Motori aeronautici a pistoni

[Dodicicilindri]

Su richiesta del mio amico Beppe (alias GTI 150 97) apro questo topic sui motori aeronautici a pistoni.

Partiamo, come da richiesta, dal RR Merlin.

Il Merlin era un motore aeronautico prodotto nel periodo durante la seconda guerra mondiale dalla britannicaRolls-Royce Limited. Il Merlin fu uno dei due o tre migliori motori al mondo della sua epoca e fu utilizzato su molti dei più famosi aerei da combattimento della II guerra. Il nome Merlin non deriva da Merlino, mitico mago della saga di Re Artù, ma da un piccolo falco: lo smeriglio.

Agli inizi degli anni trenta la Rolls-Royce iniziò a pianificare i programmi di sviluppo dei suoi futuri motori d'aereo. Due furono i progetti di base. A partire dal Rolls-Royce Kestrel, un V-12 della stessa ditta che fu usato con grande successo su molti velivoli sempre durante gli anni trenta, venne realizzato il Rolls-Royce Peregrine. Questo motore avrebbe dovuto fornire 700 hp (522 kW) di potenza. Due Peregrine, uniti ad uno stesso albero motore secondo una configurazione ad X, avrebbero dato origine al Vulture. Questo motore avrebbe avuto 24 cilindri e avrebbe dovuto raggiungere una potenza di 1 700 hp (1 268 kW). Il secondo motore era destinato all'uso sui velivoli più grandi quali i bombardieri. Si prevedeva inoltre di creare un propulsore da 1 500 hp (1 118 kW) partendo dal motore utilizzato dai velivoli da gara della Supermarine. La base di partenza era il motore Buzzard, che a sua volta, altro non era che un Kestrel in scala più grande.

Questi piani però lasciavano scoperta la classe dei motori tra i 700 ed i 1 500 hp. Per coprire questo vuoto la Rolls-Royce iniziò a lavorare su un nuovo motore, da circa 1 100 hp (820 kW). Questo progetto venne designato PV-12, dove PV (Private Venture) stava ad indicare che la ditta si assumeva in proprio i costi del progetto, non ricevendo fondi per svilupparlo. Il primo volo di questo motore avvenne su di un biplanoHawker Hart nel 1935. Il motore usava, l'allora nuovo, sistema di raffreddamento ad evaporazione. Questo sistema però non soddisfaceva pienamente e appena furono disponibili scorte provenienti dagli USA di Glicol etilenico (Prestone), si adottò subito un nuovo sistema di raffreddamento.

Nel 1936 il Ministero dell'Aria emanò una specifica volta alla acquisizione di un nuovo caccia che doveva possedere una velocità massima superiore ai 480 km/h (300 mph). Due alla fine risultarono i progetti selezionati: il Supermarine Spitfire e l'Hawker Hurricane. Tutti e due i velivoli erano progettati intorno al nuovo motore PV-12 e non al Kestrel,come si pensava. Essendo questi gli unici due progetti per un caccia moderno in fase di realizzazione il nuovo motore ricevette subito la massima attenzione e priorità. Fu a questo stadio che il motore da PV-12 passò alla denominazione di Merlin. La prima importante consegna di Merlin II avvenne nel 1938. Il motore forniva 1 030 hp (768 kW) di potenza. La produzione venne subito aumentata.

I primi Merlin erano considerati piuttosto inaffidabili ma, data la loro importanza, fu fatto qualsiasi sforzo per migliorarli. La ditta introdusse un severo programma di controllo della qualità per risolvere i vari problemi. In pratica si trattava di prendere, scegliendoli a caso, dei motori usciti dalla catena di produzione. Questi motori venivano poi fatti girare senza interruzione alla massima potenza finché non cedevano. Dopodiché venivano smontati e si ricercava la parte che aveva ceduto. Questa veniva poi ridisegnata per renderla più resistente. Dopo due anni di applicazione di questa procedura il Merlin era diventato uno dei motori d'aereo più affidabili al mondo, tanto che poteva essere mantenuto alla massima potenza per tutta la missione di bombardamento, di solito della durata di circa otto ore, senza che si registrassero inconvenienti.

