El Rolls-Royce R es un motor aeronáutico británico diseñado y construido originalmente por Rolls-Royce Limited de forma específica para disputar carreras aéreas. Solo se fabricaron diecinueve de estos motores, todos construidos entre 1929 y 1931.
Desarrollado a partir del motor Rolls-Royce Buzzard, era un propulsor V-12 de 37 litros de capacidad sobrealimentado, capaz de producir 2800 caballos (2090 kW) con un peso de tan solo 770 kg. Las intensivas pruebas de fábrica revelaron fallos que fueron rápidamente solucionados rediseñando algunos de sus componentes mecánicos, mejorando mucho su fiabilidad.
El motor R se utilizó con gran éxito en las competiciones del Trofeo Schneider de hidroaviones que se celebraron en Inglaterra en 1929 y 1931. Poco después de la competición de 1931, una aeronave Supermarine S.6B equipada con un motor R alimentado con un combustible especial, estableció un nuevo récord de velocidad de más de 400 millas por hora (640 km/h). A lo largo de la década de 1930, unidades tanto nuevas como usadas del motor R se utilizaron para batir diversos récords de velocidad en tierra y sobre el agua. Por ejemplo, personalidades como Sir Henry Segrave, Sir Malcolm Campbell y su hijo Donald, establecieron diversas plusmarcas mundiales con vehículos impulsados con el motor R hasta 1939. Un último intento de récord de velocidad, protagonizado por Donald Campbell en 1951 con una lancha rápida propulsada por un motor R, fue infructuoso.
La experiencia adquirida por los diseñadores del motor R en Rolls-Royce y Supermarine fue una valiosísima herramienta en el posterior desarrollo del motor Rolls-Royce Merlin y del caza Spitfire. Un motor R con su máxima potencia rebajada, conocido como el Griffon, fue probado en 1933, pero no estuvo directamente relacionado con la producción del motor Rolls-Royce Griffon de 1939, con exactamente las mismas cifras de diámetro/carrera (y por consiguiente, cilindrada) que el "R" original. Tres ejemplares del motor R son mostrados al público en museos británicos desde el año 2014.
Diseño y desarrollo
Origen Rolls-Royce se dio cuenta de que el motor Napier Lion utilizado en el Supermarine S.5, ganador del Trofeo Schneider en 1927, había alcanzado la cúspide de su desarrollo, y que se requería diseñar un nuevo motor más potente para que Gran Bretaña pudiera luchar con garantías por el trofeo. La primera configuración diseñada del motor "Racing H", basado en el Buzzard, fue enviado a R. J. Mitchell de Supermarine el 3 de julio de 1928, permitiéndole comenzar con el diseño del nuevo hidroavión S.6 para el Trofeo Schneider.Eves 2001, pág. 174. Poco después se le cambió el nombre al motor por "R" (por la palabra inglesa "Racing", de carreras).Holter, 2002, pág. 35. Un contrato oficial con el Gobierno Británico necesario para continuar con el proyecto no fue concedido hasta febrero de 1929, dejando a Rolls-Royce solo seis meses para desarrollar el motor para la edición del Trofeo Schneider de aquel año.Lumsden, 2004, pág. 168.Lumsden, 2003, pág. 199.
