Motorisering

Rolls-Royce Merlin

Personalet i Supermarines design afdeling har ofte udtrykt taknemmelighed overfor Rolls-Royce for deres andel i udviklingen af Spitfiren. Udviklingen af dette fly skyldtes et nært samarbejde mellem disse 2 firmaer, som sikrede at udviklingen på det ene område meget hurtigt kunne videreføres til det andet.

Efter "R" motoren havde sejret i sø-flyene i årene 1929-31, søgte Rolls-Royce at fastholde den position, som de her havde opnået, ved at overføre resultaterne til de militære motorer, den 490-520hk Kestrel og den 820hk Buzzard, men det var svært at få større ydelse ud af disse motorer uden at det gik ud over disses pålidelighed og driftsikkerhed.

I 1933 fremkom den blyholdige 87 oktan benzin, som var mere bankefast ( dvs. at den kunne klare større kompression uden at eksplodere af egen drift. ). Dette førte videre til 100 oktan benzinen, som kom på markedet i 1939-1940. Dette betød at man kunne øge motoreffekten ved hjælp af bl.a. kompressorer (superchargers, som det hedder i England) til over 1000hk og stadig bibeholde pålideligheden.

Motorfabrikanterne, som næsten alle uden undtagelse er private foretagender, designede selv deres egne specifikationer og løste selv deres egne problemer. Rolls-Royce, som hører til et af disse private firmaer, havde på det tidspunkt en chef, som hed Sir Henry Rolls, og han havde så meget fornemmelse for hvad der foregik i luftfartsministeriet, at han personligt ledede projektet med "PV12" for at sikre at resultatet blev det, som ministeriet skulle bruge på sigt. Desværre levede han ikke så længe, at han nåede at se PV12’eren blive til Merlin.

Tidlige prototyper viste svagheder, som forsinkede 100-timers testen. De fejl, som opstod, bestod af revnede cylinderforinger og problemer med reduktionsgearet. Grunden var fejl i det oprindelige design af motoren. Disse fejl blev rettet og den første succesfulde 100-timers test blev gennemført i juli 1934 med en motor som ydede 790hk i en højde svarende til ca. 4 km med 2.500 omdrejninger per minut og med et boost på 2lbs.

Efterfølgende modifikationer førte til Merlin "B" motoren. Der var stadig problemer med støbningen af motorblokke og topstykker og andre problemer med plejlstænger, som var for svage. Efter andre "mellemmodeller" fremkom "E" modellen, som bestod en civil test. "G" modellen blev til produktions modellen, Merlin II.

I de følgende år blev der arbejdet med at udvikle nye modeller, såsom Merlin 61 med 2-trinskompressor med 2 hastigheder og intercooler. Kompressoren blev drevet via en kobling, som skulle "fedte" hvis motoren gik ujævnt og dermed sørge for at der ikke kom utilsigtet højt kompressortryk til motoren eller at man skadede selve kompressoren, idet den var gearet med 10 gange motorens hastighed (dvs. 30.000 omdr./min. under max. omdrejninger ved start). Merlin 61’eren gav på grund af den nye kompressor væsentlige forbedringer i ydelsen i forhold til de tidligere Merlins. Da de enkelte Merlin-udgaver er meget lig hinanden, krævede det ikke det store arbejde at skifte en Merlin motor ud med en anden og nyere type Merlin, men idet 60'erne er længere end de tidligere modeller på grund af 2-trinskompressoren, måtte Supermarine forlænge forkroppen med 12,7cm. Ydermere måtte man installere en intercooler (varmeveksler på dansk), som kølede den trykrejste og brændstofiblandede indsugningsluft inden den blev ført op til selve indsugningen. Indsugningsluften kunne blive op til 200° C varm efter kompressionen, og det medførte en stor risiko for detonation udenfor cylindrene i stedet for en forbrænding i selve cylinderne med havari til følge. Som en yderligere fordel opnåede man ved at køle denne luft en større fylde af indsugningsluften. Man lavede også en "interstage cooler", som kølede luften/brændstofblandingen ned mellem trin 1 og 2 på kompressoren.

