Motor rotativo

Internal combustion engine with cylinders rotating around a stationary crankshaft
Un Le Rhône 9C de 80 caballos de potencia (60 kW) , un motor rotativo típico de la Primera Guerra Mundial. Los conductos de cobre transportan la mezcla de combustible y aire desde el cárter hasta las culatas, actuando colectivamente como un colector de admisión .
Este Le Rhône 9C instalado en un avión de combate Sopwith Pup en el Museo de la Armada Aérea de la Flota .
Observe la estrechez del pedestal de montaje hasta el cigüeñal fijo (2013) y el tamaño del motor.
Motocicleta Megola con motor rotativo montado en la rueda delantera

El motor rotativo es un tipo temprano de motor de combustión interna , generalmente diseñado con un número impar de cilindros por fila en una configuración radial . El cigüeñal del motor permanecía estacionario en funcionamiento, mientras que todo el cárter y sus cilindros unidos giraban a su alrededor como una unidad. Su principal aplicación fue en la aviación, aunque también se utilizó en algunas motocicletas y automóviles tempranos .

Este tipo de motor fue ampliamente utilizado como alternativa a los motores en línea convencionales ( en línea recta o en V ) durante la Primera Guerra Mundial y los años inmediatamente anteriores a ese conflicto. Se lo ha descrito como "una solución muy eficiente a los problemas de potencia, peso y confiabilidad". [1]

A principios de la década de 1920, las limitaciones inherentes de este tipo de motor lo habían vuelto obsoleto.

Descripción

Distinción entre motores “rotativos” y “radiales”

Un motor rotativo es esencialmente un motor de ciclo Otto estándar , con cilindros dispuestos radialmente alrededor de un cigüeñal central al igual que un motor radial convencional , pero en lugar de tener un bloque de cilindros fijo con cigüeñal giratorio , el cigüeñal permanece estacionario y todo el bloque de cilindros gira a su alrededor. En la forma más común, el cigüeñal estaba fijado sólidamente a la estructura del avión y la hélice simplemente estaba atornillada a la parte delantera del cárter .

Animación de un motor rotativo de siete cilindros con orden de encendido de cada dos pistones.

Esta diferencia también tiene mucho impacto en el diseño (lubricación, encendido, admisión de combustible, refrigeración, etc.) y el funcionamiento (ver más abajo).

En el Museo del Aire y del Espacio de París se exhibe un modelo especial, "seccionado", de un motor con siete cilindros dispuestos radialmente, que alterna entre el modo rotatorio y el radial para demostrar la diferencia entre los movimientos internos de los dos tipos de motor. [2]

Acuerdo

Al igual que los motores radiales "fijos", los rotativos se construían generalmente con un número impar de cilindros (normalmente 5, 7 o 9), de modo que se pudiera mantener un orden de encendido uniforme en cada pistón y así proporcionar un funcionamiento suave. Los motores rotativos con un número par de cilindros eran en su mayoría del tipo "de dos filas".

La mayoría de los motores rotativos estaban dispuestos con los cilindros apuntando hacia afuera desde un solo cigüeñal, en la misma forma general que un radial, pero también había motores bóxer rotativos [3] e incluso rotativos de un solo cilindro .

Ventajas y desventajas

Tres factores clave contribuyeron al éxito del motor rotativo en ese momento: [4]

  • Funcionamiento suave: los motores rotativos entregaban potencia con mucha suavidad porque (en relación con el punto de montaje del motor) no hay piezas recíprocas y la masa giratoria relativamente grande del cárter/cilindros (como unidad) actuaba como un volante .
  • Refrigeración mejorada: cuando el motor estaba en funcionamiento, el conjunto giratorio del cárter y el cilindro creaba su propio flujo de aire de enfriamiento de rápido movimiento , incluso con el avión en reposo.
  • Ventaja de peso: los motores rotativos compartían con otros motores de configuración radial la ventaja de un cárter pequeño y plano. La refrigeración por aire superior que proporcionaba el motor en movimiento también significaba que los cilindros podían fabricarse con paredes más delgadas y aletas de refrigeración menos profundas. Su relación potencia-peso mejoraba aún más en comparación con los motores que requerían un volante adicional para un funcionamiento suave.

Los diseñadores de motores siempre habían sido conscientes de las muchas limitaciones del motor rotativo, por lo que cuando los motores de estilo estático se volvieron más confiables y ofrecieron mejores pesos específicos y consumo de combustible, los días del motor rotativo estaban contados.

