Motor radial

En 1901, C.M. Manly construyó un motor radial de cinco cilindros refrigerado por agua, una modificación de uno de los motores rotativos de Stephen Balzer , para los aviones del aeródromo de Langley . El motor de Manly producía 52 hp (39 kW) a 950 rpm. ^{[ 1 ]}  

En 1903-1904, Jacob Ellehammer utilizó su experiencia en la construcción de motocicletas para construir el primer motor radial refrigerado por aire del mundo, un motor de tres cilindros que sirvió de base para un modelo de cinco cilindros más potente en 1907. Este se instaló en su triplano y realizó varios vuelos cortos de despegue libre. ^{[ 2 ]}

Otro motor radial temprano fue el Anzani de tres cilindros , originalmente construido como una configuración de "ventilador" W3, uno de los cuales impulsó el Blériot XI de Louis Blériot a través del Canal de la Mancha . Antes de 1914, Alessandro Anzani había desarrollado motores radiales que iban desde 3 cilindros (espaciados 120° entre sí) —lo suficientemente tempranos como para haber sido utilizados en algunos ejemplares de fabricación francesa del famoso Blériot XI de la fábrica original de Blériot— hasta un enorme motor de 20 cilindros y 200 hp (150 kW) , con sus cilindros dispuestos en cuatro filas de cinco cilindros cada una. ^{[ 1 ]}  

La mayoría de los motores radiales son refrigerados por aire , pero uno de los más exitosos de los primeros motores radiales (y el primer diseño "estacionario" producido para aviones de combate de la Primera Guerra Mundial) fue la serie Salmson 9Z de motores radiales de nueve cilindros refrigerados por agua, que se produjeron en grandes cantidades. Georges Canton y Pierre Unné patentaron el diseño original del motor en 1909 y se lo ofrecieron a la compañía Salmson ; el motor era conocido a menudo como Canton-Unné. ^{[ 3 ]}

Entre 1909 y 1919, el motor radial quedó eclipsado por su pariente cercano, el motor rotativo , que se diferenciaba del llamado radial "estacionario" en que el cárter y los cilindros giraban con la hélice. Su concepto era similar al del radial posterior, con la principal diferencia de que la hélice estaba atornillada al motor y el cigüeñal al fuselaje. El problema de la refrigeración de los cilindros, un factor importante en los primeros radiales "estacionarios", se solucionó gracias a que el motor generaba su propio flujo de aire de refrigeración. ^{[ 4 ]}

Durante la Primera Guerra Mundial, muchos aviones franceses y de otros países aliados volaron con motores rotativos Gnome , Le Rhône , Clerget y Bentley , cuyos mejores ejemplares alcanzaron los 250 hp (190 kW) , aunque ninguno de los que superaban los 160 hp (120 kW) tuvo éxito. En 1917, el desarrollo de los motores rotativos se había quedado rezagado con respecto a los nuevos motores en línea y en V, que en 1918 producían hasta 400 hp (300 kW) y equipaban prácticamente todos los nuevos aviones de combate franceses y británicos.      

La mayoría de los aviones alemanes de la época utilizaban motores de seis cilindros en línea refrigerados por agua. Motorenfabrik Oberursel fabricaba copias bajo licencia de los motores rotativos Gnome y Le Rhône, y Siemens-Halske construía sus propios diseños, incluido el motor rotativo Siemens-Halske Sh.III de once cilindros , que era inusual para la época por estar accionado mediante un tren de engranajes cónicos en la parte trasera del cárter sin que el cigüeñal estuviera firmemente montado en el fuselaje del avión, de modo que los componentes internos del motor (el cigüeñal, completamente interno y "flotando" en sus cojinetes, junto con sus bielas y pistones) giraban en sentido contrario al del cárter y los cilindros, que seguían girando como la propia hélice, ya que seguían firmemente sujetos a la parte delantera del cárter, como en los motores rotativos alemanes convencionales.