Degli altri due motori, il Peregrine e il Vulture, venne interrotta la produzione nel 1943. Il Peregrine era stato adottato da un solo velivolo il Westland Whirlwind e sebbene fosse un progetto soddisfacente non venne sviluppato quanto il Merlin, rimanendo sempre un problema per il velivolo. Il Vulture invece venne installato sul Hawker Tornado e sull'Avro Manchester. Anche il Vulture manifestò grandi problemi di affidabilità. Con il Merlin, che ormai poteva fornire una potenza intorno ai 1 500 hp (1 118 kW), i due programmi vennero cancellati.

L'aumento della potenza del Merlin avvenne anche grazie al continuo miglioramento del carburante per aerei che venne realizzato negli USA. Infatti divennero disponibili carburanti con un numero di ottani sempre più elevato e da una sempre più efficiente sovralimentazione. All'inizio del conflitto il Merlin, con i suoi 27 litri di cilindrata, veniva alimentato con il carburante standard a 87 ottani e forniva una potenza di poco superiore ai 1 000 hp (746 kW) mentre il motore tedesco DB601, da 34 litri di cilindrata, ne poteva fornire circa 1 100 (820 kW). La successiva versione del motore inglese, la XX, utilizzando benzina a 100 ottani e con una maggiore pressione della sovralimentazione, ne poteva fornire 1 300 (969 kW) senza alcun aumento della cilindrata. Questo processo continuò con le versioni successive che fornirono una potenza sempre più elevata, tanto che verso la fine della guerra questo motore, che ormai si poteva considerare "piccolo", riusciva a fornire 1 600 hp (1 193 kW) nelle versioni normali e arrivava, per brevi periodi, a 2 000 hp (1 491 kW) in alcune versioni speciali.

Il Merlin era considerato fondamentale per lo sforzo bellico, tanto che i disegni del progetto furono inviati negli USA per evitare che potessero cadere in mani tedesche nel caso che la Gran Bretagna, nel 1940, avesse dovuto capitolare. Nel 1943, quando questa minaccia era ormai lontana, venne iniziata la produzione del Merlin negli Stati Uniti da parte della Packard che lo produsse, su licenza, con la designazione V-1650. All'inizio questo motore veniva montato solo sugli Spitfire che venivano prodotti negli USA. Si dimostrò però talmente superiore ai suoi pariclasse statunitensi, quale per esempio l'Allison V-1710, che venne utilizzato al suo posto sul caccia North American P-51 Mustang, che divenne uno dei migliori velivoli da caccia del secondo conflitto mondiale. Per quanto detto sopra il Merlin viene annoverato tra i principali fattori che hanno contribuito alla vittoria degli Alleati nella Seconda Guerra Mondiale.

Altri impieghi del Merlin

Nel 1960 John Dodd, abitante del Kent, utilizzò un Merlin su una macchina chiamata The Beast (La Bestia). Alcuni dicono che utilizzò un Rover Meteor, un motore per carri armati, che però altro non era che un Merlin senza sovralimentazione. In origine questa macchina portava il marchio Rolls-Royce ma, a seguito del sorgere di problemi, questo venne rimosso. Infatti fu vista da una persona alla guida di una Porsche su una autostrada tedesca. Questa persona poi chiamò la stessa Rolls-Royce per avere informazioni su questo loro nuovo modello. The Beast venne inserita anche nel libro del Guinness dei primati quale auto più potente del mondo. Infatti montava un Merlin tratto da un velivolo da addestramento Boulton Paul Balliol. In origine questo motore, dotato di sovralimentazione, forniva 1 262 hp (941 kW) a 2 600 metri (8 500 feet). Nella macchina la sovralimentazione venne rimossa e la potenza erogata divenne di "soli" 844 hp (630 kW). Il telaio era in fibra di vetro autocostruito. Il cambio proveniva da un GM 400. L'auto venne successivamente restaurata dal figlio di John Dodd, Paul Dodd, che possiede anche un Rolls-Royce Griffon da 37 litri con doppio compressore capace di 2 050 hp (1 530 kW), che veniva montato sulle ultime versioni del caccia Spitfire.

