بي إم دبليو 801

في ثلاثينيات القرن العشرين، حصلت شركة بي إم دبليو على ترخيص لتصنيع محركات برات آند ويتني هورنت . وبحلول منتصف الثلاثينيات، طرحت الشركة نسخة محسّنة منها، وهي محرك بي إم دبليو 132. وقد استُخدم محرك بي إم دبليو 132 على نطاق واسع، ولا سيما في طائرة يونكرز يو 52 ، التي زوّدها بالطاقة طوال معظم فترة إنتاجها.

في عام 1935، موّلت وزارة الطيران الألمانية (RLM) نماذج أولية لتصميمين شعاعيين أكبر بكثير، أحدهما من شركة برامو ، وهو برامو 329، والآخر من شركة بي إم دبليو، وهو بي إم دبليو 139. استخدم تصميم بي إم دبليو العديد من مكونات بي إم دبليو 132 لإنشاء محرك ثنائي الصفوف بـ 14 أسطوانة، بقوة 1550 حصانًا (1529 حصانًا، 1140 كيلوواط). بعد استحواذ بي إم دبليو على برامو في عام 1939، دُمج المشروعان في بي إم دبليو 801، مع الاستفادة من المشاكل التي وُوجهت في كلا المشروعين.   

كان من المُخطط أصلاً استخدام محرك BMW 139 في أدوار مماثلة لتلك التي تؤديها المحركات الشعاعية الألمانية الأخرى، وتحديداً في قاذفات القنابل وطائرات النقل ، ولكن في منتصف البرنامج، اقترح كبير مصممي شركة فوك-وولف، كورت تانك، استخدامه في مشروع مقاتلة فوك-وولف Fw 190. كانت المحركات الشعاعية نادرة في التصاميم الأوروبية، إذ اعتُبرت مساحتها الأمامية كبيرة جدًا لتحقيق انسيابية جيدة ، وبالتالي غير مناسبة للطائرات عالية السرعة. كانت هذه المحركات شائعة الاستخدام في الطائرات البحرية، حيث حظيت سهولة صيانتها وموثوقيتها المُحسّنة بتقدير كبير. أدت الجهود المبذولة لتحسين هذه التصاميم إلى تصميمات جديدة لأغطية المحرك قللت من المخاوف بشأن مقاومة الهواء. رأى تانك أن الاهتمام بالتفاصيل من شأنه أن يُنتج محركًا شعاعيًا انسيابيًا لا يُعاني من مقاومة هواء زائدة، ويُنافس المحركات الخطية.

كان الشاغل الرئيسي هو توفير هواء التبريد لرؤوس الأسطوانات، الأمر الذي كان يتطلب عادةً فتحة كبيرة جدًا في مقدمة الطائرة. تمثل حل تانك لمحرك BMW 139 في استخدام مروحة تعمل بمحرك خلف غطاء مروحة مجوف كبير الحجم مفتوح من الأمام، يدفع الهواء حول أسطوانات المحرك، مع سحب جزء منه عبر قنوات على شكل حرف S فوق مشعاع لتبريد الزيت. ومع ذلك، ثبت أن هذا النظام يكاد يكون من المستحيل تشغيله بشكل صحيح مع محرك BMW 139؛ فقد أظهرت النماذج الأولية المبكرة لطائرة Fw 190 مشاكل تبريد خطيرة. على الرغم من أن المشاكل بدت قابلة للإصلاح، نظرًا لأن تصميم المحرك كان قديمًا نوعًا ما، فقد اقترحت BMW في عام 1938 محركًا جديدًا كليًا مصممًا خصيصًا للتبريد بالمروحة، والذي يمكن إنتاجه بسرعة.

