Motores: Allison V-1710
El Allison V-1710 es sin duda uno de los motores más famosos del periodo que tratamos.Por ello, y por la gran cantidad de información que existe sobre él tanto en libros como en internet, he de comenzar diciendo que mis conocimientos sobre mecánica son muy básicos.Si algún amable lector entendido en estos temas encuentra fallos en algunas de las descripciones no dude en hacerlo ver, así intentaré corregirlo.
Empecemos con algo sobre su historia y luego entraremos, sólo un poco, en detalles técnicos.
Fundada en 1915 por el entusiasta de las carreras de coches (y además millonario) James A. Allison, con el objetivo de construir motores y coches de competición, la Allison Engine Company contrató en 1917, como jefe de ingenieros, a Norman Gilman, para que desarrollase el famoso motor Liberty de 12 cilindros en V.Durante la Primera Guerra Mundial y los posteriores años veinte, las modificaciones, mejoras y mantenimiento de estos motores mantuvieron a la compañía en el mundo de la construcción aeronáutica.En 1929 la compañía fue adquirida por General Motors y, como James A. Allison había fallecido el año anterior, Gilman fue nombrado presidente, aunque siguió ejerciendo de jefe de ingenieros.Para esas fechas, Gilman estaba experimentando con el etilenglicol como refrigerante para los motores, y tras un cierto interés por parte, en principio, tanto de la USAAC como de la US Navy en este tipo de motores, en 1930 se diseño un motor nuevo por completo, que con su configuración en V y un cubicaje de 1.710 pulgadas cúbicas (unos 28 litros de cubicaje) pasó a conocerse, según el código de designación estadounidense, como el Allison V-1710.
En 1931 estaba en pruebas el primer modelo V-1710-A, que ofrecía una potencia de 650 hp a 2.400 rpm con gasolina de 80 octanos.En esas fechas, los Estados Unidos se encontraban de lleno en la Gran Depresión, por lo que las autoridades prestaron escaso interés al modelo, cuyo desarrollo iba a ser lento.Aún así, la US Navy se interesó en una versión -B del motor para su uso en dirigibles, con posibilidad de inversión de giro rápido y sin compresor, mientras que la USAAC adquiría en 1932 el primer modelo -C, con engranaje reductor para la hélice y compresor de accionamiento mecánico.
Con la pérdida de los dirigibles Akron y Macon de la US Navy, esta perdió interés en el proyecto, y la versión -B quedó abandonada, mientras que la USAAC si seguía manteniendo cierto interés por estos motores en línea.Un nuevo impulso fue la contratación en 1933 por parte de Gilman del ingeniero Ronald M. Hazen, procedente de la Fairchild, donde había participado en el diseño del motor lineal refrigerado por aire Ranger.Hasta 1937 se trabajó en mejorar la fiabilidad y potencia del modelo -C, ahora con R. M. Hazen a la cabeza: se aumentó la relación de compresión (que pasó a ser de 6 : 1), se mejoraron las cámaras de combustión, los pistones y sus anillos, y se mejoraron los colectores de admisión de aire y de combustible.El 14 de diciembre de 1936, el motor fue montado por primera vez en un avión, en este caso un Consolidated XA-11A usado como banco de pruebas por parte de la Bell Aircraft (que como veremos más adelante estaba muy interesada en este tipo de motores para algunos de sus "innovadores" proyectos).Para el 23 de abril de 1937, el modelo Allison V-1710-C6 pasaba el test de funcionamiento de la USAAC de las 150 horas, ofreciendo la nada desdeñable cifra, para ese momento, de 1.000 hp a nivel del mar con 2.600 rpm.
Por esas fechas el motor comenzaba a interesar a los fabricantes aeronáuticos.A pesar de la costumbre de los últimos años en los Estados Unidos de utilizar mayoritariamente motores radiales refrigerados por aire, una nueva hornada de diseños se basaban en la utilización de los motores en línea refrigerados por líquido, seguramente influenciados por las prestaciones ofrecidas en Europa por los nuevos modelos de cazas equipados con ellos, principalmente los conocidos de Rolls-Royce y Daimler-Benz.Los principales modelos surgidos de este interés en los EEUU son bien conocidos: el Curtiss P-40, el Bell P-39 y el Lockheed P-38.Por supuesto hubo una buena cantidad de proyectos que no llegaron a materializarse, o de los que sólo se construyeron unos pocos ejemplares o prototipos.
El Bell Airacuda fue uno de los infructuosos proyectos que utilizaron el V-1710.Otros fueron el Curtiss YP-37, el Curtiss XP-60A, el Curtiss-Wright XP-55, el Douglas XB-42 o incluso un prototipo el Boeing B-17, el XB-38.Es una muestra de la versatilidad del motor, ya que en el Airacuda de la imagen y en el XP-55 se utilizaron en configuración impulsora, en el YP-37, XP-60A y XB-38 con turbocompresores, y en el XB-42 eran dos motores acoplados en tándem con hélices contrarrotatorias impulsoras.
Mientras la Allison continuaba con las mejoras, y los últimos modelos de la serie -C, con la relación de compresión aumentada a 6,65 : 1, ofrecían 1.150 hp con 2.950 rpm.La serie -D presentaba un reductor remoto en configuración impulsora para su instalación en el bimotor Bell Airacuda.Luego llegaron las versiones más construidas y básicamente idénticas, las series -E y -F, de las que se construyeron nada menos que unos 66.600 ejemplares.Los -E montaban una extensión del eje para poder accionar la hélice del Bell P-39 Airacobra, que como sabemos llevaba el motor en posición central, mientras que la mayoría de los -F comenzaban a equipar a la gran cantidad de Curtiss P-40 y Lockheed P-38 que se estaban construyendo.
El 28 de octubre de 1940 apareció un nuevo caza equipado con el V-1710.La compañía North American Aviation, por encargo de la British Purchasing Commission, había diseñado el prototipo NA-73X, universalmente conocido como el Mustang.Comenzó entonces la carrera de este nuevo avión con el motor Allison, y aunque luego quedó algo eclipsado por las posteriores variantes equipadas con los motores Rolls-Royce/Packard Merlin, los Mustang con motor Allison demostraron las capacidades a cotas bajas y medias de este motor unido a una célula moderna y muy acertada.
