Motori aeronautici a pistoni

[Memphis85]

Da Wikipedia

Napier Sabre

Il Sabre era un motore a pistoni progettato dal maggiore Frank B. Halford e prodotto dalla Napier Aero Engines, una controllata Napier & Son, durante la seconda guerra mondiale. Il motore aveva ventiquattro cilindri disposti ad H. La distribuzione era del tipo con valvole a fodero. Il Sabre divenne uno dei più potenti motori del conflitto arrivando a sviluppare 3 500 hp (2 200 kW). Non ebbe però una grande diffusione in quanto l'avvento dei motori Jet, e data la grande disponibilità di motori stellari di potenza simile, subito dopo la fine della guerra ne decretò il rapido declino.

Prima del Sabre la Napier aveva realizzato alcuni tra i più grandi motori di quel periodo. Il più conosciuto era il Lion, che fu utilizzato anche sui velivoli inglesi, realizzati dalla Supermarine, che parteciparono alla Coppa Schneider, una competizione per idrovolanti che si tenne negli anni venti e all'inizio degli anni trenta.

Alla fine di questo periodo però il Lion era ormai un motore non più al passo con i tempi e pertanto la ditta cominciò a lavorare ad un suo sostituto. Due furono i progetti che vennero realizzati: il Rapier, un motore ad H da sedici cilindri, e il Dagger anch'esso un motore ad H ma con ventiquattro cilindri.

La scelta della configurazione ad H era dettata sia dalla compattezza che questa disposizione dava al motore, permettendo di inserire in uno spazio relativamente contenuto un grande numero di cilindri e quindi di realizzare un motore potente, sia dal bilanciamento naturale del motore. I pistoni infatti avevano un movimento tale che ogni pistone tendeva a bilanciare quello a lui opposto rendendo così morbido il funzionamento del motore stesso.

Per i primi progetti però la Napier scelse, inopportunamente, di utilizzare il raffreddamento ad aria. Durante il servizio si scoprì che i pistoni posteriori non ricevevano abbastanza aria per il loro raffreddamento causando molti problemi di affidabilità. In questo periodo inoltre i progettisti erano alla ricerca di un nuovo sviluppo nei motori tentando di ottenere potenze dell'ordine dei 50 kW\L (1 hp per in³). Con questi Supermotori si sarebbero dovuti equipaggiare i nuovi grandi velivoli che si stavano progettando. Realizzare un motore di questi livelli di potenza si dimostrò un compito molto più difficile del previsto. Si tenga presente che un tipico motore dell'epoca quale il Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp sviluppava circa 1 200 hp (895 kW) con una cilindrata di 30 L (1 830 in³). In pratica con i Supermotori si richiedeva di realizzare un motore le cui prestazioni dovevano essere di circa il 50% superiori ai motori all'epoca disponibili. Furono molte le ditte, ma scarsi i successi, che si confrontarono con questa sfida tecnologica.

Un passo in avanti si ebbe quando nel 1927 Harry Ricardo del RAE pubblicò un studio nel quale affermava che con i sistemi di distribuzione che utilizzavano le valvole a fungo non si sarebbe potuto realizzare un motore che superasse il limite dei 1 500 hp (1 100 kW) di potenza. Per realizzare un motore che superasse questa barriera era necessario introdurre il sistema delle valvole a fodero. Con questo sistema era possibile aumentare l'efficienza volumetrica di ogni singolo cilindro.

In questo periodo la Napier stava lavorando per rendere il Rapier uno dei più potenti motori disponibili e introdusse, riprogettando completamente il motore, le valvole a fodero. Il motore venne anche dotato di raffreddamento a liquido. Nella ricerca della massima potenza i progettisti del Rapier erano favoriti dalla sua configurazione ad H che permetteva di raggiungere dei regimi di rotazione elevati, proprio grazie al suo naturale bilanciamento e all'adozione delle nuove valvole. Era così possibile produrre una potenza maggiore mantenendo però, rispetto agli altri motori, una cilindrata piuttosto contenuta.

Il primo motore Sabre era pronto a girare nel gennaio del 1938. La potenza venne limitata a 1 350 hp (1 000 kW). Nel marzo successivo erano già stati superati i 2 050 hp (1 500 kW). Nel giugno del 1940 il motore forniva ben 2 200 hp (1 640 kW) con una cilindrata di 37 L. Il Sabre fu quindi il primo motore che si avvicinò alla soglia dei 50 kW\L. Per la fine di quell'anno la potenza raggiunse i 2 400 hp (1 800 kW), una potenza impressionante se si tiene presente che i più potenti motori dell'epoca, il Merlin e il DB 601, fornivano circa 1 000 – 1 200 hp (750 – 900 kW).