أُطلق على التصميم الجديد اسم BMW 801 بعد أن منحته وزارة الطيران الألمانية (RLM) مجموعة جديدة من أرقام المحركات "109-800" لاستخدامها بعد اندماجها مع شركة برامو. احتفظ محرك 801 بنظام الصمام الأحادي القديم للسحب والعادم الخاص بمحرك 139، بينما اتجهت معظم المحركات الخطية في ذلك الوقت إما إلى ثلاثة صمامات (كما فعلت شركة يونكرز ) ^{[ 2 ] [ 3 ]} أو أربعة صمامات لكل أسطوانة، أو كما هو مستخدم في بريطانيا لمحركاتها الشعاعية، صمامات أسطوانية . أُدخلت عدة تحسينات طفيفة على التصميم، بما في ذلك استخدام صمامات مبردة بالصوديوم ونظام حقن وقود مباشر ، من إنتاج شركة فريدريش ديكل إيه جي في ميونيخ.

كان الشاحن التوربيني بسيطًا نسبيًا في الطرازات الأولى، حيث اعتمد تصميمًا أحادي المرحلة ثنائي السرعة متصلًا مباشرةً بالمحرك (على عكس نسخة DB 601 ذات القابض الهيدروليكي )، مما أدى إلى أداء محدود نسبيًا على الارتفاعات العالية، بما يتناسب مع استخدامه المُصمم للارتفاعات المتوسطة. ومن أبرز التحسينات التي طرأت على طراز 801 وحدة Kommandogerät (جهاز التحكم)، وهي وحدة ميكانيكية هيدروليكية تُعدّل تلقائيًا تدفق وقود المحرك، وخطوة المروحة، وإعدادات الشاحن التوربيني، ونسبة الخليط، وتوقيت الإشعال استجابةً لذراع خانق واحد، مما يُبسط التحكم في المحرك بشكل كبير. [1] ويمكن اعتبار Kommandogerät ^{بمثابة مقدمة لوحدات} التحكم في المحرك المستخدمة في العديد من محركات الاحتراق الداخلي للمركبات في أواخر القرن العشرين وأوائل القرن الحادي والعشرين.

أُجريت دراسات مكثفة في نفق الرياح على المحرك وغطاء المحرك الأمامي المصمم من قبل شركة BMW (والذي يتضمن مبرد زيت المحرك) في منشأة أبحاث الطيران ( LFA ) في فولكنرود ، مما أدى إلى استنتاج مفاده أنه من الممكن تقليل مقاومة الهواء بما يعادل 150-200 حصان (110-150 كيلوواط؛ 150-200 حصان بخاري) . كما تم تعظيم استخدام ضغط الهواء الموجب للمساعدة في تبريد الأسطوانات والرؤوس والأجزاء الداخلية الأخرى. ^{[ 4 ]}   

أُجريت أولى رحلات طائرات BMW 801A في أبريل 1939، بعد ستة أشهر فقط من بدء العمل على تصميمها، وبدأ إنتاجها في عام 1940. ^{[ 5 ]} كان من المقرر أن تكون طائرة 801B مطابقة لطائرة 801A باستثناء علبة التروس، التي عكست اتجاه دوران المروحة إلى عكس اتجاه عقارب الساعة عند النظر إليها من خلف المحرك. كان من المفترض استخدام طرازي A وB معًا في تصميمات ذات محركين، مما يلغي عزم الدوران الصافي ويجعل الطائرة أسهل في التحكم. لا يوجد دليل على أن طائرة 801B قد تجاوزت مرحلة النموذج الأولي. كانت محركات BMW 801A/B تُنتج 1560  حصانًا (1539  حصانًا، 1147  كيلوواط) للإقلاع. تشمل التطبيقات الرئيسية لمحركات 801A/L العديد من طرازات طائرتي يونكرز Ju 88 ودورنير Do 217 .

استُبدل محرك 801C بمحركات BMW 801 D-2 في أوائل عام 1942، والتي كانت تعمل بوقود C2/C3 ذي رقم أوكتان 100 بدلاً من وقود B4 ذي رقم أوكتان 87 المستخدم في محركات A/B/C/L، مما رفع قوة الإقلاع إلى 1700 حصان (1677  حصان، 1250  كيلوواط). وكان طرازا BMW 801G-2 وH-2 عبارة عن محركات D-2 مُعدّلة للاستخدام في مهام القاذفات، حيث زُوّدت بنسب تروس أقل لتشغيل مراوح أكبر، باتجاه عقارب الساعة وعكسها على التوالي. ومع ذلك، وكما هو الحال مع تصميم محرك 801B، لم يتجاوز محرك 801H-2 مرحلة النموذج الأولي.

