BMW 801

En la década de 1930, BMW obtuvo una licencia para fabricar los motores Pratt & Whitney Hornet . A mediados de los años 30, introdujeron una versión mejorada, el BMW 132. El BMW 132 se utilizó ampliamente, sobre todo en el Junkers Ju 52 , al que impulsó durante gran parte de la vida útil de ese modelo.

En 1935, el RLM financió prototipos de dos diseños radiales mucho más grandes: uno de Bramo , el Bramo 329, y otro de BMW, el BMW 139. El diseño de BMW utilizó muchos componentes del BMW 132 para crear un motor de dos filas con 14 cilindros, que entregaba 1550 CV (1529 hp, 1140 kW). Tras la compra de Bramo por parte de BMW en 1939, ambos proyectos se fusionaron en el BMW 801, aprendiendo de los problemas encontrados en ambos.   

El BMW 139 fue concebido originalmente para desempeñar funciones similares a las de otros motores radiales alemanes, como bombarderos y aviones de transporte . Sin embargo, a mitad del programa, el diseñador jefe de Focke-Wulf, Kurt Tank, sugirió su uso en el proyecto del caza Focke-Wulf Fw 190. Los motores radiales eran poco comunes en los diseños europeos, ya que se consideraba que tenían una superficie frontal demasiado grande para una buena aerodinámica y no eran adecuados para aeronaves de alta velocidad. Eran más populares en la aviación naval, donde se valoraban su fácil mantenimiento y mayor fiabilidad. Los esfuerzos por mejorar estos diseños dieron lugar a nuevos diseños de carenado que reducían la resistencia aerodinámica. Tank creía que una mayor atención al detalle podría resultar en un motor radial aerodinámico que no sufriera una resistencia excesiva y que fuera competitivo con los motores en línea.

La principal preocupación era proporcionar aire de refrigeración sobre las culatas, lo que generalmente requería una abertura muy grande en la parte delantera del avión. La solución de Tank para el BMW 139 consistía en utilizar un ventilador accionado por el motor detrás de un cono de hélice hueco de gran tamaño y flujo continuo, abierto en el extremo frontal, que impulsaba el aire a través de los cilindros del motor, con parte del cual era aspirado a través de conductos en forma de S sobre un radiador para la refrigeración del aceite. Sin embargo, este sistema resultó prácticamente imposible de operar correctamente con el BMW 139; los primeros prototipos del Fw 190 demostraron graves problemas de refrigeración. Aunque los problemas parecían tener solución, dado que el motor ya estaba bastante desfasado en cuanto a diseño, en 1938 BMW propuso un motor completamente nuevo diseñado específicamente para la refrigeración por ventilador que podría entrar en producción rápidamente.

El nuevo diseño recibió el nombre de BMW 801 después de que el RLM le proporcionara a BMW un nuevo bloque de números de motor "109-800" para usar después de su fusión con Bramo. El 801 conservó la admisión y el escape de una sola válvula del estilo anterior del 139, mientras que la mayoría de los motores en línea de la época habían pasado a tener tres (como había hecho Junkers ) ^{[ 2 ] [ 3 ]} o cuatro válvulas por cilindro, o, en el caso de los motores radiales británicos , válvulas de camisa . Se incorporaron varios avances menores al diseño, incluido el uso de válvulas refrigeradas por sodio y un sistema de inyección directa de combustible , fabricado por Friedrich Deckel AG de Múnich.

El compresor era bastante básico en los primeros modelos, utilizando un diseño de una sola etapa y dos velocidades con engranajes directos al motor (a diferencia de la versión con embrague hidráulico del DB 601 ), lo que resultó en un rendimiento de altitud bastante limitado, en consonancia con su uso previsto a altitud media. Un avance clave para el 801 fue el Kommandogerät (dispositivo de mando), una unidad mecánico-hidráulica que ajustaba automáticamente el flujo de combustible del motor, el paso de la hélice, la configuración del compresor, la mezcla y el tiempo de encendido en respuesta a una sola palanca del acelerador, simplificando drásticamente el control del motor. ^{[ 1 ]} El Kommandogerät podría considerarse un precursor de las unidades de control del motor utilizadas para los motores de combustión interna de muchos vehículos de finales del siglo XX y principios del XXI.