Con l'inizio della produzione cominciarono ad emergere alcuni problemi. Infatti fino a quel momento ogni motore Sabre era in pratica un prodotto artigianale, essendo assemblato a mano da manodopera specializzata e passare alla produzione in serie si dimostrò piuttosto complicato. I foderi che componevano le valvole si rovinavano piuttosto velocemente bloccando, durante la costruzione, il motore. In quel periodo la Bristol, che aveva anch'essa adottato il nuovo sistema di distribuzione, realizzava dei foderi che venivano montati su diversi suoi motori. In particolare quelli utilizzati sul Bristol Taurus avevano lo stesso alesaggio dei cilindri del Sabre e quindi si potevano montare su questo motore. Inizialmente la Bristol però si rifiutò di fornirli alla Napier e solo dopo pressioni esercitate dal Ministero dell'Aria cedette. Con l'adozione di questi foderi, molto migliori come realizzazione, gran parte dei problemi vennero superati. Anche i controlli di produzione, quelli che oggi chiameremmo di qualità, si dimostrarono un serio problema. Spesso venivano consegnati motori con saldature mal rifinite, segmenti di tenuta rotti o con resti di lavorazioni al proprio interno. I meccanici sui campi erano quindi sempre sotto pressione nel tentativo di mantenere in efficienza questi motori.

Questa situazione durò per troppo tempo e fece guadagnare al motore una cattiva reputazione. A tutto questo si aggiunse la scarsa familiarità che piloti e meccanici avevano con il carattere particolare di questo motore facendo così insorgere problemi dovuti anche ad una gestione non corretta del propulsore.

I problemi alla fine furono risolti e il motore ricominciò a guadagnare la stima degli operatori raggiungendo un elevato livello di affidabilità e di potenza. Nel 1944 il Sabre V, l'ultima versione utilizzata nel conflitto, forniva 2 400 hp (1 800 kW) costanti. La successiva versione VII arrivava a 3 500 hp (2 600 kW), e con un nuovo compressore raggiunse nei test finali i 4 000 hp (3 000 kW). In pratica la stessa potenza del più grande motore radiale mai costruito, il Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major, che però aveva una cilindrata di 74 L (4 360 in³).

[Memphis85]

E LUI, il Tempest:

[Cosimo]

bello, sembra uno spit agli estrogeni..

[Memphis85]

bello, sembra uno spit agli estrogeni..

[Cosimo]

chi lo produceva sto mostro? hai qualche scheda tecnica?

[Memphis85]

Eccola maialozzo

HAWKER TEMPEST

L’Hawker Tempest, evoluzione dell'Hawker Typhoon, era un cacciabombardiere da assalto della RAF che combatté durante la seconda guerra mondiale, propulso dall'ancor più potente motore Napier Sabre II, 24 cilindri ad H da 2.180 hp.

Mentre la Hawker e la RAF stavano lottando per trasformare il Typhoon in un aereo utile, Sidney Camm e la sua squadra stavano rielaborando il progetto che al momento aveva la designazione Hawker P. 1012 (o Typhoon II). La spessa, robusta ala del Typhoon veniva imputata di alcuni problemi di rendimento dell'aereo, e fin dal marzo 1940, alcuni ingegneri vennero incaricati di studiare una nuova ala a flusso laminare che poi avrebbero utilizzato gli Americani per il loro P-51 Mustang.

L'ala a flusso laminare aveva una corda alare, o rapporto di spessore alla lunghezza dell'ala (sezione trasversale), del 14,5%, contro il 18% del Typhoon. Il massimo spessore era molto lontano dalla metà della corda. La nuova ala era originariamente più lunga di quella del Typhoon (13,1 m), ma i bordi alari vennero tagliati e l'ala divenne più corta di quella del Typhoon (12,5 m).

La nuova ala era troppo stretta per i quattro cannoni Hispano da 20 mm che erano stati progettati per il Typhoon. Dovettero essere spostati indietro nell'ala, e quest'ultima venne estesa in una forma ellittica per fare posto ai cannoni e agli 800 colpi. La nuova ala ellittica aveva un'area maggiore di quella del Typhoon. Camm, che era famoso per il suo tagliente umorismo, disse più tardi: “Lo staff dell’aeronautica non avrebbe voluto acquistare niente che non somigliasse a uno Spitfire."

