Dorinta de a avea suprematia aeriana a dus la imbunatatirea spectaculoasa a performantelor avioanelor de lupta in timpul celui de al doilea razboi mondial.
Doar cu cateva exceptii, viteza, inaltimea de zbor si sarcina utila au crescut datorita maririi puterii motoarelor si nu datorita caracteristicilor aerodinamice sau de constructie a structurii.
Pentru a mari puterea motoarelor, s-au folosit urmatoarele metode :
– cresterea cilindreei;
– cresterea cifrei octanice a benzinei;
– supraalimentare cu diverse tipuri de compresoare.
Ca exemplu, un Messerschmitt 109 C fabricat in 1938, era echipat cu un motor Jumo 210 care dezvolta 730 CP, iar ulterior, un BF 109 G era propulsat de motorul DB 605 cu 1450 CP.
Motoarele cele mai folosite in WWII :
R 1830
F4F Wildcat si B 24 Liberator
– Pratt&Whitney 1830 – produse 173 618 buc , cilindree 1830 cubic inch (30l), 14 cilindri dublu stea, carburator, compresor centrifugal su o treapta, putere 1200 CP
Motor este similar cu Gnome Rhone 14 N , dezvoltat din varianta 14 K , cel folosit si pe IAR 80, produs sub licenta de IAR Brasov. (s-au produs 1000 buc).
Avioane echipate : B 24, DC-3, C -47 Skytrain, Catalina, Grumman F4F Wildcat …
RR MERLIN
Spifire si P 51 Mustang
– Rolls-Royce Merlin V -1650 produse 149 659 buc, cilindree 1650 cubic inch (27 l), V 12 racit cu lichid, carburator. Initial a fost dotat cu un compresor centrifugal cu o singura treapta. Prin dezvoltarea supraalimentarii, a ajuns la puteri de 1800 – 2000 CP fiind echipat cu compresoare cu doua trepte, doua viteze, inclusiv cu intercooler. A fost produs sub licenta si de Packard in SUA.
A fost montat pe : Spifire, P 51 Mustang, Hawker Hurricane, Avro Lancaster …
DB 601
Daimler DB 601 si Me 109
– Daimler Benz 601-605 – produse 100 000. Cilindree 30 l, crescuta ulterior la 33.7 l, V 12 racit cu lichid, injectie de benzina. Puterea a crescut prin supraalimentare de la 1085 CP. pana la 1800 CP si chiar 2000 CP folosind si injectie de amestec apa metanol sau nox. A fost produs sub licenta si in Japonia si Italia. A echipat majoritatea seriei Messerschmitt 109…
Klimov 105
Klimov si YAK 3
– Klimov M 105 produse 129 000, dezvoltat din M 100, licenta franceza Hispano Suiza 12Y , V 12 racit cu lichid, cilindree 35 l. Putere de la 1000 la 1360 CP. A echipat toata seria de YAK uri cu piston.
Allison V 1710
Allison V 1710 si P 38 Lightning
– Allison V 1710 produse 69 305, cilindree 1710 cubic inch (28 l), V12 racit cu lichid, carburator, putere de la 1000 la 2000 CP. A echipat P 38 Lightning, P 39 Airacobra, P 40 Warhawk, P 51 Mustang .
Ash 82
Shvetsov Ash 82 si Lavochkin 5
– Shvetsov Ash 82 produse 70 000 , cilindree 41 l, 14 cilindri dubla stea racit cu aer, dezvoltat din licenta lui Wright 1820 Cyclone , putere 1500- 1800 CP, A echipat La 5, La 7, Tu 2, Su 2
Junkers Jumo 211 pe Stuka
– Junkers Jumo 211 produse 69 000 , cilindree 35 l, V 12 racit cu lichid, putere 1000 – 1500 CP. A echipat bombardierele Junkers Ju 87 Stuka, Ju 88, Heinkel 111
Pratt&Whitney 2800
F6F Hellcat & F4UF Corsair
– Pratt&Whitney R 2000 produse 47 000 buc, 18 cilindri dubla stea, cilindree 45 l, putere 2000- 2400 CP. A echipat F 4U Corsair, F47 Thunderbolt, F6F Hellcat .
Nakajima Sakae
A6M Zero
– Nakajima Sakae produse 30 233, cilindree 30 l, 14 cilindri raciti cu aer, putere 920-1200 CP. A echipat Mistsubishi A6M ZERO
BMW 801
FW 190
– BMW 601 produse 28 000, cilindree 42 l, 14 cilindri dubla stea racit cu aer, putere 1560 -2000 CP. A echipat Focke Wulf 190.
Majoritatea motoarelor ce echipau avioanele de lupta la inceputul WWII, dezvoltau o putere de circa 1000 CP, avand un compresor centrifugal cu o singura treapta.
Din punct de vedere constructiv s-au folosit doua tipuri: motoarele V 12 racite cu lichid si motoarele cu 14 cilindri dubla stea, eventual 18 in dubla stea.