  • Los motores rotativos tenían un sistema de lubricación por pérdida total fundamentalmente ineficiente . Para llegar a todo el motor, el medio lubricante debía entrar en el cárter a través del cigüeñal hueco; pero la fuerza centrífuga del cárter giratorio se oponía directamente a cualquier recirculación. La única solución práctica era que el lubricante se aspirara con la mezcla de combustible y aire, como en la mayoría de los motores de dos tiempos .
  • El aumento de potencia se produjo también con aumentos de masa y tamaño, [5] multiplicando la precesión giroscópica de la masa rotatoria del motor. Por ello, los aviones con estos motores tenían problemas de estabilidad y control, especialmente para los pilotos inexpertos.
  • La potencia de salida se destinaba cada vez más a superar la resistencia del aire del motor giratorio.
  • Los controles del motor eran complicados (ver más abajo) y provocaban desperdicio de combustible.

El Bentley BR2 de finales de la Primera Guerra Mundial fue el motor rotativo más grande y potente; llegó a un punto más allá del cual este tipo de motor no pudo seguir desarrollándose [6] y fue el último de su tipo en ser adoptado por la RAF.

Control de motor rotativo

Rotativas Monosoupape

Se afirma a menudo que los motores rotativos no tenían acelerador y, por lo tanto, la potencia solo se podía reducir cortando intermitentemente el encendido mediante un interruptor de "blip" . Esto solo era cierto en el tipo "Monosoupape" (válvula única), que llevaba la mayor parte del aire al cilindro a través de la válvula de escape, que permanecía abierta durante una parte de la carrera descendente del pistón. Por lo tanto, la mezcla de combustible y aire en el cilindro no se podía controlar a través de la admisión del cárter. El "acelerador" (válvula de combustible) de un monosoupape proporcionaba solo un grado limitado de regulación de la velocidad, ya que al abrirlo hacía que la mezcla fuera demasiado rica, mientras que al cerrarla la hacía demasiado pobre (en ambos casos, se paraba rápidamente el motor o se dañaban los cilindros). Los primeros modelos presentaban una forma pionera de sincronización variable de válvulas en un intento de dar un mayor control, pero esto hacía que las válvulas se quemaran y, por lo tanto, se abandonó. [7]

La única forma de hacer funcionar un motor Monosoupape sin problemas a revoluciones reducidas era con un interruptor que cambiaba la secuencia de encendido normal de modo que cada cilindro se disparara solo una vez cada dos o tres revoluciones del motor, pero el motor permaneciera más o menos en equilibrio. [8] Al igual que con el uso excesivo del interruptor de "blip": hacer funcionar el motor en esa configuración durante demasiado tiempo resultó en grandes cantidades de combustible y aceite sin quemar en el escape, y se acumularon en la cubierta inferior, donde era un notorio peligro de incendio.

Rotatorios "normales"

La mayoría de los motores rotativos tenían válvulas de admisión normales, de modo que el combustible (y el aceite lubricante) llegaban a los cilindros ya mezclados con aire, como en un motor de cuatro tiempos normal. Aunque un carburador convencional, con la capacidad de mantener la relación combustible/aire constante en un rango de aperturas del acelerador, no era posible debido al cárter giratorio; era posible ajustar el suministro de aire a través de una válvula de compuerta o "tubo de bloqueo" independiente. El piloto necesitaba ajustar el acelerador al valor deseado (normalmente completamente abierto) y luego ajustar la mezcla de combustible/aire para que se adaptara utilizando una palanca de "ajuste fino" independiente que controlaba la válvula de suministro de aire (a la manera de un control de estrangulamiento manual). Debido a la gran inercia rotacional del motor rotativo, era posible ajustar la mezcla de combustible/aire adecuada mediante ensayo y error sin que se calara, aunque esto variaba entre los diferentes tipos de motor y, en cualquier caso, se requería mucha práctica para adquirir la habilidad necesaria. Después de arrancar el motor con un ajuste conocido que le permitiera funcionar al ralentí, se abrió la válvula de aire hasta obtener la velocidad máxima del motor.

Para reducir las revoluciones de un motor en marcha era necesario cerrar la válvula de combustible en la posición necesaria y reajustar la mezcla de combustible y aire para adaptarla. Este proceso también era complicado, por lo que para reducir la potencia, especialmente al aterrizar, a menudo se cortaba el encendido de forma intermitente con el interruptor de encendido.