Un'altra importante caratteristica della nuova ala era che i radiatori per il nuovo motore Napier Sabre IV erano situati all'inizio del bordo principale dell'ala, all'interno del carrello di atterraggio. Questo eliminò il caratteristico radiatore a barba e migliorò l'aerodinamica, ma anche disponendo i serbatoi nel bordo principale dell'ala, nella stessa posizione del Typhoon. Questo ridusse notevolmente la capacità dei serbatoi, ma gli ingegneri della Hawker avrebbero potuto allungare la fusoliera di 53 cm davanti all'abitacolo per poter imbarcare un maggior quantitativo di carburante nella fusoliera, portando il totale a 1.363 litri e l'autonomia a 804 km, circa il doppio degli Spitfire IX.

I carrelli di atterraggio erano più lunghi e avevano un'estensione maggiore (4,88 m) per migliorare la stabilità nell'atterraggio ad alte velocità (180 km/h) e permettere l'installazione di una nuova elica quadripala del diametro di almeno 3,66 m. Anche il carrello principale ora aveva bisogno di nuove sottili gomme per riuscire a farle rientrare nelle ali

Il nuovo progetto era a buon punto nell'ottobre del 1941 e il ministro dell'aria rilasciò la specifica F.10/41 che era stata scritta apposta per mandare in produzione l'aereo. Un contratto per due prototipi iniziali venne firmato il mese seguente. All'inizio l'aereo fu chiamato Typhoon Mark II, ma venne rinominato in Tempest nel gennaio 1942, quando vennero richiesti ulteriori prototipi con svariate configurazioni sperimentali. I problemi avuti con la spedizione dei motori portò il ministro dell'aria a ordinare sei prototipi con differenti motori, in modo che se un propulsore avesse accusato dei ritardi, si avrebbe potuto utilizzarne uno alternativo. Questo portò la costruzione di un Mk I (aereo HM599) con il Sabre IV, due Mk II (LA602 e LA607) con i Centaurus IV, un Mk III (LA610) con il Griffon IIB, un Mk IV (LA614) con il Griffon 61, e un Mk V (HM595) con il Sabre II.

Il primo prototipo del Tempest, il Mark V, volò il 2 settembre 1942. Questo aereo non era altro che un Typhoon su cui erano montate le nuove ali ellittiche e conservò la tipica cappottina del Typhoon, la porta in stile automobilistico, il motore Sabre II, e il radiatore a "barba". Tuttavia il prototipo venne presto modificato con una cappottina a goccia come negli ultimi Typhoon e un piano di coda modificato che quasi duplicava la superficie di controllo.

I collaudatori trovarono nel Tempest un grande miglioramento del Typhoon in prestazioni, nonostante fosse un po' difficile da guidare. Il ministro dell'aria ad agosto aveva già ordinato 400 Tempest, ma la produzione del nuovo motore Sabre IV subì notevoli problemi e ritardi. Il secondo prototipo, "Tempest Mark I" con il motore Sabre IV non poté volare fino al 24 febbraio 1943. All'inizio questo prototipo aveva il vecchio abitacolo e il piano di coda verticale del Typhoon. L'eliminazione del radiatore a "barba" fu un grande contributo al miglioramento delle prestazioni, e il Tempest Mark I divenne il più veloce aereo mai costruito dalla Hawker, con una velocità di 750 km/h. Solo un esemplare della serie I venne costruito. Con il motore Sabre IV non disponibile, Camm fu costretto a mandare in produzione il "Tempest V" con il motore Sabre II. Il primo volo della serie di produzione avvenne il 21 giugno 1943. I primi 100 Tempest V erano dotati dei cannoni Hispano Mark II da 20 mm a canna lunga, e questo particolare fece identificare questi esemplari come "Tempest V Serie I". La produzione successiva comprendeva una serie di 800 aerei noti come "Tempest V Serie II", muniti del cannone [Hispano Mark V] da 20 mm a canna corta, eliminando così le protuberanze delle canne dalle ali, sebbene queste non fossero così ingombranti come quelle del Typhoon.

TEMPEST MARK V

Nel suo libro Le Grand Cirque (La grande giostra), l'asso francese Pierre Clostermann, che volava con un MkV nel 274 e nel 3 squadrone della RAF negli anni 1944-45, indica delle velocità massime decisamente più elevate: 780 km/h alla massima potenza disponibile (2.850 CV – 2.095 kW) e 820 km/h con potenza di emergenza (3.040 CV – 2.235 kW). Questi dati, sebbene plausibili, appaiono perlomeno ottimistici, visto che un Grumman F8F Bearcat modificato, noto con il nome di Rare Bear, ebbe bisogno di più di 4.000 CV (2.941 kW) per raggiungere nel 1989 la velocità di 850 km/h.

