Benutzer:B. Huber/Focke Wulf Fw 190 - Alternative Antriebskonzepte

Studie zur Verwendbarkeit verschiedener Motoren in der Zelle der Fw 190 V19 (April 1942)

Im Laufe der Entwicklung der Fw 190 wurden von der Firma Focke-Wulf zahlreiche Versuche unternommen, die Flugleistungen den steigenden Anforderungen des Luftkampfes durch die Einrüstung leistungsfähigerer Motoren anzupassen. Die Fw 190 bot hierfür aufgrund ihrer modularen Bauweise gute Ansatzpunkte und bereits im April 1942 führte Focke-Wulf eine breit angelegte Studie durch, in der die Eignung verschiedener zeitgenössischer Stern- und Reihenmotorprojekte für die Zelle der Fw 190 untersucht wurde. Zu den auf ihre Verwendbarkeit hin geprüften Motoren gehörten die Sternmotoren BMW 801 J und BMW P 8028, sowie die flüssigkeitsgekühlten Reihenmotoren Junkers Jumo 213, Daimler Benz DB 603, DB 609, DB 614 und DB 623. Da der DB 603 und der Jumo 213 zu diesem Zeitpunkt jedoch bereits in Versuchsmaschinen im Flug erprobt (vgl. Abschnitt „Fw 190 B und C“) bzw. bereits als Antrieb der Fw 190 D-Variante ausgewählt worden waren, wurden diese beiden Motoren keiner weiteren Einbauanalyse mehr unterzogen und in der Studie nur der Vollständigkeit halber erwähnt.

Als Einbaugrundlage für die hypothetischen Motoreinbauten verwendete die Studie die Zelle der Fw 190 V19, die später in der Erprobung des Jumo 213 verwendet wurde. Die V19 war jedoch zu keinem Zeitpunkt mit einem anderen der in der Studie angeführten Motoren als dem Jumo 213 ausgestattet, wie in einigen älteren Veröffentlichungen gelegentlich behauptet wird. Die Zelle der V19 wies eine Reihe von baulichen Veränderungen auf, die in der späteren Serienversion der Fw 190 D mit dem Jumo 213 keine Berücksichtigung fanden. So verfügte die V19 über einen neuen Flügel mit gerader Vorderkante, der mitsamt dem Hauptfahrwerk um 120 mm nach vorn gerückt wurde. Durch eine leichte Modifikation der Fahrwerksaufhängung wurde zudem die Position der Haupträder im ausgefahrenen Zustand aus Schwerpunktgründen um zusätzliche 100 mm vorverschoben. Darüber hinaus verfügte die V19 über ein verbreitertes Seitenleitwerk (das jedoch in den Werksszeichnungen der besagten Studie nicht berücksichtigt wurde). Focke-Wulf entwickelte zur Bewertung der Einsatzverwendbarkeit der untersuchten Motorvarianten in der genannten Studie ein eigenes Verfahren, da sich die mit den verschiedenen Motoren erzielbaren Geschwindigkeits- und Steigleistungen über verschiedene Höhenbereiche hinweg stark unterschieden. Dem Bewertungsverfahren wurde die Überlegung zugrunde gelegt, dass der Kampfwert eines Flugzeuges – unter der voraussetzenden Annahme, dass die eigene Maschine an Bewaffnung und Horizontalgeschwindigkeit dem Gegner überlegen ist – nur durch seine Fähigkeit bestimmt wird, einen auf einer gewissen Höhe einfliegenden Gegner am Bombenabwurf zu hindern. Focke-Wulf legte daher eine Zeitspanne von höchstens 20 Minuten nach dem Abheben fest, innerhalb derer das zu bewertende Jagdflugzeug in der Lage sein musste, den Gegner zu finden und mit diesem zumindest auf gleicher Höhe zu sein. Dabei stellte sich in den Höhen von 6000, 10 000 und 11 000 m jeweils der Daimler-Benz DB 603 als die leistungsfähigste Motorisierungsvariante heraus.

