Fairey Firefly FR. Mk.V dostępny w War Thunder, używa silnika Rolls-Royce Griffon 74

Do samolotu nie można po prostu zamontować dowolnego silnika. Zespół napędowy musi być zaprojektowany tak, by mógł sprostać wymagającym warunkom występującym w czasie lotu. Silniki lotnicze powstawały już na wiele lat przed historycznym lotem braci Wright, różniąc się znacząco od napędów używanych w pojazdach naziemnych.

Silniki spalania wewnętrznego najczęściej pracują w cyklu Otta, spalając lotną mieszankę paliwowo-powietrzną. W swojej konstrukcji wykorzystują tłok wykonujący ruch posuwisto-zwrotny w cylindrze, połączony korbowodem z wałem korbowym. Silniki lotnicze muszą być w stanie funkcjonować na dużej wysokości, gdzie rozrzedzone powietrze powoduje problemy z chłodzeniem i dostarcza mniej tlenu do spalania. Prędkość obrotowa wału musi być dobrana tak, by krawędzie łopat śmigła nie operowały z prędkościami okołodźwiękowymi, gdyż w takich warunkach występuje znaczny spadek siły ciągu. Dodatkowo silnik powinien być lekki, by nie pogarszać osiągów samolotu ze względu na samą masę jednostki napędowej.

Wright R-790, USAF

Wczesne tłokowe silniki spalinowe były oparte o konstrukcję silników parowych. Mechanizm wymagał dopracowania systemów chłodzenia, zapłonu i smarowania. Do chłodzenia używano zarówno wody, jak i powietrza — żadne z tych podejść nie miało znaczącej przewagi nad drugim. Zapłon zapewniał generator impulsu elektrycznego — iskrownik. Napięcie było zwiększane przez cewkę z przerywaczem i doprowadzane do poszczególnych świec przez rozdzielacz. Proste i lekkie iskrowniki są używane w silnikach lotniczych do dziś. Stosowanie smarów, zbiorników oleju czy nawet natryskiwanie oleju wystarczało do zapewnienia płynnej pracy silników parowych, ale to było za mało dla silników spalinowych. Wczesne konstrukcje wykorzystywały smarowanie rozbryzgowe, specjalne kieszenie smarne, a nawet dodatek oleju do paliwa (podczas I Wojny Światowej piloci mieli chusty, którymi mogli wycierać gogle ochlapane tą miksturą). Z biegiem czasu silniki stawały się prawdziwymi labiryntami przewodów tłoczących olej pod ciśnieniem. Większe obroty rozwijane przez silniki tłokowe były wyzwaniem także w kwestii wyważania. Słynny silnik Le Rhône 9J był „silnikiem rotacyjnym” — wirowała cała jednostka napędowa. Rozwiązało to kwestie wyważenia dynamicznego, jednak wprowadziło nowe problemy — przede wszystkim znaczny moment siły związany z precesją, który zauważalnie wpływał na prędkość skrętu (trójpłatowiec Fokker Dr.1 używany przez słynnego Czerwonego Barona był w stanie wykonywać niezwykle ciasne zwroty w lewo, ale zakręty w prawo miały znacznie większy promień).

Czas życia wczesnych silników mierzono w godzinach. W latach 20. XX wieku poprawiły się usprawnione systemy smarowania, chłodzenia, silniki stały się lżejsze, ale przede wszystkim były w stanie działać dłużej. Było to nieodzowne, by móc sprostać nowemu wyzwaniu — pokonaniu Atlantyku. Charles Linderg w swoim historycznym locie 20 maja 1927 roku osiągnął niemal kres możliwości silnika. Rekordowy lot trwał 34 godziny, a używany w „Spirit of St Louis” silnik Wright Whirlwind R-790 J-5C o mocy 223 KM musiał co 40 godzin mieć przesmarowane popychacze dźwigniowe. Dwa lata później zespół pilotów z Korpusu Powietrznego Armii Stanów Zjednoczonych próbował pobić rekord długotrwałości lotu. Zmodyfikowany trzysilnikowy Fokker F.VII, również napędzany silnikami Wright J-5, został nazwany  „Question Mark” (ang. „Znak zapytania”) -— wszak leciał w nieznane. 150 godzin później i po pobiciu rekordu musiał lądować ze względu na zużyte silniki.