تتميز سلسلة D-2 الأحدث، التي تعمل بوقود 100 أوكتان، ومشتقاتها، بنسب تروس ونسب انضغاط أعلى من الإصدارات السابقة التي تعمل بوقود 87 أوكتان. وقد رُفعت نسبة الانضغاط في سلسلة 100 أوكتان إلى 7.2 مقارنةً بـ 6.5 في إصدارات 87 أوكتان. ويُعزى ذلك إلى جودة الوقود المُحسّنة والتصميم المُحسّن (المُقبّب) لغرفة الاحتراق. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

تم اختبار طرازات D-2 بنظام حقن خليط من الماء والميثانول بنسبة 50-50، يُعرف باسم MW50، في الشاحن التوربيني، وذلك بشكل أساسي لتأثيره المضاد للاحتراق غير الطبيعي، مما يسمح باستخدام ضغوط تعزيز أعلى. وشملت التأثيرات الثانوية تبريد المحرك وتبريد الشحنة. وقد تحسن الأداء قليلاً، ولكن على حساب عمر المحرك. تم استبدال هذا النظام بنظام حقن الوقود بدلاً من MW50، يُعرف باسم حقن C3، واستُخدم حتى عام 1944. أجبر النقص الحاد في الوقود عام 1944 على تركيب نظام MW50 بدلاً من حقن C3. مع تشغيل تعزيز MW50، زادت قوة الإقلاع إلى 2000  حصان (1470  كيلوواط). في البداية، سُمح باستخدام حقن C3 فقط على ارتفاعات منخفضة، مما زاد قوة الإقلاع إلى 1870 حصان. لاحقًا، سُمح باستخدام أنظمة حقن C3 على ارتفاعات منخفضة إلى متوسطة، مما رفع قوة الإقلاع إلى أكثر من 1900 حصان.

مع استخدام المحرك في مهام المقاتلات على ارتفاعات عالية، بُذلت عدة محاولات لمعالجة الأداء المحدود للشاحن التوربيني الأصلي. كان محرك BMW 801E تعديلًا لمحرك D-2 باستخدام نسب تروس مختلفة ، 6:1 عند السرعات المنخفضة و8.3:1 عند السرعات العالية، مما حسّن أداء الشاحن التوربيني للارتفاعات العالية. على الرغم من أن قوة الإقلاع لم تتأثر، إلا أن قوة الطيران المستقر زادت بأكثر من 100  حصان (75  كيلوواط)، ووصلت أوضاع "القوة العالية" للصعود إلى ما يقارب 1500 إلى 1650 حصانًا؛ كما تحسّن أداء المحرك في القتال بما يصل إلى 150  حصانًا (110  كيلوواط). استُخدم طراز E أيضًا كأساس لمحرك BMW 801R، الذي تضمن شاحنًا توربينيًا أكثر تعقيدًا وقوةً ثنائي المراحل بأربع سرعات، بالإضافة إلى رؤوس أسطوانات مصبوبة من الهيدروناليون ، وعمود مرفقي ومكابس مُقوّاة، وأسطوانات وصمامات عادم مطلية بالكروم. كان من المتوقع أن ينتج هذا الإصدار أكثر من 2000 حصان (1500 كيلوواط؛ 2000 حصان بخاري) ، أو أكثر من 2600 حصان (1900 كيلوواط؛ 2600 حصان بخاري) مع حقن الميثانول والماء بوزن جزيئي 50. ^{[ 8 ]}      

لم يقتصر تميز محرك 801E على نسب التروس الأعلى فحسب، بل تميز أيضاً بديناميكية هوائية داخلية أفضل للشاحن التوربيني. في وضعية التعزيز الزائد لمدة خمس دقائق، استطاع محرك 801E توليد قوة 2300 حصان على منصة الاختبار عام 1942. ^{[ 9 ]}