Se realizó una cantidad considerable de trabajo en el túnel de viento del motor y del carenado delantero diseñado por BMW (que incorpora el enfriador de aceite del motor) en las instalaciones de Luftfahrtforschungsanstalt ( LFA ) en Völkenrode , lo que llevó a la conclusión de que era posible reducir la resistencia aerodinámica en un equivalente a 150–200 hp (110–150 kW; 150–200 PS) . También se maximizó el uso de la presión de aire positiva para ayudar a la refrigeración de los cilindros, las culatas y otras partes internas. ^{[ 4 ]}   

Los primeros BMW 801A volaron en abril de 1939, solo seis meses después de comenzar a trabajar en el diseño, y la producción comenzó en 1940. ^{[ 5 ]} El 801B iba a ser idéntico al 801A excepto por la caja de cambios, que invertía la dirección de rotación de la hélice a sentido antihorario vista desde detrás del motor. Los modelos A y B estaban destinados a usarse en pares en diseños bimotores, cancelando el par neto y haciendo que el avión fuera más fácil de manejar. No hay evidencia de que el 801B alguna vez salió de la etapa de prototipo. Los motores BMW 801A/B entregaban 1560  PS (1539  hp, 1147  kW) para el despegue. Las principales aplicaciones de los motores 801A/L incluyen múltiples variantes del Junkers Ju 88 y Dornier Do 217 .

El motor 801C fue reemplazado a principios de 1942 por los motores BMW 801 D-2, que funcionaban con combustible C2/C3 de 100 octanos  en lugar del B4 de 87 octanos de los A/B/C/L, lo que aumentó la potencia de despegue a 1700 PS (1677 hp, 1250  kW). Los modelos BMW 801G-2 y H-2 eran motores D-2 modificados para su uso en bombarderos, con relaciones de transmisión más bajas para accionar hélices más grandes, en sentido horario y antihorario respectivamente. Sin embargo, al igual que con el diseño del motor 801B, el motor 801H-2 no pasó de la fase de prototipo.

La nueva serie D-2 de 100 octanos y sus derivados tenían relaciones de transmisión y de compresión más altas que las versiones anteriores de 87 octanos. La relación de compresión de la serie de 100 octanos se elevó a 7,2 desde el 6,5 de las versiones de 87 octanos. Esto fue posible gracias al mejor combustible y a la mejor forma (convexa) de la cámara de combustión. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Los modelos D-2 se probaron con un sistema de inyección de una mezcla de agua y metanol al 50%, conocida como MW50, en el compresor, principalmente por su efecto antidetonante, que permitía el uso de presiones de sobrealimentación más elevadas. Los efectos secundarios incluían la refrigeración del motor y de la carga. Se obtuvo cierto rendimiento, pero a costa de la vida útil del motor. Este sistema fue reemplazado por otro que inyectaba combustible en lugar de MW50, conocido como inyección C3, y que se utilizó hasta 1944. La grave escasez de combustible de ese año obligó a instalar el sistema MW50 en lugar de la inyección C3. Con la sobrealimentación MW50 activada, la potencia de despegue aumentó a 2000  CV (1470  kW). La inyección C3, inicialmente, solo se permitía para su uso a baja altitud y aumentaba la potencia de despegue a 1870 CV. Posteriormente, los sistemas de inyección C3 se permitieron para su uso a altitudes bajas y medias, y elevaron la potencia de despegue a más de 1900 CV.

Con el motor siendo utilizado en funciones de cazas a mayor altitud, se hicieron varios intentos para abordar el rendimiento limitado del sobrealimentador original. El BMW 801E fue una modificación del D-2 que utilizaba diferentes relaciones de engranajes , de 6:1 a baja velocidad y 8,3:1 a alta velocidad, que ajustaban el sobrealimentador para mayores altitudes. Aunque la potencia de despegue no se vio afectada, la potencia de crucero aumentó más de 100  hp (75  kW) y los modos de "alta potencia" para ascenso a casi 1500 a 1650 PS; y el combate también se mejoró hasta en 150  hp (110  kW). El modelo E también se utilizó como base para el BMW 801R, que incluía un sobrealimentador de cuatro velocidades de dos etapas mucho más complejo y potente, así como culatas de cilindros de hidronalium fundido a presión , cigüeñal y pistones reforzados, y cilindros y válvulas de escape cromados; Se preveía que esta versión produciría más de 2000 hp (1500 kW; 2000 PS) , o más de 2600 hp (1900 kW; 2600 PS) con inyección de metanol -agua MW 50. ^{[ 8 ]}      

