Clasica și câteodata pasionala controversă referitoare la avantajele și dezavantajele motoarelor răcite cu aer, față de cele răcite cu lichid, a început de la primele zboruri din istoria aviației și a continuat până în prezent.
În perioada anilor ’20 a avut loc o dezvoltare majoră a a motoarelor de aviație.
La sfârșitul Primului Război Mondial au rămas stocuri imense din producția de război : numai în Marea Britanie erau peste 10 000 de avioane și circa 30 000 motoare disponibile. Tot atunci a avut loc o reducere drastică a bugetelor militare, fapt care a dus la lipsa de finanțare pentru noi proiecte.
În domeniul motoarelor de aviație, o primă schimbare majoră a fost renunțarea la motoarele rotative, care avuseseră un mare succes în perioada războiului, dar care erau deja depășite ca performanțe.
În locul lor, au apărut motoare radiale răcite cu aer.
Motoare răcite cu lichid
Deși au fost folosite pe foarte multe tipuri de avioane, aceste motoare erau încă într-o fază de dezvoltare incipientă.
Motoare răcite cu apă, cu cilindrii separați
Motoare cu cilindrii în V
Liberty L12 400 CP 1917 RR Condor 675 CP – 1918 BMW VI 600 CP – 1926
Model 3D motor Liberty L 12
Motoare cu cilindrii în W
Cilindrii erau grupați în blocuri, câte doi sau câte patru
Napier Lion W 12 450 CP – 1917 Farman 12We 500 CP – 1922 Lorraine W 12 450 CP – 1922
Cilindrii erau montați într-o manta (water jacket) fabricată din tablă sudată, prin care circulă apa de răcire. Cilindrii sunt fixați de carter cu șuruburi. Motoarele de acest gen aveau fiabilitate redusă, scurgerile de lichid fiind foarte dese.
În 1915 compania Hispano Suiza (Spania + Elveția), sub conducerea celebrului inginer elvețian Marc Birkigt, realizează un motor V8 cu numeroase soluții tehnice revoluționare.
Sunt înlocuiți cilindrii independenți cu blocuri motor de aluminiu, în care sunt introduse cămăsi de oțel. Motorul este mult mai rigid și mai ușor. Au fost folosite axe cu came în cap și reductor de turație pentru elice.
La unele variante, este adăugat un arborele gol la interior, pentru a monta un tun care să tragă fără nevoie de sincronizare cu elicea. Soluție folosită apoi de avioane germane în ww2 pentru a trage prin axul elicei.
Montare tun
Hispano Suiza V8 – 1915
Motoarele Hispano Suiza V8 și derivatele sale, au fost produse în 21 fabrici din Spania și Franța, sau sub licență în SUA și Marea Britanie, fiind fabricate în total de 49 800 exemplare.
Soluțiile folosite pentru acest motor au fost treptat perfectionate, fiind folosite de motoarele celebre ale anilor ’40 : Merlin, DB 605, Jumo 213, Klimov M 105, Alison V 1710.
Motoare din anii ’20 dezvoltate din Hispano Suiza V8
Curtiss D 12 440 CP-1923 Hispano Suiza V12M 550 CP -1927 RR Kestrel 525 CP-1926
Deși soluțiile constructive ale motoarelor răcite cu apă au făcut un mare salt, folosirea lor pe avioane genera numeroase probleme datorită ineficienței și lipsei de fiabilitate a sistemului de răcire.
Odată cu folosirea unor motoare mai mari, a fost necesară cresterea suprafeței radiatorului de răcire, mărind secțiunea frontală a avionului și respectiv rezistența la înaintare.
De Havilland DH-4 motor Rolls Royce V 12 – 1922
Temperatura de fierbere a apei este de 100 C la nivelul solului, dar scade cu altitudinea. Pentru a răci motorul eficient este necesara o temperatură cât mai ridicată a lichidului, care trebuie menținut permanent sub punctul de fierbere. Pentru a ridica punctul de fierbere, au fost introduse sistemele de răcire sub presiune, care au micșorat suprafața radiatoarelor.
Hawker Fury motor RR Kestrel cu sistem răcire sub presiune – 1931
Deși introducerea sistemului cu răcire a fost un pas important, secțiunea frontală a radiatoarelor a rămas în continuare foarte mare.
Următorul avans tehnologic în sistemele de răcire a fost introducerea etlien glicolului în amestec cu apa. În acest mod lichidul sub presiune are punct de fierbere de circa 130 C. Sistemul a fost dezvoltat începând cu 1928, dar a fost aplicat practic după 1933 după numeroase testări. Suprafață radiatoarelor a scăzut cu circa 30% și totodată prin scăderea volumului de lichid folosit în sistemul de răcire, a scăzut și masa cu circa 25 kg.
Curtiss Falcon motor D 12 răcire apă (stg) – răcire amestec etilen glicol (dr)
Primele motoare cu lichid de mare putere care folosesc toate tehnologiile performante specifice, sunt cele proiectate și dezvoltate după 1933.