El corte de cilindros mediante interruptores de encendido tenía el inconveniente de dejar que el combustible siguiera pasando por el motor, engrasando las bujías y dificultando el reinicio suave. Además, la mezcla cruda de aceite y combustible podía acumularse en el carenado. Como esto podía provocar un incendio grave al soltar el interruptor, se convirtió en una práctica común cortar parte o la totalidad de la parte inferior del carenado básicamente circular de la mayoría de los motores rotativos o colocarle ranuras de drenaje.

En 1918, un manual de Clerget recomendaba mantener todo el control necesario utilizando los controles de combustible y aire, y arrancar y parar el motor abriendo y cerrando el combustible. El procedimiento de aterrizaje recomendado implicaba apagar el combustible utilizando la palanca de combustible, mientras se dejaba el interruptor de encendido encendido. La hélice en forma de molino de viento hacía que el motor siguiera girando sin entregar ninguna potencia mientras el avión descendía. Era importante dejar el encendido encendido para permitir que las bujías siguieran produciendo chispas y evitar que se llenaran de aceite, de modo que el motor pudiera (si todo iba bien) reiniciarse simplemente volviendo a abrir la válvula de combustible. Se recomendó a los pilotos que no utilizaran un interruptor de corte de encendido, ya que eventualmente dañaría el motor. [7]

Los pilotos de aeronaves sobrevivientes o reproducciones equipadas con motores rotativos aún encuentran que el interruptor de blip es útil durante el aterrizaje, ya que proporciona una forma más confiable y rápida de iniciar la energía si es necesario, en lugar de correr el riesgo de una parada repentina del motor o la falla de un motor de molino de viento para reiniciarse en el peor momento posible.

Historia

Mijo

Una motocicleta Félix Millet de 1897

En la Exposición Universal de París de 1889 , Félix Millet presentó un motor rotativo de cinco cilindros integrado en una rueda de bicicleta. Millet había patentado el motor en 1888, por lo que se lo debe considerar el pionero del motor rotativo de combustión interna. Una máquina impulsada por su motor participó en la carrera París-Burdeos-París de 1895 y el sistema fue puesto en producción por Darracq and Company London en 1900. [9]

Hargrave

En 1889, Lawrence Hargrave desarrolló por primera vez un motor rotativo que utilizaba aire comprimido, con la intención de utilizarlo en vuelos propulsados. El peso de los materiales y la falta de mecanizado de calidad impidieron que se convirtiera en una unidad de potencia eficaz. [10]

Balzer

Stephen M. Balzer , de Nueva York, un ex relojero, construyó motores rotativos en la década de 1890. [11] Estaba interesado en el diseño rotativo por dos razones principales:

  • Para generar 100 hp (75 kW) a las bajas revoluciones a las que funcionaban los motores de la época, el pulso resultante de cada carrera de combustión era bastante grande. Para amortiguar estos pulsos, los motores necesitaban un volante de inercia grande , que añadía peso. En el diseño rotativo, el motor actuaba como su propio volante de inercia, por lo que los motores rotativos podían ser más ligeros que los motores convencionales de tamaño similar.
  • Los cilindros tenían un buen flujo de aire de refrigeración sobre ellos, incluso cuando el avión estaba en reposo, lo cual era importante, ya que la baja velocidad aerodinámica de los aviones de la época proporcionaba un flujo de aire de refrigeración limitado y las aleaciones de la época eran menos avanzadas. Los primeros diseños de Balzer incluso prescindieron de las aletas de refrigeración, aunque los motores rotativos posteriores sí tenían esta característica común de los motores refrigerados por aire .

Balzer produjo un automóvil con motor rotativo de 3 cilindros en 1894, y luego se involucró en los intentos de Langley de construir un aeródromo , lo que lo llevó a la ruina mientras intentaba fabricar versiones mucho más grandes de sus motores. El asistente de Langley, Charles M. Manly , convirtió más tarde el motor rotativo de Balzer a un motor radial estático , creando el famoso motor Manly-Balzer .