Fw 190 mit BMW 801 J

Der BMW 801 J stellte einen serienmäßigen BMW 801 D-Motor dar, der mit einem zusätzlichen Abgasturbolader ausgestattet worden war. Der Motor wurde etwas später als Antrieb der höhentauglichen B-Variante der Fw 190 ausgewählt, jedoch scheiterte die Serienfertigung (vgl. Abschnitt „Fw 190 B und C“), da der Entwicklung und der Prdouktion des BMW 801 J nur eine geringe Priorität eingeräumt wurde.

In Bodennähe zeigte der BMW 801 J gegenüber dem 801 D deutlich schlechtere Leistungsmerkmale, so lag die Startleistung bei lediglich 1500 PS. Nach den Berechnungen von Focke-Wulf hätte dies in Bodennähe lediglich für eine Geschwindigkeit von 505 Km/h ausgereicht. Die Vorteile des Turboladers bauten sich erst mit zunehmender Höhe auf, wo der BMW 801 J auch in 12 500 m Höhe noch eine Leistung von 1200 PS abgegeben hätte, was für eine Geschwindigkeit von rund 710 Km/h ausreichend gewesen wäre. Die theoretisch erreichbare Dienstgipfelhöhe der Fw 190 mit dem BMW 801 J sollte bei 13 100 m liegen. Bis in eine Höhe von 6 000 m ermöglichten der BMW 801 D und J in etwa gleiche Steigleistungen, darüber entwickelte der Turboladermotor zunehmende Vorteile. Der Einbau des BMW 801 J hätte relativ geringe bauliche Veränderungen an der Zelle der Fw 190 nach sich gezogen. Da der Lufteinlauf des Turboladers jedoch an der Unterseite der Motorverkleidung aufgehängt wurde, wies die Abgasdüse des Turboladers nach oben, wo die Abgase des Motors eine Verschmutzung der Windschutzscheiben bewirkt hätten. Dies bedingte eine Umlegung der Abgsdüse auf die rechte Rumpfseite, um so – durch den rechtsdrehenden Propeller unterstützt - eine günstige Abführung der Abgase am Cockpit vorbei zu gewährleisten. Diese Umbaumaßnahme hätte wiederum eine Absenkung des Turboladers um rund 50 mm nach sich gezogen.

An der Zelle der Fw 190 wäre darüber hinaus lediglich die Schaffung eines weiteren Anschlusspunktes für die untere Motorgerüst-Strebe erforderlich gewesen. Da durch die Verwendung eines Sternmotors die Montage einer Motorkanone nicht möglich gewesen wäre (die für die Studie als Grundlage verwendete Zelle der V19 verfügte ursprünglich über einen Reihenmotor, der für den Einbau einer Motorkanone tauglich war), hätte auf die Absenkung des Cockpitbodens im vorderen Bereich verzichtet werden können, wodurch – weiter begünstigt durch den Wegfall des Schutzkastens der Kanone - eine Vergrößerung des Volumens des vorderen Tanks möglich geworden wäre. Darüber hinaus bestanden von Seiten Focke-Wulf im Falle des Einbaus des BMW 801 J lediglich Bedenken bezüglich einer verschlechterten Sicht über die von BMW verwendete Motorverkleidung von großem Durchmesser. Eine Beeinträchtigung der Schwerpunktlage wurde durch die Verwendung des BMW 801 J nicht erwartet.