[Cosimo]

che meraviglia di aereo lo spit

[Dodicicilindri]

Passiamo a un motore di tutt'altro genere, infatti è radiale e raffreddato ad aria, non a liquido come il RR Merlin.

Per far contento nicogiraldi, qualche notizia sul BMW 801:

Il motore BMW 801 fu un potente motore radiale costruito dalla BMW durante la Seconda guerra mondiale. Era raffreddato ad aria, i cilindri erano quattordici ed erano disposti su due stelle da sette cilindri ciascuna. L'alesaggio e la corsa erano entrambe di 156 mm e ne risultava una cilindrata di circa 41,8 litri (2,560 in³). Il suo peso, completo delle parti che ne consentivano il montaggio sul velivolo, era di 1.250 kg (2,756 lb) e la sua lunghezza variava, a seconda delle versioni, da 1,27 (50 in) a 2 metri. La potenza erogata andava, sempre a seconda delle versioni, da un minimo di 1.600 hp (1.193 kW) ad un massimo di 2.000 hp (1.491 kW). Venne utilizzato su diversi velivoli tedeschi del secondo conflitto mondiale.

Lo sviluppo

La progettazione di questo motore iniziò a partire dall'esperienza accumulata negli anni '30 dalla BMW con la costruzione, su licenza, del Pratt & Whitney R-1690 Hornet, che la ditta aveva denominato BMW Hornet. Ne venne introdotta una versione migliorata, il BMW 132, che ebbe un discreto successo di vendita sempre negli anni '30. Nel 1935 l'RLM finanziò la costruzione di due prototipi di grandi motori stellari. Un progetto era stato presentato dalla BRAMO e un altro dalla BMW. In seguito quest'ultima acquistò la BRAMO incorporando lo staff progettuale al suo interno e ponendo così fine al progetto BRAMO. Il risultato fu una proposta per una versione a doppia stella del motore BMW 132 che venne identificato come BMW 139. Secondo il progetto il motore avrebbe dovuto sviluppare 1.400 hp (1.044 kW) di potenza.

Inizialmente questo motore avrebbe dovuto essere utilizzato sui bombardieri e sui velivoli da trasporto, impiego usuale dei motori stellari sui velivoli tedeschi. L'impiego sui caccia con base a terra di questo tipo di motori era fortemente limitato dalla notevole sezione frontale che questi richiedevano e quindi dalla resistenza aerodinamica che questa configurazione generava. Fu Kurt Tank, il progettista della Focke Wulf, che ebbe l'idea di utilizzare un motore stellare per un suo futuro caccia, quello che sarebbe divenuto il Focke-Wulf Fw 190. L'idea che egli ebbe per superare il problema della resistenza, e poter quindi dotare il velivolo di una linea aerodinamica filante, fu di inglobare all'interno della capottatura del motore, dietro l'elica che era dotata di una ogiva di grandi dimensioni, una ventola azionata dallo stesso motore e che spingeva l'aria verso lo stesso raffreddandolo.

Parte di questa aria sarebbe stata aspirata da appositi condotti a S e convogliata verso il radiatore dell'olio. Non si riuscì però a far funzionare questo sistema con il BMW 139. Inoltre questo progetto appariva ormai datato per cui, nel 1938, la BMW propose un nuovo progetto che sarebbe però potuto entrare in produzione velocemente. Ottenuta l'approvazione i lavori iniziarono nell'ottobre successivo.

Il nuovo motore venne designato BMW 801, in quanto erano stati assegnati alla BMW una nuova serie di numeri con i quali indicare i motori. Le differenze tra il nuovo motore, che la ditta denominò BMW 801, e il 139 erano minime limitandosi principalmente ai dettagli. Il motore mantenne l'impostazione a due valvole per cilindri, nonostante quasi tutti i motori aeronautici all'epoca già ne adottassero quattro o addirittura utilizzassero, come nei motori inglesi, le valvole a fodero. Inoltre questa unità era dotata di un compressore meccanico, a singolo stadio e a due velocità, azionato dallo stesso propulsore e non con un sistema idraulico, come avveniva sul coevo motore Daimler-Benz DB 601.

