Variantes do Supermarine Spitfire: especificações, desempenho e armamento - Supermarine Spitfire variants: specifications, performance and armament

K9795 , a 9ª produção Mk I, com 19 Esquadrão .

Spitfire LF Mk Vb do 316 (polonês) Esquadrão "Warszawski" . Este Spitfire tem o motor Merlin série 45 "cortado" e as asas "cortadas".

O British Supermarine Spitfire foi um dos caças mais populares da Segunda Guerra Mundial . A fuselagem básica provou ser extremamente adaptável, capaz de suportar motores muito mais potentes e cargas muito maiores do que seu papel original como interceptador de curto alcance permitia. Isso levaria a 24 marcas de Spitfire, e muitas sub-variantes dentro das marcas, sendo produzidas durante a Segunda Guerra Mundial e além, em esforços contínuos para cumprir os requisitos da Força Aérea Real e combater com sucesso aeronaves inimigas cada vez melhores.

O Spitfire também foi adotado para serviço em porta-aviões da Marinha Real ; nessa função, eles foram renomeados como Supermarine Seafire . Embora a primeira versão do Seafire, o Seafire Ib, tenha sido uma adaptação direta do Spitfire Vb, variantes sucessivas incorporaram o fortalecimento necessário da estrutura básica da fuselagem e mudanças de equipamento para sobreviver ao exigente ambiente marítimo. Como resultado, as variantes posteriores do Seafire eram geralmente mais pesadas e, no caso das séries Seafire XV / XVII e F. 47, eram aeronaves muito diferentes de suas contrapartes terrestres.

É notável que ao longo de todo o processo de desenvolvimento, que ocorreu ao longo de doze anos, de 1935 a 1948, não houve falhas notáveis ​​do projeto básico: este é um verdadeiro testamento ao gênio original de Reginald J. Mitchell , seu sucessor Joseph Smith e as equipes de design que eles lideraram.

Os motores Rolls-Royce Merlin e Griffon

Um fator chave que permitiu o desenvolvimento contínuo do Spitfire foi o desenvolvimento de motores progressivamente mais potentes e aprimorados, começando com o Rolls-Royce Merlin e progredindo para o maior e mais poderoso Rolls-Royce Griffon . A evolução dos combustíveis de aviação de alta octanagem e designs aprimorados de superalimentadores permitiram à Rolls-Royce extrair quantidades crescentes de energia dos mesmos designs básicos. Por exemplo, o Merlin II e III que impulsionou o Spitfire I produziu um máximo de 1.030 hp (770 kW) usando o combustível de aviação de 87 octanas que estava geralmente disponível de 1938 a 1941; desde o início de 1940, o aumento do suprimento de combustível de 100 octanas permitiu que a potência máxima fosse aumentada para 1.310 hp (977 kW) com um aumento da pressão de alimentação do supercharger, embora por um limite de tempo máximo de 5 minutos. Em 1944, os combustíveis 100/150 habilitaram o Merlin 66 a produzir 1.860 hp (1.387 kW) em baixas altitudes em marcha FS.

Superchargers de estágio único

Dependendo do supercompressor instalado, os motores foram classificados como baixa altitude (por exemplo, Merlin 66, Griffon III), onde o motor produziu sua potência máxima abaixo de cerca de 10.000 pés (3.000 m), altitude média (Merlin 45), onde o motor produziu seu potência máxima de até cerca de 20.000 pés (6.100 m) e altitude elevada (Merlin 70), onde o motor produziu sua potência máxima acima de cerca de 25.000 pés (7.600 m). Como resultado, os prefixos que foram usados ​​na maioria das variantes posteriores do Spitfire LF, F e HF indicavam se os motores instalados eram adequados para baixa, média ou alta altitude. O uso desses prefixos não mudou de acordo com as asas, que poderiam ser equipadas com pontas "cortadas", reduzindo a envergadura para cerca de 32 pés 6 in (9,9 m) (isso pode variar ligeiramente), ou as pontas "pontiagudas" que aumentou a envergadura para 40 pés 2 pol. (12,29 m).