Silnik lotniczy Le Rhône 9J znajdujący się w kolekcji muzeum Shuttleworth , Old Warden, Anglia.

Kolejnym ważnym czynnikiem jest gęstość powietrza. Silniki wolnossące (z gaźnikiem lub wtryskiem paliwa) traca moc wraz ze wzrostem wysokości, gdzie rozrzedzone powietrze zapewnia mniej tlenu niezbędnego do spalania. Skład mieszanki paliwowo-powietrznej musiał być regulowany — początkowo było to robione ręcznie. Sprężarki i turbosprężarki wykorzystywały wirniki wtłaczające do silnika więcej powietrza, dzięki czemu silnik nie „dusił się” nawet na dużych wysokościach, a dodatkowo był w stanie wytworzyć większą moc na mniejszych wysokościach (kosztem ryzyka przedwczesnej awarii). Z czasem wprowadzano bardziej złożone systemy automatycznego zarządzania silnikami, jednak ze względu na złożoność i niezawodność utrzymano możliwość ręcznej kontroli. Zajmowali się nią piloci i mechanicy pokładowi dobierający położenie przepustnic, dźwigni mieszanki, obrotów śmigieł, chłodnic oleju i wody, sprężarek i turbosprężarek oraz zapłonu. W pełni automatyczne systemy miały między innymi samoloty napędzane silnikiem BMW 801.

BMW 801 D2 w Muzeum Lotnictwa, Austria

Kiedy prędkość stała się istotniejsza od zwrotności, żądza mocy wzrosła. Opływowe, aerodynamiczne kształty kadłubów i skrzydeł pomagały, jednak nie było wątpliwości, że do szybszego latania potrzebne są potężniejsze silniki. Pasożytniczy opór aerodynamiczny wzrasta kwadratowo wraz ze wzrostem prędkości, więc proste zdwojenie mocy nie na wiele się zda. Próby zwiększenia prędkości rozwijanej przez I-153 poprzez zwiększanie mocy zakończyły się niepowodzeniem. Imponujący postęp lat międzywojennych został pobity przez porażające tempo lat 40., gdzie moc wzrastała wykładniczo — od samolotów z silnikami o mocy 500 KM (jak w samolotach rezerwowych w War Thunder) w latach 30. do 2000 KM w połowie lat 40. (jak w Fw-190D, Spitfire Mk 24 czy F8F), a wszystko to po to, by poruszać się szybciej. Dla porównania drugowojenne czołgi używały silników o mocy zwykle nieprzekraczającej 800 KM. Panowanie samolotów wyposażonych w potężne silniki tłokowe zakończyło pojawienie się maszyn odrzutowych, które nie były ograniczone stratami związanymi z rozwijaniem prędkości okołodźwiękowych przez końcówki śmigieł. Silniki tłokowe zostały oddelegowane do samolotów transportowych i lotnictwa ogólnego, gdzie wykorzystano ich niższe koszty eksploatacji.

Koniec końców, ogromne zasoby poświęcone na opracowanie bardziej wydajnych i potężnych silników lotniczych pozwoliły osiągnąć szczyt rozwoju technologii silników tłokowych — konstrukcji, które pozostały niepobite aż do pojawienia się komputerowych metod obliczeniowych i nowych, mocniejszych materiałów. Olbrzymi rozwój technologii lotniczej procentował potem przy konstrukcji pojazdów samochodowych, gdzie silniki tłokowe wciąż są najpopularniejsze.

W roku 1958 mała Cessna 172 reklamująca hotel Hacienda utrzymywała się w powietrzu nieprzerwanie przez 1558 godzin (65 dni!), co robi ogromne wrażenie nawet wiele dziesięcioleci później.

Autor: Joe “Pony51” Kudrna

Zespół War Thunder