La última serie del V-1710 construida en grandes cantidades fue la -G (unos 763 ejemplares), que reunía la mayoría de las mejoras hechas por la compañía a lo largo de los años.Montaba un nuevo cigüeñal con 12 contrapesos que permitía unas 3.400 rpm en potencia de emergencia.Se mejoró el flujo de inducción, el compresor, las culatas y algunos accesorios.La mayor parte de los serie -G fueron a equipar a los North American F-82E, -F y -G Twin Mustang de posguerra.
Hasta ahora, por no "embrollar" más las designaciones, casi siempre he utilizado la nomenclatura por familias de versiones.Esta era la designación que le daba el fabricante, y que fue desde el modelo -A hasta el -H (aunque este último no llegó a ser construido en serie), añadiendo detrás de la letra un número para nombrar la versión más específica.Se añadían a continuación las letras -R o -L para identificar el sentido de giro, si era necesario.
La USAAC empleó su propio sistema de identificación a base de números, todos ellos impares, ya que los pares estaban reservados para la US Navy (aunque finalmente sólo hubo dos versiones pares, el primitivo -4 propuesto para los dirigibles y el posterior -6 para el prototipo de la versión naval del P-39, el Bell XFL Airabonita).Como el asunto de las designaciones es un tanto lioso, os remito a la tabla-resumen que viene en el enlace de la Wikipedia que os dejo al final junto al resto de fuentes, aunque en ella tampoco vienen reflejadas todas las versiones construidas, que fueron sin duda muchas.
Alrededor de 70.000 ejemplares del V-1710 salieron, todos ellos, de la fábrica de Allison en Indianápolis hasta que en 1948 se cerró la producción.Con tal número de ejemplares construídos, está claro que se trató de un motor importante en su momento.Resultó ser un motor duro y resistente, con un estándar de fabricación y de montaje de bastante calidad.Su diseño admitió muchas mejoras y desarrollos a lo largo de su carrera, ofreciendo además una alta versatilidad, al poder incorporársele tanto compresores mecánicos como turbocompresores, tener versiones con giro en ambos sentidos, posibilidad de acoplar muy diferentes reductores de hélice y ejes de diferente longitud o incluso acoplarse para uso tractor o impulsor.Buena prueba de todo ello es el que hoy en día sigan funcionando una buena cantidad de ellos, debido, por supuesto, al gran número fabricado y a los muchos excedentes de guerra que hubo, pero también a su buena calidad de fabricación y fiabilidad de diseño, y que incluso se usen para hacer volar a aparatos que en su día montaban otros motores.
Otro asunto es sus prestaciones y rendimiento.Sobre esto se han escrito multitud de páginas, y es un debate que sigue aún hoy en día.Las discusiones sobre su capacidad, sobre todo en grandes alturas, sobre su rendimiento con compresores o turbocompresores llenan hoy en día, 88 años después de su primer encendido, las páginas de libros y de internet.
Hasta ahora he expuesto un poco de su historia, de forma resumida.Ahora veremos parte de sus características técnicas, de sus pros y contras, siempre desde mis limitaciones técnicas, claro.Los datos principales que voy a exponer pertenecen a la versión V-1710-F3R salvo que se diga otra cosa.
TIPO:
Lineal de 12 cilindros en V, dos bancadas de 6 cilindros a 60º, refrigerado por líquido.Compresor mecánico de una etapa.Doble árbol de levas en cabeza, 4 válvulas por cilindro y alimentación por carburador.
Diámetro-carrera y breve descripción del bloque motor:
El diámetro de los cilindros era de 139,7 mm, y la carrera de estos de 152,4 mm, por lo que el cubicaje total del motor era de 28,02 litros.
Las culatas de cada bloque de seis cilindros eran de fundición de aleación de aluminio.Los pistones se obtenían del mecanizado de piezas forjadas de aleación de aluminio, con tres anillos de compresión por encima del pasador del pistón y dos por debajo de este.Las bielas, de tipo tenedor, se obtenían del mecanizado de piezas de acero forjado.El cigüeñal consta de seis contrapesos, con dos bridas de anclaje en los extremos: la delantera está acanalada para su conexión al mecanismo de reducción, y la posterior está montada sobre un equilibrador de vibraciones.El cárter está formado por dos mitades unidas por pernos y hecho de fundición de aleación de aluminio.
Válvulas:
Cuatro por cilindro, dos de admisión y dos de escape.Se usó sodio en la fabricación de las de escape para mejorar su refrigeración.Los vástagos de las válvulas se encuentran a 22,5º del eje vertical, formando un ángulo de 45º entre las de admisión y las de escape.Los asientos de las válvulas de admisión están a 30º, y los de escape a 45º.Un árbol de levas por bancada, huecos para lubricación, accionados por engranajes cónicos.
Caja de accesorios:
Montada en la parte posterior y conectada al cigüeñal a través de un equilibrador dinámico/amortiguador de vibraciones armónicas.Contiene los engranajes del compresor, árboles de levas, magneto, motor de arranque, bomba de aceite, bomba de refrigerante, tacómetro, bomba de combustible y de vacío.Incorpora el soporte para el carburador.
Carburador:
Bendix-Stromberg PD-12K2 con control automático de mezla.Gasolina de 100 octanos.
Motor de arranque, encendido:
Motor de arranque Jack & Heinz JH-5L, magneto Bendix-Scintilla DF, doble bujía por cilindro AC-LS85.
Refrigeración:
El líquido refrigerante era una mezcla de agua (70%) y etilenglicol (30%), en un sistema cerrado presurizado accionado por una bomba de tipo centrífugo.Con el líquido a presión, la temperatura de ebullición de éste era más alta.La temperatura óptima de funcionamiento era entre 105ºC y 115ºC, con un máximo permitido de 125ºC.La temperatura mínima exigida para el despegue era de 85ºC.