De Dion-Bouton

La famosa empresa De Dion-Bouton produjo un motor rotativo experimental de cuatro cilindros en 1899. Aunque estaba destinado al uso en aviación, no se instaló en ningún avión. [9]

Adams-Farwell

Un motor rotativo de cinco cilindros Adams-Farwell adaptado para la experimentación con helicópteros

Los automóviles de la firma Adams-Farwell , cuyos primeros prototipos rodantes utilizaban motores rotativos de 3 cilindros diseñados por Fay Oliver Farwell en 1898, dieron lugar a la producción de automóviles Adams-Farwell, primero con motores rotativos de 3 cilindros y, muy poco después, con motores rotativos de 5 cilindros a finales de 1906, como otro de los primeros fabricantes de automóviles estadounidenses que utilizaba motores rotativos fabricados expresamente para uso en automóviles. Emil Berliner patrocinó el desarrollo del concepto de diseño del motor rotativo de 5 cilindros Adams-Farwell como unidad de potencia ligera para sus experimentos fallidos con helicópteros. Los motores Adams-Farwell luego impulsaron aviones de ala fija en los EE. UU. después de 1910. También se ha afirmado que el diseño Gnôme se derivó del Adams-Farwell, ya que se informa que un automóvil Adams-Farwell se presentó al ejército francés en 1904. A diferencia de los motores Gnôme posteriores, y al igual que los rotativos de aviación posteriores Clerget 9B y Bentley BR1 , los rotativos Adams-Farwell tenían válvulas de admisión y escape convencionales montadas en las culatas de los cilindros. [9]

Gnomo

Vistas seccionales del motor Gnome

El motor Gnome fue obra de los tres hermanos Seguin, Louis, Laurent y Augustin. Eran ingenieros talentosos y nietos del famoso ingeniero francés Marc Seguin . En 1906, el hermano mayor, Louis, había formado la Société des Moteurs Gnome [12] para construir motores estacionarios para uso industrial, habiendo obtenido la licencia de producción del motor estacionario monocilíndrico Gnom de Motorenfabrik Oberursel —quien, a su vez, construyó motores Gnome bajo licencia para aviones alemanes durante la Primera Guerra Mundial.

Louis se unió a su hermano Laurent, quien diseñó un motor rotativo específicamente para uso aeronáutico, utilizando cilindros de motor Gnom . Se dice que el primer motor experimental de los hermanos fue un modelo de 5 cilindros que desarrollaba 34 hp (25 kW), y era un motor radial en lugar de rotativo, pero no sobreviven fotografías del modelo experimental de cinco cilindros. Los hermanos Seguin luego recurrieron a los motores rotativos en aras de una mejor refrigeración, y el primer motor rotativo de producción del mundo, el "Omega" de 7 cilindros, refrigerado por aire y 50 hp (37 kW), se mostró en el salón del automóvil de París de 1908. El primer Gnome Omega construido todavía existe, y ahora está en la colección del Museo Nacional del Aire y el Espacio del Smithsonian . [13] Los Seguin utilizaron el material de mayor resistencia disponible (aleación de acero al níquel desarrollada recientemente) y mantuvieron el peso bajo mecanizando componentes a partir de metal sólido, utilizando las mejores máquinas herramienta estadounidenses y alemanas para crear los componentes del motor; El espesor de las paredes de los cilindros de un Gnome de 50 CV era de tan solo 1,5 mm (0,059 pulgadas), mientras que las bielas estaban fresadas con canales centrales profundos para reducir el peso. Si bien su potencia era algo baja en términos de unidades de potencia por litro, su relación potencia-peso era de un sobresaliente 1 CV (0,75 kW) por kg.

Al año siguiente, en 1909, el inventor Roger Ravaud instaló uno en su Aéroscaphe , una combinación de hidroplano y avión, con el que participó en los concursos de barcos a motor y de aviación de Mónaco. El uso del Gnome por parte de Henry Farman en el famoso encuentro de aviones de Reims de ese año lo hizo famoso, cuando ganó el Gran Premio por la mayor distancia volada sin escalas (180 kilómetros) y también estableció un récord mundial de vuelo de resistencia. El primer vuelo exitoso en hidroavión, el de Le Canard de Henri Fabre , fue propulsado por un Gnome Omega el 28 de marzo de 1910, cerca de Marsella .

La producción de motores rotativos Gnome aumentó rápidamente, y se fabricaron unos 4000 antes de la Primera Guerra Mundial. Gnome también produjo una versión de dos filas (la Double Omega de 100 hp), la Gnome Lambda de 80 hp y la Double Lambda de dos filas de 160 hp. En comparación con otros motores de la época, el Gnome no se consideraba particularmente temperamental y se le atribuyó el mérito de ser el primer motor capaz de funcionar durante diez horas entre revisiones. [14]

