スーパーマリン・スピットファイアの各派生型：仕様、性能、武装

搭載されているスーパーチャージャーの種類に応じて、エンジンは低高度用（例：マーリン66、グリフォンIII）と中高度用（マーリン45）に分類され、低高度用ではエンジンは高度約10,000フィート（3,000m ）以下で最大出力を発揮し、中高度用ではエンジンは高度約20,000フィート（6,100m ）までで最大出力を発揮し、高高度用（マーリン70）ではエンジンは高度約25,000フィート（7,600m ）以上で最大出力を発揮しました。そのため、後期のスピットファイアのほとんどの派生型で使用された接頭辞LF、F、HFは、搭載されているエンジンがそれぞれ低高度、中高度、高高度のいずれに適しているかを示していました。これらの接頭辞の使用は、翼の形状によって変化しなかった。翼端を「切り詰めた」形状にすると翼幅は約32フィート6インチ（9.9メートル）（多少変動する可能性あり）に縮小され、「尖った」形状にすると翼幅は40フィート2インチ（12.29メートル）に拡大された。     

オリジナルのマーリンおよびグリフォン エンジン設計では、単段式スーパーチャージャーが使用されていました。単段式スーパーチャージャーを備えたエンジンでは、スーパーチャージャーの吸気口を通過する空気は、スーパーチャージャーのインペラによって圧縮されました。マーリン II/III、XII、および 40 シリーズの場合、空気が圧縮される際に、 SU キャブレターを通して供給された燃料と混合され、エンジンのシリンダーに供給されました。マーリン III は、+6¼lb/in² (43 kPa ) の「ブースト」（「ブースト」とは、空気/燃料混合気がシリンダーに供給される前に圧縮される圧力のことです）で1,030 hp ( 770 kW) を生成しました。^{[ 3 ]}単段式スーパーチャージャーの制限は、高度が高くなるにつれて最大出力が急速に低下することでした。高度が上がると気圧と空気密度が低下するため、ピストンエンジンの効率は、エンジンに吸い込むことができる空気の重量が減少することによって低下します^{[注1 ]} 。たとえば、 30,000フィート（9,100メートル）の空気密度は海面の1/3であるため、シリンダーに吸い込むことができる空気の量は1/3だけであり、燃焼できる燃料も1/3だけです。  

スーパーチャージャーは、空気を圧縮することで空気密度を人工的に高めるもの、あるいはピストンが下がるたびに通常よりも多くの空気をシリンダー内に送り込むものと考えることができる。^{[ 4 ]}

後期のマーリンエンジン（60、70、80、100シリーズ）とグリフォンエンジン（60、80シリーズ）に加えられた最も根本的な変更は、2段2速のスーパーチャージャーの採用であり、これにより特に高高度で出力が大幅に向上した。2段とは、共通のドライブシャフトに2つのインペラを使用し、2つのスーパーチャージャーを直列に接続したものを指す。^{[注2 ]}空気が吸気口から吸い込まれると、キャブレターによって燃料が気流に送り込まれた。^{[ 5 ]}第1段のインペラが空気と燃料の混合気を圧縮し、それがさらに圧縮される小型の第2段のインペラに送られた。

インペラは油圧作動式の2速ギアボックスによって駆動された。^{[ 6 ]}低高度から中高度では、スーパーチャージャーは中速スーパーチャージャーまたはMSギア（これはギア比、つまりインペラが作動する速度を指す）にあった。航空機が設定された臨界高度（マーリン61および70シリーズの場合は20,000フィート（6,100m ））に達して上昇すると、大気圧（空気の密度）が低下するにつれて出力が低下し始めた。^{[ 7 ]}臨界高度を超えると、圧力作動式のアネロイドカプセルがギアボックスを作動させ、速度をフルスーパーチャージャー（FS）ギアに変更し、インペラをより速く駆動して、より多くの空気燃料混合気を圧縮した。^{[ 8 ] [ nb 3 ]} 

圧縮された混合気が過熱してシリンダーに到達する前に着火（プレイグニッションノッキング）したり、ノッキングやデトネーションと呼ばれる状態を引き起こしたりするのを防ぐために、インタークーラーが必要でした。インタークーラーはエンジン冷却システムとは別個のもので、独自のグリコールと水の冷却液を備えており、第2段スーパーチャージャーの出口とシリンダーブロックの後ろの吸気システム内に取り付けられていました。スーパーチャージャーからの高温の空気燃料混合気は冷却液チューブを通って循環し、その後メイン吸気マニホールドに送られ、そこからシリンダーに供給されました。インタークーラーはまた、スーパーチャージャーケーシング内の通路とインペラの間に冷却液を循環させました。^{[ 9 ]}最後に、追加のラジエーター（スピットファイアの翼下の右舷ラジエーターダクトに取り付けられている）を使用して、インタークーラーの余剰の吸気熱を放散しました。^{[ 9 ]}

