杜立特的魔法:“喷火”喝了美国特殊汽油,让德国战斗机怀疑人生
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杜立特的魔法:“喷火”喝了美国特殊汽油,让德国战斗机怀疑人生

二战初期,“喷火”式的平庸性能曾经被德国飞行员轻视。尤其是在1940年的法国战场,德军的Bf-109比英国的“喷火”、“飓风”飞得更快更高,加速性也更好。

德国飞行员就是带着这种优越感开始参加英伦空战,然而他们赫然发现,“喷火”战斗机突然完全不一样了!

辛烷值100燃油的威力

德国梅塞施密特Bf-109往往在8000米高度以上掠过英吉利海峡,在这个高度上,德国战斗机一直拥有绝对的性能优势。然而,当“喷火”式战斗机以大编队的方式从更高位置冲过来时,德军飞行员是震惊的。

不仅如此,英国战斗机在随后的格斗中,表现出更快的俯冲和爬升速度,几乎不逊于梅塞施密特飞机。遭到惨重损失的德国空军一致认为——“这不是我们在法国遇到的战斗机!”其实,里面的关键原因就是英国战机使用了美国提供的辛烷值100燃料。

从1940年初开始,美国开始向英国供应辛烷值100的高标号汽油,大幅提高燃料抗爆震能力,从而匹配了“灰背隼”(梅林)活塞发动机的紧急增压功能。由此,“喷火”式所用的“灰背隼III”(额定功率1030马力)能够在五分钟内将最大功率提高到1310马力,使得海平面最大速度提升了40公里/小时,3000米高度的最大速度提升了55公里/小时,同时极大提升了不同高度时的爬升性能。

这样,“喷火”式就从仅是低空水平机动性不错的平庸战斗机,蜕变为几乎各项全能的王牌战机!这个重大改变,也正好赶上了英伦空战。

这就是高标号航空燃料的优势!相比之下,整个战争期间德军战斗机大多只有辛烷值89的燃油,而日本飞机的燃油标号从来超过87,从而大大限制了德日发动机的潜力。

当然,即使日本战斗机临时加了辛烷值100的汽油,也未必能立刻提升性能。只有先修改发动机的一系列设计,增加压缩比才能发挥高辛烷值燃料的作用。所以,英国的“灰背隼”发动机和美国高辛烷值汽油,在设计上是互相配合的关系,这样才能避免了“先有鸡还是先有蛋”的悖论。

解开这个悖论,创造出“高辛烷值魔法”的关键人物,就是美国航空界的传奇——吉米·杜立特 (Jimmy Doolittle) 。这个杜立特,正是后来驾驶B-25从航母上起飞、轰炸东京的杜立特,他后来还在北非创造“棕榈日空中大屠杀”,扭转了北非空中局势,将德国非洲军团逼入绝境。

杜立特和“鸡生蛋”悖论

1935年,美国陆军航空兵军官吉米·杜立特一度离开军队,在壳牌石油公司担任航空燃料经理。杜利特可能是第一个兼顾航空工程师和飞行员身份的美国人,他还拥有麻省理工学院航空工程学士学位,这也是有史以来第一个此类学位。

壳牌公司慧眼识珠,将他从美国陆军中挖角出来,任务是开发用于军用和民用的航空燃料,并成为壳牌面向军方的公众形象代言人。然而,杜立特加入壳牌后,却借机解决了一个从来无人意识到的重大问题。

作为资深飞行家,杜立特希望美国拥有世界上速度最快、飞行高度最高的飞机。他去过德国,看到德国空军的飞机使用戴姆勒和宝马的燃油喷射发动机,体会到了科技对发动机性能提升的重要性。他也找到了其中最关键的一个环节,就是高辛烷值汽油。

那么为什么航空汽油的辛烷值很重要呢?

简单来讲,内燃发动机中的空气-燃料压缩比越高,发动机效率越高。但是,过度压缩的燃料分子之间会因为摩擦而自行引发“爆震”,从而增加发动机磨损并夺走发动机的功率。因此,汽油会添加四基乙铅等添加剂制成抗爆汽油,普通的87号抗爆汽油可以实现8:1的压缩比,但杜立特希望发动机压缩比提升到12:1,这样就需要一种挥发性更低的燃料,也就是100号(辛烷值100)的航空汽油。

当时,飞机和汽车都使用相同等级的汽油。由于价格低廉的原因,不管是航空发动机还是车辆发动机设计师,都只想到使用辛烷值为87的普通抗爆汽油。对于军方而言,飞机和车辆使用相同燃料,也有利于运输和供应链的简单化。然而,这种思想却严重限制了航空器在速度、爬升率、最大起飞重量等各方面性能的进一步提升。