Al final de la guerra, el motor rotativo había alcanzado los límites de su diseño, sobre todo en lo que respecta a la cantidad de combustible y aire que podía introducirse en los cilindros a través del cigüeñal hueco. Los avances en metalurgia y refrigeración de cilindros permitieron finalmente que los motores radiales estacionarios sustituyeran a los rotativos. A principios de la década de 1920, Le Rhône convirtió varios de sus motores rotativos en motores radiales estacionarios.

Para 1918, las ventajas potenciales de los motores radiales refrigerados por aire sobre el motor en línea refrigerado por agua y el motor rotativo refrigerado por aire que habían impulsado los aviones de la Primera Guerra Mundial eran reconocidas, pero no se materializaron. Los diseñadores británicos habían producido el motor radial ABC Dragonfly en 1917, pero no pudieron resolver los problemas de refrigeración, y no fue hasta la década de 1920 que Bristol y Armstrong Siddeley produjeron motores radiales refrigerados por aire confiables como el Bristol Jupiter ^{[ 5 ]} y el Armstrong Siddeley Jaguar .

En Estados Unidos, el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) señaló en 1920 que los motores radiales refrigerados por aire podían ofrecer una mayor relación potencia-peso y fiabilidad; en 1921, la Armada estadounidense anunció que solo encargaría aeronaves equipadas con motores radiales refrigerados por aire, y otras ramas aéreas navales siguieron su ejemplo. El motor J-1 de Charles Lawrance se desarrolló en 1922 con financiación de la Armada y, utilizando cilindros de aluminio con camisas de acero, funcionó durante 300 horas, una cifra sin precedentes en una época en la que la autonomía normal era de 50 horas. A instancias del Ejército y la Armada, la Wright Aeronautical Corporation compró la empresa de Lawrance, y los motores posteriores se fabricaron bajo la marca Wright. Los motores radiales infundieron confianza a los pilotos de la Armada que realizaban vuelos de largo alcance sobre el mar. ^{[ 6 ]}

El motor radial J-5 Whirlwind de Wright , de 225 hp (168 kW) , de 1925, fue ampliamente reconocido como "el primer motor de avión verdaderamente fiable". ^{[ 7 ]} Wright contrató a Giuseppe Mario Bellanca para diseñar un avión que lo demostrara, y el resultado fue el Wright-Bellanca WB-1 , que realizó su primer vuelo ese mismo año. El J-5 se utilizó en muchos aviones avanzados de la época, incluido el Spirit of St. Louis de Charles Lindbergh , en el que realizó el primer vuelo transatlántico en solitario. ^{[ 8 ]}  

En 1925 se fundó la empresa estadounidense Pratt & Whitney , que competía con los motores radiales de Wright. El primer modelo de Pratt & Whitney, el R-1340 Wasp , se probó ese mismo año, dando inicio a una línea de motores que se desarrolló durante los siguientes 25 años e incluyó el Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp , de 14 cilindros y doble fila . Se fabricaron más Twin Wasp que cualquier otro motor de pistón para aviación en la historia de la aviación; se construyeron casi 175 000 unidades. ^{[ 9 ]}

En el Reino Unido, la Bristol Aeroplane Company se centró en el desarrollo de motores radiales como el Jupiter, el Mercury y el Hercules de válvulas de camisa . Alemania, Japón y la Unión Soviética comenzaron fabricando versiones bajo licencia de los motores radiales Armstrong Siddeley, Bristol, Wright o Pratt & Whitney antes de producir sus propias versiones mejoradas. Francia continuó desarrollando diversos motores rotativos, pero también produjo motores derivados de diseños de Bristol, especialmente el Jupiter.

Aunque otras configuraciones de pistón y turbohélices han tomado el relevo en las aeronaves modernas de hélice , Rare Bear , que es un Grumman F8F Bearcat equipado con un motor radial Wright R-3350 Duplex-Cyclone , sigue siendo la aeronave de pistón más rápida . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

125.334 del motor estadounidense Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp de 18 cilindros y doble fila , con una cilindrada de 2.800 pulgadas cúbicas ⁽ 46 litros) y entre 2.000 y 2.400  hp (1.500-1.800  kW), impulsaron los aviones estadounidenses monomotor Vought F4U Corsair , Grumman F6F Hellcat , Republic P-47 Thunderbolt , Martin B-26 Marauder bimotor , Douglas A-26 Invader , Northrop P-61 Black Widow , etc. El motor Twin Wasp de 14 cilindros y doble fila radial , de menor cilindrada (30 litros) de la misma empresa, se utilizó como motor principal para el B-24 Liberator , el PBY Catalina y el Douglas C-47 , cada uno de los cuales se encuentra entre los líderes de producción en cifras de producción de todos los tiempos para cada tipo de fuselaje.

