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魔法诞生 尽管R型取得了巨大的成功，但并不是一台实用化的发动机。罗罗公司到30年代初显然已经意识到，英国皇家空军将需要一种比21升排量“茶隼”更强大的发动机，而采用R型发动机的技术将能尽快实现这一目标。这台发动机就是PV12，很快就被命名为“灰背隼”。 “灰背隼”虽然有时被描述为R型的派生型，但这种发动机只是借鉴了这种竞速机发动机的许多设计经验，在体积上小许多，并使用了不同的结构。顾名思义，PV12这个编号（PV=Private Ventur）代表该发动机是一个没有空军部合同的自研项目，不过两次世界大战期间英国空军部技术发展局与发动机制造商之间的密切合作使这种先进发动机很快就被军方的注意到。 1932年10月，批准PV12的研发成为亨利·罗伊斯做出的最后决定之一，根据草拟的初步设计规格，该发动机排量27升，采用罗罗公司的现有成熟设计：60˚V12水冷增压整体气缸结构，湿式气缸套，每个气缸有四个中空充钠气门，叉板式活塞连杆。为了保证发动机刚度和强度能承受超过1000马力的潜在功率，其汽缸体与上曲轴箱为一体式铸造，汽缸盖铸件被拧在汽缸体上。罗伊斯在六个月后去世，A·G·埃利奥特（Elliott）接任罗罗总工程师。 第一台PV12原型发动机于1933年10月开始台架测试，并于次年7月通过了型号型式，1935年2月21日发动机被安装在霍克“雄鹿”（Hart）K3036开始试飞。罗罗公司共制造了两台原型发动机，并在研发过程中进行了小幅改进，如把减速器斜齿轮改为正齿轮。在试飞中发动机大型曲轴箱和气缸体铸件暴露出严重缺陷，尽管罗罗公司在铸造中应用了许多专业知识，但铸件还是容易破裂，维修成本很高，蒸发式发动机冷却系统也被证明很麻烦且容易泄漏。
有意思的是首先获得“灰背隼”这个名字的是PV12发动机弃用的一个倒置V12概念，罗罗工程师建造了该概念的一个模型，在考虑利弊后决定放弃。后来一个德国工程师代表团访问罗罗工厂，对该模型产生浓厚兴趣，戴姆勒-奔驰（Daimler-Benz）和容克斯（Junkers）公司在二战中研制的大批倒置V12可能不是偶然。
走向成熟 在下一个PV12改型（现在被称为“灰背隼”B）上，埃利奥特进行了一些自己的改动。PV12最初的原型发动机和“茶隼”、“秃鹫”和R型一样，使用平气缸盖以轻松放置气门。但埃利奥特认为斜气缸盖更有优势，内部复杂形状能在气缸内产生湍流，从而改善燃油和进气的混合。但“灰背隼”B在1935年2月开始试车后，事实清楚表明斜气缸盖优势远没想象中那么大，并且功率较低，更容易爆震，还存在排气门烧蚀问题。 缸体开裂问题导致“灰背隼”C的重新设计，该型号把麻烦的大型铸件一分为三，将气缸体与上曲轴箱分离，彻底解决了开裂问题，但斜气缸盖的问题依旧，“灰背隼”似乎进入了研发的瓶颈时期。“灰背隼”C未能通过民用50小时型号测试，罗罗工程师决定将冷却系统的冷却液从水换为乙二醇，尽管水有更高比热，但是乙二醇的沸点更高，使冷却系统能承受更高运行温度。890马力的“灰背隼”C被指定为“喷火”和“飓风”战斗机原型机的动力装置，使这两种战斗机的设计师对使用这种未经型号测试的发动机非常担心。的确由于缸体破裂和冷却液泄漏，“飓风”原型机不得不更换了三次发动机。
罗罗研发工程师竭尽全力改进斜气缸盖，调整火花塞的位置和气缸盖的布局，但成果有限。1935年12月，改进气缸盖的“灰背隼”E终于以890马力的功率通过了民用型号测试，但在1936年3月止步于100小时军用型号测试，仍存在排气门烧蚀问题。经少量改动后的“灰背隼”F在1936年11月通过降低难度的允许更换气门的军用型号测试。同时在备战压力下，空军部订购了首批“灰背隼”F，军用名称为“灰背隼”I。罗罗公司共为费尔雷“战斗”（Battle）单发轰炸机制造了约172台发动机，尽管不可靠，但“灰背隼”I能产生1030马力的功率，是英国空军拥有的最强大发动机。