Spitfire F Mk XIIs de 41 Sqn. Os Griffon IIs ou VIs usaram um superalimentador de estágio único gerando potência máxima em baixas altitudes. Estas aeronaves têm asas "cortadas" otimizadas para uso em baixa altitude

Os designs originais dos motores Merlin e Griffon usavam supercompressores de estágio único. Para motores equipados com um supercompressor de estágio único, o ar forçado através da entrada de ar do supercompressor foi comprimido pelo impulsor do supercompressor . No caso das séries Merlin II / III, XII e 40, à medida que o ar era comprimido, ele era misturado ao combustível que era alimentado por um carburador SU antes de ser alimentado nos cilindros do motor . O Merlin III produziu 1.030 hp (770 kW) a + 6¼lb / in² (43 kPa ) de "boost" (o "boost" é a pressão à qual a mistura ar / combustível é comprimida antes de ser fornecida aos cilindros). A limitação do superalimentador de estágio único era que a potência máxima caía rapidamente à medida que altitudes mais altas eram atingidas; como a pressão do ar e a densidade do ar diminuem com a altitude, a eficiência de um motor a pistão cai devido à redução no peso do ar que pode ser aspirado para dentro do motor; por exemplo, a densidade do ar a 30.000 pés (9.100 m) é 1/3 daquela ao nível do mar , portanto, apenas 1/3 da quantidade de ar pode ser puxado para o cilindro e apenas 1/3 do combustível pode ser queimado .

Pode-se pensar em um superalimentador como aumentando artificialmente a densidade do ar ao comprimi-lo - ou forçando mais ar do que o normal para dentro do cilindro toda vez que o pistão se move para baixo.

Supercompressores de duas fases e duas velocidades

A mudança mais fundamental feita nos últimos motores Merlin (séries 60, 70, 80 e 100) e Griffon (séries 60 e 80) foi a incorporação de um supercompressor de dois estágios e duas velocidades, que proporcionou um aumento considerável na potência , especialmente em altitudes mais elevadas. Dois estágios referem-se ao uso de dois impulsores em um eixo de transmissão comum, constituindo dois supercompressores em série. Conforme o ar era puxado pela entrada de ar, o combustível era bombeado para a corrente de ar pelo carburador. O impulsor de primeiro estágio comprimiu a mistura de ar-combustível e esta foi então alimentada para o impulsor de segundo estágio menor que comprimiu ainda mais a mistura.

Os impulsores eram acionados por uma caixa de câmbio de duas velocidades operada hidraulicamente. Em altitudes baixas a médias, o superalimentador estava em Supercharger moderado ou marcha MS (isso se referia à engrenagem e, portanto, à velocidade na qual os impulsores estavam operando). Uma vez que a aeronave alcançasse e subisse através de uma altitude crítica definida (20.000 pés (6.100 m) para as séries Merlin 61 e 70), a potência começaria a cair conforme a pressão atmosférica (a densidade do ar) diminuísse. Conforme a altitude crítica foi ultrapassada, uma cápsula aneróide operada por pressão operou a caixa de câmbio, que mudou a velocidade para Full Supercharger (FS) , o que impulsionou os impulsores mais rápido, comprimindo assim um maior volume da mistura ar-combustível.

Um resfriador intermediário foi necessário para impedir que a mistura comprimida ficasse muito quente e inflamasse antes de atingir os cilindros (batida de pré-ignição) ou criando uma condição conhecida como batida ou detonação . O intercooler, que era separado do sistema de refrigeração do motor, com fornecimento próprio de glicol e líquido refrigerante, era montado no sistema de indução, entre a saída do supercompressor de segundo estágio e atrás dos blocos de cilindros. A mistura de ar quente e combustível do superalimentador foi circulada através dos tubos do refrigerante e então passada para o coletor de indução principal, através do qual foi alimentada para os cilindros. O resfriador intermediário também circulou o refrigerante através das passagens no invólucro do superalimentador e entre os impulsores. Finalmente, um radiador extra (montado no duto do radiador de estibordo sob a asa do Spitfire) foi usado para dissipar o excesso de calor de carga do intercooler.

Spitfire Mk VIII. Motor Merlin 63, 66 ou 70 com um supercompressor de dois estágios e duas velocidades.

Com o supercompressor de dois estágios e duas velocidades, dois conjuntos de classificações de potência podem ser citados. Como exemplo, a potência máxima gerada pelo Merlin 61 foi de 1.565 hp (1.167 kW) a 12.250 pés (3.730 m) ( altitude crítica ) na velocidade MS, usando + 15 lb / in² "boost". A engrenagem FS exigia aproximadamente 200 hp (149 kW) para dirigi-la. Como resultado, a potência máxima gerada pelo Merlin 61 em FS foi de 1.390 hp (1.036 kW) a 25.900 pés (7.900 m) usando + 15 lb / in² de aumento. O Merlin 66 usado no LF Mk IX produziu um pouco mais de potência, mas devido ao uso de relações de engrenagem ligeiramente diferentes acionando impulsores menores, as classificações de altitude crítica dos estágios do superalimentador foram mais baixas, 7.000 pés (2.100 m) e 18.000 pés (5.500 m ) respectivamente. Em contraste, o Merlin 70, que foi otimizado para voos de alta altitude, tinha altitudes críticas de 14.000 pés (4.300 m) (MS) e 25.400 pés (7.700 m) (FS). (Ao contrário dos motores Merlin, os Griffons usavam supercompressores que foram projetados para atingir o desempenho máximo em uma faixa de altitude mais ampla; como tal, não havia variantes LF ou HF Spitfire com motor Griffon.)