Compresor:
Compresor mecánico de tipo centrífugo de una sola etapa, con 15 paletas y 260 mm de diámetro.
Dimensiones y peso:
-Longitud: 2.171 mm
-Ancho. 738 mm
-Alto: 934 mm
-Peso en vacío: 605,7 kg
-Esta medidas son aproximadas, ya que están convertidas por mi al sistema métrico.
Potencias:
-Al despegue: 1.150 hp con 3.000 rpm.
-Normal: 1.000 hp con 2.600 rpm.
-Máxima a 3.657 metros de altura: 1.150 hp con 3.000 rpm.
-Máxima de emergencia a 3.657 metros de altura: 1.470 hp con 3.000 rpm, sólo durante 5 minutos.
-Máxima de crucero: 750 hp con 2.280 rpm.
Salvo el Lockheed P-38 Lightning y varios modelos experimentales, el grueso de los aparatos equipados con el Allison V-1710 montaban un compresor mecánico de una etapa.Esto, por supuesto, limitaba su uso operativo con alto rendimiento a cotas bajas y medias, hasta aproximadamente 4.000-4.600 metros.Por debajo de esa altura, el motor no desmerecía de otros modelos contemporáneos.Las diferencias en rendimiento de los aviones que lo montaban eran producto más bien del propio diseño del avión, así como de las tácticas operativas en las que se usase.
Está claro que intentar oponerse, por ejemplo, a un Messerschmitt Bf 109F-4 a cotas medias o altas con un Curtiss P-40 o con un Bell P-39 no era muy buena idea, ya que el modelo alemán, con su motor con compresor de dos etapas era muy superior a esas alturas.Pero a cotas bajas eran duros combatientes, como demostraron, por citar un ejemplo, la enorme cantidad de Airacobras en servicio con la VVS soviética, donde tuvieron un rendimiento más que aceptable, o los P-40 que combatieron en misiones de apoyo a tierra en el Norte de África.Como ya comenté anteriormente, al acoplar el Allison a una célula verdaderamente buena, como fue la del Mustang, el resultado no pudo por menos que ser muy bueno, siempre dentro de los límites de rendimiento del motor.
El compresor mecánico actúa cogiendo fuerza directamente del cigüeñal, por lo que para su funcionamiento, roba potencia a este.El rendimiento decae aún más según se gana altura y la cantidad y calidad del aire para la mezcla correcta empieza a disminuir.El compresor aumenta la cantidad de aire que llega a los cilindros, mejorando de nuevo el rendimiento.Pero según se sigue subiendo, esto ya no basta.Varios diseñadores europeos optaron por desarrollar compresores mecánicos de dos etapas.En ellos, el aire se comprime por dos veces, consiguiendo así mejorar la cantidad de él que entra en el motor.El gran problema que presenta esta sistema es que al comprimir el aire, este se calienta, y al mezclar ese aire sobrecalentado con la gasolina vaporizada, se puede producir la explosión espontánea de la mezcla, con resultado de incendios o explosiones de los cilindros.Para evitarlo era conveniente el uso de gasolinas de alto octanaje, aumentando su poder antidetonante, y por supuesto la utilización de radiadores intermedios o intercambiadores de calor para volver a enfriarlo.
El caso es que llevar esto a la práctica no era tarea fácil, y el motor adquiría bastante complejidad.Tanto en Gran Bretaña como en Alemania se investigó en este concepto, que llevó a la fabricación de excelentes motores para gran altitud.No fue así en el caso del Allison, por lo quedó relegado para los combates de alta cota, y aunque la empresa intentó incorporar un compresor auxiliar en algunos de sus modelos ya comenzada la Guerra, no dieron buen resultado.Si en los EEUU se hubiese investigado, digamos desde mediados de los años treinta, en este eficaz sistema de compresores mecánicos de dos etapas con un eficaz sistema de refrigeración, quizá (sólo quizá), la historia del Allison y los aviones que lo montaron hubiese sido otra muy distinta.
Y es que en los EEUU se confiaba más en los turbocompresortes.Estos son alimentados por los gases de escape del motor, no robando por tanto potencia del mismo, y aunque incrementan la contrapresión del escape, disminuyendo por tanto algo la potencia total, los resultados finales compensan este hecho.General Electric fue prácticamente la única empresa norteamericana importante que desarrolló los turbocompresores durante el período justo anterior y durante la Guerra, y aún con los lógicos problemas de desarrollo, empezaron a equipar a la generación de bombarderos de alta cota de los EEUU, dotados de motores radiales, como los Boeing B-17 y los Consolidated B-24, consiguiendo buenas prestaciones a grandes alturas.
Pero la instalación de esos turbocompresores exigía mucho espacio, tanto para la propia turbina como para todo el complicado sistema de conductos de aire desde los escapes hasta ella y de vuelta al motor, así como los necesarios radiadores para enfriar el aire recalentado tras la compresión.En los bombarderos esto no era un problema demasiado grave, pero en un caza la cosa es muy distinta.Siempre se ha comentado que el propio Alex Kartveli, uno de los principales diseñadores del Republic P-47 Thunderbolt, dijo que había esbozado el diseño del fuselaje del P-47 "alrededor del motor y el turbocompresor".El resultado sabemos que fue el de un caza enorme (en aquel momento) con motor radial, pero soberbio en prestaciones, eso sí, después de un largo proceso de ajustes y pruebas.
