onsdag 7 mars 2018

Supermarine Spitfire och Mrs Shillings Orifice

Företaget Supermarines chefskonstruktör Reginald Mitchell (bild tv) skapade ett legendariskt jaktflygplan, the Spitfire vilket tillsamman med jaktflygplanet Hawker Hurricane bokstavligen räddade England under vad som kallas The Battle of Britain . Slaget pågick under perioden 10 juli - 31 oktober 1940. 

Tysklands mål var att slå ut det brittiska luftförsvaret genom koncentrerad bombning av de engelska flygfälten. 

De tyska bombplanen, huvudsakligen He 111, eskorterades av Messeschmitts jaktflygplan Bf 109.


Heinkel He 111
Slaget var mycket förlustbringande på båda sidor - både vad beträffar flygare och materiel - och hade sånär bringat Royal Air Force (RAF) på knä och därmed banat vägen för operation Seelöwe, täcknamnet för invasionen av England.

Winston Churchill formade nationens tack till de flygare som kämpade och vann - med en hårsmån: Never in the field of human conflict was so much owed by so many to so few (Ung. Aldrig inom området mänskliga konflikter har så många haft så mycket att tacka så få för.)

Styrkeförhållanden och förlustsiffror under the Battle of Britain framgår av nedanstående tabell saxad ur Wikipedia.

Strength
1,963 serviceable aircraft 
2,550 serviceable aircraft.
Casualties and losses
544 aircrew (RAF Fighter Command), 718 (RAF Bomber Command), 280 (RAF Coastal Command) killed
422 aircrew wounded
1,744 aircraft destroyed[
2,585 aircrew killed and missing, 925 captured, 735 wounded
1,977 aircraft destroyed, 1,634 in combat and 343 non-combat
Around 90,000 civilian casualties, 40,000 of them fatal.

Uppgiften för RAF:s Fighter Command beväpnat med jaktflygplanen Hawker Hurricane och Supermarine Spitfire var brutal men rak: att skjuta ner så många som möjligt av Tysklands bombflygplan och deras eskort av jaktflygplan.

Fighter Command hade här en fördel: den tyska jakten hade inte bränsle för mer än 10 minuters strid över England - sedan måste de återvända eller våtlanda i Engelska Kanalen.

Det tyska flygplanet Bf 109 hade flera tekniska fördelar över de brittiska flygplanen: snabbare, tyngre beväpnade, bättre höjdförmåga, direktinsprutning och kompressormatad motor. Direktinsprutningen gjorde flygplansmotorn oberoende av g-krafter.




Spitfire å sin sida hade på pluskontot: bättre manövrerbarhet, bättre bakåtsikt, snävare kurvradie (en fördel vid s.k. kurvstrid). På minuskontot en traditionellt förgasarmatad motor och en bränsletank monterad direkt framför cockpit. 

Många Spitfire-piloter brändes till döds - eller brännskadades svårt - när bränsletanken träffades av fientlig eld och utströmmande bränsle brinnande sköljde över cockpit och den pilot som sökte ta sig ut ur cockpit!

Förgasarlösningen var en allvarlig brist: motorn stannade eller tappade kraft när förgasaren utsattes för negativa g-krafter.

Ett traditionellt bränslesystem består av bränsletank, bränslepump och förgasare. För att fungera korrekt behöver förgasaren ett jämt tillflöde av bränsle. Detta tillgodoses av en kammare (flottörhuset) som via munstycken mynnar mot förgasarens luftintag och där bränslenivån hålls konstant medelst en flottör och en nålventil. När nivån är rätt stänger flottören ventilen - när nivån i flottörhuset sjunker så sjunker flottören och öppnar ventilen.

Vid negativa g-krafter, vilka uppstår vid dykning eller flygning i ryggläge, kommer bränslet i flottörhuset att förflyttas till kammarens övre del. Flottören, som hela tiden strävar efter att flyta i bränslet, kommer nu att öppna nålventilen i inloppsmunstycket varvid bränslet ohejdat strömmar in i flottörhuset och till sist fyller hela kammaren - förgasaren flödar. Detta ger en alltför fet bränsle/luftblandning och motorn tappar först kraft för att så småningom stanna! 


Vid luftstrid är det naturligtvis mycket hämmande att inte kunna röra sig fritt i rummet!

Bilden visar beskjutning av en tysk He 111. Om den engelske piloten behöver korrigera kulsprutornas riktning genom att dyka (en aning) tappar motorn dragkraft och anfallet kommer att misslyckas!



Piloterna lärde sig så småningom kompensera förgasarens felfunktion genom att, i stället för att dyka i planläge, halvrolla, dyka och låta flygplanet - i en innerbåge - inta en lägre flygnivå. Med två halvrollar på varandra kunde flygningen fortsätta i samma riktning som tidigare - men på en lägre nivå. Nöden är uppfinningarnas moder!


Uppfinningen materialiserades denna gång av Mrs Beatrice 'Tilly' Shilling en 31-årig kvinna med Universitets-examen som elingenjör och senare en Master of Sience i teknik (Tecnical engeneering).
"Tilly" Shilling på sin motorcykel


Vi kan föreställa oss 'Tilly' tänka några varv runt problemet - kanske fundera i väntan på sömnen - och sedan utropa, likt en gång Archimedes, "Eureka - jag har det!" 

Det hon 'hade' var helt enkelt en strypbricka i bränsleledningen mellan bränslepump och förgasare. Brickan hade ett kalibrerat hål som exakt reglerade bränsleflödet i enlighet med Rolls-Royce Merlin-motorns behov vid fullgas! Den enkla strypbrickan gjorde att förgasaren inte flödade fastän flottören i flottörhuset öppnat nålventilen helt.


Miss Shillings Orifice, här i en
handskbeklädd hand, var den enkla
lösningen på den förgasarmatade
Merlinmotorns bränsleproblem






'Tilly' Shilling besökte med ett litet serviceteam samtliga flygbaser i England och monterade Mrs Shillings Orifice på samtliga Spitfire. Arbetet var slutfört i mars 1941.

Spitfirepiloterna formligen älskade 'Tilly' för den förbättring av stridsförmågan - och överlevnaden - som Mrs Shillings Orifice gav deras Spitfires.

RAF:s benämning på den lilla strypbrickan var torrt och opersonligt: RAE Restrictor.






Rolls-Royce Merlin, 12 cyl

Senare modeller av Spitfire hade modifierade utföranden av bränlsetillförseln hos Merlin-motorn (från början 1 045 hk) och så småningom en helt ny  kompressormatad och därmed kraftfullare motor - The Rolls-Royce Griffon. Maximalt utvecklad levererade denna motor 2 420 hk - mer än dubbelt så många hk som i den första Supermarine Spitfire!



Rolls-Royce Griffon
RRGriffonMAM.JPG
En Rolls-Royce Griffon på Midland Air Museum i BagintonWarwickshire
TypV12 kolvmotor
Cylinderdiameter152,4 mm
Slaglängd167,6 mm
Slagvolym36,7 liter
längd2 057 mm
Bredd770 mm
Höjd1 168 mm
Vikt torr900 kg
Komponenter
Ventiler4 per cylinder
KompressorEn- eller tvåstegs kompressor
KylsystemVätskekyld
Prestanda
Effekt1 730 – 2 420 hk
Specifik effekt41,4 kW/l
Kompressionsförhållande6:1
Effekt till vikt kvot1,69 kW/kg

                                                    Ω

1 kommentar:

  1. Elegant and minimalistisk lösning på ett stort problem.

    SvaraRadera