Il salto dal Tempest Mark I al Mark V solleva l'interrogativo su cosa successe ai Mark II, III e IV. Il Mark II era un Tempest spinto da un motore Centauro, e come verrà spiegato nella prossima sezione, non raggiunse mai lo stadio di produzione. I Mark III e IV erano propulsi da differenti versioni del motore V-12 Rolls-Royce Griffon. Un prototipo del Mark III fu costruito con un motore Griffon 85, e più tardi venne modificato per diventare il prototipo dell'Hawker Fury [1]. Il prototipo del Mark IV fu distrutto nel 1943.

L'Mk V era un Tempest molto diverso dall'Mk I, con molti miglioramenti rispetto alle versioni precedenti. L'Mk V ricevette l'inizialmente problematico motore Napier Sabre, che sviluppava più di 2.000 CV con la sua configurazione a 24 cilindri. Il Mark V ebbe (nella Serie 1) i cannoni Hispano Mk II a canna lunga. La Serie 2 era più versatile con la sua capacità di portare fino a 908 kg di carichi esterni, una fusoliera staccabile sul retro e quattro cannoni Hispano Mk V a canna corta con 150 colpi per arma – diversamente dalla sottovariante Serie 1. Rispetto agli Mk I, il radiatore 'a barba' rimpiazzò i radiatori subalari per l'olio, che vennero rimossi per permettere un maggior carico di carburante. La sua forma ritornò simile a quella del Typhoon. Questo estese l'autonomia dell'Mk V a 2.462 km.

[Cosimo]

Apperò.. un mostro in pratica.. quando ho tempo mi studio un po' sta storia dell'ala

[Memphis85]

Apperò.. un mostro in pratica.. quando ho tempo mi studio un po' sta storia dell'ala

Mi sono letto "La grande giostra" di Clostermann, e descrive un mezzo difficile da pilotare, meno del Typhoon ma sicuramente poco friendly se paragonato allo Spit. In compenso l'accelerazione era prodigiosa, tanto che con il Tempest pur non riuscendo a virare stretto come il FW ci si poteva togliere d'impiccio semplicemente con la velocità. Proprio la potenza ha permesso ai Tempest di tenere a bada (con ingenti perdite, ovviamente) anche i Me262 a reazione, veloci ma con scarsa accelerazione.

Una bella bestia, se pilotata al meglio delle sue potenzialità.

[fuzz77]

Mi sono letto "La grande giostra" di Clostermann, e descrive un mezzo difficile da pilotare, meno del Typhoon ma sicuramente poco friendly se paragonato allo Spit. In compenso l'accelerazione era prodigiosa, tanto che con il Tempest pur non riuscendo a virare stretto come il FW ci si poteva togliere d'impiccio semplicemente con la velocità. Proprio la potenza ha permesso ai Tempest di tenere a bada (con ingenti perdite, ovviamente) anche i Me262 a reazione, veloci ma con scarsa accelerazione.

Una bella bestia, se pilotata al meglio delle sue potenzialità.

la storia che i Tempest tenevano a bada i Me262 è più propagandistica che altro

i bireattori tedeschi erano assai vulnerabili all'atterraggio e al decollo, le due fasi erano lente e laboriose....in tutti i casi in cui uno shwalbe fu abbattuto, infatti, fu in tali circostranze e non certo in combattimento (anche per via di una certa tendenza ad infiammarsi dei propulsori)

ma appena il caccia tedesco raggiungeva la velocità minima di combattimento qualunque cosa volasse diventava solo un bersaglio, (tempest, P51 e Spit XIV compresi)

anche il paragone con il Fw190 va visto sotto un'altra ottica

se paragoniamo un Tempest Mk V del 44 con un 190A3 1.42 ata del 42 è logico che l'inglese fosse in vantaggio (distacco non abissale cmq, il 190A3 aveva già i suoi 1700cv, pesava meno del tempest e raggiungeva comunque i 670 orari) ma già con un 190A5 1.65 ata del 43 inoltrato (2000cv) o contro un A9 1.98 ata (2200cv) del 44 la vedo assai più dura per il caccia inglese

senza contare le successive versioni a motore lineare del 190, l'ultimo abbattimento della guerra in Europa, infatti, fu proprio quello operato da un Ta152 ai danni di un Tempest

p.s. Gli unici Tempest che superarono il muro dei 700 orari lo fecero dopo la guerra (messi a punto e potenziati) le migliori versioni standard in combattimento arrivavano ai 700 scarsi (Tempest Mk V con compressore da 13lbs)

queste sono le prestazioni tipiche di un Mk V standard

Modificato 17 Marzo 2011 da fuzz77

[stev66]

Non dimentichiamo che nel 1944/45 il livello medio del pilota della Lutwaffe era ormai più basso di quello del suo collega inglese/americano, perchè le risorse per l'addestramento erano ormai carenti.

Quindi il confronto tra i mezzi è abbastanza pleonastico.