Motoare răcite cu aer
După terminarea Primului Război Mondial, sunt proiectate și realizate primele motoare răcite cu aer în Marea Britanie și SUA. Sunt compacte, cu masa mai redusă decăt cele răcite cu lichid și mai usor de întreținut. Se răspândesc rapid prin licențe de fabricație, fiind construite în toate țarile ce produc motoare de aviație.
Wright R-790 200 CP-1923 Bristol Jupiter 400 CP-1923 Pratt&Whitney Wasp 450 CP-1926
Unul din dezavantajele acestui tip de motoare îl constituia suprafața frontală mare și o rezistentă ridicată la înaintare. NACA a studiat un sistem de carenare a motoarelor radiale, elaborând o soluție care a redus rezistența la înaintare cu până la 60%. A fost aplicata rapid pe avioanele echipate cu astfel de motoare.
Carenaj NACA 1929
La sfârșitul anilor ’20, în aviația de vânătoare apare o concurență puternică între cele doua variante de motoare.
Comparând performanțele celor 2 tipuri de motoare, cele răcite cu aer sunt în avantaj la altitudini mici : masă mai mică, mai compacte, pemițând creșterea manevrabilității avioanelor de luptă, mai puțin vulnerabile la lovituri de proiectile. În acelasi timp, au consumuri de benzină și ulei mult mai mari, fiind sensibile la modul si condițiile de operare.
La altitudini mai mari, scade eficiența răcirii motoarelor radiale, care au tendința de supraîncălzire și devine mai dificilă supraalimentarea lor.
Răcirea cu lichid era încă complicată, existând dese scurgeri de lichid, datorită cedării lipiturilor radiatoarelor la șocuri, sau slabei calități a materialelor folosite pentru garnituri sau conducte flexibile.
Deși secțiunea motoarelor în V era mai mică fața de cele radiale, suprafața mare a radiatoarelor folosite până la introducerea sistemelor de răcire cu etilen glicol sub presiune, anula practic principalul lor avantaj.
Apariția carenajelor NACA a favorizat folosirea motoarelor radiale.
Oferta de motoare era la începutul anilor ’30 destul de limitată :
– motoare răcite cu lichid dar cu cilindrii independenți – deja depășite tehnic, categorie din care IAR producea deja Lorraine W 12 Eb
– motoare V 12 care erau în curs de dezvoltare – Rolls Royce Kestrel sau Hispano Suiza 12 N, cu putere de circa 700 CP (nici unul din aceste motoare nu a fost oferit pentru producție sub licență)
– motoare radiale răcite cu aer de 7 sau 9 cilindri în stea
Un factor de influență a fost și apropierea României de Polonia, în domeniul militar. Forțele aeriene poloneze luaseră o decizie referitoare la tipul de motor ce urma să fie folosit pe avioanele de vânatoare, în anul1929. Se făcuse o comparație între două avioane aproape identice, dar dotate cu motoare de aceeasi putere, unul răcit cu aer, respectiv cu apă. A fost vorba de Spad C 61 echipat cu motor W 12 răcit cu lichid și Spad C 51 cu motor radial de 9 cilindri. Au decis folosirea motoarelor radiale răcite cu aer.
În condițiile în care luptele aeriene se desfășurau la altitudini relativ mici, în 1930, motoarele răcite cu aer erau o soluție mai bună decât cele răcite cu apă.
Datorită situației precare a aviației de vânătoare, cu avioane uzate fizic sau moral, cumpărate din import cu sume considerabile, s-a hotărât dezvoltarea producției locale, inclusiv cu achiziționarea de licențe.
În cursul anului 1930 s-a organizat un concurs de oferte pentru achiziționarea de avioane de vânătoare și s-a decis cumpărarea licenței de avioane dotate cu motoare radiale răcite cu aer.
Amănunte despre aceasta competiție și decizia de achiziție, vor fi prezentate într-un alt articol.
Bibliografie :
A history of aircaft piston engines – autor Herschel Smith
Aircraft propulsion – a review of the evolution of aircraft piston engines – autor C. Fayette Taylor
https://en.wikipedia.org/wiki/Armstrong_Siddeley_Jaguar
https://en.wikipedia.org/wiki/Hispano-Suiza_12N
https://en.wikipedia.org/wiki/Bristol_Jupiter
https://en.wikipedia.org/wiki/Rolls-Royce_Kestrel
https://en.wikipedia.org/wiki/Curtiss_D-12
https://en.wikipedia.org/wiki/Liberty_L-12
https://en.wikipedia.org/wiki/Hispano-Suiza
https://en.wikipedia.org/wiki/Hispano-Suiza_8
https://en.wikipedia.org/wiki/Curtiss_Falcon
https://en.wikipedia.org/wiki/Farman_12We
https://en.wikipedia.org/wiki/Rolls-Royce_Condor
https://en.wikipedia.org/wiki/BMW_VI
https://www.enginehistory.org/CAD/RiendJ/L-12/L-12.shtml
