Un motore davvero speciale - Il Napier Sabre Fu ben presto evidente, appena risolti i problemi di aerodinamica e di tecnica costruttiva degli albori della scienza aeronautica, che i parametri della potenza assoluta installata/peso del velivolo, carico alare unitario e rapporto peso/potenza espressa dei motori aeronautici erano quelli che determinavano il successo di un velivolo da guerra e di un caccia in particolare. Il primo parametro era influenzato da molti fattori: non bastava aumentare la cilindrata perchè cresceva anche il peso ed in funzione di grado maggiore, aumentavano anche ingombri e consumi quindi si doveva percorre la strada del miglioramento dei rendimenti termodinamici e dello sviluppo tecnologico. Questo sviluppo migliorava anche il terzo parametro e quindi era doppiamente efficace. La tecnica motoristica aeronautica divenne subito, dai primi anni, la fucina di ogni progresso del motore alternativo a combustione interna. Si può ben dire che l'uomo non volò fino a quando non ebbe disponibile un propulsore adatto. Se Leonardo avesse avuto un motore a combustione interna avrebbe gia volato lui, perchè i problemi aerodinamici erano già stati individuati e risolti, si conosceva l'ala e l'elica, mancava solo la fonte di energia adeguata. Disse una volta un tecnico della Loockeed: "Non esiste niente che non possa volare, anche un bidone della spazzatura vola se lo spinge un motore abbastanza potente!" Il motore a vapore, dalla sua scoperta e fino al 1920, era vincente nei veicoli terrestri per affidabilità e rendimento ma aveva un difetto aeronautico insormontabile: pesava molto e forniva poca potenza. Il neonato motore elettrico prometteva meraviglie, leggero e potente. ma già allora aveva il problema, ancora non risolto, di come portarsi dietro l'energia necessaria.

I fratelli Anzani, la Gnome Rhone ed altre case svilupparono i primi motori con elevata potenza e basso peso, puntando forzatamente sul ciclo Otto e con configurazioni multicilindro. Il progresso tecnico e la ricerca del continuo miglioramento si estese anche al mondo automobilistico ed andò a finire come tutti sappiamo, con noi a comprare benzina dagli arabi invece che spaccare legna o spalare carbone nelle automobili. Nella Prima Guerra mondiale si volò essenzialmente con aerei con motore stellare, le poche eccezioni non fanno quasi testo. L'aerodinamica non era ancora decisiva, la maneggevolezza era l'arma vincente ed il biplano è ancora l'aereo più maneggevole che si conosca. La sua elevata portanza e la bassa velocità di stallo lo rendono inoltre idoneo a decollare da qualsiasi prato

Lo Gnome et Rhône 9C 80 Hp —“IL MOTORE AEREONAUTICO” della WWI impiegato da Allea e Tedeschi sui migliori caccia , usato sia sui Neuport che sui Fokker, sugli Avro e sui Bristol.

lungo duecento metri e facilmente pilotabile da chiunque con pochissimo addestramento, dato che si decolla e si atterra a 60 chilometri all'ora e c'è tutto il tempo di rimediare agli errori. L'intermezzo vide, specialmente con gli idrovolanti della coppa Schineider, il progressivo ma inesorabile orientamento verso motori in linea di elevata potenza: Rolls Royce, Merlin ed altri impararono la lezione molto bene. Nella Seconda Guerra mondiale si inziò con velivoli dotati di motori stellari, si combattè il conflitto essenzialmente con motori in linea e si finì con gli ultimi modelli ad elica nuovamente con i motori stellari, prima che il reattore spazzasse via tutta la concorrenza. Come mai? A questo vorrei dare una risposta logica e tecnologica. Il motore in linea è la soluzione aerodinamicamente vincente (Spitfire, Messershimitt, Mustang lo dimostrano). Ma giunti ad un certo livello di potenza (diciamo 1600-2000 Hp) il motore in linea non riesce più a crescere. Siamo a livelli di cilindrata intorno ai 12.000 cc con 12 o 16 cilindri V (Rolls Royce Merlin e Dialmer Benz per intenderci), iniezione diretta, iniezione di acqua e metanolo, sovralimentazione e refrigerazione compresa. Il valore di 200 hp/litro è un valore ragguardevole e 0,4 Kg/hp altrettanto. Vuol dire motori di 500 kg di peso (su un aereo di 3000/4000 Kg di peso) e non possiamo salire di più nemmeno ai nostri giorni. Ma per arrivare oltre ai 700 km/h occorrono almeno 3000 hp.... Se aumentiamo il numero dei cilindri, in modo da aumentare il rendimento termodinamico e la cilindrata dobbiamo pensare ad altre geometrie diverse da quelle lineari: le stelle, doppie o multiple. Con sette, otto, nove o più cilindri, replicati in due, tre o quattro stelle posso ottenere la potenza che desidero, con l'ingombro in lunghezza pari ad un motore in linea con tanti cilindri quante le stelle e con l'ingombro trasversale di un boxer. Certo avremo a che fare con un oggetto considerevole, che ci obbligherà a disegnare un muso a botte, ma risparmieremmo sul raffreddamento (aria e non liquido con conseguente semplificazione e minore vulnerabilità). Poi avremmo una distribuzione aste e bilanceri, meno ingombrante degli alberi in testa e cilindri separati per una più facile manutenzione. Per ultimo una massa con una simmetria elevata, che non dovrebbe disturbare la dinamica e sopratutto priva di vibrazioni e con scarsa coppia di rovesciamento.