El 801E no solo tenía relaciones de transmisión más altas, sino también una mejor aerodinámica interna del sobrealimentador. En 5 minutos de sobrealimentación, el 801E podía proporcionar 2300 CV en el banco de pruebas en 1942. ^{[ 9 ]}

El 801R, con su compresor de dos etapas y cuatro velocidades, tenía una altitud crítica de 11 000 metros. Por encima de esa altitud, el R podía utilizar un impulso adicional mediante la inyección de óxido nitroso (GM-1). El R también era bifuel. A su altitud crítica, el R podía entregar 1400 CV. ^{[ 10 ]}

A pesar de estas mejoras, el modelo E no tuvo una gran acogida. En cambio, las continuas mejoras del modelo E básico dieron lugar al BMW 801F, que mejoró drásticamente el rendimiento en todos los aspectos, con una potencia de despegue que aumentó a 2400  hp (1790  kW), convirtiendo al 801 en el único motor de aviación alemán de un tipo existente que contaba con un subtipo fabricable capaz de superar los 1500 kW a partir de un motor de aviación militar de eficacia probada. Se planeó utilizar el F en todos los Fw 190 de última generación, pero la guerra terminó antes de que comenzara la producción.

El compresor del 801F tenía una altitud crítica mayor que la de la serie D-2 anterior. Las relaciones de transmisión mejoradas aumentaron la altitud crítica del motor a entre 7000 y 8000 metros. El 801F también tenía un cigüeñal más robusto y una bomba de inyección de combustible de mayor capacidad. Esta versión también contaba con válvulas de admisión y escape más grandes, con mayor solapamiento de válvulas. El motor, en su configuración TF, también presentaba una mejor aerodinámica interna y externa. La toma de aire del compresor se reubicó en la raíz del ala del Fw 190 para mejorar la sobrealimentación. En el banco de pruebas, el 801F podía entregar 2600 CV en 1945. ^{[ 11 ]}

El 801F era 25 centímetros más largo que las versiones anteriores del 801. La razón de esto era mantener el equilibrio de gravedad del avión Ta 152. ^{[ 12 ]}

En 1944, la versión de producción más potente del 801, el 801S, entró en producción. Tenía las mismas relaciones de transmisión que el 801E y su compresor utilizaba un sistema de estrangulamiento por remolino. Utilizaba piezas del anterior D-2 y, en algunas partes, de las versiones más avanzadas mencionadas anteriormente (E y F). El S también contaba con un controlador maestro mejorado y simplificado, así como con una sincronización del magneto diferente. El 801S también tenía una sincronización de válvulas modificada. En modo de emergencia especial, podía entregar 2200 CV a nivel del mar. ^{[ 13 ]}

BMW tuvo que establecer prioridades para los motores radiales de producción 801 de 14 cilindros, BMW 802 de 18 cilindros y BMW 803 de 28 cilindros refrigerados por líquido .

La primera prioridad fue desarrollar el 801 "hasta sus límites", la segunda prioridad fue el diseño y la construcción del prototipo del 802, y por último, el complejo radial de cuatro filas 803 solo recibió atención en su diseño y desarrollo. ^{[ 14 ]}

Por el contrario, los equivalentes aliados , como el Wright Twin Cyclone estadounidense y los motores radiales soviéticos Shvetsov ASh-82, nunca necesitaron desarrollarse más allá de los 1.500  kW, ya que estas naciones poseían motores de aviación radiales de 18 cilindros y mayor cilindrada, capaces de generar más potencia.

Como resultado de la máxima prioridad otorgada al desarrollo del exitoso diseño 801, se realizaron varios intentos para utilizar turbocompresores en la serie BMW 801. El primero utilizó un BMW 801D modificado para crear el BMW 801J, ^{[ 15 ]} que entregaba 1810 CV (1785  hp, 1331  kW) en el despegue y 1500  hp (1103  kW) a 12 200 m (40 000 pies) , una altitud donde el D tenía dificultades para producir 630 hp (463 kW). El BMW 801E también se modificó para crear el BMW 801Q, que entregaba unos magníficos 1715 hp (1261 kW) a 12 200 m (40 000 pies) .        

El turbocompresor estaba instalado detrás del motor con una inclinación de 30° hacia adelante respecto a un eje vertical, poseía álabes de turbina huecos en la sección de escape, ^{[ 8 ]} y en una foto de la revista Flight , parece tener unidades de intercooler instaladas alrededor de la circunferencia interior de la cubierta trasera, justo detrás de la fila trasera de cilindros. ^{[ 15 ]}

Debido a sus elevados costes, no se fabricaron muchos de estos motores, y los diversos diseños para vuelos a gran altitud basados ​​en ellos se vieron obligados a recurrir a otros motores, normalmente el Junkers Jumo 213 .