كان محرك 801R، المزود بشاحن توربيني ثنائي المراحل رباعي السرعات، يتمتع بارتفاع حرج يبلغ 11000 متر. وفوق هذا الارتفاع، كان بإمكان المحرك الاستفادة من تعزيز إضافي عبر حقن أكسيد النيتروز (GM-1). كما كان المحرك يعمل بنظام الوقود المزدوج. عند ارتفاعه الحرج، كان بإمكان المحرك توليد قوة 1400 حصان. ^{[ 10 ]}

على الرغم من هذه التحسينات، لم يُستخدم طراز E على نطاق واسع. وبدلاً من ذلك، أدت التحسينات المستمرة على طراز E الأساسي إلى ظهور محرك BMW 801F، الذي حسّن الأداء بشكل ملحوظ في جميع الجوانب، حيث زادت قوة الإقلاع إلى 2400  حصان (1790  كيلوواط)، مما جعل 801 المحرك الألماني الوحيد من نوعه في مجال الطيران الذي يمتلك نوعًا فرعيًا قابلًا للإنتاج يمكنه تجاوز 1500 كيلوواط من محرك طائرة عسكرية مُجرّب. كان من المخطط استخدام محرك F في جميع طائرات Fw 190 من الطرازات المتأخرة، لكن الحرب انتهت قبل بدء الإنتاج.

كان لشاحن التوربيني في محرك 801F ارتفاع حرج أعلى من سلسلة D-2 السابقة. وقد ساهمت نسب التروس المحسّنة في رفع الارتفاع الحرج للمحرك إلى ما بين 7000 و8000 متر. كما تميز محرك 801F بعمود مرفقي أقوى ومضخة حقن وقود ذات سعة أكبر. واحتوى هذا الإصدار أيضًا على صمامات سحب وعادم أكبر، مع زيادة في تداخل الصمامات. كما تميز المحرك، في شكله TF، بديناميكية هوائية داخلية وخارجية أفضل. وتم نقل مدخل شاحن التوربيني إلى جذر جناح طائرة Fw 190 لتحسين عملية الشحن. وعلى منصة الاختبار، استطاع محرك 801F توليد قوة 2600 حصان في عام 1945. ^{[ 11 ]}

كان طراز 801F أطول بمقدار 25 سنتيمتراً من طرازات 801 السابقة. وكان السبب في ذلك هو الحفاظ على توازن الجاذبية لطائرة تا 152. ^{[ 12 ]}

في عام 1944، دخل طراز 801S، وهو أقوى نسخة إنتاجية من محرك 801، حيز الإنتاج. كان يتمتع بنفس نسب التروس الموجودة في طراز 801E، واستخدم شاحنه التوربيني تقنية الخنق الدوامي. استُخدمت فيه أجزاء من طراز D-2 السابق، وفي بعض الأجزاء، من النسختين الأكثر تطورًا المذكورتين أعلاه (E وF). كما تميز طراز S بوحدة تحكم رئيسية مُحسّنة ومُبسّطة، وتوقيت مغناطيسي مختلف. بالإضافة إلى ذلك، تم تعديل توقيت الصمامات في طراز 801S. وفي وضع الطوارئ الخاص، كان بإمكانه توليد قوة 2200 حصان عند مستوى سطح البحر. ^{[ 13 ]}

كان مطلوبًا من شركة BMW تحديد أولويات لمحركات الإنتاج الشعاعية 801 ذات 14 أسطوانة، ومحركات BMW 802 ذات 18 أسطوانة، ومحركات BMW 803 الشعاعية ذات 28 أسطوانة المبردة بالسوائل .