Fw 190 mit BMW P 8028 (BMW 801 H)

Der BMW 801 P 8028 stellte ein Motorprojekt dar, das letztendlich in der neuen Variante BMW 801 H resultierte. Dieser Motor verfügte über ein zweistufiges Ladergebläse mit Ladeluftkühlung und verfügte - im Gegensatz zum BMW 801 J – über eine dem BMW 801 D vergleichbare Leistung in Bodennähe von 1750 PS. Die Volldruckhöhe des BMW 801 H lag bei 11 000 m, und noch in 10 000 m lag die abgegebene Leistung bei 1320 PS. Während mit diesem Motor rechnerisch gegenüber dem BMW 801 J sowohl in Bodennähe (530 Km/h) als auch in 11 000 m Höhe (735 Km/h) bessere Flugleistungen zu erzielen waren, lag die Dienstgipfelhöhe des 801 H mit 12 000 m unter der des 801 J. Das Fluggewicht der Fw 190 sollte mit dem BMW 801 H bei rund 4300 kg liegen. Zu einer Bauausführung des BMW 801 H sollte es jedoch nie kommen und das Projekt verblieb im Reißbrettstadium.

Der Einbau des BMW 801 H in der Zelle der Fw 190 V19 hätte eine Neukonstruktion des Motortrageringes vorausgesetzt, da die Ladeluftleitungen eine Nutzung der mittleren unteren Motorgerüststrebe des herkömmlichen Motortrageringes unmöglich gemacht hätten. Um zusätzlich eine hinreichende Freigängigkeit des Fahrwerkes an den Ladeluftleitungen gewährleisten zu können, wäre zudem eine Verschiebung des Motors nach vorne erforderlich geworden. Um die durch diese Vorlage des Motors auf die Streben des Motorgerüstes wirkenden Kräfte zu beherrschen, wäre zudem die Konstruktion eines Motorzwischengerüstes nötig geworden, das gleichzeitig für die Aufnahme von wärmeisolierendem Material vorgesehen war, um eine Aufheizung der MG-Munitionskästen durch die Ladeluftleitungen zu verhindern. Durch die grundsätzliche Nichteignung des Sternmotors für einen Motorkanoneneinbau hätten sich bei Verwendung des BMW 801 H darüber hinaus dieselben Möglichkeiten zur Erweiterung des vorderen Tankvolumens ergeben, wie im Fall des BMW 801 J.

Fw 190 mit DB 609

Der DB 609 wurde am 20. März 1941 von Daimler Benz beim RLM zur Entwicklung eingereicht. Der Motor baute auf der Technik des DB 601 und DB 603 auf, verfügte jedoch über 16 Zylinder. Die Startleistung des DB 609, der über eine Ladeluftkühlung verfügte, lag bei rund 2660 PS, die Notleistung in einer Höhe von 6 600 m bei 2450 PS. Obwohl das RLM am 30. Juli 1942 einen Bauauftrag über 20 Motoren erteilt hatte, wurde die weitere Entwicklung des DB 609 am 8. April 1943 gestoppt.

