云巅传奇：20世纪早期的宝马系列航空发动机

在伊萨河（Isar）滋养下茁壮成长的宝马，拥有一段与航空制造业的难解之缘。你也许并不了解，这家生而不群的汽车制造商，曾执着书写了一段跨越八十余载光阴，交织着创新与荣耀、危机与救赎的“云巅传奇”。

1913年，在慕尼黑市的奥伯维森菲尔德机场（Oberwiesenfeld），工程师卡尔·弗里德里希·拉普（Karl Friedrich Rapp）开办了一家以自己姓氏命名的发动机制造有限责任公司（Rapp Motoren-werke GmbH）。他的厂房紧邻古斯塔夫·奥托（Gustav Otto）的航空机械制造厂（Gustav Otto Flugmaschinenfabrik）。后者是大名鼎鼎的四冲程内燃机发明人尼古拉斯·奥古斯都·奥托（Nikolaus August Otto）的儿子。

拉普为古斯塔夫·奥托供应自己设计的航空-船舶两用水冷四缸发动机，同时设计了并不成功的III型直列六缸发动机。1916年3月7日，古斯塔夫·奥托的公司重组为巴伐利亚飞机制造股份有限公司（Bayerische Flugzeugwerke AG，BFW AG）。1917年，由于经营不善，拉普黯然离去，在初创期合伙人，来自维也纳的金融家卡米洛·卡斯蒂廖尼（Camillo Castiglioni），以及发动机工程师马克思·弗里茨（Max Friz）的主导下，拉普发动机制造有限责任公司更名为巴伐利亚发动机制造有限责任公司（Bayerische Motoren-Werke GmbH，BMW GmbH），他们同时聘请了年轻有为的奥地利工程师弗朗茨·约瑟夫·波普（Franz Josef Popp）担任总经理。次年，巴伐利亚发动机制造有限责任公司改制为股份有限公司（Bayerische Motoren-Werke AG，BMW AG）。

1922年，古斯塔夫·奥托的巴伐利亚飞机制造股份有限公司（BFW AG）与巴伐利亚发动机制造股份有限公司（BMW AG）合并，造就了今天我们所熟知的宝马股份有限公司（BMW AG）。

让我们将日历翻回1917年，在时光流转中回溯宝马跌宕起伏的航空梦。这一年，由马克思·弗里茨主导开发的Ⅲa型水冷直列六缸发动机横空出世。它是第一型镶嵌“BMW”徽标的发动机，排量19.1L，采用气缸体与气缸盖一体化设计，配装铝合金曲轴箱和活塞，曲轴通过垂向连杆驱动单顶置凸轮轴，额定输出功率180hp（134kW，1410r/min）。

Ⅲa型发动机具有优异的高海拔性能，压缩比为6.4：1，化油器由3个混合室、3个混合气喷口和5个阻风门构成，飞行员可通过两个操纵杆切换低空/高空模式。第一次世界大战期间，令协约国飞行员闻风丧胆的福克（Fokker）D.VII双翼战斗机初期搭载了梅赛德斯（Mercedes）D.Ⅲ和D.Ⅲa型水冷直列六缸发动机，1918年中期开始换装宝马Ⅲa型发动机，型号名相应变更为福克D.VII（F），F代表马克思·弗里茨。其最高飞行速度由189km/h提升至200km/h，爬升率则由3.92m/s提升至9.52m/s。时任普鲁士皇家空军第11战斗机中队（Royal Prussian Jagdstaffel 11）指挥官的王牌飞行员恩斯特·乌德特上尉（Ernst Udet）对Ⅲa型发动机作出了如下评价：“毋庸置疑，宝马的航空发动机在战争末期堪为同类之翘楚，唯一遗憾的是，它出现的太晚了。”有趣的是，乌德特上尉的“飞行生涯”正是在古斯塔夫·奥托的飞行学校开启的。