Descripción El R era físicamente un imponente motor, diseñado por un equipo dirigido por Ernest Hives, que incluía a Cyril Lovesey, Arthur Rowledge y Henry Royce. El R compartía con el motor Buzzard el diámetro, la carrera y por lo tanto la cilindrada, y utilizaba el mismo diseño V-12 a 60 grados. Se diseñó un nuevo sobrealimentador de una sola etapa y de doble cara, revisándose los cilindros y reforzándose las bielas.Eves 2001, pág. 225. El revestimiento interior de los bloques de cilindros, el cárter y el mecanismo reductor de la hélice estaban moldeados en aleación de aluminio "R. R 50";Eves 2001, pág. 226. y debido a la corta expectativa de vida útil de estos motores, se utilizó aluminio forjado para reemplazar piezas habitualmente de bronce y de acero.[Staff author] 2 de octubre de 1931. "The Rolls-Royce Racing Engines" The Flight, p. 990. www.flightglobal.com. Recuperado: 14 De Noviembre De 2009. alt=Sectioned view of a piston engine|izquierda|mini|Vista de un motor Rolls-Royce Merlin seccionado, con el revestimiento interior de los cilindros y los segmentos inferiores diseñados para arrastrar el lubricante quemado, originalmente desarrollados para el motor R Para hacer el motor R tan compacto como fuera posible, se introdujeron varias modificaciones de diseño con respecto al Buzzard: el mecanismo de reducción del giro de la hélice se reformó, y el árbol de levas y los balancines superiores se modificaron para adoptar exactamente la forma del carenado de la nariz de la aeronave. La toma de aire se colocó en la V del motor (lo que también ayudó a evitar la entrada de restos de aceite), y debajo del motor se levantó un poco la posición de los elementos auxiliares para reducir la profundidad del fuselaje."[Staff author] 2 de octubre de 1931. "The Rolls-Royce Racing Engines" The Flight, p. 989. www.flightglobal.com. Recuperado: 14 De Noviembre De 2009. La longitud del motor se acortó para minimizar la vibración de las dos bancadas de cilindros de proa y popa, lo que significaba que las bielas de los cilindros opuestos tenían que compartir un breve espacio en el cigüeñal junto a un cojinete, conocido como el "muñón del cigüeñal". Inicialmente esto se lograba colocando una biela de conexión dentro de la otra en el extremo inferior con una disposición de placa y horquilla; sin embargo, después de que se detectara la fisuración de las bielas durante las pruebas realizadas en 1931, se adoptó un diseño de tipo articulado.
La introducción de las bielas articuladas fue considerada como una "molestia" por Arthur Rubbra, un diseñador de motores de Rolls-Royce, debido a los problemas inherentes a su disposición. La complicada geometría significaba que cada par de bielas tenían diferentes longitudes eficaces, dando una mayor carrera en el lado articulado. En consecuencia, las camisas de los cilindros afectados tuvieron que ser alargadas para evitar que se saliese el segmento inferior. Las bielas articuladas se usaron en el motor Goshawk, pero no fueron incorporadas en el Rolls-Royce Merlin, para el que Arthur Rowledge había diseñado una versión revisada del sistema de placa y horquilla.Rubbra 1990, pág. 60.
Más tarde los motores R incorporaron válvulas de escape rellenas de sodio para mejorar la refrigeración, mientras que otras modificaciones incluyeron un nuevo diseño inferior del cárter de fundición y la introducción de un segmento limpiador del aceite carbonizado por debajo de la articulación del pistón ; una disposición que también se adoptó en el motor Merlin. Se introdujo un cigüeñal equilibrado en mayo de 1931, y la relación de compresión en los motores de "esprint" preparados para ese año se elevó de 6:1 a 7:1.Eves 2001, pág. 229.
El sistema de encendido se componía de dos magnetos instaladas en la parte trasera, impulsadas por el cigüeñal, cada una alimentando las parejas de bujías ajustadas a cada cilindro. Esta es una práctica común en los motores aeronáuticos, que permite asegurar su funcionamiento si falla una de las magnetos, y que tiene la ventaja adicional de aumentar la eficiencia de la combustión gracias a la doble bujía en cada cilindro.Gunston 2006, pág. 60.