Un número considerable de BMW 801 existen en museos, algunos en exhibición individual, con unos 20 de ellos asociados con ejemplos supervivientes de los Focke-Wulf Fw 190 que impulsaron en la Segunda Guerra Mundial. El primer Fw 190 original en ser restaurado a condiciones de vuelo en el siglo XXI es el Fw 190A-5 descubierto cerca de San Petersburgo, Rusia en 1989, con número de serie 151 227 y que anteriormente sirvió en el JG 54 , fue restaurado a condiciones de vuelo junto con su planta motriz BMW 801 original. A partir de 2011, está nuevamente en condiciones de vuelo y ubicado en Seattle , Washington , EE. UU . ^{[ 16 ]} El único Ju 388 superviviente , en manos del Centro Udvar-Hazy del Smithsonian, tiene un par de motores turboalimentados BMW 801J completos todavía en sus góndolas.

Hay un 801-ML (801L) en exhibición montado en una góndola de Dornier 217, esencialmente una planta motriz unitaria Motoranlage completa sobreviviente, en el New England Air Museum , Bradley International Airport , Windsor Locks, CT. ^{[ 17 ]} De igual manera, el caza nocturno Ju 88R-1 en el Royal Air Force Museum London (ver foto arriba) también tiene radiales unitarios BMW 801 instalados.

El diseño del carenado del BMW 801 fue clave para su correcta refrigeración. BMW lo diseñó, fabricó y suministró junto con el motor. El diseño evolucionó a lo largo de la guerra, incluyendo una extensión de los soportes del motor que permitió la instalación de rejillas de refrigeración más grandes. Este carenado, suministrado de fábrica, también simplificó el reemplazo del motor en el campo de batalla, integrando de forma más completa el motor radial BMW 801, de manera que la mayor cantidad posible de sus sistemas auxiliares pudieran reemplazarse simultáneamente con el motor, en lugar de tener que abrir o retirar un carenado independiente fijado al fuselaje de la aeronave.

Los motores solían ser entregados por BMW completos en su carenado, listos para ser atornillados a la parte delantera de la aeronave o góndola, desde 1942 como Motoranlage (M) y 1944/1945 como Triebwerksanlage (T) . El Motoranlage fue la forma original del concepto de instalación de planta motriz unitaria intercambiable Kraftei , o " huevo de potencia ", utilizado en muchos aviones alemanes durante la guerra. Se usaba con mayor frecuencia en diseños bimotores y multimotores, con cierta necesidad de complementos externos. El formato Triebwerksanlage, más completo para la unificación, consolidaba más sistemas accesorios necesarios del motor que los que permitía el concepto Motoranlage anterior, además de algunos soportes externos, como un sistema de escape completo integral (incluido un turbocompresor, si se instalaba como parte del diseño), como una unidad completamente intercambiable. Los formatos M y T también se utilizaron con diversos motores en línea, como el Daimler-Benz DB 603, empleado tanto en las versiones con motor en línea del Do 217 como en el enorme hidroavión BV 238 , y los motores Junkers Jumo 213, utilizados en las versiones posteriores del avión polivalente Ju 88 .

Los formatos de motor unitarios M y T añadieron sufijos de designación secundarios que, especialmente para el radial 801 (y quizás otros), no siempre coincidían con el sufijo de letra que designaba el motor radial desnudo utilizado para una instalación unitaria particular, lo que confundió considerablemente la nomenclatura de los subtipos de la serie de motores 801. Estos designadores de sufijo se referían inicialmente a estos kits completos y a sus contrapartes de motor "desnudo" casi indistintamente. Los modelos A, B y L se conocían (lógicamente) como motores MA, MB y ML de estilo Motoranlage en esta forma, pero el D-2 común se conocía como MG. A medida que avanzaba la guerra, la confusión aumentó, el modelo E se entregó como TG o TH de estilo Triebwerksanlage , lo que aparentemente sugería una relación con los motores G y H, pero de hecho estos se entregaron como TL y TP. Es bastante común ver que las versiones turboalimentadas se denominan simplemente con la letra T para las instalaciones Triebwerksanlage más completamente unitarias , en particular la (más notoria de todas) TJ para el subtipo radial turboalimentado BMW 801J, y los modelos TQ, lo que complica aún más el asunto.