1919年，宝马推出了Ⅲa型发动机的升级型，排量23L的IV型发动机，最大输出功率250hp（180kW）。同年6月，试飞员弗朗茨·泽诺·迪默（Franz Zeno Diemer）驾驶着搭载IV型发动机的DFW F37/III双翼机用87分钟爬升至海拔9760m高空，创造了当时的飞行高度世界纪录，他事后说道：“我本能飞得更高，但我实在无法呼吸了。”3个月后，迪默又驾驶同样搭载IV型发动机的容克（Junker）F.13单翼客机，载着8名乘客飞到了海拔6750m高空，打破载客飞行高度世界纪录。20世纪20年代初，宝马直列六缸系列航空发动机的终极之作，V型发动机问世，其排量与IV型相同，最大输出功率提升至320hp（240kW），搭载在信天翁（Albatros）L73双翼双发客机和L75教练机等机型上。

1924年，在德国高层授意下，弗里茨天才般地采用“模块化可扩展”（modular and scalable）理念，将两具直列六缸发动机的缸体整合在一起，开发出VI型发动机。它是宝马历史上第一型V型十二缸发动机，气缸夹角60°，排量48.9L，额定输出功率542hp（405kW，1530r/min）。1926年，VI型发动机投入量产，很快就成为空运市场的抢手货。1928年，宝马又推出VII型发动机，它与VI型的主要区别在于配装了传动比为0.62的齿轮减速机构，同时将起动机由缸体后端移至缸体前端，提高了维护便利性。1930年，沃尔夫冈·冯·格罗瑙（Wolfgang von Gronau）驾驶着一架配装2台VI型发动机的多尼尔“鲸”水上飞机（Dornier Wal），从德国的叙尔特岛（Sylt）出发，途经冰岛（Iceland）、格陵兰岛（Greenland）和拉布拉多（Labrador），最终飞抵纽约（New York），耗时47h，开辟了跨北大西洋空运航线。宝马曾将VI型发动机授权给多国生产。1927年，苏联购买了VI型发动机的生产许可，并由发动机科学研究院主任设计师亚历山大·亚历山德罗维奇·米库林（Александр Аександрович Микулин）主导，在其基础上开发出M17系列发动机，配装图波列夫（Туполев）TB-3重型轰炸机等机型。日本川崎重工业株式会社（KHI）也曾以许可证方式生产VI型发动机，并重命名为Ha-9，配装九八式轻型俯冲轰炸机（Ki-32）。VI型发动机的后继型是IX型，专用于强制进气试验，未投入量产。

1930年问世的X型发动机并没有延续前辈的V型十二缸结构，而是采用了星型五缸结构，额定输出功率53hp（40kW，1980r/min），仅配装BFW M.23等轻型机和教练机，产量较小。

1933年，宝马以VI型发动机为基础首次开展了燃油直喷系统试验。同年，德国航空部（Reichs-Luftfahrts-Ministerium，RLM）开始对国产航空发动机实施标准化命名管理。活塞发动机以数字“9”为前缀，以三位数命名（例如9-112，后文为求简洁均不加前缀，不影响型号识别），每100个连续三位数为1个号段，代表1家生产商，宝马使用100~199号段（后改用800~899号段）。喷气发动机和火箭发动机均以数字“109”为前缀，同样以三位数命名（例如109-801）。两者最初采用与活塞发动机相同的1个号段代表1家生产商的命名规则，后改为以三位数中的第三位代表生产商，宝马对应的是数字8（初期少量型号未采用这一规则）。

实行新命名标准后，1933—1937年间，宝马在水冷V型十二缸发动机上持续发力，先后开发出相同结构的112型、116型和117型发动机，但均未投入量产。相较之下，同期问世的132型风冷星型九缸发动机则要成功得多。这型发动机的原型是宝马自1928年开始以许可证方式生产的普拉特&惠特尼（Pratt & Whitney）R-1690“大黄蜂”（Hornet）发动机。132型包含多个亚型，排量均为27.7L，额定输出功率由715hp至947hp（533kW至706kW）不等。整个1930年代，132型发动机在军民市场上可谓左右逢源，相继配装容克Ju-52客机、阿拉多（Arado）Ar 196水上侦察机、布洛姆＆福斯（Blohm & Voss）BV 142客机等机型。1938年8月10日，搭载4台132型发动机的福克-沃尔夫（Focke-Wulf）Fw 200 “秃鹰”（Condor） S-1客机耗时24小时57分钟开辟了柏林至纽约的直飞航线。