En 1913, los hermanos Seguin introdujeron la nueva serie Monosoupape ("válvula única"), que sustituyó las válvulas de admisión en los pistones por una única válvula en cada culata, que hacía las veces de válvula de admisión y de escape. La velocidad del motor se controlaba variando el tiempo de apertura y la extensión de las válvulas de escape mediante palancas que actuaban sobre los rodillos de los taqués de las válvulas, un sistema que más tarde se abandonó debido a que las válvulas se quemaban. El peso del Monosoupape era ligeramente inferior al de los motores de dos válvulas anteriores y utilizaba menos aceite lubricante. El Monosoupape de 100 hp se construyó con 9 cilindros y desarrollaba su potencia nominal a 1200 rpm. [15] El posterior motor rotativo Gnome 9N de nueve cilindros y 160 hp utilizó el diseño de válvulas Monosoupape al tiempo que añadía el factor de seguridad de un sistema de encendido dual , y fue el último diseño de motor rotativo conocido en utilizar un formato de válvulas de culata de este tipo. El 9N también contaba con una inusual configuración de encendido que permitía alcanzar valores de salida de la mitad, un cuarto y un octavo de los niveles de potencia mediante el uso del interruptor del coupé y un interruptor rotatorio especial de cinco posiciones que seleccionaba cuál del trío de niveles de potencia alternativos se seleccionaría cuando se presionaba el interruptor del coupé, lo que le permitía cortar todo el voltaje de chispa a los nueve cilindros, a intervalos espaciados uniformemente para lograr los múltiples niveles de reducción de potencia. [16] La reproducción en condiciones de volar del caza monoplano parasol Fokker D.VIII en el aeródromo Old Rhinebeck, propulsado únicamente por un Gnome 9N, a menudo demuestra el uso de la capacidad de salida de cuatro niveles de su Gnome 9N tanto en carreras en tierra [17] como en vuelo.

Un motor alemán Oberursel U.III en exposición en un museo

Los motores rotativos producidos por las empresas Clerget y Le Rhône utilizaban válvulas convencionales operadas por varillas de empuje en la culata, pero utilizaban el mismo principio de aspirar la mezcla de combustible a través del cigüeñal; los Le Rhône tenían tubos de admisión de cobre prominentes que iban desde el cárter hasta la parte superior de cada cilindro para admitir la carga de admisión.

El Gnome de siete cilindros y 80 hp (60 kW) era el motor estándar al estallar la Primera Guerra Mundial, con el nombre de Gnome Lambda, y rápidamente se utilizó en un gran número de diseños de aeronaves. Era tan bueno que varias empresas, incluida la alemana Motorenfabrik Oberursel, que diseñó el motor Gnom original, lo licenciaron. Oberursel fue posteriormente adquirido por Fokker , cuya copia del Gnome Lambda de 80 hp se conocía como Oberursel U.0. No era nada raro que los Gnôme Lambda franceses, como los utilizados en los primeros ejemplos del biplano Bristol Scout , se encontraran con versiones alemanas, que propulsaron a los Fokker EI Eindeckers en combate, a partir de la segunda mitad de 1915.

Los únicos intentos de producir motores rotativos de dos filas en cualquier volumen fueron llevados a cabo por Gnome, con su diseño Double Lambda de catorce cilindros de 160 hp, y con el clon de la firma alemana Oberursel del diseño Double Lambda de la Primera Guerra Mundial, el U.III de la misma potencia. Si bien un ejemplar del Double Lambda llegó a impulsar uno de los aviones de carreras Deperdussin Monocoque a una velocidad récord mundial de casi 204 km/h (126 mph) en septiembre de 1913, solo se sabe que el Oberursel U.III se instaló en unos pocos aviones militares de producción alemanes, el monoplano de combate Fokker E.IV y el biplano de combate Fokker D.III , cuyos fracasos para convertirse en modelos de combate exitosos se debieron en parte a la mala calidad del motor alemán, que era propenso a desgastarse después de solo unas pocas horas de vuelo de combate.

Primera Guerra Mundial

Un Siemens-Halske Sh.III conservado en el Museo Técnico de Viena . Este motor propulsó varios tipos de aviones de combate alemanes hacia el final de la Primera Guerra Mundial.

La relación potencia-peso favorable de los motores rotativos fue su mayor ventaja. Mientras que los aviones más grandes y pesados ​​dependían casi exclusivamente de los motores en línea convencionales, muchos diseñadores de aviones de combate prefirieron los motores rotativos hasta el final de la guerra.

