣阿华战舰上宣布接受《波茨坦公告》,无条件投降,持续六年的世界反法西斯战争终于取得了全面胜利,史称“终战日”。出于军事需要,战争期间世界各国(尤其是欧美)的航空工业均取得长足发展,很多当时研究的技术在战后转为民用或发散到其它领域。在8月15日这个特殊的纪念日里,汽车华尔街策划了一组特殊的选题,我们将带大家了解那些诞生在战争中、又服务于和平年代的科学技术。
愿世界和平
对于喜爱性能的人来说,turbo是个让人又爱又恨的词。爱它,因为它能够在有限的排量内,爆发更大更惊人的动力;恨它,因为它减少了大排量自然吸气所带来的快感。
涡轮增压的原理也没什么复杂的,大家都知道活塞发动机需要靠活塞运动压入空气,燃烧燃料来为机体提供动能。而涡轮增压就是把空气提前压缩,这样就可以始更多的空气进入气缸辅助燃烧,增强功率。
听不明白吗?简单说吧,就是加大了前戏的力度让活塞运动进行得更爽——这样总可以了吧!
真是的,人家好歹一把年纪了,说出去也是德艺双馨,非得逼人家开车。
和ABS系统一样,涡轮增压技术最早也是用在飞机上的。
19世纪末,人类能hold住的飞机大部分都是使用活塞发动机的螺旋桨飞机,飞着飞着出现了问题:飞得越高空气越稀薄,发动机压入的空气不够,动力下降,飞机就像火鸡一样稀里哗啦地往下掉。
工程师一看这可不行啊,飞机和飞行员都是钱烧出来的,死于缺氧可太憋屈了,而且返修率太高都影响我的KPI了。
想辙吧。
不久之后的1905年,瑞士工程师Alfred J Buchi(阿尔佛雷德·J·波西)博士首先提出了涡轮增压的设想,并且很快申请到德国的“动力驱动轴向增压器”专利。
Alfred J Buchi博士
涡轮增压的提出其实是动力发展史上很重要的一页,但显然汉语世界并没有意识到这一点——在百度里搜索阿尔佛雷德·J·波西,出来结果最多的居然是王尔德和他的同性小情人阿尔弗雷德·道格拉斯爵士的风流情史,而且有的还描写得很黄暴(别问我怎么知道的),这真是……太超速驾驶了。
1914年一战爆发,欧洲的航空工程师们先后在自家战机上试验涡轮增压技术,取得了初步的成功。1918年,哪哪都有他的搅屎棍美帝又不甘寂寞地出现了,美国工程师在著名的“自由”V12缸航空发动机上安装了涡轮增压器,使得飞机发动机的功率大大提升。
二战时期由凯迪拉克代工生产的艾利逊V1710活塞式航空发动机
一战之后没消停多久,二战又轰轰烈烈地开撕。在此期间,美国在大功率涡轮增压航空发动机技术上取得了巨大突破,生产出了一系列超级强悍的航空发动机,比如R1820、R2800和艾利逊V1710等等。这些发动机让美国的战斗机和轰炸机有如挂逼附体,指哪打哪,实力碾压。后面你们都知道了,装备优良的美军为反法西斯斗争的最终胜利起到了决定性的支撑作用,战后美帝也靠着战争红利坐上了世界头把交椅。
不过话说回来,德国的工业水平在世界上也是排得上号的,德系装备也是很多国家争抢的畅销产品,为什么德军就没有在飞机上安装涡轮增压器呢?
天地良心,德军一直在研究,但从未能超越。原因就在于,制作涡轮增压器的原材料可不是随随便便大炼几年钢铁就能炼出来的,它需要几种特殊的耐热金属压成合金再进行加工。看看那些国家,德国,意大利,日本,匈牙利……看起来就不是什么矿藏丰富的地方。所以对当时的轴心国成员来说,大规模列装涡轮增压器是十分困难的事情。别说轴心国了,纵观二战期间的全世界,也就只有美国足够财大气粗,用起涡轮增压来像不花钱似的。
车用涡轮增压器结构示意图
二战结束后,随着涡轮喷气发动机的流行,活塞式航空发动机渐渐地淡出航空领域,不过并没有就此销声匿迹,而是被汽车工程师捡到宝一样拿走了。汽车工程师们觉得飞机上淘汰的玩意改吧改吧应该能用在汽车上吧,于是1961年,欧洲工程师开始往汽车上装增压器。但是由于增压器刚从飞机上下来有点水土不服,最开始的效果并不是特别理想。
第一款装备涡轮增压发动机的汽车Jetfire Rocket
到了1962年,有钱有闲的美国人又出来抢镜了——通用开始在其量产车型Oldsmobile Jetfire Rocket上装涡轮增压发动机。不过由于这台车的原装V8发动机和涡轮增压器合作得不是很愉快,增压器的部件经常被烧毁,搞得车主经常也不是很愉快。
萨博99
而来自瑞典的已经千古的汽车品牌萨博,第一次把成熟的涡轮增压技术真正应用到汽车上。在1977年问世的萨博99汽车上装备的2.0升涡轮增压发动机,功率提高了23%,扭矩提高了45%。萨博99的诞生宣告了汽车产业一个新时代的诞生:涡轮增压技术改写了“排量大小决定功率”的传统概念。时至今日涡增压技术轮仍是提高发动机动力最有效的方法之一,被广大汽车厂商所采用。
凯迪拉克LGW 3.0TT发动机
随着科技的进步,涡轮增压器已经变得部件更少、体积更小、转速更高,空气压缩比更优。随着新的耐高温材料、新的平衡技术和微量润滑油轴承系统及全新电子控制的使用,涡轮增压器这诞生在航空发动机的技术对于今后的汽车还同样起着重要的作用。
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