Fairey Firefly FR. Mk.V ve War Thunderu, osazený motorem Rolls-Royce Griffon 74

Pro pohon letounu nelze použít jakýkoliv pístový motor, neboť na letecké motory jsou kladeny velmi odlišné nároky, než na motory určené pro službu na zemi. Pohonné jednotky, určené pro pohon létajících strojů, byly vyráběny celé roky před prvním letem bratří Wrightů, a jejich vývoj se ubíral jinou cestou než vývoj motorů pro pozemní provoz.

Pro všechny spalovací motory je společný základní technický princip pístu montovaného na klikové hřídeli, jež je umístěn ve válci a do pohybu je uváděn expanzí plynů vzniklou při zážehu (případně vznícení) směsi paliva a vzduchu. U leteckých motorů je ale třeba brát v potaz změnu výšky - čím výše letoun poletí, tím menší bude hustota vzduchu, což znamená méně vzduchu pro chlazení a méně kyslíku pro proces spalování. Dále je při konstrukci leteckého motoru nutné omezit otáčky tak, aby rychlost vrtulových listů nedosáhla hodnot blízkých rychlosti zvuku, neboť v takovém případě by vrtule ztrácela tah. A v neposledné řadě je třeba snažit se udržet váhu celého motoru co nejnižší, neboť příliš těžký motor může negativně ovlivňovat celkové letové charakteristiky.

Wright R-790, USAF

První spalovací motory využívaly konstrukční základ z osvědčených parních strojů, nicméně konstruktéři museli nejprve vyřešit problémy s mazáním, chlazením a zapalováním. Chlazení bylo již od počátků řešeno dvojím způsobem – buď přímým chlazením vzduchem, častěji pak chladicí kapalinou, jež proudila uzavřeným okruhem poháněná čerpadlem, přijímala teplo a to následně předávala v chladiči, kde byla vzduchem opětovně ochlazena a vedena zpět k motoru. Zapalování bylo vyřešeno tzv. magnetem, což byl malý elektrický generátor, napájený baterií a vysílající pulzy vysokého napětí, které byly řízeny rozdělovačem a přiváděny ke svíčkám. Co se mazání týče, parní motory byly buď ručně promazávány, disponovaly olejovými nádržemi, případně bylo mazivo vstřikováno přímo na stroje. Takové metody chlazení ale byly pro spalovací motory nedostatečné, bylo proto nutné vyvinout nové principy. Na prvních motorech se užíval postřikový systém, kdy speciální „lžíce“ zajišťovala proud oleje do motoru. Jiné systémy zahrnovaly mazivové dutiny, případně bylo mazivo přidáváno přímo do paliva – šály, které letci během 1. sv. války nosili omotané okolo krku, byly určeny právě pro čištění brýlí od mastného kouře z výfuků, obsahujícího spálený olej.

Postupně se ale mazací ústrojí motorů stávala doslova bludištěm trubek, kudy pod tlakem proudilo mazivo. U letounů bylo potřeba řešit i vliv otáček motoru na stabilitu celého letounu, ovlivňovaného točivým momentem motoru. Během 1. sv. války tento problém řešil tzv. rotační motor, kdy bylo na pevné klikové hřídeli montován lichý počet válců, jež následně společně s celou klikovou skříní a vrtulí rotovaly okolo hřídele. Příkladem takového motoru může být např. Le Rhône 9J o výkonu 110 koní, jež poháněl slavné stíhačky Sopwith Camel, případně Clerget 9B o výkonu 130 koní, jež poháněl např. Nieuporty 17. Takový motor přispíval ke stabilitě v rovném letu, při obratech se ale ukázala velká nevýhoda tohoto typu motorů – rotující masa motoru totiž fungovala jako gyroskop, a vzniklý gyroskopický efekt výrazně zvyšoval čas potřebný k obratu. Například u slavného trojplošníku Fokker Dr.1, na kterém létal „Rudý Baron“ Manfred von Richthofen, byl schopen extrémně utažené levotočivé zatáčky, nicméně pravotočivá zatáčka byla velmi široká. Piloti proto často místo jedné pravotočivé zatáčky prováděli kompletní levotočivý obrat až do požadovaného směru.