Los rotativos tenían una serie de desventajas, en particular un consumo de combustible muy alto, en parte porque el motor normalmente funcionaba a máxima potencia y también porque la sincronización de válvulas a menudo no era ideal. El consumo de aceite también era muy alto. Debido a la carburación primitiva y la ausencia de un verdadero cárter , el aceite lubricante se añadía a la mezcla de combustible y aire. Esto hacía que los humos del motor fueran pesados ​​con el humo del aceite parcialmente quemado. El aceite de ricino era el lubricante elegido, ya que sus propiedades lubricantes no se veían afectadas por la presencia del combustible y su tendencia a formar goma era irrelevante en un sistema de lubricación de pérdida total. Un desafortunado efecto secundario fue que los pilotos de la Primera Guerra Mundial inhalaron y tragaron una cantidad considerable de aceite durante el vuelo, lo que provocó diarrea persistente . [18] La ropa de vuelo que usaban los pilotos de motores rotativos se empapaba rutinariamente con aceite.

La masa giratoria del motor también lo convertía, en efecto, en un gran giroscopio . Durante el vuelo nivelado, el efecto no era especialmente evidente, pero al girar se notaba la precesión giroscópica . Debido a la dirección de rotación del motor, los virajes a la izquierda requerían esfuerzo y se producían con relativa lentitud, combinado con una tendencia a levantar el morro, mientras que los virajes a la derecha eran casi instantáneos, con una tendencia a bajar el morro. [19] En algunos aviones, esto podía ser ventajoso en situaciones como los combates aéreos. El Sopwith Camel sufría hasta tal punto que necesitaba el timón izquierdo tanto para los virajes a la izquierda como a la derecha, y podía ser extremadamente peligroso si el piloto aplicaba toda la potencia en lo alto de un bucle a bajas velocidades aerodinámicas. Se advertía a los pilotos en formación del Camel que intentaran sus primeros virajes bruscos a la derecha solo a altitudes superiores a los 1000 pies (300 m). [20] El enemigo alemán más famoso del Camel, el triplano Fokker Dr.I , también utilizaba un motor rotativo, normalmente el clon Oberursel Ur.II del motor francés Le Rhone 9J de 110 hp.

Incluso antes de la Primera Guerra Mundial, se intentó superar el problema de la inercia de los motores rotativos. Ya en 1906, Charles Benjamin Redrup había demostrado al Royal Flying Corps en Hendon un motor "sin reacción" en el que el cigüeñal giraba en una dirección y el bloque de cilindros en la dirección opuesta, cada uno de los cuales impulsaba una hélice. Un desarrollo posterior de esto fue el motor "Hart" sin reacción de 1914 diseñado por Redrup en el que solo había una hélice conectada al cigüeñal, pero giraba en la dirección opuesta al bloque de cilindros, anulando así en gran medida los efectos negativos. Esto resultó demasiado complicado para un funcionamiento fiable y Redrup cambió el diseño a un motor radial estático, que más tarde se probó en los aviones experimentales Vickers FB12b y FB16 [21] , lamentablemente sin éxito.

A medida que avanzaba la guerra, los diseñadores de aviones exigían cantidades cada vez mayores de potencia. Los motores en línea pudieron satisfacer esta demanda mejorando sus límites superiores de revoluciones, lo que significaba más potencia. Las mejoras en la sincronización de válvulas, los sistemas de encendido y los materiales livianos hicieron posible estas revoluciones más altas, y para el final de la guerra el motor promedio había aumentado de 1200 rpm a 2000 rpm. El rotativo no pudo hacer lo mismo debido a la resistencia de los cilindros giratorios a través del aire. Por ejemplo, si un modelo de principios de la guerra de 1200 rpm aumentaba sus revoluciones a solo 1400, la resistencia en los cilindros aumentaba un 36%, ya que la resistencia del aire aumenta con el cuadrado de la velocidad. A menores rpm, la resistencia simplemente se podía ignorar, pero a medida que aumentaba el recuento de revoluciones, el rotativo estaba poniendo cada vez más potencia en hacer girar el motor, y quedaba menos para proporcionar un empuje útil a través de la hélice.