Der Einbau des DB 609 in die Fw 190 V19 hätte nach der Analyse von Focke-Wulf erhebliche bauliche Veränderungen sowohl am Motor selbst, als auch an der Zelle der V19 nach sich gezogen. Um eine hinreichende Freigängigkeit des Fahrwerkes am Motor gewährleisten zu können, wäre eine Verlegung des Ladeluftkühlers, sowie eine Drehung des mechanischen Laders um 45° erforderlich gewesen, da eine Vorverlegung des Motors zu einer unzulässigen Schwerpunktverschiebung geführt hätte. Neben einer Verstärkung der Anschlusspunkte zur Aufnahme des höheren Motorgewichtes wäre bei der Verwendung des DB 609 vor allem der Positionierung der Kühler eine entscheidende Rolle zugekommen. Während der Ölkühler ähnlich wie bei den Versuchsmaschinen mit DB 603-Motor als Kinnkühler zur Ausführung gekommen wäre, war eine Gestaltung der Wasserkühler als Kinn- oder Ringkühler aus Schwerpunktgründen nicht möglich. Die Studie von Focke-Wulf sah daher den Einbau der Kühler im hinteren Rumpf zwischen Cockpit und Höhenleitwerk vor, wobei die Kühler mit jeweils rund 40 dm² Fläche so hoch wie möglich angesetzt werden mussten, um nicht vom Abgasstrahl des Motors bestrichen zu werden. Trotzdem wurde aufgrund des rechtsdrehenden Propellers damit gerechnet, dass zumindest für den linken Kühler eine Aufnahme von Motorabgasen wahrscheinlich sei. Die beschriebene Kühlerkonstruktion hätte zu großen Ausschnitten in der Rumpfstruktur der Fw 190 geführt, und insbesondere den Querkraftverband des hinteren Rumpfes stark geschwächt, was durch gewichtsträchtige Verstärkungen der oberen Rumpfgurte, bzw. durch eine zusätzliche raumdiagonale Versteifung hätte ausgeglichen werden müssen. Darüber hinaus erwartete Focke-Wulf zusätzliche Probleme durch die stark geschwungene Form des Eintrittsdiffusors und des Kühlluftkanals, die mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem teilweisen Abreißen der Luftströmung und damit zu einer mangelhaften Umspülung der jeweils innen im Rumpf liegenden Kühlerhälften mit Kühlluft geführt hätte. Darüber hinaus war eine Störung der Strömung rund um das Höhenleitwerk durch die aerodynamischen Verkleidungen des Kühlluftkanals zu erwarten. Das größere Motorengewicht, sowie die zusätzlichen Einbauten und die Verstärkungen der Struktur führten für die Variante des DB 609 in der Zelle der Fw 190 V19 rechnerisch zu einem Startgewicht von 4965 kg, womit das Fahrwerk erheblicher Verstärkungen bedurft hätte. Insgesamt führte dies zusammen mit den bereits beschriebenen Problemen zu der Einschätzung von Seiten Focke-Wulf, dass der DB 609 für den Einbau in die Fw 190 V19 ungeeignet sei.

Fw 190 mit DB 614

Der Daimler Benz DB 614 stellte eine Variante des DB 603 mit einem sog. „Grenzlader“ dar. Er verfügte über eine Ladeluftkühlung, die die Temperatur der Laderluft von 80° C auf 50° C absenkte und wies eine Volldruckhöhe von 8000 – 9000 m auf. Seine Startleistung lag bei 2020 PS und in einer Höhe von 7800 m konnte der Motor eine Notleistung von 1710 PS abgeben. Die rechnerisch mit dem DB 614 erreichbaren Geschwindigkeiten lagen zwischen 580 Km/h in Bodennähe und 730 Km/h in einem Höhenband zwischen 7700 m und 9700 m. Die Dienstgipfelhöhe wurde auf 12 500 m, das Startgewicht (mit einer Bewaffnung von zwei MG 131, zwei MG151/20 und einer MK 108) auf 4506 kg berechnet.

Der Einbau des DB 614 hätte – ähnlich wie im Falle des DB 609 – sowohl Modifikationen am Motor selbst, als auch an der Zelle der Fw 190 V19 vorausgesetzt. Um den Motor nicht zu weit nach vorne verlegen, und damit eine unannehmbare Verschiebung des Schwerpunktes in Kauf nehmen zu müssen, schlug Focke-Wulf die Änderung der am Motor montierten Wärmetauscher, sowie eine Drehung der beiden Lader des Motors um 45° vor, um so eine hinreichende Freigängigkeit des Fahrwerkes am Motor gewährleisten zu können. Die Modifikationen an der Zelle hätten sich laut Studie aufgrund des höheren Motorgewichtes auf Verstärkungen der Anschlussbeschläge des Motors beschränkt. Insgesamt wurde für die Kombination des DB 614 mit der Zelle der Fw 190 V19 eine relativ kopflastige Schwerpunktlage erwartet.

