Fairey Firefly FR. Mk.V dans War Thunder utilisant les moteurs Rolls-Royce Griffon 74 

Un piston relié à un vilebrequin oscillant dans un cylindre, brûlant du carburant inflammable: voilà le point commun de tous les moteurs à combustion interne (aussi connus comme moteurs à « cycle Otto »), mais pour l’aviation, les similarités divergent grandement par rapport à la conception des modèles terrestres. Un moteur d’avion doit s’adapter à l’altitude ou il y a moins d’air pour le refroidissement et d’oxygène pour la combustion. Un autre facteur essentiel est la vitesse de rotation de l’arbre de sortie qui doit être adaptée à l’hélice afin que la vitesse d’extrémité des pales reste inférieure à un régime supersonique, qui ferait perdre de la traction. Par-dessus tout, il est nécessaire d’avoir des moteurs légers pour ne pas impacter les performances de vol.

Wright R-790, USAF

Construits en utilisant la technologie des moteurs à vapeur, les premiers moteurs à combustion interne étaient mécaniquement bons, la principale difficulté provenant de la lubrification et du refroidissement. Dès le départ, on utilisa des refroidissements par air aussi bien que par liquide, aucun ne surclassant l’autre. La lubrification des moteurs à vapeur se faisait le plus souvent par points de graissage, réservoirs compte gouttes ou lubrification manuelle à la burette. La lubrification se faisait par barbotage dans le carter et par points de graissage sur les culbuteurs de soupape et les engrenages; jusqu’à rajouter de l’huile dans le carburant (l’écharpe des pilotes de la première guerre mondiale servait à essuyer les projections d’huile provenant de l’échappement sur leurs lunettes). 

L’équilibrage des moteurs à haut régime fut aussi un défi. Une solution fut utilisée sur le célèbre moteur Le Rhône 9J, consistant à faire tourner le moteur autour de son vilebrequin ! Appelé « moteur rotatif », les problèmes d’équilibrage dynamiques devenaient négligeables sur une telle masse en rotation, mais en contrepartie, l’énorme force gyroscopique impactait le taux de roulis (le triplan DR1 utilisé par le Baron Rouge pouvait tourner très serré à gauche mais très mal à droite).

La durée de vie de ces premiers moteurs à essence se mesurait en heures avant qu’ils ne soient remplacés. Vers 1920, de gros progrès furent fait en lubrification, refroidissement, en allègement et surtout sur la durée de vie, le dernier point étant critique pour pouvoir traverser l’Atlantique. Quand Charles Lindbergh fit, le 20 mai 1927, son fameux vol transatlantique, il repoussa la limite de longévité de son moteur. Le Wright Whirlwind R-790 J-5C de 223 chevaux du « Spirit of Saint Louis » nécessitait un graissage manuel des culbuteurs toutes les 40 heures de fonctionnement, une période très longue à l’époque. Ce vol record approcha presque les 34 heures de fonctionnement continu! Près de 2 ans plus tard, un groupe de pilotes de l’USAAC réalisant un vol de record d’endurance en utilisant aussi des Wright Whirlwinds R-790 J-5 sur un avion appelé « The Question Mark » (le point d’interrogation) , car ils ne savaient pas combien de temps le vol durerait. Ce Fokker F VII trimoteur vola plus de 150 heures grâce à des modifications majeures, permettant le ravitaillement en vol et un des circuits de lubrification modifiés. Le vol prit fin après l’arrêt d’un moteur, suite à une défaillance de poussoir de soupape et les deux autres moteurs avaient une usure significative des culbuteurs.

Le Rhône 9J exposé au Shuttleworth Collection, Old Warden, Angleterre

Un autre facteur est la densité de l’air. Les moteurs atmosphériques (qu’ils soient à carburateur ou à injection) perdent de la puissance proportionnellement à l’altitude en raison du manque d’air (donc d’oxygène) pour bruler le carburant. Il faut ajuster le débit de carburant et au début, cela se faisait manuellement. Plus tard, des systèmes de régulation automatique sophistiqués furent mis en place, mais leur complexité et leur fiabilité fit que l’on conservât un contrôle manuel par les pilotes ou les « ingénieurs de vol ». Cependant, quelques appareils furent équipés de systèmes entièrement automatisés.

BMW 801 D2 au Musée Aviaticum ,  Autriche

Comme la vitesse commençait à devenir plus importante que la maniabilité, la demande en puissance augmentât. L’aérodynamique des fuselages et les profils d’aile créés pour la vitesse étaient une partie de l’équation, mais il ne faut pas oublier que pour aller plus vite, il faut plus de puissance. La traînée s’accroît exponentiellement avec la vitesse, donc doubler simplement la puissance ne permet pas d’aller deux fois plus vite. Le I-153 est un bon exemple : l’augmentation de sa puissance moteur permit d’augmenter sa vitesse jusqu’à un certain point, puis ce fut négligeable, malgré des moteurs toujours plus puissants. Les progrès impressionnants de l’entre-deux-guerres atteignirent un rythme impressionnant au début des années 40, la puissance augmentant exponentiellement, les moteurs passant d’une puissance moyenne de 500 chevaux aux milieux des années 30 à plus de 2500 chevaux au milieu des années 40, le tout combiné aux efforts pour surmonter la traînée et augmenter la charges utiles. En comparaison, les principaux tanks de la fin de la seconde guerre mondiale avaient des moteurs de moins de 800 chevaux. La fin du règne des moteurs à pistons, fut du au fait que les turboréacteurs n’étaient pas limités en vitesse par une hélice.

En fin de compte, les énormes ressources consacrées à des moteurs d’avions plus efficaces et plus puissants poussèrent la technologie vers un sommet qui ne fut dépassé que récemment grâce à des matériaux plus résistants et à l’informatique. De tout cela découlèrent des générations de véhicules terrestres toujours plus puissants, dont les moteurs à pistons règnent toujours en maîtres.

Joe “Pony51” Kudrna