Los motores radiales de doble fila de la serie Wright Cyclone estadounidenses impulsaron los aviones de guerra estadounidenses: el Twin Cyclone de 14 cilindros y casi 43 litros de cilindrada propulsó el Grumman TBF Avenger monomotor , el North American B-25 Mitchell bimotor y algunas versiones del Douglas A-20 Havoc , mientras que el enorme Duplex-Cyclone de doble fila, casi 55 litros de cilindrada y 18 cilindros impulsó el Boeing B-29 Superfortress de cuatro motores y otros.

La oficina de diseño soviética Shvetsov OKB-19 fue la única fuente de diseño para todos los motores radiales fabricados por el gobierno soviético y utilizados en sus aviones de la Segunda Guerra Mundial, comenzando con el Shvetsov M-25 (basado a su vez en el diseño del Wright Cyclone 9 estadounidense ) y continuando con el diseño del motor radial de catorce cilindros Shvetsov ASh-82 de 41 litros de cilindrada para cazas, y el enorme motor radial de dieciocho cilindros Shvetsov ASh-73 de 58 litros de cilindrada en 1946; el diseño radial de menor cilindrada de la Shvetsov OKB durante la guerra fue el motor radial de cinco cilindros Shvetsov M-11 de 8,6 litros de cilindrada, de diseño propio .

Más de 28.000 unidades del motor alemán BMW 801 de 42 litros de cilindrada, 14 cilindros y dos filas de asientos , con una potencia de entre 1.560 y 2.000 CV (1.540-1.970  hp, o 1.150-1.470 kW), impulsaron el Focke-Wulf Fw 190 Würger  , monoplaza y monomotor , y el Junkers Ju 88, bimotor .

En Japón, la mayoría de los aviones estaban propulsados ​​por motores radiales refrigerados por aire, como el Mitsubishi Zuisei de 14 cilindros (11.903 unidades, por ejemplo, el Kawasaki Ki-45 ), el Mitsubishi Kinsei (12.228 unidades, por ejemplo, el Aichi D3A ), el Mitsubishi Kasei (16.486 unidades, por ejemplo, el Kawanishi H8K ), el Nakajima Sakae (30.233 unidades, por ejemplo, el Mitsubishi A6M y el Nakajima Ki-43 ) y el Nakajima Homare de 18 cilindros (9.089 unidades, por ejemplo, el Nakajima Ki-84 ). El Kawasaki Ki-61 y el Yokosuka D4Y fueron ejemplos poco comunes de aviones japoneses con motores en línea refrigerados por líquido en ese momento, pero más tarde también fueron rediseñados para incorporar motores radiales como el Kawasaki Ki-100 y el Yokosuka D4Y 3.

En Gran Bretaña, Bristol produjo motores radiales tanto con válvulas de camisa como con válvulas de asiento convencionales : de los diseños con válvulas de camisa, más de 57.400 motores Hercules impulsaron el Vickers Wellington , el Short Stirling , el Handley Page Halifax y algunas versiones del Avro Lancaster ; más de 8.000 de los pioneros Bristol Perseus con válvulas de camisa se utilizaron en varios tipos; y más de 2.500 del motor radial británico de producción de mayor cilindrada de la firma Bristol que utilizaba válvulas de camisa, el Bristol Centaurus, se utilizaron para impulsar el Hawker Tempest II y el Sea Fury . Los motores radiales con válvulas de asiento de la misma empresa incluían: alrededor de 32.000 unidades del Bristol Pegasus utilizadas en el Short Sunderland , el Handley Page Hampden y el Fairey Swordfish , y más de 20.000 ejemplares del Mercury de nueve cilindros de origen de 1925 de la empresa, que se utilizaron para propulsar el Westland Lysander , el Bristol Blenheim y el Blackburn Skua .