Animación del funcionamiento interno de Siemens-Halske Sh.III

Diseños birotativos Siemens-Halske

Un ingenioso intento de rescatar el diseño, de manera similar al concepto de motor británico "sin reacción" de Redrup, fue realizado por Siemens . El cárter (con la hélice todavía sujeta directamente a la parte delantera) y los cilindros giraban en sentido antihorario a 900 rpm, como se ve externamente desde un punto de vista "con el morro hacia adelante", mientras que el cigüeñal (que a diferencia de otros diseños, nunca "emergía" del cárter) y otras piezas internas giraban en el sentido de las agujas del reloj a la misma velocidad, por lo que el conjunto funcionaba efectivamente a 1800 rpm. Esto se logró mediante el uso de engranajes cónicos en la parte trasera del cárter, lo que dio como resultado el Siemens-Halske Sh.III de once cilindros , con menos resistencia y menos par neto. [22] : 4–5  Utilizado en varios tipos de finales de la guerra, en particular el caza Siemens-Schuckert D.IV , la baja velocidad de funcionamiento del nuevo motor, junto con hélices grandes y de paso grueso que a veces tenían cuatro palas (como las que usaba el SSW D.IV), dieron a los tipos propulsados ​​por él velocidades de ascenso excepcionales, y se dice que algunos ejemplos del motor Sh.IIIa de última producción entregaban hasta 240 hp. [22] : 12 

Un nuevo avión con motor rotativo, el D.VIII de Fokker , fue diseñado al menos en parte para proporcionar algún uso a la cartera de motores Ur.II de 110 hp (82 kW) de la fábrica de Oberursel , que de otro modo serían redundantes y que eran clones del rotativo Le Rhône 9J .

Debido al bloqueo aliado de los barcos, los alemanes cada vez tenían menos posibilidades de conseguir el aceite de ricino necesario para lubricar adecuadamente sus motores rotativos. Los sustitutos nunca fueron del todo satisfactorios, lo que provocó un aumento de las temperaturas de funcionamiento y una reducción de la vida útil del motor. [23] [24] [25]

De la posguerra

Cuando terminó la guerra, el motor rotativo se había vuelto obsoleto y desapareció de uso con bastante rapidez. La Real Fuerza Aérea británica probablemente utilizó motores rotativos durante más tiempo que la mayoría de los demás operadores. El caza estándar de posguerra de la RAF, el Sopwith Snipe , utilizó el rotativo Bentley BR2 como el motor rotativo más potente (con unos 230 hp (170 kW)) jamás construido por los aliados de la Primera Guerra Mundial . El avión de entrenamiento estándar de la RAF de los primeros años de posguerra, el Avro 504 K de origen 1914, tenía un montaje universal para permitir el uso de varios tipos diferentes de rotativos de baja potencia, de los cuales había un gran excedente de suministro. De manera similar, el avión de entrenamiento avanzado sueco FVM Ö1 Tummelisa , equipado con un motor rotativo Le-Rhone-Thulin de 90 hp (67 kW), sirvió hasta mediados de los años treinta.

Los diseñadores tuvieron que equilibrar el bajo costo de los motores excedentes de guerra con su pobre eficiencia de combustible y el gasto operativo de su sistema de lubricación de pérdida total, y a mediados de la década de 1920, los rotativos habían sido desplazados más o menos por completo incluso en el servicio británico, en gran parte por la nueva generación de radiales "estacionarios" refrigerados por aire, como el Armstrong Siddeley Jaguar y el Bristol Jupiter .

Continuaron los experimentos con el concepto del motor rotativo.

La primera versión del motor Michel de 1921, un inusual motor de levas de pistones opuestos , utilizaba el principio de un motor rotativo, en el que su "bloque de cilindros" giraba. Pronto fue reemplazado por una versión con los mismos cilindros y levas, pero con cilindros estacionarios y la pista de levas girando en lugar de un cigüeñal. Una versión posterior abandonó la leva por completo y utilizó tres cigüeñales acoplados.

En 1930, los pioneros soviéticos de los helicópteros, Boris N. Yuriev y Alexei M. Cheremukhin, ambos empleados del Tsentralniy Aerogidrodinamicheskiy Institut (TsAGI, el Instituto Central Aerohidrodinámico), construyeron una de las primeras máquinas de rotor único prácticas con su helicóptero de rotor único TsAGI 1-EA, propulsado por dos motores rotativos M-2 diseñados y construidos por los soviéticos, copias mejoradas del motor rotativo Gnome Monosoupape de la Primera Guerra Mundial. El TsAGI 1-EA estableció un récord de altitud no oficial de 605 metros (1.985 pies) con Cheremukhin pilotándolo el 14 de agosto de 1932 con la potencia de sus motores rotativos gemelos M-2. [26]

Uso en automóviles y motocicletas.