Videreudviklede kompressorer og brændstof med højere bankefasthed førte til at ydelsen kunne sættes i vejret. Brugen af 150 oktan benzin og 25lbs boost kunne øge topfarten for en Spitfire Mk. IX med ca. 50 km/t. I 1944 gennemførte man forsøg med 150 oktan benzin og vandindsprøjtning, hvilket fik Merlin’ens ydelse helt op 2.640hk ved 36lbs boost.

I de 6 år, som Anden Verdenskrig varede, blev der udviklet 88 forskellige modeller og bygget 150.000 Merlins på fabrikkerne i Derby, Crewe, Glasgow og hos Ford Motor Company samt hos Packard Motor Company i USA.

Rolls-ROyce Griffon

Da krigen brød ud i 1939, begyndte Rolls-Royce intensivt at arbejde med en motortype, som i opbygning skulle være lig Merlin-motoren, men som skulle have større ydelse. Et andet punkt var at motoren skulle kunne bruges i jagerfly, som allerede var operative, for at sikre at disse fly kunne bygges uden produktionsstop og forsinkelser. Den nye type kom til at hedde Griffon og videreførte samtidig Rolls-Royce’s tradition for væskekølede V-motorer. Den erfaring, som man havde høstet med Merlin-motoren gennem Royal Air Force og Fleet Air Arm, blev naturligvis brugt i designet og udviklingen af Griffon-motoren.

En ny ting ved Griffon’en var at man udstyrede den med en separat gearkasse drevet af en aksel til eksterne komponenter, såsom hydraulikpumpe, instrumenter, bremser, flaps og generator. De tidlige Griffons (II, III og IV) havde alle en kompressor med et trin og to hastigheder. Griffon III og IV blev benyttet i Spitfire Mk XII. Griffon II blev benyttet i Fairey Firefly, som var et hangarskibs fly.

Griffon 61 blev monteret med en to-trins kompressor med 2 hastigheder og intercooler identisk med den, som blev monteret på Merlin 61-motorerne, hvilket også gav Griffon’en kraftige ydelsesforbedringer i forhold til de tidligere Griffons. Griffon 61 blev brugt på Spitfire Mk 21. Griffon 65 var identisk med 61’eren, bortset fra en ændret gearudveksling, og den blev brugt på Spitfire Mk XIV.

Griffon 72 og 74 var også varianter af 61/65 og blev brugt af flytyper, som blev benyttet af Royal Navy. Brændstoffet benyttet i 72’eren og 74’eren var af 150 oktan typen og det gjorde at de 2 motorer ydede 2245hk ved 25lbs boost i 2820meter.

Griffon 83 var bygget som en 65’er, men havde en gearkasse med 2 propelaksler til modroterende propeller. Den inderste propelaksel roterede i den modsatte retning af den aksel som omgav den. Denne motor/propel-kombination blev mest brugt på Seafire 46 og 47, men enkelte Spitfire PR XIX blev også udrustet med denne.

Packard

I september 1940 påtog Packard Company sig opgaven at bygge Rolls-Royce Merlin motorer til både den amerikanske og engelske regering. De 2 første Packard Merlins blev monteret i deres teststande i august 1941. I 1942 var produktionen af Merlin 28 til canadisk byggede DeHavilland DH 98 Mosquito- og Avro Lancasterfly. Også den amerikanske Curtiss P40 blev også udstyret med denne motor, men dog under betegnelsen V-1650-1.

Med produktionen af Packard Merlin 266, kaldet PM 266, byggede man dermed også de motorer, som blev benyttet i Supermarine Spitfire Mk. XVI. Der var visse mindre forskelle på en Merlin 66 og en PM 266, dels i føringen af rørene til kølervæsken og dels var Merlinens kompressor drevet elektro-pneumatisk og PM 266'erens blev drev elektro-hydraulisk. For at undgå fejlbestillinger og fejlleveringer blev der oprettet 2 centrallagre til motorreservedele hhv. et til Merlin-dele og et til Packard Merlin-dele.

--ooOOoo--

Imidlertid var jetmotoren på vej frem og ved slutningen af krigen flyttede Rolls-Royce deres investeringer over på dette nye motorprincip, som hurtigt havde bevist sit værd i krigsfly.

Disse "gamle" stempelmotorer blev stadig benyttet i kommercielle fly i mange år frem, så derfor satsede Rolls-Royce på at give Merlin-motoren større pålidelighed og længere gangtid.

