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Motores aéreos
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Fairey Firefly FR. Mk.V en War Thunder con motor Rolls-Royce Griffon 74 


No se puede poner cualquier motor de pistón en un avión. Tiene que estar específicamente diseñado para el exigente medio del vuelo. Los motores de avión se construían años antes del histórico vuelo de los hermanos Wright y han tenido un desarrollo bastante distinto de los motores utilizados en tierra.


Un pistón conectado a un cigüeñal oscilando dentro de un cilindro quemando combustible volátil es común en casi todos los motores de combustión interna (MCI, también conocido como "ciclo Otto"), pero para los aviones la similitud diverge considerablemente de los diseños basados ​​en tierra. Los motores de avión tienen que ajustarse a la altitud donde hay menos aire para la refrigeración y oxígeno para la combustión. Otro factor importante es que las revoluciones por minuto (RPM) en el eje de salida deben ser dirigidas hacia a la hélice para que su punta no opere en la región supersónica y pierda empuje.La poe encima de todo estaba la necesidad de mantener el motor ligero, ya que afectaría al rendimiento de vuelo.

Wright R-790, USAF

Basándose en la tecnología de las máquinas de vapor los MCI tempranos estaban en buenas condiciones mecánicas, los desafíos iniciales eran la refrigeración y la lubricación. Desde los primeros días, tanto el sistema de agua como el de refrigeración por aire se utilizaron cada uno sin tener alguna ventaja abrumadora. El encendido se lograba a través de un generador modificado llamado, una bobina producía el voltaje y se programaba con “puntos” enchufada a un distribuidor.  Los magnetos sencillos y ligeros son muy comunes hoy incluyendo los nuevos motores de avión. Las máquinas de vapor de lubricación a menudo utilizan los puntos de engrase, pozos de petróleo o de lubricación incluso en forma manual en algún momento pero esto era insuficiente en los motores a pistón. La lubricación era por salpicaduras de aceite dentro de la caja del cigüeñal y puntos de engrase sobre los balancines de las válvulas y engranajes; incluso añadiendo aceite en el combustible (la bufanda que los pilotos de la primera guerra mundial llevaban era para limpiar el petróleo que escapaba del motor y manchaba las gafas). Las altas RPM del MCI también plantean desafíos en el equilibrio. Una solución usada en el famoso motor Le Rhône 9J era ¡girar el motor entero! Llamado “motor rotativo” los problemas de equilibrio dinámico se eliminaron por la masa en rotación, pero la desventaja era la enorme fuerza que impactaba las tasas de giros giroscópicos (el triplano Dr. 1 utilizado por el Barón Rojo podría hacer giros increíblemente ajustados hacia la izquierda, pero horribles hacia la derecha). Esta vida útil de los primeros motores de gasolina se medía en horas antes de que tuviesen que ser reemplazados. Para la década de 1920 hubo grandes mejoras en la lubricación, la refrigeración, la ligereza, y sobre todo la longevidad, ésta última fue crítica en el premio de cruzar el Océano Atlántico. Cuando Charles Lindbergh hizo su  famoso vuelo a través del Atlántico el  20 de mayo 1927 estaba forzando los límites de la longevidad del motor.

El motor radial Wright Whirlwind R-790 J-5C 223-hp en el "Spirit of St Louis" requería del engrase manual de los balancines cada 40 horas de tiempo de ejecución, un largo período de servicio  para la época. Ese vuelo registró casi 34 horas de funcionamiento continuo. Casi 2 años después, un grupo de pilotos de la USAAC logró un récord de resistencia de vuelo utilizando también un avión propulsado por el motor Wright Whirlwind R- 790 J-5  llamado "El signo de interrogación", ya que se desconocía cuánto tiempo duraría. Este Tri-motor Fokker F.VII voló más de 150 horas, pero sólo porque tenía importantes modificaciones para el servicio en el aire y líneas de aceite especiales. El proyecto terminó porque un motor se detuvo debido a un fallo en la varilla de empuje y los otros dos tenían tenían balancines dañados.

 
 Le Rhône 9J motor aero rotante exhibido en  Shuttleworth Collection, Old Warden, Inglaterra

Otro factor es la densidad del aire. Los motores normales de aspiración (ya sea  de carburador o inyección de combustible) pierden potencia  a medida que aumenta la altitud debido a la menor cantidad de aire (por lo tanto oxígeno) que el motor quema. Tenían que hacerse ajustes al flujo de combustible  y al principio se hacían de forma manual. A través del tiempo se introdujeron los sistemas automáticos sofisticados que realizaban este proceso de forma automática, pero la complejidad y la fiabilidad aún necesitaban el control manual del  piloto o "ingenieros de vuelo". Aún así, algunos fueron finalmente equipados con sistemas totalmente automáticos.

 

BMW 801 D2 en el Museo Aviaticum,  Austria

Como la velocidad comenzó a ser más importante que la maniobrabilidad la demanda de energía aumentó. Cuerpos aerodinámicos y alas diseñadas para la velocidad eran parte de la ecuación, pero no se podía evitar el hecho de que ir más rápido necesita más potencia. El arrastre aumenta exponencialmente con la velocidad así que simplemente duplicar los caballos de fuerza no da como resultado el doble de la velocidad aérea. El I-153 es un buen ejemplo, donde las ganancias iniciales de energía aumentan la velocidad hasta un punto en que las ganancias eran insignificantes a pesar de motores cada vez más potentes. Las impresionantes ganancias en los años de entreguerras llegaron a un ritmo vertiginoso en la década de 1940 como la energía también aumentaba exponencialmente desde los 500 cv promedio a mediados de los 30 a más de 2500 cv a mediados de los años 40, todos en el esfuerzo para superar la fricción y aumentar la carga útil. En comparación los carros de combate de la línea principal a finales de la segunda guerra mundial utilizaban menos de 800 caballos de fuerza para los motores. Lo que terminó con el reinado de los motores de aviones de pistón fue el motor a reacción y el simple hecho de que no se vio limitado por la hélice.

 

Al final, los enormes recursos dedicados a motores de aviones más eficientes y potentes impulsaron la tecnología hacia un vértice no superado hasta hace poco con la ingeniería informática y materiales más fuertes. Lo que sí hizo en años intermedios fue prestar la tecnología a las generaciones de vehículos terrestres más potentes donde el pistón todavía reinaba supremo.

En 1958 la pequeña Cessna 172 “Hacienda” hizo un vuelo repostando sin parar que duró 1558 horas (¡65 días!), unas cifras incomprensibles solo un par de décadas antes.



Autor: Joe “Pony51” Kudrna

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