Trotz der relativ günstigen Einbaubewertung sollte es nie zu einem realen Versuchsmuster der Fw 190 mit einem DB 614 kommen. Zwar hatte das RLM am 10. November 1941 zunächst einen Bauauftrag über 20 Versuchs- und Nullreihenmotoren erteilt, doch wurde diese Entscheidung im Juni 1942 – also rund zwei Monate nach Anfertigung der Focke-Wulf-Studie – zugunsten des DB 627, von dem man sich eine größere Volldruckhöhe erhoffte, storniert. Von den zu diesem Zeitpunkt im Bau befindlichen Motoren scheint kein Exemplar mehr fertig gestellt worden zu sein.

Fw 190 mit DB 623

Der DB 623, dessen Entwicklung im April 1941 begann, basierte wie auch der DB 614 auf dem DB 603. Er verfügte über einen doppelten, einstufigen Abgasturbolader, wobei jeweils ein Lader die Zylinder einer Bank mit Laderluft versorgte. In den ersten Versuchen erzielte der Motor bei einem Ladedruck von 1,42 ata am Boden eine Leistung von 1945 PS. Der Motor war für eine Volldruckhöhe von 8000 – 9000 m ausgelegt und sollte eine sehr hohe Startleistung von 2340 PS erzielen. In 8700 m Höhe hätte der DB 623 immer noch eine Leistung 2125 PS erzeugt. Die rechnerische Geschwindigkeit der FW 190 V19 mit dem DB 623 lag bei 560 Km/h in Bodennähe und 700 Km/h in 8000 m Höhe, das Startgewicht bei 4430 kg. Beim Einbau des DB 623 in die Zelle der Fw 190 V19 hätten sich motorseitig keine Änderungen ergeben, allerdings wurden von Focke-Wulf die Anschlussmöglichkeiten des Motors an den Motorträger als sehr ungünstig eingeschätzt, da die Stützstrebe des Triebwerksgerüstes am Motorträger aufgrund der geringen Freigängigkeit am Turbolader nur auf einer sehr kleinen Basis befestigt werden konnte.

Zellenseitig hätte der Einbau des DB 623 in die Fw 190 V19 erhebliche Umbauten nach sich gezogen. Um die Freigängigkeit des Fahrwerkes am Turbolader gewährleisten zu können, wäre eine starke Absenkung des gesamten Flügels und daraus resultierend eine Verdickung des Rumpfes, sowie eine Änderung des Rumpfstraks bis in den hinteren Rumpfbereich erforderlich gewesen. Der DB 623 wurde daher für den Einbau in die Fw 190 als untauglich eingeschätzt. Darüber hinaus wurde die weitere Entwicklung des Motors vom RLM am 26. November 1942 gestoppt, da man sich von der Entwicklung von Motoren mit zweistufigen, mechanisch angetriebenen Ladern bessere Leistungen und ein spontaneres Ansprechverhalten erhoffte, das besonders für die Entwicklung von Jagdflugzeugmotoren wichtig war.