Con esto llegamos al Lockheed P-38 Lightning, diseñado con el doble larguero para su configuración bimotora y para incorporar en ellos los turbocompresores y sus sistemas, pero utilizando los Allison V-1710.Al fin, el Allison se montaba con un sistema teóricamente eficaz para producir un buen caza de alta cota.Digo "teóricamente" porque el resultado fue controvertido.El rendimiento del P-38 en el escenario del Mediterráneo y del Pacífico fue bastante bueno, pero no tanto en el Noroeste de Europa, donde los problemas del binomio motor-turbocompresor se pusieron de relieve, principalmente en lo relativo al diseño del colector de alimentación y a la temperatura del aire desde el turbocompresor, que provocaba una mezcla de aire-combustible desigual y a demasiada temperatura en los cilindros, que tuvo como resultado detonaciones, incendios y explosiones de estos cuando se volaba durante varias horas a gran altitud.Aparte, el propio turbocompresor tenía tendencia a congelarse en determinados regímenes de funcionamiento.Como consecuencia de esto, los P-38 fueron gradualmente retirados del servicio en Europa Occidental conforme fueron llegando más unidades de los P-47 y los P-51, aunque no lo fueron tanto en el teatro del Mediterráneo y del Pacífico.
Se intentó seguir mejorando la instalación del conjunto motor-turbocompresor, y a partir del modelo P-38J los cambios afectaron al exterior del avión.Se cambió la instalación de los intercambiadores térmicos, que pasaron de una ubicación en el borde de ataque de los semiplanos por fuera de las barquillas, a situarlos en el frontal de éstas, que ahora presentaban un aspecto menos inclinado y ganaban en profundidad.La posterior versión P-38L, desde la subvariante P-38L-5-LO incorporaba los nuevos motores de la serie F-30R y L (modelos militares 111/113), con un nuevo cigüeñal con 12 contrapesos y otros cambios menores, que daba 1.600 hp de potencia máxima, y que mantenía unos excelentes 1.500 hp a una altura de 9.144 metros con 3.000 rpm.Este conjunto mejorado de motor-turbocompresor daba menos problemas, pero en Europa Occidental ya se habían decantado por el P-47 y sobre todo por el P-51 con el motor Packard-Merlin, y los grupos de caza dotados con el Lightning eran gradualmente reequipados con los Mustang.
Lockheed F-5C-1-LO, fotografiado en Nueva Guinea en 1944.Esta versión de reconocimiento ya montaba las nuevas barquillas, con las tomas de aire adelantadas.Las dos tomas exteriores eran para los radiadores de aceite, y la central para el intercambiador térmico.Las tomas de aire y los radiadores para el sistema de refrigeración de agua-etilenglicol estaban situadas en los largueros, detrás de la insignias nacionales.Las otras tomas de aire que lleva delante de las insignias de los largueros eran para el carburador.
A título personal, mi opinión es que el Allison V-1710 fue un buen motor, muy adaptable y versátil, con un diseño que permitió la fabricación en serie de grandes cantidades, una potencia adecuada teniendo en cuenta su cubicaje y su peso, bastante contenidos ambos en comparación con otros diseños contemporáneos.Soportaba aceptablemente el fuego terrestre, no era de difícil mantenimiento y ofreció una buena fiabilidad, si no tenemos en cuenta los problemas de su unión a los turbocompresores, y esto creo que es achacable al poco desarrollo que hubo en los EEUU para adaptarlos a este motor lineal, al contrario de lo que sucedió con los motores radiales.
Asimismo, creo que el mayor problema fue la falta de investigación para poder acoplarle un buen compresor mecánico de dos etapas, al estilo de los mejores diseños de alta cota británicos y alemanes.
Fuentes:
-Enciclopedia Ilustrada de la Aviación, Editorial Delta.Varios Tomos.
-Anatomía de los Aviones de la II Guerra Mundial, de Paul Eden y Soph Moeng.Editorial Libsa
-https://en.wikipedia.org/wiki/Allison_V-1710
-http://www.aviation-history.com/engines/allison.htm
-http://rwebs.net/dispatch/output.asp?ArticleID=19
-http://www.oldengine.org/members/diesel/duxford/allison.htm
-https://www.worldwarphotos.info/gallery/usa/aircrafts-2-3/p-38-lightning/lockheed-f-5c-1-lo-42-67254-from-35th-prs-new-guinea-1944/
Empecemos con algo sobre su historia y luego entraremos, sólo un poco, en detalles técnicos.
Fundada en 1915 por el entusiasta de las carreras de coches (y además millonario) James A. Allison, con el objetivo de construir motores y coches de competición, la Allison Engine Company contrató en 1917, como jefe de ingenieros, a Norman Gilman, para que desarrollase el famoso motor Liberty de 12 cilindros en V.Durante la Primera Guerra Mundial y los posteriores años veinte, las modificaciones, mejoras y mantenimiento de estos motores mantuvieron a la compañía en el mundo de la construcción aeronáutica.En 1929 la compañía fue adquirida por General Motors y, como James A. Allison había fallecido el año anterior, Gilman fue nombrado presidente, aunque siguió ejerciendo de jefe de ingenieros.Para esas fechas, Gilman estaba experimentando con el etilenglicol como refrigerante para los motores, y tras un cierto interés por parte, en principio, tanto de la USAAC como de la US Navy en este tipo de motores, en 1930 se diseño un motor nuevo por completo, que con su configuración en V y un cubicaje de 1.710 pulgadas cúbicas (unos 28 litros de cubicaje) pasó a conocerse, según el código de designación estadounidense, como el Allison V-1710.
En 1931 estaba en pruebas el primer modelo V-1710-A, que ofrecía una potencia de 650 hp a 2.400 rpm con gasolina de 80 octanos.En esas fechas, los Estados Unidos se encontraban de lleno en la Gran Depresión, por lo que las autoridades prestaron escaso interés al modelo, cuyo desarrollo iba a ser lento.Aún así, la US Navy se interesó en una versión -B del motor para su uso en dirigibles, con posibilidad de inversión de giro rápido y sin compresor, mientras que la USAAC adquiría en 1932 el primer modelo -C, con engranaje reductor para la hélice y compresor de accionamiento mecánico.