En los años previos a la Segunda Guerra Mundial, al hacerse evidente la necesidad de vehículos blindados, los diseñadores se enfrentaron al problema de cómo propulsarlos y recurrieron a los motores de aviación, entre ellos los radiales. Estos motores proporcionaban una mayor relación potencia-peso y eran más fiables que los motores convencionales en línea disponibles en aquel momento. Sin embargo, esta decisión tenía una desventaja: si los motores se montaban verticalmente, como en el M3 Lee y el M4 Sherman , su diámetro relativamente grande confería al tanque una silueta más alta que la de los diseños con motores en línea.

El Continental R-670 , un motor aeronáutico radial de 7 cilindros que realizó su primer vuelo en 1931, se convirtió en un motor ampliamente utilizado en tanques, instalándose en el M1 Combat Car , el M2 Light Tank , el M3 Stuart , el M3 Lee y el LVT-2 Water Buffalo .

El Guiberson T-1020 , un motor aeronáutico diésel radial de 9 cilindros, se utilizó en el M1A1E1 , mientras que el Continental R975 prestó servicio en el M4 Sherman , el M7 Priest , el cazacarros M18 Hellcat y el obús autopropulsado M44 .

Varias empresas siguen fabricando motores radiales en la actualidad. Vedeneyev produce el motor radial M-14P de 360–450 hp (270–340 kW) utilizado en los aviones acrobáticos Yakovlev y Sukhoi . El M-14P también es utilizado por constructores de aeronaves de construcción casera , como el Culp Special y el Culp Sopwith Pup , ^{[ 12 ]} Pitts S12 "Monster" y el Murphy "Moose" . En Polonia, WSK PZL Kalisz produce el motor Shvetsov ASh-62 . También se ha desarrollado una versión con inyección directa. ^{[ 13 ]} Los motores de 7 cilindros de 110 hp (82 kW) y de 9 cilindros de 150 hp (110 kW) están disponibles en Australia Rotec Aerosport . HCI Aviation ^{[ 14 ]} ofrece el R180 de 5 cilindros ( 75 hp (56 kW) ) y el R220 de 7 cilindros ( 110 hp (82 kW) ), disponibles "listos para volar" y como kit para armar uno mismo. Verner Motor de la República Checa fabrica varios motores radiales con potencias que van desde 25 a 150 hp (19 a 112 kW ) . ^{[ 15 ]} Los motores radiales en miniatura para aviones modelo están disponibles en OS Engines , Saito Seisakusho de Japón y Shijiazhuang de China, y Evolution (diseñado por Wolfgang Seidel de Alemania y fabricado en India) y Technopower en los EE. UU.            

Originalmente, los motores radiales tenían una sola fila de cilindros, pero a medida que aumentaba el tamaño de los motores, se hizo necesario añadir filas adicionales. El primer motor de configuración radial conocido que utilizó un diseño de doble fila fue el motor rotativo Gnôme "Double Lambda" de 160 hp de 1912, diseñado como una versión de doble fila de 14 cilindros del motor rotativo Lambda de siete cilindros y una sola fila de 80 hp  de la misma empresa ; sin embargo, los problemas de fiabilidad y refrigeración limitaron su éxito. 

Los diseños de dos filas comenzaron a proliferar durante la década de 1930, cuando el tamaño y el peso de las aeronaves aumentaron hasta el punto de que los motores de una sola fila con la potencia requerida resultaban demasiado grandes para ser prácticos. Estos diseños solían presentar problemas de refrigeración en la bancada trasera de cilindros, pero se introdujeron diversos deflectores y aletas que, en gran medida, eliminaron estos problemas. La desventaja radicaba en una superficie frontal relativamente grande que debía permanecer abierta para proporcionar suficiente flujo de aire, lo que incrementaba la resistencia aerodinámica. Esto generó importantes debates en la industria a finales de la década de 1930 sobre la posibilidad de utilizar motores radiales en aeronaves de alta velocidad, como los cazas modernos.