Il Rolls Royce Merlin a sinistra e il suo “rivale” il Mecedes-Benz DB 601, hanno pra camente la stessa impostazione motoris ca, 12 cilindri a V doppio asse a camme in testa, ma il Merlin è montato “dri o” con le teste in alto mentre i l DB 601 è “rovesciato” e le teste sono rivolte verso il basso… questo perme e al Me109 di avere lo spazio per due mitragliatrici sulla cappo atura e rende invece “pia o”, dri o e largo il muso dello Spi ire. Alta conseguenza è la posizione degli scarichi, al nello Spi ire e bassi nel Me109.

Uno dei più potenti motori aeronautici per caccia fu' il Double Wasp della Pratt&Whitney tipo R 2800 con i suoi 18 cilindri su due stelle, ma il suo ingombro frontale era immenso (avete presente il muso del Thunderbolt? Ecco!!). Con il motore in linea o a V otteniamo invece linee filanti ed aerodinamiche (Messerschnitt, Spitfire) ma non possiamo andare oltre ai 12 cilindri sennò ci troviamo con un muso lungo quattro metri ed un baricentro ingovernabile, allora che fare? Nel 1943 la Napier Sabre dovendo mettere in cantiere un velivolo di supremazia ed avendo bisogno di almeno 3000 Hp decise di raddoppiare il numero dei cilindri portandoli a 24. Dato che non era possibile

pensare a motori a V, sovrapposero due boxer a 12 cilindri nella struttura chiamata ad H: i due motori avevano alberi motore indipendenti e controrotanti che azionavano entrambi l'asse dell'elica, posto tra di loro. Il problema della lunghezza era risolto ma nasceva il problema dell'ingombro trasversale: un boxer è un motore che somma le altezze delle due bancate ed il rischio era dover disegnare un aereo con il muso come un pesce martello. Si doveva ridurre l'altezza dei cilindri: ma come? Ridurre la corsa non era possibile perchè una volta fissato il rapporto corsa/alesaggio (quelli aeronautici erano tutti motori superquadri o a corsa molto corta, perchè quella era, ed è ancora oggi, la soluzione più prestazionale) la corsa era determinata dalla cilindrata e dal numero dei cilindri. Le grosse cilindrate erano necessarie per avere la potenza e i tanti cilindri per avere la corsa corta. Contro queste condizioni inderogabili si infrangevano i sogni degli ingegneri... L'unica speranza era agire sulla distribuzione: valvole, molle, bicchierini, assi a camme portano via un bel pò di altezza. Aste e bilanceri guadagnano qualcosa in altezza ma bisogna mettere molle valvola più deboli sennò le aste si piegano, e questo voleva dire valvole più piccole, quindi meno giri e meno potenza. Bisognava cancellare la distribuzione a valvole ed abolire le teste, ma come? La risposta l'aveva trovata, realizzata e sperimentata Aspin negli anni '20: era la distribuzione a foderi rotanti o mobili. Aspin aveva sperimentato diverse geometrie e soluzioni, ed ottenuto risultati termodinamicamente eccellenti: elevata potenza e rendimento, pagandoli in affidabilità, complessità costruttiva e peso. Il motore a distribuzione rotante, con la tecnologia dell'epoca, consumava quindi olio in maniera impressionante, richiedeva un elevatissima manutenzione, aveva una usura elevatissima delle parti in contatto e di conseguenza una vita operativa ridicola di circa