Con la pérdida de los dirigibles Akron y Macon de la US Navy, esta perdió interés en el proyecto, y la versión -B quedó abandonada, mientras que la USAAC si seguía manteniendo cierto interés por estos motores en línea.Un nuevo impulso fue la contratación en 1933 por parte de Gilman del ingeniero Ronald M. Hazen, procedente de la Fairchild, donde había participado en el diseño del motor lineal refrigerado por aire Ranger.Hasta 1937 se trabajó en mejorar la fiabilidad y potencia del modelo -C, ahora con R. M. Hazen a la cabeza: se aumentó la relación de compresión (que pasó a ser de 6 : 1), se mejoraron las cámaras de combustión, los pistones y sus anillos, y se mejoraron los colectores de admisión de aire y de combustible.El 14 de diciembre de 1936, el motor fue montado por primera vez en un avión, en este caso un Consolidated XA-11A usado como banco de pruebas por parte de la Bell Aircraft (que como veremos más adelante estaba muy interesada en este tipo de motores para algunos de sus "innovadores" proyectos).Para el 23 de abril de 1937, el modelo Allison V-1710-C6 pasaba el test de funcionamiento de la USAAC de las 150 horas, ofreciendo la nada desdeñable cifra, para ese momento, de 1.000 hp a nivel del mar con 2.600 rpm.
Comparación de perfiles de las primeras y principales familias del V-1710.Aparte de las diferencias en la zona posterior de cada motor, donde se encuentran la mayoría de los accesorios, destaca lo distinto de cada parte anterior, debido a los diferentes tipos de reductores empleados.
Por esas fechas el motor comenzaba a interesar a los fabricantes aeronáuticos.A pesar de la costumbre de los últimos años en los Estados Unidos de utilizar mayoritariamente motores radiales refrigerados por aire, una nueva hornada de diseños se basaban en la utilización de los motores en línea refrigerados por líquido, seguramente influenciados por las prestaciones ofrecidas en Europa por los nuevos modelos de cazas equipados con ellos, principalmente los conocidos de Rolls-Royce y Daimler-Benz.Los principales modelos surgidos de este interés en los EEUU son bien conocidos: el Curtiss P-40, el Bell P-39 y el Lockheed P-38.Por supuesto hubo una buena cantidad de proyectos que no llegaron a materializarse, o de los que sólo se construyeron unos pocos ejemplares o prototipos.
Allison V-1710-115 instalado en un reconstruido Curtiss P-40 en el Museo del aire Cavanaugh, en Addison, Texas.Se destacan los tres radiadores circulares: el central era para el aceite, y los dos exteriores para el sistema general de agua-etilenglicol.
Bell P-39 Airacobra de la VVS soviética.Se aprecia la instalación central del motor, justo detrás de la cabina del piloto.
El Airacobra, al llevar el motor en esa posición, necesitaba de un eje extendido para accionar la hélice, que pasaba por debajo de la cabina y del asiento del piloto, hasta la caja de engranajes reductora delantera.Se aprovechó esta disposición para instalar un cañón que disparase a través del buje de la hélice.El de la imagen es un Oldsmobile M-4 (T-9) de 37 mm con 30 proyectiles.
Mientras la Allison continuaba con las mejoras, y los últimos modelos de la serie -C, con la relación de compresión aumentada a 6,65 : 1, ofrecían 1.150 hp con 2.950 rpm.La serie -D presentaba un reductor remoto en configuración impulsora para su instalación en el bimotor Bell Airacuda.Luego llegaron las versiones más construidas y básicamente idénticas, las series -E y -F, de las que se construyeron nada menos que unos 66.600 ejemplares.Los -E montaban una extensión del eje para poder accionar la hélice del Bell P-39 Airacobra, que como sabemos llevaba el motor en posición central, mientras que la mayoría de los -F comenzaban a equipar a la gran cantidad de Curtiss P-40 y Lockheed P-38 que se estaban construyendo.
El 28 de octubre de 1940 apareció un nuevo caza equipado con el V-1710.La compañía North American Aviation, por encargo de la British Purchasing Commission, había diseñado el prototipo NA-73X, universalmente conocido como el Mustang.Comenzó entonces la carrera de este nuevo avión con el motor Allison, y aunque luego quedó algo eclipsado por las posteriores variantes equipadas con los motores Rolls-Royce/Packard Merlin, los Mustang con motor Allison demostraron las capacidades a cotas bajas y medias de este motor unido a una célula moderna y muy acertada.
Un North American Mustang I de la RAF.El número de serie empezando por AG lo identifica como uno de la primera serie de 320 ejemplares entregados a la RAF a partir de mayo de 1941, con motor V-1710-F3R de 1.150 hp.Hasta los 4.500 metros de altura era una máquina excelente, con una carga bélica muy superior, por ejemplo, al Supermarine Spitfire Mk V, pero a partir de esa altura sus prestaciones declinaban bastante, siendo sólo algo superior a un P-40.
La última serie del V-1710 construida en grandes cantidades fue la -G (unos 763 ejemplares), que reunía la mayoría de las mejoras hechas por la compañía a lo largo de los años.Montaba un nuevo cigüeñal con 12 contrapesos que permitía unas 3.400 rpm en potencia de emergencia.Se mejoró el flujo de inducción, el compresor, las culatas y algunos accesorios.La mayor parte de los serie -G fueron a equipar a los North American F-82E, -F y -G Twin Mustang de posguerra.
Hasta ahora, por no "embrollar" más las designaciones, casi siempre he utilizado la nomenclatura por familias de versiones.Esta era la designación que le daba el fabricante, y que fue desde el modelo -A hasta el -H (aunque este último no llegó a ser construido en serie), añadiendo detrás de la letra un número para nombrar la versión más específica.Se añadían a continuación las letras -R o -L para identificar el sentido de giro, si era necesario.
La USAAC empleó su propio sistema de identificación a base de números, todos ellos impares, ya que los pares estaban reservados para la US Navy (aunque finalmente sólo hubo dos versiones pares, el primitivo -4 propuesto para los dirigibles y el posterior -6 para el prototipo de la versión naval del P-39, el Bell XFL Airabonita).Como el asunto de las designaciones es un tanto lioso, os remito a la tabla-resumen que viene en el enlace de la Wikipedia que os dejo al final junto al resto de fuentes, aunque en ella tampoco vienen reflejadas todas las versiones construidas, que fueron sin duda muchas.