埃利奥特最终承认斜气缸盖不适用于生产型发动机。随后出现的“灰背隼”G基本上相当于放大的“茶隼”，具有集成气缸盖的一体化铸造缸体和平气缸盖燃烧室。尽管该发动机的功率没有“灰背隼”F大，却更加可靠，在1936年10月通过了型号测试，并于次年以“灰背隼”II的身份投产。到1939年，罗罗公司已经制造了1000多台“灰背隼”II以及经过细微改进的“灰背隼”III，装备英国皇家空军的“喷火”和“飓风”战斗机。
30年代末斜气缸盖被放弃后，“灰背隼”表现出巨大的发展潜力。1937年末超马林制造出一架“速度喷火”（Speed Spitfire）尝试刷新世界空速纪录，与R型发动机一样，该机安装的“灰背隼”II也要喝罗德·班克斯调制的特殊燃料。到1939年1月，这台“灰背隼”II（特别型）已经能在飞行中爆发出超过2160马力的功率以及+27psi增压。但即使使用了特殊火花塞和冷却系统，该发动机也只能以在这个功率上维持几分钟，因为其核心基本上还是经过加强的“灰背隼”II。正如“喷火”试飞行员杰弗里·奎尔（Jeffrey Quill）所指出的那样，这次尝试使超马林首席设计师乔·史密斯（Joe Smith）对“灰背隼”发动机在接下来几年里的功率增长彻底放心。
英国空军的一个主要优势是引入了100辛烷值的燃料，使“灰背隼”最大增压器增压从+6.25增加到+9psi，功率从1030hp增加到1160hp。到1940年中期，“灰背隼”III已获得+12psi增压的五分钟紧急动力，以3000转/分的转速提供1310马力的功率。
增压器进化 到目前为止，“灰背隼”的增压器在设计上与1934年的原型发动机没什么不同。1938年推出的“灰背隼”X具有了两速增压器，两速驱动使增压器能以最适合的档位为进气增压：低空时为“中等增压”（“ MS”或“ M”档），高空使用“全增压”（“ FS”或“ S'档）。在自行研制的两速增压器性能无法令人满意后，罗罗公司购买了法国法曼公司的设计许可，由于法式增压器没有德比版本紧凑，导致整台发动机长度增加。
机械增压器驱动装置在设计上是个难题，增压器涡轮的旋转速度大约是曲轴转速的10倍，这不仅意味着驱动装置需要以数万转/分的转速旋转，并且发动机的任何加速都会被放大十倍，再加上要承受增压器档位变化产生的负载，这意味着驱动装置要具有挠性，并且耐用、紧凑且轻巧。“灰背隼”的增压器采用了由曲轴驱动的扭转弹性套筒轴，增压器的齿轮质量也很高，以至于德国工程师需要齿轮箱来驱动戴姆勒-奔驰和容克斯发动机的测试增压器时，使用了从被击落的英国飞机上拆下的“灰背隼”增压器驱动组件。
由于增压器位于发动机后部，进气管路存在有许多弯头，增压器空气流量并不理想。在对压力损失进行一些量化实验后，“灰背隼”XX采用了经过重新设计的进气道和增压器壳体，以及重新设计的涡轮和新的增压水/乙二醇冷却系统，将发动机全油门操作高度提高了914米。
由于采用了两速增压器，该发动机比“灰背隼”II/III更长，最初被用于重型轰炸机。“灰背隼”XX最终被安装在“飓风”上，但需要在座舱前增加一个机身加长段，由于“喷火”结构更复杂，需要花费更长的时间进行修改。由于“飓风”比“喷火”更加需要提升性能，所以“灰背隼”XX成为1940年9月开始服役的“飓风”II的发动机，而计划安装“灰背隼”XX的“喷火”III最快要到1941年才能服役。