Naturalmente vennero incorporati diverse recenti novità tecnologiche quali il sistema di raffreddamento delle valvole e il sistema di alimentazione ad iniezione. L'innovazione più importante era data dalla introduzione del Kommandogeraet, una unità elettroidraulica che permetteva di semplificare in maniera notevole la gestione del motore. Infatti con questo comando ad una semplice variazione della manetta del gas venivano, automaticamente, regolate la pressione del compressore, la miscela, il flusso del carburante, la fase del motore e il passo dell'elica. Su altri velivoli queste singole operazioni dovevano essere tutte effettuate in sequenza dal pilota.

Versioni

La prima versione del BMW 801 fu la A che effettuò le prime prove nell'aprile del 1939, solo sei mesi dopo l'inizio della progettazione.

La seguì la versione B, che era identica alla versione A, differenziandosi da questa solo per il senso di rotazione, che era verso sinistra. Le due versioni erano pensate per essere utilizzate insieme sui velivoli bimotori annullando così la coppia generata durante il volo dalla rotazione delle eliche e migliorando la maneggevolezza del velivolo.

Sempre a partire dalla A venne ricavata la versione L, ottimizzata per i climidesertici. Tutte e tre queste versioni manifestarono un forte problema di raffreddamento e fu compiuto ogni sforzo per risolverlo.

La successiva versione fu la C, che sostituì le precedenti versioni. Su questa versione era presente un nuovo controllo idraulico per il passo dell'elica e vari miglioramenti adottati per superare il problema del surriscaldamento, tra le quali delle alette poste nella parte posteriore della cappottatura del motore. Con la necessità di utilizzare il caccia ad alta quota fu necessario rivedere le prestazioni del compressore che ormai non erano più soddisfacenti. La versione C-1, montata sul Focke Wulf 190 (d'ora in poi FW 190) versione A-1 forniva 1.550 hp (1.156kW) al decollo che vennero aumentati a 1.600 (1.193 kW) sulla versione C-2 adottata dal FW 190 A-2.

Anche queste versioni furono sostituite della versione D che utilizzava carburante a 96 ottani e non ad 87 ottani come sulle versioni A/B/C/L. La potenza al decollo del BMW 801 D-1 era di 1.700 hp (1.268 kW) che salivano a 1730 hp (1.290 kW) nella versione D-2. La versione D inoltre adottava un sistema di iniezione di una miscela di acqua e metanolo al 50 %, denominato MW 50. La miscela veniva iniettata direttamente nello scarico del compressore raffreddando la miscela ed evitando fenomeni di ritorno di fiamma. Le prestazioni a bassa e media quota migliorarono molto e la potenza del motore salì a 2.000 hp (1.491 kW). Fu però solo verso la fine del conflitto che il sistema MW 50 furono disponibili. Questo sistema poteva essere montato su diversi motori. Dalla versione D vennero ricavate le versioni G e H, versioni specifiche per l'uso sui bombardieri. Come avveniva per la versione A e B, la loro principale differenza era data dal senso di rotazione opposto, destro per la G e sinistro per la H.

Seguì la Versione E che era una conversione del D-2 con la sovralimentazione tarata appositamente per il volo ad alta quota. La potenza al decollo non subì significativi incrementi mentre quella disponibile in crociera salì di 100 hp (74,5 kW) e quella disponibile per il combattimento, nei modelli ad alta potenza, di 150 hp (112 kW). La versione E venne anche utilizzata quale base per la R. Su questa versione venne montato un più potente, e complesso, compressore a due stadi e quattro velocità. I continui miglioramenti del modello E portarono alla versione F. Sulla carta le prestazioni di questa nuova versione sarebbero dovute essere notevolmente migliori con la potenza che saliva a 2.400 hp (1.790 kW). Il modello F doveva essere utilizzato sulle ultime versioni del FW 190, ma la guerra terminò prima che ne venisse iniziata la produzione.