První letecké motory trpěly velmi krátkou životností, která se měřila na jednotky provozních hodin. Ve dvacátých letech ale byly pohonné jednotky průběžně vylepšovány co do chlazení, mazání a snižující se váhy, a životnost se postupně prodlužovala. Největším testem životnosti motoru pak v té době byl přelet Atlantiku bez mezipřistání. Letoun „Spirit of St. Louis“, na kterém Charles Lindbergh 20. května 1927 přeletěl jako první Atlantik, byl poháněn řadovým motorem Wright Whirlwind R-790-J-5C, jež každých 40 hodin provozu vyžadoval ruční promazání táhel válců, aby se nezadřel – slavný let přitom trval 34 hodin! O dva roky později se skupina pilotů amerických vzdušných sborů USAAC pokusila na letounu Fokker F.VII „Tri-Motor“, poháněného motory Wright J-5, překonat rekord v letové výdrži. Stroj byl osádkou nazván „Otazník“ („Question Mark“), neboť nebylo vůbec jisté, co se během letu přihodí. O 150 hodin později byl sice rekord překonán, letoun ale musel urychleně přistát, neboť motory byly opotřebeny na samou hranici zadření se.

Hvězdicový motor Rhône 9J vystavený v Shuttleworth Collection, Old Warden, Anglie

Již byla zmíněna hustota vzduchu, měnící se s rostoucí výškou. Motory s atmosférickým plněním, jež využívají karburátory či přímé vstřikování paliva, závisí na množství vzduchu proudícího do motoru, s rostoucí výškou a klesající hustotou vzduchu klesá i výkon motoru. Bylo proto nutné manuálně upravovat poměr směs vzduchu a paliva, což bylo nejprve prováděno manuálně. Později byly zavedeny turbodmychadla a turbokompresory, které i ve velkých výškách do motoru hnaly vzduch pod tlakem a umožňovaly držet motoru výkon i přes nízkou hustotu okolního vzduchu, a zároveň výkon i zvýšit díky většímu množství vzduchu proudícího do motoru. Postupně byly zavedeny sofistikované automatické systémy, které umožňovaly automatické řízení motoru a turbodmychadel či turbokompresoru, nicméně jejich menší spolehlivost a poměrná složitost znamenala, že u naprosté většiny letounů za dob 2. sv. války musel pilot provádět řízení motoru manuálně. U pozdějších vícemotorových strojů pak byl dokonce do osádek přidán letový inženýr, jež se o tyto úkony staral bez nutnosti věnovat se zároveň řízení stroje. Například systém Kommandogerät, který byl instalován na německé hvězdicové motory BMW 801, ale ukázal, že automatické systémy řízení motoru jsou perspektivní do budoucna.

BMW 801 D2 v muzeu letectví v Rakousku

Jak se letouny vyvíjely, rostla poptávka po vyšší rychlosti i obratnosti. Letouny se stávaly aerodynamičtějšími, křídla byla navrhována pro co nejvyšší rychlost, i ten nejlepší trup ale byl k ničemu, pokud nebyl zvýšen výkon motoru. S rostoucí rychlostí ale roste odpor vzduchu, a nebylo by například možné jednoduše zdvojnásobit výkon motoru s cílem dosáhnout dvojnásobné rychlosti. Například dvojplošníky Polikarpov I-153 prošly mnoha pokusy o zvýšení výkonu a rychlosti, odpor vzduchu mohutného hvězdicového motoru společně s odporem vzduchu dvojplošné konstrukce ale tyto snahy odsoudil k nezdaru. Snahy o překonání odporu vzduchu pak během 2. sv. války vedly k obrovským skokům ve výkonu motorů. Zatímco v předválečných letech měly letecké motory výkon v průměru 500 koní (což jde ve War Thunderu vidět například na rezervních strojích typu Polikarpov I-15 či Hawker Nimrod), během čtyřicátých let vzrostl výkon až za hranici 2000 koní, jako tomu bylo například u letounu Spitfire Mk.24 s motorem Rolls-Royce Griffon, případně u německých Focke-Wulfů Fw 190 D při užití zařízení MW 50. Pro srovnání – nejsilnější tankové motory během války dosahovaly výkonu maximálně 800 koní. Závod za co nejvyšším výkonem nakonec byl ukončen příchodem proudových motorů, které nebyly omezovány překážkou v podobě maximální možné rychlosti vrtule. Pístové motory byly postupně přeřazeny do role pohonné jednotky transportních a cvičných letounů, a později začaly pohánět malá letadla, u kterých by proudový motor byl příliš nákladný na provoz a údržbu.

Pokroky v technologii pístových motorů ale nebyly zapomenuty, a po příchodu nových materiálů a počítačů bylo možné výkon pístových pohonných jednotek ještě více rozšířit pro využití u automobilů, tanků a jiných pozemních vozidel.

Na závěr jen zajímavost – v roce 1958 letoun Cessna 172, pilotovaný bratry Timmem a Johnem Cookem a nazvaný „Hacienda“, dokázal setrvat ve vzduchu po dobu 1558 hodin (tj. 65 dní). Tato výdrž motoru by jen o několik dekád dříve jednoduše nebyla možná.

War Thunder tým (autor: Joe “Pony51” Kudrna)