كانت الأولوية الأولى هي تطوير جهاز 801 "إلى أقصى حدوده"، أما الأولوية الثانية فكانت تصميم جهاز 802 وبناء نموذجه الأولي، وأخيراً لم يحظَ جهاز 803 المعقد ذو الصفوف الأربعة الشعاعية إلا بالاهتمام بتصميمه وتطويره. ^{[ 14 ]}

وعلى النقيض من ذلك، لم تكن هناك حاجة لتطوير المحركات المكافئة للحلفاء مثل محرك رايت توين سايكلون الأمريكي ، ومحرك شفيتسوف إيه إس إتش-82  الشعاعي السوفيتي إلى ما يزيد عن 1500 كيلوواط، حيث امتلكت هذه الدول محركات طيران شعاعية ذات 18 أسطوانة ذات إزاحة أكبر قادرة على توليد طاقة أكبر.

نتيجةً للأولوية القصوى التي أُعطيت لتطوير تصميم 801 الناجح، بُذلت عدة محاولات لاستخدام الشواحن التوربينية في سلسلة BMW 801 أيضًا. استُخدم في المحاولة الأولى محرك BMW 801D مُعدّل لإنتاج BMW 801J، ^{[ 15 ]} الذي يُنتج 1810 حصانًا (1785  حصانًا، 1331  كيلوواط) عند الإقلاع و1500  حصان (1103  كيلوواط) على ارتفاع 12200 متر (40000 قدم) ، وهو ارتفاع كان يُعاني فيه محرك D لإنتاج 630 حصانًا (463 كيلوواط). وبالمثل، عُدّل محرك BMW 801E لإنتاج BMW 801Q، الذي يُنتج قوةً هائلةً تبلغ 1715 حصانًا (1261 كيلوواط) على ارتفاع 12200 متر (40000 قدم) .        

تم تركيب الشاحن التوربيني خلف المحرك بزاوية ميل 30 درجة للأمام عن المحور الرأسي، ويحتوي على شفرات توربينية مجوفة في قسم العادم، ^{[ 8 ]} وفي صورة من مجلة فلايت ، يبدو أن هناك وحدات تبريد داخلية مثبتة حول المحيط الداخلي للغطاء الخلفي، خلف الصف الخلفي من الأسطوانات مباشرة. ^{[ 15 ]}

لم تدخل العديد من هذه المحركات حيز الإنتاج بسبب ارتفاع التكاليف، واضطرت التصاميم المختلفة للارتفاعات العالية التي تعتمد عليها إلى اللجوء إلى محركات أخرى، وعادة ما تكون محركات يونكرز جومو 213 .

يوجد عدد كبير من محركات BMW 801 في المتاحف، بعضها معروض بشكل منفرد، ويرتبط نحو 20 منها بنماذج باقية من طائرات فوك وولف Fw 190 التي كانت تُشغلها خلال الحرب العالمية الثانية. أول طائرة Fw 190 أصلية تُرمم لتصبح صالحة للطيران في القرن الحادي والعشرين هي طائرة Fw 190A-5 التي اكتُشفت بالقرب من سانت بطرسبرغ، روسيا عام 1989، وتحمل الرقم التسلسلي 151 227، وكانت سابقًا تابعة للسرب JG 54 ، وقد رُممت لتصبح صالحة للطيران مع محركها الأصلي BMW 801. اعتبارًا من عام 2011، أصبحت الطائرة صالحة للطيران مرة أخرى، وهي موجودة في سياتل ، واشنطن ، الولايات المتحدة الأمريكية . ^{[ 16 ]} أما طائرة Ju 388 الوحيدة المتبقية ، الموجودة في مركز أودفار-هازي التابع لمؤسسة سميثسونيان، فتحتوي على زوج من محركات BMW 801J كاملة مزودة بشاحن توربيني، لا تزال موجودة في حاضناتها.

يوجد محرك 801-ML (801L) معروض في حاضنة محرك دورنير 217، وهو في الأساس وحدة توليد طاقة كاملة باقية من طراز Motoranlage ، في متحف نيو إنجلاند للطيران ، مطار برادلي الدولي ، وندسور لوكس، كونيتيكت. ^{[ 17 ]} وبالمثل، فإن طائرة Ju 88R-1 المقاتلة الليلية في متحف سلاح الجو الملكي بلندن (انظر الصورة أعلاه) تحتوي أيضًا على محركات BMW 801 شعاعية موحدة مثبتة.