Cilindreea se situa in general in jurul a 30 l, foloseau pentru amestec carburatorul, cu exceptia celor germane, care aveau injectie de benzina. Performantele erau destul de apropiate.
Bombardierele aveau nevoie de motoare eficiente si fiabile, rezistente la lovituri si erau echipate cu motoare racite cu aer. Pierderea lichidului de racire, micsora mult sansele de supravietuire.
Avioanele de vanatoare aveau nevoie de o sectiune frontala cat mai redusa si de aceea s-au folosit initial mai mult motoarele V 12 racite cu lichid.
Treptat s-au imbunatatit caracteristicile aerodinamice ale capotajelor motoarelor in stea si vanatorii au inceput sa fie echipati cu motoare radiale.
Unele motoare au echipat ambele tipuri de avioane.
Una din problemele majore era reducerea puterii cu cresterea altitudinii de zbor.
Puterea functie de inaltime motor K 14 – IAR 80
Se observa scaderea brusca a puterii la altitudini peste 4500 m. Motorul K 14 era dotat cu un compresor cu o singura viteza, avand o singura treapta.
Pe masura cresterii altitudinii, densitatea aerului scade, la 6 000 m fiind jumatate fata de cea la sol. Aceasta reducere are ca efect scaderea rezistentei la inaintare dar, in acelasi timp, si scaderea puterii motorului.
Cand puterea incepe sa scada mai rapid decat rezistenta la inaintare, se considera ca s-a atins „altitudinea critica”. La majoritatea avioanelor viteza avionului este prezentata pentru aceasta altitudine.
Pentru a creste aceasta altitudine, s-a folosit supraalimentarea, in principiu generata de un compresor antrenat de motor sau de gazele de esapament, care comprima aerul inainte de intrarea in motor.
Primele compresoare au fost cele antrenate mecanic, cu o singura treapta, dar care practic nu au un sistem de „reglaj”al presiunii.
La nivelul solului, o presiune de admisie prea mare distruge componentele motorului.
Un grad de compresie prea ridicat duce la aparitia detonatiilor si a fost nevoie de cresterea cifrei octanice a benzinei.
De la acest nivel tehnologic, la care avioanele zburau optim la 4-5 000 m, unii producatori au reusit sa faca un salt tehnologic care a imbunatatit dramatic performantele motoarelor, crescand puterea cu pana la 100 % . Poate cel mai important factor a fost mentinerea unei puteri ridicate la inaltimi mult mai mari.
Proportional, s-au imbuntatit si performantele avioanelor, vanatorii astfel echipati atacand de la inaltimi la care ceilalti nu se puteau ridica. Bombardierele puteau zbura la altitudini mult mai ridicate.
S-a trecut prin mai multe etape : compresor cu mai multe viteze, cu viteza variabila functie de altitudine, cu doua sau trei trepte, cu sistem de racire si in final turbocompresoare.
Aceste tehnologii se gasesc acum pe majoritatea automobilelor sau camioanelor.
Cei care au reusit sa dezvolte aceste tehnologii cel mai eficient au fost englezii si nemtii.
Practic variantele de Spitfire au evoluat in permanenta avand performante sensibil egale cu Messerschmitt 109 sau Focke Wulf 190 si asta in principal datorita evolutiei motorului Merlin.
Acest motor a adus o schimbare majora in razboiul aerian, prin performantele lui P 51 Mustang, mult peste ale celorlalte avioane de vanatoare. A fost produs in SUA sub licenta, de catre Packard.
Evolutia performantelor motorului Merlin
Cei de la Allison au incercat sa foloseasca un turbocompresor pentru treapta a 2a, dar prototipul testat pe avionul P 40 nu a avut succes. Acest avion in final, desi a fost produs intr-un numar impresionat, nu a avut succes ca vanator datorita motorului care nu a evoluat.
Allison a reusit sa monteze motorul sau cu turbocompresor pe P 38 care, avand doua fuzelaje, a avut spatiu mai mult. Americanii au reusit sa dezvolte mai bine motoarele in stea.
Japonezii au ramas in urma, nereusind sa dezvolte aceste tehnologii.
Rusii s-au descurcat destul de bine, dar bineinteles ca saltul cel mare a fost dupa ce au luat tehnologia de la nemti dupa WW II.
O situatie similara cu majoritatea avioanelor dezvoltate inainte de WWII, si care nu au beneficiat de noile motoare imbunatatite a avut si IAR 80, al carui motor nu putea concura cu Merlinul unui Mustang, un Allison cu turbocompresor de pe P 38, sau cu cele germane de pe Me 109 G sau FW 190.
Motoarele de aviatie cu piston, au avut perioada maxima de dezvoltare si utilizare pe parcursul WWII.
Dezvoltarea proiectarii compresoarelor, turbocompresoarelor, tehnologiile si materialelor de fabricatie, au deschis calea fabricatiei motorului cu reactie, care a inlocuit rapid motoarele cu piston pe majoritatea tipurilor de avioane.