Rolls-Royce R 250px|alt=Vista frontal esquerda de um grande motor aeronáutico de pistões pintado de preto Rolls-Royce R (R27) em exposição no Museu de Ciências de Londres. Os objetos retangulares vermelhos são placas de vedação das portas de escape, que seriam substituídas pelos tubos de escape quando o motor fosse instalado em uma aeronave ou em outro veículo. Tipo Motor de pistões V12 Motor aeronáutico Fabricante Rolls-Royce Limited Projetista Arthur Rowledge Primeira operação 7 de abril de 1929 Principais aplicações Supermarine S.6Supermarine S.6BBlue Bird K4 Número produzido 19 Desenvolvido a partir de Rolls-Royce Buzzard
O Rolls-Royce R é um motor aeronáutico britânico projetado e construído especificamente para fins de corrida aérea pela Rolls-Royce Limited. Dezenove motores R foram montados em uma série limitada de produção entre 1929 e 1931. Desenvolvido a partir do Rolls-Royce Buzzard, era um motor V12 superalimentado, com 37 litros (2.240 polegadas cúbicas) de cilindrada, capaz de produzir pouco menos de 2.800 hp (aproximadamente 2.100 kW), com peso de 1.640 lb (744 kg). Testes intensivos de fábrica revelaram falhas mecânicas que foram sanadas por meio do redesenho dos componentes, melhorando muito a confiabilidade.
O R foi usado com grande sucesso nas competições de hidroaviões do Troféu Schneider realizadas na Inglaterra em 1929 e 1931. Pouco depois da competição de 1931, um motor R, usando uma mistura especial de combustível, impulsionou a aeronave vencedora Supermarine S.6B a um novo recorde de velocidade aérea de mais de 400 mph (640 km/h). Ao longo da década de 1930, motores R novos e usados foram empregados para estabelecer diversos recordes de velocidade em terra e na água por personalidades das corridas como Sir Henry Segrave, Sir Malcolm Campbell e seu filho Donald Campbell, sendo o último desses recordes estabelecido em 1939. Uma tentativa final de Donald Campbell de obter o recorde de velocidade aquática com um motor R, em 1951, não teve sucesso.
A experiência adquirida pelos projetistas da Rolls-Royce e da Supermarine com o motor R foi inestimável para o desenvolvimento posterior do motor Rolls-Royce Merlin e do Supermarine Spitfire. Uma versão com potência reduzida do motor R, conhecida como Griffon, foi testada em 1933, mas não tinha relação direta com o Rolls-Royce Griffon de produção de 1939, embora este tivesse exatamente o mesmo diâmetro, curso e cilindrada resultante do projeto "R". Três exemplares do motor R estavam em exposição pública em museus britânicos em 2014.
Projeto e desenvolvimento
Origem A Rolls-Royce percebeu que o motor Napier Lion usado no Supermarine S.5 vencedor do Troféu Schneider de 1927 havia atingido o limite de seu desenvolvimento e que, para que a entrada britânica na corrida seguinte fosse competitiva, seria necessário um projeto de motor novo e mais potente. O primeiro desenho de configuração do motor "Racing H", baseado no Buzzard,O Buzzard era ele próprio uma versão ampliada, em escala 6:5, do Rolls-Royce Kestrel. foi enviado a R. J. Mitchell, da Supermarine, em 3 de julho de 1928, permitindo que Mitchell começasse o projeto do novo S.6 para o Troféu Schneider.Eves 2001, p. 174. Pouco depois, o nome do motor foi alterado para R, de "Racing".Holter 2002, p. 35. Um contrato oficial do governo britânico para prosseguir com o projeto só foi concedido em fevereiro de 1929, deixando à Rolls-Royce seis meses para desenvolver o motor antes da competição do Troféu Schneider prevista para aquele ano.Lumsden 2004, p. 168.Custo: £5.800, preço pago por Malcolm Campbell à Rolls-Royce pelo R37 em 1933; Holter 2002, p. 42.