Weiterentwicklung der Fw 190 mit BMW 802

Im August 1941 beschäftigte sich der Dpil.-Ing. Mittelhuber bei Focke-Wulf mit einer Studie zu Auslegung und zu erwartenden Leistungen zukünftiger einsitziger Jagdflugzeuge mit Antrieben, die sich zum damaligen Zeitpunkt in der Entwicklung befanden. Zu diesen Motorenprojekten gehörte auch der BMW 802, der dieselben Technologien wie der BMW 801 nutzte, jedoch über 18 Zylinder verfügte. Dieser Motor lieferte in der Basisausführung eine Startleistung von 2600 PS und wurde als Antriebsvariante einer erheblich modifizierten Fw 190 untersucht. Die neue Maschine hätte – um den mächtigen Sternmotor aufnehmen zu können – erhebliche Veränderungen an Zelle und Tragwerk aufgewiesen. So wäre die Rumpflänge durch den größeren Motor sowie eine größere Vorlage desselben auf 11,30 m angewachsen. Auch eine Erhöhung der Spannweite auf 12,50 m war vorgesehen, darüber hinaus eine aus Schwerpunktgründen notwendige Verlegung des Cockpits nach hinten. Wie beim Prototypen V1 der Fw 190 war für die Motorisierungsvariante mit BMW 802 die Verwendung einer aerodynamsich günstigen Doppelhaube vorgesehen. Darüber hinaus wurde auch eine Motorisierung mit dem BMW P.8011-Motor vorgesehen, der eine Variante des BMW 802 mit doppeltem Abgasturbolader und einer errechneten Leistung von 2800 – 2900 PS darstellte. Für diese Ausführung war die Verwendung eines doppelten gegenläufigen Propellers vorgesehen.Das errechnete Leergewicht des Entwurfes einer Fw 190 mit BMW 802 lag bei 4475 kg, das Startgewicht bei 5400 kg. Die rechnerische Höchstgeschwindigkeit sollte ca. 750 Km/h betragen.

Fw 190 mit Jumo 222

Im Frühjahr 1943 wurden bei Focke-Wulf Überlegungen angestellt, den damals in der Erprobungsphase befindlichen Junkers Jumo 222 A Motor in der Zelle der Fw 190 zu verwenden. Dieser 24-Zylinder-Motor verfügte über sechs sternförmig angeordnete Zylinderbänke von jeweils vier Zylindern und war als Antrieb für zahlreiche Flugzeugmuster, darunter die Focke-Wulf Fw 191 oder die Junkers Ju 288 vorgesehen. Die Startleistung des Motors lag bei rund 2500 PS und die errechnete Höchstgeschwindigkeit der Fw 190 mit dieser Motorisierung betrug ca. 700 Km/h. Für eine Variante der Fw 190, die mit dem leistungsstärkeren Jumo 222 C motorisiert werden sollte, wurde eine Spitzengeschwindigkeit von rund 740 Km/h errechnet. In beiden Versionen war eine Verlängerung des Rumpfes um insgesamt 111 cm gegenüber der Fw 190 A-8 vorgesehen (im Vergleich zu 140 cm bei der Fw 190 D-9 mit Junkers Jumo 213). Beide Ausführungen der Fw 190 mit Jumo 222 sollten mit zwei 13 mm MG 131 und zwei 20 mm MG 151/20 bewaffnet werden.

Fw 190 mit radialem Strahltriebwerk

Bereits 1942 entstand bei Focke-Wulf der Entwurf einer völlig neu motorisierten Fw 190, bei der der Sternmotor gegen ein von der Firma BMW entwickeltes Strahltriebwerk mit Radialverdichter und einstufiger Turbine ersetzt werden sollte. Bei diesem interessanten Projekt, von dem noch eine Werksskizze der projektierten Maschine vom 5. November 1942 existiert, war vorgesehen, den Abgasstrahl des Triebwerkes über die Rumpfoberfläche zu führen. Bei einem errechneten Fluggewicht von 3750 kg sollte die Maschine eine Spitzengeschwindigkeit von rund 750 Km/h in Bodennähe und 835 Km/h in 8700 m Höhe erreichen. Durch die aus Schwerpunktgründen bedingte große Vorlage des Triebwerks entstand vor dem vorderen Cockpitschott ein großer Raum, der durch einen Tank ausgefüllt werden sollte, wodurch sich die gesamte Kraftstoffmenge auf 1400 l erhöhte. Bei einem durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch von 1170 l/h ergab dies eine durchschnittliche Flugdauer von 1,2 h. Die Bewaffnung des Entwurfes sollte zwei 7,92 mm MG 17 und zwei 20 mm MG 151/20 umfassen. Über die interessante Frage nach der thermischen Belastung der Rumpfoberfläche durch den Abgasstrahl des Triebwerkes war leider nichts näheres in Erfahrung zu bringen.