Alrededor de 70.000 ejemplares del V-1710 salieron, todos ellos, de la fábrica de Allison en Indianápolis hasta que en 1948 se cerró la producción.Con tal número de ejemplares construídos, está claro que se trató de un motor importante en su momento.Resultó ser un motor duro y resistente, con un estándar de fabricación y de montaje de bastante calidad.Su diseño admitió muchas mejoras y desarrollos a lo largo de su carrera, ofreciendo además una alta versatilidad, al poder incorporársele tanto compresores mecánicos como turbocompresores, tener versiones con giro en ambos sentidos, posibilidad de acoplar muy diferentes reductores de hélice y ejes de diferente longitud o incluso acoplarse para uso tractor o impulsor.Buena prueba de todo ello es el que hoy en día sigan funcionando una buena cantidad de ellos, debido, por supuesto, al gran número fabricado y a los muchos excedentes de guerra que hubo, pero también a su buena calidad de fabricación y fiabilidad de diseño, y que incluso se usen para hacer volar a aparatos que en su día montaban otros motores.
Otro asunto es sus prestaciones y rendimiento.Sobre esto se han escrito multitud de páginas, y es un debate que sigue aún hoy en día.Las discusiones sobre su capacidad, sobre todo en grandes alturas, sobre su rendimiento con compresores o turbocompresores llenan hoy en día, 88 años después de su primer encendido, las páginas de libros y de internet.
Aunque con limitaciones, el V-1710 se sigue usando en la actualidad, principalmente para restauraciones.En esta imagen de 2008, aparecen varios modelos supuestamente sin usar, que estaban a la venta en el Museo Fantasy of Flight de Florida
Hasta ahora he expuesto un poco de su historia, de forma resumida.Ahora veremos parte de sus características técnicas, de sus pros y contras, siempre desde mis limitaciones técnicas, claro.Los datos principales que voy a exponer pertenecen a la versión V-1710-F3R salvo que se diga otra cosa.
TIPO:
Lineal de 12 cilindros en V, dos bancadas de 6 cilindros a 60º, refrigerado por líquido.Compresor mecánico de una etapa.Doble árbol de levas en cabeza, 4 válvulas por cilindro y alimentación por carburador.
Diámetro-carrera y breve descripción del bloque motor:
El diámetro de los cilindros era de 139,7 mm, y la carrera de estos de 152,4 mm, por lo que el cubicaje total del motor era de 28,02 litros.
Las culatas de cada bloque de seis cilindros eran de fundición de aleación de aluminio.Los pistones se obtenían del mecanizado de piezas forjadas de aleación de aluminio, con tres anillos de compresión por encima del pasador del pistón y dos por debajo de este.Las bielas, de tipo tenedor, se obtenían del mecanizado de piezas de acero forjado.El cigüeñal consta de seis contrapesos, con dos bridas de anclaje en los extremos: la delantera está acanalada para su conexión al mecanismo de reducción, y la posterior está montada sobre un equilibrador de vibraciones.El cárter está formado por dos mitades unidas por pernos y hecho de fundición de aleación de aluminio.
Válvulas:
Cuatro por cilindro, dos de admisión y dos de escape.Se usó sodio en la fabricación de las de escape para mejorar su refrigeración.Los vástagos de las válvulas se encuentran a 22,5º del eje vertical, formando un ángulo de 45º entre las de admisión y las de escape.Los asientos de las válvulas de admisión están a 30º, y los de escape a 45º.Un árbol de levas por bancada, huecos para lubricación, accionados por engranajes cónicos.
Corte en sección del motor.En el dibujo se aprecian, por ejemplo, las válvulas con su diferente inclinación, con sus actuadores y sus muelles unidos al árbol de levas hueco, los conductos de admisión en el interior de la V, los pistones, las bielas o las bujías, dos por cilindro, una en el exterior y otra en la parte interior.
Caja de accesorios:
Montada en la parte posterior y conectada al cigüeñal a través de un equilibrador dinámico/amortiguador de vibraciones armónicas.Contiene los engranajes del compresor, árboles de levas, magneto, motor de arranque, bomba de aceite, bomba de refrigerante, tacómetro, bomba de combustible y de vacío.Incorpora el soporte para el carburador.
Esquema de los engranajes acoplados a la parte posterior del cigüeñal, y que accionan los diferentes sistemas del motor, como el compresor, bombas de aceite y del refrigerante, los árboles de levas, etc.
Carburador:
Bendix-Stromberg PD-12K2 con control automático de mezla.Gasolina de 100 octanos.
Motor de arranque, encendido:
Motor de arranque Jack & Heinz JH-5L, magneto Bendix-Scintilla DF, doble bujía por cilindro AC-LS85.
Refrigeración:
El líquido refrigerante era una mezcla de agua (70%) y etilenglicol (30%), en un sistema cerrado presurizado accionado por una bomba de tipo centrífugo.Con el líquido a presión, la temperatura de ebullición de éste era más alta.La temperatura óptima de funcionamiento era entre 105ºC y 115ºC, con un máximo permitido de 125ºC.La temperatura mínima exigida para el despegue era de 85ºC.
Compresor:
Compresor mecánico de tipo centrífugo de una sola etapa, con 15 paletas y 260 mm de diámetro.
Dimensiones y peso:
-Longitud: 2.171 mm
-Ancho. 738 mm
-Alto: 934 mm
-Peso en vacío: 605,7 kg
-Esta medidas son aproximadas, ya que están convertidas por mi al sistema métrico.
Potencias:
-Al despegue: 1.150 hp con 3.000 rpm.
-Normal: 1.000 hp con 2.600 rpm.
-Máxima a 3.657 metros de altura: 1.150 hp con 3.000 rpm.
-Máxima de emergencia a 3.657 metros de altura: 1.470 hp con 3.000 rpm, sólo durante 5 minutos.
-Máxima de crucero: 750 hp con 2.280 rpm.