كان تصميم غطاء محرك BMW 801 أساسيًا لتبريده الأمثل، وقد صممته شركة BMW وصنعته بنفسها وزودت به المحرك. وتطور التصميم خلال الحرب، بما في ذلك إضافة امتداد لقواعد المحرك سمح بتركيب فتحات تبريد أكبر. كما حسّن هذا الغطاء المُورّد من المصنع سهولة استبدال المحرك ميدانيًا، إذ ساهم في "توحيد" محرك BMW 801 الشعاعي بشكل كامل، حيث أصبح بالإمكان استبدال أكبر عدد ممكن من أنظمته المساعدة مع المحرك نفسه، بدلًا من فتح أو إزالة غطاء منفصل مُثبّت على جسم الطائرة.

كانت محركات BMW تُورَّد عادةً كاملةً داخل أغطيتها، جاهزةً للتركيب في مقدمة الطائرة أو حجرة المحرك، منذ عام 1942 تحت اسم Motoranlage (M) وفي عامي 1944/1945 تحت اسم Triebwerksanlage (T) . كان Motoranlage الشكل الأصلي لمفهوم Kraftei القابل للتبديل ، أو " وحدة الطاقة البيضاوية "، وهو مفهوم تركيب وحدة توليد الطاقة الموحدة المستخدم في العديد من الطائرات الألمانية خلال الحرب. وكان يُستخدم غالبًا مع التصاميم ثنائية ومتعددة المحركات، مع الحاجة إلى بعض الإضافات الخارجية. أما تصميم Triebwerksanlage الأكثر شمولًا لتوحيد الوحدات، فقد جمع المزيد من أنظمة الملحقات المطلوبة للمحرك بما يتجاوز ما كان يوفره مفهوم Motoranlage السابق، بالإضافة إلى بعض التركيبات الخارجية، مثل نظام عادم متكامل (بما في ذلك الشاحن التوربيني، إذا كان مُركَّبًا كجزء من التصميم)، كوحدة قابلة للتبديل تمامًا. كما تم استخدام كل من تنسيقي M و T مع محركات خطية مختلفة، مثل محرك Daimler-Benz DB 603 المستخدم في كل من الإصدارات ذات المحركات الخطية من طائرة Do 217 والطائرة المائية الضخمة BV 238 ، ومحركات Junkers Jumo 213 المستخدمة في الطرازات اللاحقة من طائرة Ju 88 متعددة المهام.

أضافت وحدات المحركات M وT لواحق تسمية ثانوية، والتي لم تتطابق دائمًا، خاصةً بالنسبة للمحرك الشعاعي 801 (وربما غيره)، مع لاحقة الحرف التي تُشير إلى المحرك الشعاعي الأساسي المستخدم في تركيب وحدة مُحددة، مما أدى إلى ارتباك كبير في تسمية الأنواع الفرعية لسلسلة محركات 801. في البداية، أشارت هذه اللواحق إلى هذه المجموعات الكاملة ونظيراتها من المحركات "الأساسية" بشكل شبه مُتبادل. عُرفت طرازات A وB وL (منطقيًا) باسم محركات Motoranlage من طراز MA وMB وML في هذا الشكل، بينما عُرف المحرك D-2 الشائع باسم MG. مع استمرار الحرب، ازداد الارتباك، حيث تم تسليم طراز E باسم Triebwerksanlage من طراز TG أو TH، مما يوحي ظاهريًا بوجود علاقة مع محركي G وH، ولكن في الواقع تم تسليم هذين المحركين باسم TL وTP. من الشائع جدًا رؤية الإصدارات المزودة بشاحن توربيني والتي يشار إليها فقط بالحرف T لتركيبات Triebwerksanlage الموحدة بشكل كامل ، ولا سيما TJ (الأكثر شهرة على الإطلاق) للنوع الفرعي الشعاعي المزود بشاحن توربيني من BMW 801J، وطرازات TQ، مما يزيد الأمر تعقيدًا.