Il Pra &Whitney Double Wasp R2800—18 cilindri a doppia stella di 9, 46.000 cc di cilindrata e 2100/2400 Hp - fu’ il motore stellare americano più diffuso della WWII ed equipaggiò sia bombardieri plurimotore che caccia. A-26 Invader B-26 Marauder CH-37 Mojave Convair CV-240 family Cur ss C-46 Commando Douglas DC-6 F4U Corsair F6F Hellcat P-47 Thunderbolt. Ne furono costrui ben 125.334… !!

30 ore. Nessuno dei difetti era però tale da essere considerato penalizzante per un caccia da supremazia aerea da utilizzare contro gli aviogetti del Reich in attesa che la guewrra finisse o il Gloster Meteor diventasse un aereo decente. La soluzione scelta della Napier-Sabre fù quindi quella dei foderi scorrevoli coassiali.

In pratica due canne coassiali, azionate da bielle collegate all'albero motore, le quali scorrevano una dentro l'altra aprendo e chiudendo luci sui condotti di aspirazione e scarico. Tanti vantaggi immediati: minimo ingombro, elevato rendimento, alta turbolenza e possibilità di raggiungere elevati rapporti di compressione senza detonazione, perdite di carico fluidodinamiche nulle. Molti difetti o punti oscuri: il motore a foderi non era mai stato sperimentato prima nell'impiego operativo. La sua messa a punto fu faticosa, pericolosa, lunga e il motore non raggiunse mai la completa affidabilità. Il motore beveva solo benzina avio a 140 ottani, velenosa per i suoi vapori e tossica per i gas di scarico, provocava ritorni di fiamma perchè troppo volatile, imbrattava le candele con depositi di piombo. Sviluppava però 2500 hp ed arrivava ad oltre 3000 hp in superpotenza. La vita operativa di 30 ore prima della revisione era si' ridicola ma l'aspettativa di vita di un pilota da caccia inglese di prima linea negli ultimi mesi del 1944 e nei primi del 1945 era di una settimana e le missioni duravano non più di due ore. Quindi un motore che reggeva a 15 missioni andava benissimo, tanto il 90% degli aerei non ci arrivava. Chi non crede a questi numeri legga “la Grande Giostra” di Pierre Clostermann... il suo 122° stormo nell'Aprile 1945 perse 28 piloti in meno di cinque giorni. Il Typhoon prima, ma sopratutto il Tempest poi, malgrado pesi al decollo non proprio da caccia (almeno per i parametri abituali degli inglesi), raggiunsero velocità

Vista tecnica in trasparenze del Napier Sabre

impensabili: oltre 730 km/h in volo orizzontale, con due gradi di picchiata si arrivava a 900 km/h in pochi secondi. Per la prima volta vennero raggiunte da aerei ad elica velocità transoniche ed il Tempest manteneva la governabilità, grazie ad un ala a profilo laminare, fino ad oltre 1200 Km/h.

Con i motori Sabre a spingere l'elica Rotol di oltre tre metri di diametro il Tempest poteva raggiungere in volo orizzontale una V-1, affiancarsi e metterla in vite sbilanciandola con un colpo d'ala. Poteva seminare un Focke-Wulf 190 solo con il motore decidendo quindi se e come accettare un combattimento, portava a spasso quattro cannoni Oerlikon da 20 mm con i quali disintegrare aerei e locomotive. Con il Tempest in prima linea gli inglesi mantennero un supremazia aerea nella caccia nei mesi finali della guerra, pagando un alto prezzo di vite in incidenti ed abbattimenti. Dopo la guerra il Tempest fu ripensato, ricevette un motore stellare radiale Bristol

Centaurus XVIIC, con minor potenza (2400 Hp circa) ma con maggiore affidabilità ed un muso aerodinamicamente più pulito e divenne il Sea-Fury, probabilmente il più veloce e potente aereo a pistoni mai costruito.