La solución se introdujo con el motor radial de doble fila de 14 cilindros BMW 801. Kurt Tank diseñó un nuevo sistema de refrigeración para este motor que utilizaba un ventilador de alta velocidad para soplar aire comprimido en conductos que lo transportaban al centro de las bancadas, donde una serie de deflectores dirigían el aire sobre todos los cilindros. Esto permitió que la cubierta se ajustara firmemente alrededor del motor, reduciendo la resistencia aerodinámica, a la vez que proporcionaba (tras varios experimentos y modificaciones) suficiente aire de refrigeración a la parte trasera. Este concepto básico pronto fue copiado por muchos otros fabricantes, y muchos aviones de finales de la Segunda Guerra Mundial volvieron al diseño radial a medida que se introducían diseños más nuevos y mucho más grandes. Algunos ejemplos son el Bristol Centaurus en el Hawker Sea Fury y el Shvetsov ASh-82 en el Lavochkin La-7 .

Para obtener aún mayor potencia, no se consideró viable añadir más filas de cilindros debido a la dificultad de proporcionar el flujo de aire necesario a las bancadas traseras. Se diseñaron motores más grandes, en su mayoría refrigerados por agua, aunque esto aumentó considerablemente la complejidad y eliminó algunas de las ventajas del diseño radial refrigerado por aire. Un ejemplo de este concepto es el BMW 803 , que nunca llegó a entrar en servicio.

En Estados Unidos se llevó a cabo un importante estudio sobre el flujo de aire alrededor de los motores radiales mediante túneles de viento y otros sistemas, que demostró que se podía obtener un flujo de aire suficiente con un diseño cuidadoso. Esto dio lugar al R-4360 , que cuenta con 28 cilindros dispuestos en una configuración de cuatro filas tipo mazorca de maíz . El R-4360 se utilizó en grandes aviones estadounidenses en el período posterior a la Segunda Guerra Mundial . Estados Unidos y la Unión Soviética continuaron experimentando con motores radiales de mayor tamaño, pero el Reino Unido abandonó dichos diseños en favor de versiones más modernas del Centaurus y una rápida transición al uso de turbohélices como el Armstrong Siddeley Python y el Bristol Proteus , que fácilmente generaban más potencia que los radiales sin el peso ni la complejidad.

Aunque ya no son comunes, se siguieron fabricando motores radiales de gran tamaño para otros usos. Un ejemplo es el motor diésel Zvezda M503 de 5 toneladas, con 42 cilindros en 6 filas de 7, una cilindrada de 143,6 litros (8760 pulgadas cúbicas ) y una potencia de 3942 hp (2940 kW) . Tres de estos motores se utilizaron en las lanchas misileras rápidas de la clase Osa . Otro ejemplo fue el Lycoming XR-7755 , el motor de pistón para aeronaves más grande jamás construido en Estados Unidos, con 36 cilindros que sumaban una cilindrada de aproximadamente 7750 pulgadas ^cúbicas (127 litros) y una potencia de 5000 caballos de fuerza (3700 kilovatios).    

Si bien la mayoría de los motores radiales se han fabricado para gasolina, también existen motores radiales diésel. Dos ventajas principales favorecen a los motores diésel : un menor consumo de combustible y un menor riesgo de incendio.

Packard

En 1928, Packard diseñó y construyó un motor diésel radial de aviación de cuatro tiempos , de 9 cilindros y 980 pulgadas cúbicas (16,06 litros) de cilindrada , el DR-980 , de 225 caballos de fuerza (168 kW) . El 28 de mayo de 1931, un Bellanca CH-300 propulsado por un DR-980 , con 481 galones de combustible, pilotado por Walter Edwin Lees y Frederick Brossy, estableció un récord al permanecer en el aire durante 84 horas y 32 minutos sin repostar. ^{[ 23 ]} Este récord se mantuvo durante 55 años hasta que fue superado por el Rutan Voyager . ^{[ 24 ]} 

Bristol

El prototipo experimental Bristol Phoenix, desarrollado entre 1928 y 1932, fue probado con éxito en vuelo en un Westland Wapiti y estableció récords de altitud en 1934 que se mantuvieron hasta la Segunda Guerra Mundial.