很快罗罗公司意识到，只需保留“灰背隼”XX的全增压齿轮并移动化油器位置，就可以生产出尺寸与“灰背隼”III相同的“灰背隼”45，并保持“灰背隼”XX的中高空性能表现。“灰背隼”45被安装到“喷火”战斗机上后就诞生了“喷火”V，这种“过渡”型号非常成功，以至于成为产量最大的“喷火”战斗机，而计划安装“灰背隼”XX的“喷火”III则从未投产。为了提高低空性能，罗罗工程师又缩短了增压器涡轮叶片，研制出“灰背隼”45M，该发动机被安装在拆除翼尖以提高滚转速率的“喷火”V机体上，创造出传奇般的“喷火”LFV低空战斗机。
令人尴尬的化油器 “灰背隼”需要解决的另一个问题是化油器设计。早期“灰背隼”的浮子化油器容易受负过载影响，此时燃料会充斥化油器腔，一旦重新变为正过载，发动机会降低功率或发生浓混合气熄火。德国空军战斗机的戴姆勒-奔驰发动机采用燃油缸内直喷技术，不受负过载效应的影响，因此德国战斗机能在全油门俯冲中获得优势或作为一种逃生手段。而安装“灰背隼”发动机的“喷火”和“飓风”此时就必须半滚拉杆以跟随敌机，否则就要冒发动机熄火的危险。 罗罗公司也曾考虑过燃油直喷，但最终还是选择了化油器，因为进气系统中的燃油蒸发会冷却进气，从而增加功率。皇家航空研究院（RAE）女工程师比阿特丽斯·希林（Beatrice Shilling）提出了一个解决方案：在化油器上安装了一个限流环，将燃油流量限制在最大油门所需流量，防止出现浮子室溢流和浓混合气熄火。这种简单优雅的解决方案自1941年初开始被安装在前线战斗机上，正式名称为“ RAE限流器”。但限流器只允许短时间负过载飞行，所以长期解决方案是采用本迪克斯（Bendix）压力化油器，最后改为将燃料喷射到增压器中。 罗罗公司还致力于将“灰背隼”包装成“动力蛋”（power egg）组件，也就是采用标准安装件、燃料和其他连接件以适应不同类型的飞机。从“灰背隼”XX开始，这种发动机开始被安装到布里斯托“英俊战士”（Beaufighter）双发战斗机和阿芙罗“兰开斯特”轰炸机上。
随着“灰背隼”XX和45的成功，罗罗公司开始考虑如何进一步提高发动机性能。工程师们通过计算发现继续对现有增压器挖潜只能增加少许功率，因为单个增压器获得的最大有效压缩比约为4：1，如果能把两个增压器串联在同一根轴上，“灰背隼”将能9144米高度爆发出1000马力的功率。罗罗公司也考虑过涡轮增压系统，但该系统被应用在战斗机上时，其性能优势会被管道重量和复杂性所抵消。最终标志性两速两级增压器就此诞生，并附带中冷器和后冷器，进一步提高了进气增压压力。“灰背隼”的排气能量也没有被浪费，发动机的喷射排气管产生的推力，相当于在典型战斗速度和高度下增加200马力。
同时，“灰背隼”II采用的“茶隼”式缸体在性能上达到了极限。为了产生更大功率，必须将发动机重新设计为具有独立缸体和缸盖。罗罗工程师早已规划出这个解决方案，在帕卡德“灰背隼”在美国生产时，罗罗公司就告诉帕卡德（Packard）要开发两件式缸体。在两级增压的“灰背隼”61上，两件式缸体使100辛烷值燃料的增压上升到+15psi。从1944年起，150辛烷值的燃油使“灰背隼”的紧急增压达到+25psi，功率超过2000马力，高空维持功率在4572米时超过1500马力，在7010米时超过1300马力。
和“灰背隼”XX一样，“灰背隼”61是为轰炸机应用而设计的，但是被安装在“喷火”上时也可以能显著提高其性能，尤其是在高空。安装“灰背隼”61发动机的“喷火”IX在9144米的速度比“喷火”V快了113公里/小时。最初英国空军对“喷火”IX的生产举棋不定，认为“喷火”V的性能已经足够，而且安装“狮鹫”（Griffon）发动机的“喷火”IV正在研制中。结果福克-沃尔夫（Focke-Wulf）Fw 190战斗机的出现彻底改变了这种态度，英国空军决定开足马力生产“喷火”IX。
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来自： hercules028 > 《军事与军事技术》