Salvo el Lockheed P-38 Lightning y varios modelos experimentales, el grueso de los aparatos equipados con el Allison V-1710 montaban un compresor mecánico de una etapa.Esto, por supuesto, limitaba su uso operativo con alto rendimiento a cotas bajas y medias, hasta aproximadamente 4.000-4.600 metros.Por debajo de esa altura, el motor no desmerecía de otros modelos contemporáneos.Las diferencias en rendimiento de los aviones que lo montaban eran producto más bien del propio diseño del avión, así como de las tácticas operativas en las que se usase.
Está claro que intentar oponerse, por ejemplo, a un Messerschmitt Bf 109F-4 a cotas medias o altas con un Curtiss P-40 o con un Bell P-39 no era muy buena idea, ya que el modelo alemán, con su motor con compresor de dos etapas era muy superior a esas alturas.Pero a cotas bajas eran duros combatientes, como demostraron, por citar un ejemplo, la enorme cantidad de Airacobras en servicio con la VVS soviética, donde tuvieron un rendimiento más que aceptable, o los P-40 que combatieron en misiones de apoyo a tierra en el Norte de África.Como ya comenté anteriormente, al acoplar el Allison a una célula verdaderamente buena, como fue la del Mustang, el resultado no pudo por menos que ser muy bueno, siempre dentro de los límites de rendimiento del motor.
El compresor mecánico actúa cogiendo fuerza directamente del cigüeñal, por lo que para su funcionamiento, roba potencia a este.El rendimiento decae aún más según se gana altura y la cantidad y calidad del aire para la mezcla correcta empieza a disminuir.El compresor aumenta la cantidad de aire que llega a los cilindros, mejorando de nuevo el rendimiento.Pero según se sigue subiendo, esto ya no basta.Varios diseñadores europeos optaron por desarrollar compresores mecánicos de dos etapas.En ellos, el aire se comprime por dos veces, consiguiendo así mejorar la cantidad de él que entra en el motor.El gran problema que presenta esta sistema es que al comprimir el aire, este se calienta, y al mezclar ese aire sobrecalentado con la gasolina vaporizada, se puede producir la explosión espontánea de la mezcla, con resultado de incendios o explosiones de los cilindros.Para evitarlo era conveniente el uso de gasolinas de alto octanaje, aumentando su poder antidetonante, y por supuesto la utilización de radiadores intermedios o intercambiadores de calor para volver a enfriarlo.
El caso es que llevar esto a la práctica no era tarea fácil, y el motor adquiría bastante complejidad.Tanto en Gran Bretaña como en Alemania se investigó en este concepto, que llevó a la fabricación de excelentes motores para gran altitud.No fue así en el caso del Allison, por lo quedó relegado para los combates de alta cota, y aunque la empresa intentó incorporar un compresor auxiliar en algunos de sus modelos ya comenzada la Guerra, no dieron buen resultado.Si en los EEUU se hubiese investigado, digamos desde mediados de los años treinta, en este eficaz sistema de compresores mecánicos de dos etapas con un eficaz sistema de refrigeración, quizá (sólo quizá), la historia del Allison y los aviones que lo montaron hubiese sido otra muy distinta.
Dibujo en corte del compresor mecánico de una etapa instalado en el Allison V-1710.
Y es que en los EEUU se confiaba más en los turbocompresortes.Estos son alimentados por los gases de escape del motor, no robando por tanto potencia del mismo, y aunque incrementan la contrapresión del escape, disminuyendo por tanto algo la potencia total, los resultados finales compensan este hecho.General Electric fue prácticamente la única empresa norteamericana importante que desarrolló los turbocompresores durante el período justo anterior y durante la Guerra, y aún con los lógicos problemas de desarrollo, empezaron a equipar a la generación de bombarderos de alta cota de los EEUU, dotados de motores radiales, como los Boeing B-17 y los Consolidated B-24, consiguiendo buenas prestaciones a grandes alturas.
Pero la instalación de esos turbocompresores exigía mucho espacio, tanto para la propia turbina como para todo el complicado sistema de conductos de aire desde los escapes hasta ella y de vuelta al motor, así como los necesarios radiadores para enfriar el aire recalentado tras la compresión.En los bombarderos esto no era un problema demasiado grave, pero en un caza la cosa es muy distinta.Siempre se ha comentado que el propio Alex Kartveli, uno de los principales diseñadores del Republic P-47 Thunderbolt, dijo que había esbozado el diseño del fuselaje del P-47 "alrededor del motor y el turbocompresor".El resultado sabemos que fue el de un caza enorme (en aquel momento) con motor radial, pero soberbio en prestaciones, eso sí, después de un largo proceso de ajustes y pruebas.
Este otro dibujo en corte muestra la turbina del turbocompresor, similar a la instalada en los largueros de los P-38.
Con esto llegamos al Lockheed P-38 Lightning, diseñado con el doble larguero para su configuración bimotora y para incorporar en ellos los turbocompresores y sus sistemas, pero utilizando los Allison V-1710.Al fin, el Allison se montaba con un sistema teóricamente eficaz para producir un buen caza de alta cota.Digo "teóricamente" porque el resultado fue controvertido.El rendimiento del P-38 en el escenario del Mediterráneo y del Pacífico fue bastante bueno, pero no tanto en el Noroeste de Europa, donde los problemas del binomio motor-turbocompresor se pusieron de relieve, principalmente en lo relativo al diseño del colector de alimentación y a la temperatura del aire desde el turbocompresor, que provocaba una mezcla de aire-combustible desigual y a demasiada temperatura en los cilindros, que tuvo como resultado detonaciones, incendios y explosiones de estos cuando se volaba durante varias horas a gran altitud.Aparte, el propio turbocompresor tenía tendencia a congelarse en determinados regímenes de funcionamiento.Como consecuencia de esto, los P-38 fueron gradualmente retirados del servicio en Europa Occidental conforme fueron llegando más unidades de los P-47 y los P-51, aunque no lo fueron tanto en el teatro del Mediterráneo y del Pacífico.