Descrição O R era um motor fisicamente imponente, projetado por uma equipe liderada por Ernest Hives e que incluía Cyril Lovesey, Arthur Rowledge e Henry Royce. O R compartilhava com o Buzzard o diâmetro dos cilindros, o curso e a cilindrada, e usava o mesmo arranjo V12 a 60 graus. Um novo impulsor de supercompressor de estágio único e dupla face foi projetado, juntamente com cilindros revisados e bielas reforçadas.Eves 2001, p. 225. Os blocos de cilindros com camisas úmidas,"Camisas úmidas" são formadas separadamente da fundição principal do bloco de cilindros, permitindo que o líquido de arrefecimento circule livremente ao redor de suas faces externas. Como resultado, cilindros com camisas úmidas têm melhor resfriamento e distribuição mais uniforme de temperatura. o cárter e as fundições da caixa de redução da hélice foram produzidos em liga de alumínio "R.R 50"; e, devido à curta expectativa de vida desses motores, alumínio forjado foi usado para substituir bronze e aço em muitas peças.[Autor não indicado] 2 de outubro de 1931. "The Rolls-Royce Racing Engines" Flight, p. 990. www.flightglobal.com. Acesso em 14 de novembro de 2009.
miniaturadaimagem|esquerda|alt=Vista em corte de um motor de pistões|Vista em corte de um Rolls-Royce Merlin, que apresentava cilindros com camisas úmidas e anéis raspadores de óleo inferiores, ambos desenvolvidos originalmente para o motor R
Para tornar o R tão compacto quanto possível, várias modificações de projeto foram feitas em comparação com o Buzzard: a carcaça da engrenagem de redução da hélice foi remodelada; as tampas do comando de válvulas e dos balancins foram modificadas para se integrar ao formato do nariz da aeronave; a entrada de ar foi posicionada no "V" do motor, o que também ajudava a evitar a entrada de borrifo de água; e, sob o motor, os auxiliares foram levantados um pouco para reduzir a profundidade da fuselagem.[Autor não indicado] 2 de outubro de 1931. "The Rolls-Royce Racing Engines" Flight, p. 989. www.flightglobal.com. Acesso em 14 de novembro de 2009. O comprimento do motor foi minimizado ao não deslocar longitudinalmente as bancadas de cilindros, o que significava que as bielas de cilindros opostos tinham de compartilhar um curto moente de virabrequim. Isso foi inicialmente feito com um arranjo de biela do tipo garfo e lâmina; contudo, depois que rachaduras foram encontradas durante testes em 1931, o desenho das bielas foi alterado para um tipo articulado.
A introdução de bielas articuladas foi considerada um "incômodo" por Arthur Rubbra, projetista de motores da Rolls-Royce, pois havia problemas inerentes a esse arranjo. A geometria complicada significava que um par de bielas tinha comprimentos efetivos diferentes, produzindo um curso mais longo no lado articulado; consequentemente, as camisas dos cilindros desse lado tiveram de ser alongadas para impedir que o anel raspador de óleo saísse da saia do cilindro. Bielas articuladas foram usadas no motor Rolls-Royce Goshawk, mas não foram incorporadas ao posterior Rolls-Royce Merlin, para o qual Arthur Rowledge desenhou um sistema revisto de garfo e lâmina.Rubbra 1990, p. 60.
Motores R de produção posterior apresentavam hastes de válvulas de escape preenchidas com sódio para melhorar o resfriamento, enquanto outras modificações incluíram uma fundição redesenhada do cárter inferior e a introdução de um anel raspador de óleo abaixo do pino do pistão, uma medida posteriormente levada ao motor Merlin. Um virabrequim balanceado foi introduzido em maio de 1931, e a taxa de compressão dos motores de "sprint" preparados para aquele ano foi elevada de 6:1 para 7:1.
O sistema de ignição consistia em dois magnetos montados na parte traseira e acionados pelo virabrequim, cada um alimentando uma das duas velas instaladas em cada cilindro. Essa é uma prática comum em motores aeronáuticos, pois assegura operação contínua em caso de falha de um único magneto, e tem a vantagem de uma combustão mais eficiente em comparação com uma única vela.Gunston 2006, p. 60.