1935年，宝马以132型为基础开发了114型发动机，换装拉诺瓦（Lanova）燃油喷射系统，同时由风冷形式改为水冷形式，但没有投入量产。同年，应德国航空部要求，宝马和勃兰登堡航空发动机有限责任公司（Brandenburgische Motorenwerke GmbH，以下简称Bramo）同时开始研发双排星型十四缸发动机，前者以132型为基础推出了139型发动机，后者则推出了329型发动机。

1939年，宝马收购Bramo，成立了宝马-勃兰登堡航空发动机有限责任公司（BMW-Flugmotorenwerke Brandenburg GmbH），以新公司名义继续生产Bramo在1936年投产的323型风冷星型九缸发动机。同年，德国航空部赋予宝马活塞发动机新的命名号段，即 800~899号段，原139型经改进后更名为801型。新生的801型融合了139型和Bramo 329型的设计特点，采用风冷双排星型十四缸结构，配装单级双速机械增压器（初期型），同时引入弗里德里希·德克尔股份有限公司（Friedrich Deckel AG）生产的充钠排气门和燃油直喷系统，初始型（801A/B）额定输出功率1539hp（1147kW，2700r/min）。最具开拓意义的是，801型发动机配装了机械-液压控制装置，可实现空燃比、点火正时、增压值和螺旋桨桨距的自动调节与匹配，极大降低了飞行员的操作负荷。这套综合控制装置堪称当今车用活塞发动机控制单元（ECU）的鼻祖。

801型发动机的声名鹊起，很大程度上要拜福克-沃尔夫Fw 190战斗机所赐。作为第二次世界大战期间最具标志性的单座单发战斗机，Fw 190凭借着高效的801型发动机，成功扮演了“昼间/夜间战斗机”“战斗轰炸机”“对地攻击机”等多重角色，在整体性能上一直压制着来自英国的老对手“喷火”战斗机（Spitfire）。

在801型的基础上，宝马相继开发了802型、803型、804型和805型发动机，但均未投入量产。其中，原计划配装福克-沃尔夫Ta 400等远程轰炸机的803型发动机，输出功率高达3847hp（2869kW），史无前例地采用了水冷四排星型二十八缸结构，每两排气缸共用一个曲轴，两个曲轴同轴布置，同时引入共轴反桨设计，后两排气缸的曲轴通过空心轴驱动后螺旋桨，前两排气缸的曲轴从空心轴中穿过，驱动前螺旋桨。

自1939年开始，宝马还同时推进着喷气发动机和火箭发动机项目。初期问世的002型和003型轴流式喷气发动机均继承自Bramo，前者因技术问题没能量产，后者的定型之路则可谓跌宕起伏。1940年，一架梅塞施密特（Messerschmitt）Bf 110双发战斗机将1台003型发动机装在机身底部，开展了首次装机试验。令人失望的是其推力仅为预期值的1/2。第二次装机试验选择了一架经改装的梅塞施密特Me 262 V1战斗机。为避免2台003型出现故障导致机毁人亡的惨剧，这架试验机保留了机首的容克Jumo 210发动机作为备份机。整个试飞过程磕磕绊绊，试验机最终靠着那台Jumo 210发动机才安全着陆。1944年，003型实现量产，但它所配装的亨克尔（Heinkel）He 162战斗机和阿拉多Ar 234C四发轰炸机，产量加在一起也只有约500架。同样诞生在1940年左右的还有018型发动机，采用十二级压缩机和三级涡轮机，最大推力34kN，推重比1.52。其研发工作于1944年终止，仅制成数台原型机。衍生自018型的028型是涡轮螺旋桨发动机，停留在设计阶段。