Refrigeración La refrigeración de este gran motor, condicionada por la minimización del arrastre asociado a la sección aerodinámica, planteó nuevos retos a los equipos de diseño tanto de Rolls-Royce como de Supermarine. Los tradicionales métodos de enfriamiento usando de radiadores con paneles del tipo nido de abeja se sabía que causaba una alta resistencia en vuelo; en consecuencia, se decidió utilizar la superficie de las alas y de los flotadores del hidroavión como intercambiadores de calor, empleando una estructura de doble piel a través de la que el líquido refrigerante podía circular. El aceite del motor se enfriaba de manera similar, usando unas acanaladuras diseñadas al efecto en la superficie del fuselaje y del empenaje. El S.6 fue descrito en su momento como un "radiador volante", y se estimó que este sistema de refrigeración disipaba el equivalente de 1000 CV (745 kW) de calor en vuelo. Sin embargo, incluso con este sistema, se observó sobrecalentamiento del motor durante los vuelos de la carrera, lo que obligaba a los pilotos a controlar el uso del acelerador para moderar la temperatura de funcionamiento del motor.[Staff author] 16 de julio de 1942. "Las voces del Pasado, grabaciones de charlas por Schneider Trofeo del Concurso de diseñadores y el ganador del piloto" de Vuelo, p. 61. www.flightglobal.com. Consultado El 21 De Octubre De 2009.
Una medida de enfriamiento no tan obvia fue el uso deliberado de una mezcla de combustible muy rica, lo que explica los frecuentes informes de humo negro presentes en los gases de escape del motor.Eves 2001, pág. 208. Aunque suponía la pérdida de algo de potencia del motor, implicaba un aumento de su fiabilidad y reducía la posibilidad de detonación en los cilindros.Eves 2001, pág. 210.
Compresor de sobrealimentación y combustible alt=A rear view of an aircraft piston engine shows details of the induction system.|derecha|mini|Detalle del compresor del Rolls-Royce R Las claves de la alta relación potencia peso del motor R fueron el diseño del sobrealimentador, la capacidad de girar a altas revoluciones gracias a su resistencia estructural, y la mezcla de combustible especial utilizada. El sobrealimentador de doble cara fue un nuevo desarrollo de Rolls-Royce: funcionando con una relación de 8:1, podía suministrar aire de admisión a una presión de hasta 18 libras por pulgada cuadrada (1.24 bar) por encima de lapresión atmosférica, una cifra conocida como "boost" y comúnmente abreviado como "+x lb".Holter, 2002, pág. 175. En comparación, el máximo impulso delRolls-Royce Kestrel, un diseño de motor anterior, fue de +6 lb (0,4 bar). La máxima eficacia del compresor del motor R no se alcanzó hasta 1934.Lumsden, 2003, pág. 195. El aumento de las presiones inicialmente causó el fallo de la bujías durante las pruebas, y finalmente se eligieron unas de la marca Lodge del tipo X170, que resultaron ser extremadamente fiables.[Staff author] 2 de octubre de 1931. "The Rolls-Royce Racing Engines" The Flight, p. 990. www.flightglobal.com. Recuperado: 14 De Noviembre De 2009.Eves 2001, páginas 230-231.
El desarrollo del carburante se le atribuye a "Rod" Banks, un ingeniero especializado en el desarrollo de combustibles y motores. Después de usar benzóleo puro en las primeras pruebas en tierra; se probó una mezcla de 11 % de gasolina de aviación y un 89 % de benzóleo, además de 5 centímetros cúbicos de tetra-etilo de plomo por galón imperial (4.5 L). Esta mezcla de combustible se usó para ganar la carrera del Trofeo Schneider de 1929, y se continuó utilizando hasta junio de 1931.Eves 2001, pág. 230. Se descubrió que la adición de un 10 % de metanol a esta mezcla producía un incremento de 20 CV (15 kW), con la ventaja adicional de reducir el peso del combustible – algo especialmente importante para su uso en aeronaves – debido a su reducido peso específico. En1931, para un intento de récord de velocidad, se añadió acetona a la mezcla, para prevenir fallos de ignición intermitentes. La composición de esta mezcla final fue de 30 % de benzóleo, 60 % de metanol y 10 % de acetona, además de 4.2 cc de tetra-etilo de plomo por litro.