Røntgen billede af en Merlin - klik for større billede

Køle- og kompressorsystemet på Merlin - klik for større billede

Merlin med et enkelt kompressortrin

 

En anden Merlinmotoriseret jager: Hawker Hurricane - klik for større billede

Forskellen på frontarealet mellem Merlin og Griffon. Lys = Merlin.

Griffon 65

Herover og herunder - Spitfire med kontraroterende propel. En sjældenhed.

 

Merlin 61.

 

Type: 

Supercharged (kompressor), gearet, væskekølet 60 graders V-motor. 

Cylindre:

12 cylindre i 2 stk. 6 cylindrede enkelte blokke

Ventiler / knast:

2 indsugnings- og 2 udstødningsventiler. 1 overliggende knastaksel pr. topstykke.

Boring og slaglængde:

137,16mm x 152,4mm = 27 liters slagvolumen.

Kompressionsforhold:

6,0 : 1

Ydelse:

Take-off :

1290hk v. 3000 o/min.

Maks.:

1565hk v. 3000 o/min. i 3740 meter

 

1390hk v. 3000 o/min. i 7170 meter

Maksimale omdr.:

3600 o/min. under dyk.

Propelreduktionsgear:

Spur layshaft (Gerakasse med tandhjul)

Udvekslingsforhold:

0,42 : 1

Rotationsretning:

Propelaksel: mod uret - krumtap: med uret (set forfra)

Supercharger:

Intercoolet, centrifugal, 2 hastigheder og 2 trin. Hastighed reguleret af olietrykket fra retur oliesystemet. Kompressortrykket regulueres automatisk af en barometrisk servomekanisme, som er koblet til brændstofreguleringen, og således reguleres af denne.

Smøring:

Tørsump.

Fødesystem:

Rolls-Royce / SU stigestrømskarburator med automatisk mixture kontrol. Fødning gennem kompressoren.

Tænding:

Dobbelt tænding. 2 magneter med hver 12 udtag.

Køling:

70% vand og 30% ætyl clykol. Centrifugal vandpumpe. Maksimal vandtemp. 135° Cels. Luftgennemstrømning gennem kølerne i vingerne styret enten manuelt eller automatisk af en bimetal-mekanisme.

Starter:

Elektrisk (Eller ved håndsving hvis el'en svigter)

Vægt uden eksternt udstyr:

744kg.

 

Griffon 65.  
Type: 

Supercharged (kompressor), gearet, væskekølet 60 graders V-motor. 

Cylindre:

12 cylindre i 2 stk. 6 cylindrede enkelte blokke

Ventiler / knast:

2 indsugnings- og 2 udstødningsventiler. 1 overliggende knastaksel pr. topstykke.

Boring og slaglængde:

154,4mm x 167,64mm = 36,7 liters slagvolumen.

Ydelse:

Take-off :

1540hk

Maks.:

2035hk i 2135 meter

 

1820hk i 6400 meter

Propelreduktionsgear:

Spur layshaft (Gerakasse med tandhjul)

Udvekslingsforhold:

0,51 : 1

Rotationsretning:

Propelaksel: med uret - krumtap: mod uret (set forfra)

Supercharger:

Intercoolet, centrifugal, 2 hastigheder og 2 trin. Hastighed reguleret af olietrykket fra retur oliesystemet. Kompressortrykket reguleres automatisk af en barometrisk servomekanisme, som er koblet til brændstofreguleringen, og således reguleres af denne som på Merlin 61.

Smøring:

Tørsump. 1 tryk- og 2 returpumper

Fødesystem:

Rolls-Royce Bendix stigestrømskarburator med automatisk mixture kontrol, FCU (fuel control unit - brændstofregulering) og accelerationspumpe. Fødning gennem kompressoren.

Tænding:

Dobbelt tænding. 2 magneter med hver 12 udtag.

Køling:

70% vand og 30% ætyl clykol. Centrifugal vandpumpe. Luftgennemstrømning gennem kølerne i vingerne styret enten manuelt eller automatisk af en bimetal-mekanisme.

Starter:

Patronstarter med 5 patroner

Vægt uden eksternt udstyr:

898kg.