2 段 2 速のスーパーチャージャーでは、2 組の出力定格を引用できます。たとえば、Merlin 61 で発生する最大出力は、 + 15 lb/in² の「ブースト」を使用して、MS 速度で12,250 フィート (3,730 m) (臨界高度)で 1,565  hp (1,167  kW)でした。^{[ 7 ]} FS ギアを駆動するには、約 200 hp (149 kW) が必要でした。その結果、 FSでの Merlin 61 で発生する最大出力は、+ 15 lb/in² のブーストを使用して25,900 フィート (7,900 m)で1,390 hp (1,036 kW) でした。^{[ 7 ] [ 10 ]} LF Mk IX で使用されたマーリン 66 はわずかに高い出力を発生しましたが、わずかに異なるギア比で小型のインペラを駆動したため、スーパーチャージャー段の臨界高度定格はそれぞれ7,000 フィート (2,100 m)と18,000 フィート (5,500 m)と低くなりました。対照的に、高高度飛行用に最適化されたマーリン 70 の臨界高度は14,000 フィート (4,300 m) (MS) と 25,400 フィート (7,700 m) (FS) でした。^{[ 11 ]} (マーリン エンジンとは異なり、グリフォンはより広い高度帯で最大の性能を発揮するように設計されたスーパーチャージャーを使用していたため、グリフォン エンジンを搭載した LF または HF スピットファイアの派生型はありませんでした。)            

マーリンの初期生産型では、SU製のキャブレターが使用され、燃料の流れはフロートを通して計量された。ほとんどの場合、これで十分であったが、ダンケルク上空の空中戦やバトル・オブ・ブリテンでは、急降下への素早い「バント」などの負の「g」力がマーリンにかかると、燃料不足によりエンジンが一時的に出力を失うことが判明した。これは、フロート内のガソリンがスーパーチャージャーへの供給パイプから投げ出されていたためである。燃料噴射式のダイムラー・ベンツ DB 601エンジンは、特にキャブレター搭載エンジンよりもBf 109に優位性を与えた。スピットファイアは、109 のように簡単に「バント」して相手から急降下することはできなかった。 ^{[ 12 ]}ベアトリス「ティリー」シリング が考案した対策は、フロート室に穴の開いた金属製ダイヤフラムを取り付けることであった。それは潜水中の燃料不足の問題を部分的に解決した。この装置は一般に「ミス・シリングの開口部」と呼ばれていた。

完全な解決策は、ベンディックス・ストロンバーグ加圧式キャブレターを使用することでした。これにより、エンジンが使用する燃料の量をより正確に計量し、燃料不足を防ぐことができました。この新しいキャブレターは、マーリン66シリーズからすべてのグリフォンエンジンで使用されました。これらのエンジンでは、キャブレターはノズルを通して5psiの燃料を直接スーパーチャージャーに噴射し、圧縮された空気と燃料の混合気がシリンダーに送られました。最終的な開発はSU噴射式キャブレターで、クランクシャフトの回転速度とエンジン圧力に応じて駆動される燃料ポンプを使用してスーパーチャージャーに燃料を噴射しました。これは、生産されたスピットファイアには使用されなかった100シリーズのマーリンに搭載されましたが、グリフォン60および80シリーズで使用されました。

イギリスでは、ブースト圧を海面における公称大気圧値に対するポンド/平方インチ（またはpsi）で測定していた。+6という値は、空気/燃料混合気がスーパーチャージャーブロワーによってエンジンに入る前に20.7（概算値）psiまで圧縮されていることを意味し、+25という値は、空気/燃料混合気が39.7psiまで圧縮されていることを意味した。これは、25psiの「ブースト」圧に14.7psiの大気圧が加算された値である。

1940 年 5 月、スピットファイア Mk1 の性能向上を目指して、RAe の科学者 (ヘイン・コンスタントを含む) は「推進ダクト」を開発した。これは基本的に、メレディス効果を利用したガソリンで駆動する単純なラムジェットであった。胴体中心線上に取り付けられた48 × 30 × 15 インチ (122 cm × 76 cm × 38 cm)の深さのダクト内に収められ、3 番目のラジエーターに似ていた。ベンチテストでは速度の向上は顕著ではなく、この装置は飛行試験されなかった。1943 年、このアイデアはV1の脅威に対抗する手段として再検討された。ホーカー テンペストやグロスター ミーティアなどの航空機は広く普及しておらず、スピットファイアは急降下攻撃でしか迎撃できなかった。ファーンバラのADバクスターとCWRスミスは1940年の研究を再検討し、実用的ではあるものの、抗力と圧力損失の問題に直面し、それらが解決される前にV1は打ち負かされたと結論付けた。^{[ 14 ]}     

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