Resfriamento Resfriar esse grande motor, minimizando ao mesmo tempo o arrasto aerodinâmico, impôs novos desafios às equipes de projeto da Rolls-Royce e da Supermarine. Métodos tradicionais de resfriamento com radiadores em colmeia eram conhecidos por causar grande arrasto em voo; por isso, decidiu-se usar as superfícies das asas e dos flutuadores do S.6 como trocadores de calor, empregando uma estrutura de pele dupla pela qual o líquido de arrefecimento podia circular. O óleo do motor era resfriado de modo semelhante, por canais nas superfícies da fuselagem e da empenagem. O S.6 foi descrito na época como um "radiador voador", e estimou-se que esse sistema de resfriamento dissipava em voo o equivalente a 1.000 hp (746 kW) de calor. Contudo, mesmo com esse sistema em uso, observou-se superaquecimento do motor durante os voos de corrida, exigindo que os pilotos reduzissem a aceleração para manter uma temperatura de operação segura.[Autor não indicado] 16 de julho de 1942. "Voices From The Past, Recorded talks by Schneider Trophy Contest designers and the winning pilot" Flight, p. 61. www.flightglobal.com. Acesso em 21 de outubro de 2009.
Uma medida de resfriamento menos óbvia foi o uso deliberado de uma mistura rica de combustível, o que explica os relatos frequentes de fumaça preta saindo dos tubos de escape do motor.Eves 2001, p. 208. Embora isso retirasse alguma potência do motor, aumentava a confiabilidade e reduzia a possibilidade de detonação nos cilindros.
Supercompressor e combustível miniaturadaimagem|direita|alt=Vista traseira de um motor aeronáutico de pistões mostrando detalhes do sistema de admissão.|Detalhe do supercompressor do Rolls-Royce R
As chaves para a elevada relação potência-peso do motor R eram o desenho do supercompressor, a capacidade de operar em altas rotações devido à resistência estrutural e as misturas especiais de combustível usadas. O impulsor de supercompressor de dupla face era um novo desenvolvimento para a Rolls-Royce: funcionando a uma razão de quase 8:1, podia fornecer ar de admissão a até 18 libras por polegada quadrada (psi), ou 1,24 bar, acima da pressão atmosférica, valor conhecido como "boost" e comumente abreviado como "+x lb".Holter 2002, p. 175. Em comparação, o boost máximo do projeto anterior Rolls-Royce Kestrel era +6 lb (0,4 bar), valor que só foi alcançado em 1934.Lumsden 2003, p. 195. As altas pressões de boost inicialmente provocaram falhas nas velas de ignição durante os testes; por fim, a vela Lodge tipo X170 foi escolhida, pois se mostrou extremamente confiável.Eves 2001, pp. 230–231.
O desenvolvimento do combustível especial foi atribuído ao trabalho de “Rod” Banks, engenheiro especializado em combustíveis e desenvolvimento de motores. Depois do uso de benzol puro nos primeiros testes em solo, experimentou-se uma mistura de 11% de gasolina de aviação e 89% de benzol, mais 5 centímetros cúbicos (cc) de chumbo tetraetila por galão imperial (4,5 L). Essa mistura de combustível foi usada para vencer a corrida do Troféu Schneider de 1929 e continuou em uso até junho de 1931.Eves 2001, p. 230. Descobriu-se que a adição de 10% de metanol a essa mistura resultava em aumento de 20 hp (15 kW), com a vantagem adicional de reduzir o peso do combustível — particularmente importante para uso aeronáutico — devido à menor gravidade específica. Para a tentativa de recorde de velocidade aérea de 1931, adicionou-se acetona para evitar falhas intermitentes de ignição; a composição dessa mistura final era 30% de benzol, 60% de metanol e 10% de acetona, mais 4,2 cc de chumbo tetraetila por galão.