Clerget

En 1932, la empresa francesa Clerget desarrolló el 14D, un motor diésel radial de dos tiempos y 14 cilindros . Tras una serie de mejoras, en 1938 el modelo 14F2 producía 520 hp (390 kW) a 1910 rpm de potencia de crucero, con una relación potencia-peso cercana a la de los motores de gasolina contemporáneos y un consumo específico de combustible de aproximadamente el 80% del de un motor de gasolina equivalente. Durante la Segunda Guerra Mundial, la investigación continuó, pero no se produjo en serie debido a la ocupación nazi. En 1943, el motor había aumentado su potencia a más de 1000 hp (750 kW) con un turbocompresor . Después de la guerra, la empresa Clerget se integró en la empresa SNECMA y tenía planes para un motor diésel de 32 cilindros y 4000 hp (3000 kW) , pero en 1947 la empresa abandonó el desarrollo de motores de pistón en favor de los emergentes motores de turbina.      

Nordberg

La empresa Nordberg Manufacturing Company de Estados Unidos desarrolló y produjo una serie de grandes motores diésel radiales de dos tiempos desde finales de la década de 1940 para la producción de electricidad, principalmente en fundiciones de aluminio y para el bombeo de agua. Se diferenciaban de la mayoría de los motores radiales en que tenían un número par de cilindros en una sola bancada (o fila) y una inusual biela maestra doble. Se fabricaron variantes que podían funcionar con gasóleo, gasolina o mezclas de ambos. En Estados Unidos se construyeron varias centrales eléctricas que utilizaban un gran número de estos motores ^{[ 25 ].}

EMD

Electro-Motive Diesel (EMD) construyó los motores "panqueque" 16-184 y 16-338 para uso marino. ^{[ 26 ]}

Zoche

Los aerodiésel Zoche son un prototipo de diseño radial que tiene un número par de cilindros, ya sean cuatro u ocho; pero esto no es problemático, porque son motores de dos tiempos , con el doble de carreras de potencia que un motor de cuatro tiempos por rotación del cigüeñal. ^{[ 27 ]}

Se han diseñado varios motores radiales que funcionan con aire comprimido, principalmente para su uso en aeromodelos y en compresores de gas. ^{[ 28 ]}

Varios motores de modelismo de cuatro tiempos y varios cilindros han estado disponibles comercialmente en una configuración radial, comenzando con el FR5-300 radial "Sirius" de cinco cilindros y 3,0 pulgadas cúbicas (50 cm³ ^{) de la firma japonesa} OS Max en 1986. La firma estadounidense "Technopower" había fabricado motores radiales de modelismo de cinco y siete cilindros de menor cilindrada ya en 1976, pero el motor de la firma OS fue el primer diseño de motor radial producido en masa en la historia del aeromodelismo . La firma rival Saito Seisakusho en Japón ha producido desde entonces un motor de modelismo radial de cuatro tiempos y cinco cilindros de tamaño similar como rival directo del diseño de OS, y Saito también creó una serie de motores radiales de modelismo de tres cilindros alimentados con metanol y gasolina que van desde 0,90 pulgadas cúbicas (15 cm³ ) hasta 4,50 pulgadas cúbicas ^. (75 cm³ ⁾ de cilindrada, también disponibles ahora en formato de encendido por chispa hasta 84 cm³ de ^cilindrada para su uso con gasolina. ^{[ 29 ]} La empresa alemana Seidel fabricaba anteriormente motores radiales de radiocontrol "grandes" de siete y nueve cilindros (a partir de 35 ^cm³ de cilindrada), principalmente para encendido por bujía incandescente, con un radial de doble fila de catorce cilindros experimental en fase de prueba; la empresa estadounidense Evolution ahora vende los radiales diseñados por Seidel, cuya fabricación se realiza en la India.