Molte prove furono condotte per sperimentare l'uso di turbine sui motori 801. La prima venne condotta su motori della versione D. Così modificato venne ridenominato BMW 801J. Questo motore forniva 1.810 hp (1.350 kW) al decollo e 1.500 (1.119 kW) a 12.200 metri di quota (40.000 ft). L'incremento della potenza disponibile era notevole. Infatti a questa quota un normale motore BMW 801D riusciva a stento a fornire 630 hp (470 kW). La stessa modifica avvenne effettuata sulla versione E che divenne il BMW 801 Q. Questo motore riusciva a fornire, sempre a 12.200 metri, 1.715 hp (1.279 kW), una potenza superiore a qualsiasi motore utilizzato dagli alleati. Nonostante le loro ottime prestazioni le versioni J e Q, per ragioni di costo, non entrarono mai in produzione. In loro sostituzione vennero adottati, sui progetti che si basavano su questi motori BMW, motori diversi già esistenti quali lo Junkers Jumo 213.

Potenza di alcune versioni

• 801A 1.600 CV (1.177 kW)
• 801C 1.600 CV (1.177 kW)
  
• 801D 1.730 CV (1.290 kW)
  
• 801S o TS 2.000 CV (1.500 kW)
  
• 801F 2.400 CV (1.800 kW). Lo sviluppo di questa versione venne interrotto con la fine del conflitto.
  

Varie

Normalmente i motori erano consegnati dalla BMW completi di cappottatura e già pronti per essere montati sui velivoli. Per questo motivo si creò una certa confusione nella designazione tra le versioni "complete", da montare sugli aerei, e quelle "nude", cioè il solo motore. Le versioni complete A/B/L se solo motore divenivano, secondo logica, MA/MB/ML. Il modello D-2 era invece conosciuto come MG. Sulle ultime versioni del motore la lettera M venne sostituita dalla lettera T, che venne usata inoltre in maniera piuttosto confusa. Gli equivalenti "spogli" delle versioni complete E erano designati come TG oppure TH, suggerendo quasi un loro legame con le omonime versioni G e H del BMW 801. A loro volta il semplice motore di queste versioni era designato come TL e TP. Per le versioni dotate di turbocompressore era uso comune riferirsi ad esse premettendo sempre la lettera T e cioè come versioni TJ e TQ.

[Dodicicilindri]

che meraviglia di aereo lo spit

[Cosimo]

sicuramente il più elegante.

[Dodicicilindri]

Tra l'altro è un aereo a cui gli inglesi devono tanto, e che si è fatto onore nella battaglia d'Inghilterra contro gli apparecchi della Luftwaffe.

[wilderness]

Belli i motori aeronautici a pistoni!!! Quelli a stella sono favolosi, ne ho visti molti aperti al Deutsches Museum di Monaco...sono veramente particolari...

[Cosimo]

Tra l'altro è un aereo a cui gli inglesi devono tanto, e che si è fatto onore nella battaglia d'Inghilterra contro gli apparecchi della Luftwaffe.

Era infatti molto veloce e maneggevole (credo che grazie al suo motore per un buon periodo sia stato il caccia più veloce) se non sbaglio il suo nemico era quest'altro bellissimo mezzo..

[Autodelta85]

Una chicca dal museo delle arti e dei mestieri di Parigi (il nome in francese non lo so,non me lo ricordo e non voglio ricordarmelo )

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[Dodicicilindri]

Belli i motori aeronautici a pistoni!!! Quelli a stella sono favolosi, ne ho visti molti aperti al Deutsches Museum di Monaco...sono veramente particolari...

Sì, è vero. I motori a stella sono davvero particolari. Sarebbe bello confrontare pregi e difetti dei motori stellari e di quelli alternativi.

Ad esempio, i motori stellari sono raffreddati ad aria, quindi più semplici, ma è molto più complicato sovralimentarli (cosa facile per un tradizionale motore con i cilindri in linea).

Al contempo, i motori stellari hanno un grande ingombro frontale, che penalizza l'aerodinamica, mentre un motore tradizionale ha una sezione più compatta.