因此,杜利特直观地了解到,飞机发动机的发展已遭受到“先有鸡还是先有蛋”的悖论。因为高标号汽油和发动机是匹配的关系,研制工作必须同时展开。

当时的美国发动机制造商,如艾利森和普惠公司,在尚没有人生产高标号燃料的情况下,不会提前花费数百万美元来设计和制造性能更好的高压缩比发动机。另一方面,像壳牌这样的石油公司也没兴趣耗费巨资建造特殊的精炼厂,白白为别人提前准备高标号燃油,因为高抗爆震汽油用在普通发动机上一点额外好处也没有,反而降低了燃烧效率。

为了解决这个“鸡和蛋悖论”,杜立特尔索性主动出击。他加入壳牌石油公司后,利用职务关系,开始耗费上百万美元制造这种尚未有人制造的高标号燃料。然而,他的远见并未得到广泛认同。在壳牌石油公司内部,该项目被嘲笑为杜立特的“百万美元大错”。

另一方面,杜立特利用军方关系,花费大量时间游说美国国会和陆军采用辛烷值100燃料标准。到了1938年,杜立特获得了成功!美国陆军终于采用了辛烷值100标准。但是,杜立特尔又遇到一个新问题:如何让美国政府能够承受的制造辛烷值100汽油的制造成本?

法国技术降低了高辛烷值汽油成本

辛烷值100燃料的初始实验配方需要非常昂贵的精炼过程,燃料价格高达25美元/加仑,而当时普通汽油的价格仅仅20美分/加仑!所以,早期从原油中“裂解”制造高辛烷值汽油的方法是一种浪费,并且会产生副产品,例如会堵塞发动机的烯烃。后来,杜立特等人找到了一个解决方案,但来自一个不太可能的地方,那就是法国。

尤金·霍德利 (Eugene Houdry) ,一战期间的法国坦克部队军官,曾因英勇作战被授予十字军勋章和法国荣誉军团骑士勋章。战后,尤金·霍德利对法国石油依赖进口表示忧心忡忡,作为机械工程专业的工程师,他通过实验研制出了用褐煤合成汽油的技术,从而成为了合成燃料的先驱。通过努力,尤金·霍德利实现了每天从煤中生产60吨汽油的成绩。

然而,合成燃料的成本仍然明显高于进口汽油,法国政府认为此举是不合算的,撤回了对尤金·霍德利的资助。结果,法国政府在第二次世界大战中为自己的短视付出了代价。

失意的尤金·霍德利接受了美国真空石油公司(后来成为标准石油公司)的邀请,搬家到了美国。美国企业借助于他的燃料合成技术,大大降低了高辛烷值汽油的制造成本,杜立特面对的难题也迎刃而解。

二战初期,美国每个月还只能生产4万加仑的辛烷值100汽油,但是随着越来越多工厂的加入,到了1944年月产量已经提高到了40万加仑。而高辛烷值汽油的最早使用者,就是英国皇家空军。

英国没有能力生产高辛烷值汽油,但“灰背隼”发动机很早就考虑到了使用高辛烷值汽油的设计。因此,当1940年美国高辛烷值汽油到货后,“喷火”战斗机直接就可以使用,并以肉眼可见的速度提升了战斗力。

不仅是“喷火”,英国空军的“飓风”、“海怒”、“暴风”等战斗机,以及美国的“野猫”、“闪电”、“海盗”、“野马”、“雷电”等等战斗机统统配备了可使用高辛烷值汽油的发动机,结果就是美英战斗机占据了先天的动力优势。相比之下,德国的89号汽油,日本的87号汽油相形见绌,直接导致了轴心国战斗机丧失了制空权。

后来日本曾流传一些虚假故事,声称日本战斗机在战后用美国高辛烷值汽油进行测试,飞行速度大幅提升(以此证明日本战斗机的设计高明),但这事是根本不可能发生的。

因为高辛烷值汽油的意义是提升抗爆性能,只有在专门设计(压缩比达到12:1)的发动机上才有用,日本战斗机的原发动机无法实现高压缩比带来的功率提升,使用了反而会降低性能(因为燃烧效率降低)。否则,杜立特费心解决的“鸡生蛋、蛋生鸡”问题,就不会成为问题了。

在这里我们可以认为,在多个关键事件中做出贡献的吉米·杜立特,绝对是对二战历史影响最大的人物之一。(作者:陶慕剑)

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