Carburadores

As variantes de produção originais do Merlin usavam um carburador SU manufaturado no qual o fluxo de combustível era medido por meio de um flutuador. Na maioria das circunstâncias, isso provou ser suficiente, mas durante as batalhas aéreas sobre Dunquerque e durante a Batalha da Grã - Bretanha , foi descoberto que sempre que o Merlin era submetido a forças "g" negativas, como um rápido "golpe" em um mergulho, o motor perderia energia por um breve período devido à fome de gasolina. Isso acontecia porque a gasolina na bóia estava sendo jogada para longe do tubo de alimentação para o superalimentador. O motor Daimler-Benz DB 601 com injeção de combustível deu ao Bf 109 uma vantagem especial sobre o motor equipado com carburador; nenhum Spitfire poderia simplesmente "desviar" e mergulhar para longe de um oponente como o 109 fazia. O remédio, inventado por Beatrice "Tilly" Shilling , era encaixar um diafragma de metal com um orifício nas câmaras do flutuador. Em parte, curou o problema de falta de combustível em um mergulho. O dispositivo era comumente referido como 'Orifício da Srta. Shilling'.

A solução completa foi usar o carburador de pressão Bendix-Stromberg , que permitia uma dosagem mais precisa da quantidade de combustível usada pelo motor e evitava a falta de combustível. Este novo carburador foi usado na série Merlin 66 e em todos os motores Griffon. Nestes motores, o carburador injetava combustível a 5 psi através de um bico direto para o supercompressor e a mistura de ar comprimido com combustível era então direcionada para os cilindros. O desenvolvimento final foi o carburador de injeção SU, que injetava combustível no supercharger usando uma bomba de combustível acionada em função da velocidade do virabrequim e das pressões do motor; embora tenha sido instalado nos Merlins da série 100, que não eram usados ​​nos Spitfires de produção, ele foi usado nas séries Griffon 60 e 80.

Spitfire F.24 de 80 Squadron. Esta foi a marca final do Spitfire movido por um Griffon 85 conduzindo uma hélice Rotol de cinco pás.

Medições de pressão de reforço

Os britânicos mediram a pressão de impulso em lbs./sq.inch (ou psi) acima do valor nominal da pressão atmosférica ao nível do mar. Uma leitura de +6 significava que a mistura ar / combustível estava sendo comprimida por um soprador do supercompressor para 20,7 (número arredondado) psi antes de entrar no motor; +25 significava que a mistura ar / combustível estava sendo comprimida para 39,7 psi - 14,7 psi de pressão atmosférica adicionada à pressão de "reforço" de 25 psi.

Assistência a jato Ram

Em uma tentativa de aumentar o desempenho do Spitfire Mk1 em maio de 1940, os cientistas da RAe (incluindo Hayne Constant ) desenvolveram um 'duto propulsor'. Este era basicamente um simples jato de aríete, alimentado por gasolina, utilizando o efeito Meredith . Ele foi alojado em um duto de 48 por 30 por 15 polegadas (122 cm x 76 cm x 38 cm) de profundidade montado na linha central da fuselagem e se assemelhava a um terceiro radiador. Testes de bancada mostraram que o aumento na velocidade não foi significativo e o dispositivo não foi testado em vôo. Em 1943, a ideia foi reconsiderada como um contraponto à ameaça do V1 . Aeronaves como Hawker Tempest e Gloster Meteor não estavam amplamente disponíveis e o Spitfire só seria capaz de interceptar em um ataque de mergulho. AD Baxter e CWR Smith em Farnborough revisaram o trabalho de 1940 e concluíram que era prático, mas problemas com arrasto e perda de pressão foram encontrados e o V1 foi derrotado antes de serem resolvidos.

Dimensões, desempenho e armamento

Devido às muitas diferenças nos Spitfires de produção, o desempenho pode variar amplamente, mesmo entre aeronaves com o mesmo número Mark . Fatores como peso, acessórios externos, estrutura e condição do motor, entre outros, influenciaram o desempenho de uma aeronave. Por exemplo, mesmo danos relativamente menores nas bordas de ataque das asas podem reduzir drasticamente a velocidade máxima. Os números de desempenho e medições de peso mais confiáveis ​​vieram dos testes realizados durante a Segunda Guerra Mundial pelo Airplane & Armament Experimental Establishment (A & AEE) com base em Boscombe Down .

Primeiros motores Merlin

Merlin e Griffon atrasados

Seafire

Referências

Notas de rodapé

Citações

Bibliografia

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