Se intentó seguir mejorando la instalación del conjunto motor-turbocompresor, y a partir del modelo P-38J los cambios afectaron al exterior del avión.Se cambió la instalación de los intercambiadores térmicos, que pasaron de una ubicación en el borde de ataque de los semiplanos por fuera de las barquillas, a situarlos en el frontal de éstas, que ahora presentaban un aspecto menos inclinado y ganaban en profundidad.La posterior versión P-38L, desde la subvariante P-38L-5-LO incorporaba los nuevos motores de la serie F-30R y L (modelos militares 111/113), con un nuevo cigüeñal con 12 contrapesos y otros cambios menores, que daba 1.600 hp de potencia máxima, y que mantenía unos excelentes 1.500 hp a una altura de 9.144 metros con 3.000 rpm.Este conjunto mejorado de motor-turbocompresor daba menos problemas, pero en Europa Occidental ya se habían decantado por el P-47 y sobre todo por el P-51 con el motor Packard-Merlin, y los grupos de caza dotados con el Lightning eran gradualmente reequipados con los Mustang.
En este dibujo en esquema se ve la abigarrada instalación del motor y los sistemas necesarios para él: refrigeración, aceite, combustible, turbocompresor, etc, que llenaban casi por completo los largueros del P-38.El del dibujo es uno de los primeros modelos, con la tomas de aire frontales de las barquillas en posición retrasada e inclinada, al llevar los radiadores del intercambiador térmico en las semialas exteriores.
A título personal, mi opinión es que el Allison V-1710 fue un buen motor, muy adaptable y versátil, con un diseño que permitió la fabricación en serie de grandes cantidades, una potencia adecuada teniendo en cuenta su cubicaje y su peso, bastante contenidos ambos en comparación con otros diseños contemporáneos.Soportaba aceptablemente el fuego terrestre, no era de difícil mantenimiento y ofreció una buena fiabilidad, si no tenemos en cuenta los problemas de su unión a los turbocompresores, y esto creo que es achacable al poco desarrollo que hubo en los EEUU para adaptarlos a este motor lineal, al contrario de lo que sucedió con los motores radiales.
Asimismo, creo que el mayor problema fue la falta de investigación para poder acoplarle un buen compresor mecánico de dos etapas, al estilo de los mejores diseños de alta cota británicos y alemanes.
Fuentes:
-Enciclopedia Ilustrada de la Aviación, Editorial Delta.Varios Tomos.
-Anatomía de los Aviones de la II Guerra Mundial, de Paul Eden y Soph Moeng.Editorial Libsa
-https://en.wikipedia.org/wiki/Allison_V-1710
-http://www.aviation-history.com/engines/allison.htm
-http://rwebs.net/dispatch/output.asp?ArticleID=19
-http://www.oldengine.org/members/diesel/duxford/allison.htm
-https://www.worldwarphotos.info/gallery/usa/aircrafts-2-3/p-38-lightning/lockheed-f-5c-1-lo-42-67254-from-35th-prs-new-guinea-1944/
Enhorabuena por el blog, ha sido una buena sorpresa encontrarlo.
ResponderEliminarQuería preguntar si sabéis explicar la evolución de la motorización del P40 en sus versiones Allison porque en ocasiones parece que aunque sea una versión posterior del avión o del motor, en principio no hay aumento en la potencia (quizás en la de emergencia). Gracias, saludos!
Hola David!! Encantado de saludarte. Lo primero de todo darte las gracias por tus palabras sobre el blog, y lo segundo, disculparme por tardar en responder, pero ando corto de tiempo para todo. Sobre tu pregunta, es curioso, porque precisamente el siguiente artículo que voy a publicar trata sobre los últimos P-40 construidos, los XP-40Q.
EliminarVolviendo a tu pregunta, lo cierto es que los Allison V-1710 se construyeron en infinidad de versiones, pero en la mayoría de los casos eran prácticamente idénticas salvo algunos detalles. Otros fabricantes sencillamente no variaban la nomenclatura del modelo, pero la Allison (y en general los constructores de motores de los EEUU) con cada pequeño cambio cambiaban el número "dash" del motor. Los P-40 iniciales montaban el modelo -33 (P-40, P-40A, P-40B y P-40C, con los equivalentes Tomahawk I, IIA y IIB), que alcanzaba unos 1.050 hp de tope. El siguiente salto fue con el modelo -39 (P-40D, P-40E y Kittyhawk Mk I y IA, que daban unos 1.150 hp de máximo pero que eran más cortos de longitud que los modelos anteriores gracias a unos nuevos engranajes más compactos. Luego vinieron algunos modelos de P-40 con motor Packard-Merlin, y el siguiente y último grupo de P-40 montaron las versiones -73, -81 y -99 (P-40K, P-40M, P-40N y Kittyhawk III y IV), que alcanzaban hasta los casi 1.400 hp. como ves, todo un lío, y sólo he comentado las variantes principales.
El aumento de potencia de las primaras versiones a las últimas no fue muy alto, y en concreto en el P-40, generalmente quedaba poco reflejado en las prestaciones ya que cada nueva versión del caza era más pesada que la anterior, al ir acoplándole más blindaje y depósitos autosellantes. No fue hasta las versiones -N, muy aligeradas en su estructura, y muchos de ellos con menos armamento y combustible, que las prestaciones del P-40 mejoraron algo.
Bueno, no se si te servirá de algo esta explicación. De todas formas el asunto me resulta bastante interesante, y no descarto hacer un artículo en concreto sobre él, explicándolo con más propiedad que aquí.
Un saludo y gracias de nuevo!!
Muchas gracias Antonio!
ResponderEliminarEl P40 es el avión de la 2GM por el que más simpatía tengo, dió la cara cuando todo estaba en contra y en la mayoría de las situaciones consiguió ratios de derribos bastante buenos frente a los japoneses.
Otro tema interesante sería ver qué motor radial hubiera sido viable instalar en el P36 para mejorarle las prestaciones y haberlo tenido un poco más de tiempo en primera línea.
Gracias de nuevo, saludos!