Aunque los motores rotativos se utilizaban principalmente en aviones, se construyeron unos pocos automóviles y motocicletas con motores rotativos. Quizás el primero fue la motocicleta Millet de 1892. Una motocicleta famosa, que ganó muchas carreras, fue la Megola , que tenía un motor rotativo dentro de la rueda delantera. Otra motocicleta con motor rotativo fue la Redrup Radial de 1912 de Charles Redrup , que era un motor rotativo de tres cilindros de 303 cc instalado en varias motocicletas de Redrup.

En 1904 se construyó en Gales el motor Barry , también diseñado por Redrup: un motor bóxer giratorio de dos cilindros que pesaba 6,5 ​​kg [3] estaba montado dentro de un bastidor de motocicleta.

La motocicleta alemana Megola de principios de la década de 1920 utilizó un motor rotativo de cinco cilindros en el diseño de su rueda delantera.

En la década de 1940, Cyril Pullin desarrolló la Powerwheel , una rueda con un motor monocilíndrico giratorio , embrague y freno de tambor dentro del buje, pero nunca entró en producción.

Otros motores rotativos

Además de la configuración de cilindros que se mueven alrededor de un cigüeñal fijo, existen varios diseños de motores que también se denominan motores rotativos . El motor rotativo sin pistón más conocido , el motor rotativo Wankel , ha sido utilizado por NSU en el automóvil Ro80 , por Mazda en una variedad de automóviles como la serie RX y en algunas aplicaciones de aviación experimental.

A fines de la década de 1970, se probó un concepto de motor llamado Bricklin-Turner Rotary Vee. [27] [28] El Rotary Vee tiene una configuración similar a la del motor de vapor de codo . Los pares de pistones se conectan como miembros sólidos en forma de V, con cada extremo flotando en un par de grupos de cilindros giratorios. Los pares de grupos de cilindros giratorios están configurados con sus ejes en un amplio ángulo de V. Los pistones en cada grupo de cilindros se mueven paralelos entre sí en lugar de en dirección radial. Este diseño de motor no ha entrado en producción. El Rotary Vee estaba destinado a impulsar el Bricklin SV-1 .

Véase también

Notas

  1. ^ Nahum, Andrew (1999). El motor aeronáutico rotativo . NMSI Trading Ltd. pág. 40. ISBN 1-900747-12-X.
  2. ^ "Vídeo de Vimeo de la presentación del modelo cinético transversal de aviación alternado "rotativo/radial" del Museo del Aire". Archivado desde el original el 2 de julio de 2019. Consultado el 7 de noviembre de 2016 .
  3. ^ ab "Charles Benjamin Redrup". Archivado desde el original el 15 de julio de 2017. Consultado el 11 de abril de 2008 .
  4. ^ Notas técnicas de la Junta Aérea , Junta Aérea de la RAF, 1917. Reimpreso por Camden Miniature Steam Services, 1997
  5. ^ Por ejemplo, compare Gnome Monosoupape con Bentley BR2.
  6. ^ Gunston, Bill (1986). Enciclopedia mundial de motores aeronáuticos . Wellingborough: Patrick Stephens. págs. 22–26.
  7. ^ ab Nahum, Andrew (1999). El motor aeronáutico rotativo . NMSI Trading Ltd., págs. 44-45. ISBN 1-900747-12-X.
  8. ^ Donovan, Frank; Frank Robert Donovan (1962). Los primeros Eagles . Dodd, Mead. pág. 154.
  9. ^ abc Nahum, Andrew (1999). El motor aeronáutico rotativo . NMSI Trading Ltd. pág. 20. ISBN 1-900747-12-X.
  10. ^ Hargrave, Lawrence (1850 – 1915) Archivado el 24 de mayo de 2011 en Wayback Machine . Diccionario australiano de biografías en línea.
  11. ^ "Patentes de automóviles de Balzer". Museo Nacional de Historia Estadounidense. 2 de noviembre de 2016. Archivado desde el original el 30 de junio de 2011. Consultado el 29 de junio de 2011 .
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  • Combinación de la función cinética del motor "rotativo" y "radial" en el Museo del Aire de París
  • Página n.° 1 del Gnôme Omega del Instituto Nacional de Estadísticas de Smithsonian
  • Página del Smithsonian NASM Le Rhône 9J
  • Animación de Gnome Rotary en acción
  • Sitio web de Ray Williams sobre el motor rotativo en miniatura funcional
  • Un motor rotativo que funciona únicamente con aire comprimido.
  • La gama de motores de Charles Redrup
  • Vídeo de la locomotora Gnome Omega de 1909: funcionamiento en abril de 2009
  • Motor rotativo en V Bricklin-Turner
  • Motor bi-rotativo de Franky Devaere
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