Motores: Napier Sabre

El Napier Sabre fue sin duda uno de los motores aeronáuticos más controvertidos de su época: un quebradero de cabeza para sus mecánicos y para los pilotos que soportaron sus fallos en su primera época, pero también un motor de una potencia extraordinaria cuando funcionaba bien, aunque realmente en su caso no se le puede "echar la culpa" al diseño, sino a varios factores que intentaré explicar más adelante.

Los orígenes del Sabre  que conocemos como planta motriz de los Hawker Typhoon y Tempest, sus dos "clientes" principales, se remontan varios años atrás de su primer encendido, en otro modelo que también se llamó Sabre pero que no llegó a fabricarse en serie.

A primeros de los años treinta, la compañía D. Napier & Son comenzó el proyecto E101 para una serie de motores diésel de cilindros opuestos horizontales, en variantes de dos, seis y veinticuatro cilindros.Pero estos diseños estaban lejos de las prestaciones logradas por los Junkers Jumo 204/205, de cilindros opuestos verticales, por lo que el Ministerio del Aire Británico pidió a la compañía que en lugar de continuar su desarrollo fabricase estos bajo licencia, lo que dio lugar al Napier Culverin, que tuvo una fabricación escasa.

En 1935, el Ministerio del Aire propuso a las compañías motoristas que comenzasen los diseños de un nuevo motor de alta potencia.En ese momento, Napier vio la oportunidad de utilizar la experiencia que ya acumulaba en motores de gasolina de cilindros opuestos, como fueron el Rapier de 16 cilindros y el Dagger de 24 cilindros.Estos dos motores tenían configuración en "H", pero con los cilindros verticales, y ambos estaban refrigerados por aire, lo que les provocó continuos problemas de refrigeración en los cilindros más alejados a las tomas de aire.A finales de 1935, el diseñador Frank Halford, influenciado por las ideas sobre las válvulas de camisa del ingeniero Harry Ricardo (al igual que Roy Fedden, el diseñador de los radiales de la Bristol), planteó un nuevo motor que aunara la disposición de dos bloques de doce cilindros opuestos horizontales en H, como el proyecto diésel E101, pero con combustible de gasolina, como los Rapier y Dagger, pero además, con el "nuevo" sistema de válvulas de camisa y en este caso, para evitar los problemas de calentamiento, con refrigeración líquida.El nuevo proyecto se llamó E107, y de nuevo recibió el sobrenombre de Sabre.

El proyecto se puso en marcha, y en 1937 el Ministerio del Aire aprobó la construcción del motor.No es que tuvieran mucha fe en el proyecto, pero se pretendía mantener la producción de la compañía Napier.Claramente las preferencias institucionales favorecían al diseño propuesto por la Rolls-Royce, el Vulture, y en menor medida, al Centaurus de la Bristol, pero con el Sabre se guardaban una opción por si estos nuevos proyectos no cuajaban.Como sabemos, posteriormente se vio que el Vulture no tenía ningún futuro, y el brillante Centaurus fue casi relegado al ostracismo durante bastante tiempo.

Este Napier Sabre III está expuesto en el Museo de la RAF en Londres, y pertenece a un subtipo del que sólo se construyeron 25 ejemplares destinados a los primeros Blackburn Firebrand, aunque es básicamente igual al modelo -IIA.La fila de cilindros inferior tiene conectados los cables de encendido, con dos bujías por cilindro situadas en la cabeza del propio cilindro.La fila superior tiene un corte en sección donde se puede apreciar las válvulas de manguito, y en la parte delantera, los engranajes de acoplamiento de los dos cigüeñales y el reductor de la hélice.La mayor parte de los accesorios del motor se situaban en la parte superior e inferior, aunque el compresor si estaba en la parte posterior.

Volviendo al Sabre, el 23 de noviembre de 1937 se procedió a su primer encendido.El 17 de enero de 1938 se llevaron a cabo las primeras pruebas de aceptación por parte del Ministerio, con la potencia del motor limitada a 1.380 hp.En marzo, libre de la limitación oficial, el motor alcanzó los previstos 2.050 hp.En ese momento se convirtió en el motor aeronáutico refrigerado por líquido pensado para su producción en serie más potente del mundo, sin contar por supuesto los motores de carreras.Al año siguiente, concretamente el 31 de mayo de 1939, el Sabre alzaba el vuelo por primera vez, montado en un Fairey Battle utilizado como banco de pruebas de motores en la estación de la RAF en Northolt.Cuando pasó la prueba final del Ministerio, la de las 100 horas de funcionamiento en junio de 1940, el motor entregaba 2.200 hp.
Los primeros ejemplares de producción (unos 60), salieron de la fábrica de montaje de Acton, uno de los suburbios de Londres.Para poder fabricarse en serie, la producción se traspasó a Walton, cerca de Liverpool.Cuando estos empezaron a salir de esta factoría, con destino casi en exclusiva al nuevo caza Hawker Typhoon, comenzaron una serie de problemas que no se habían presentado ni en los bancos de pruebas ni en los primeros ejemplares salidos de Acton.

Posiblemente uno de los prototipos del Typhoon con uno de los primeros Sabre.La disposición de las dos bancadas de cilindros propiciaba que los escapes se pudiesen reunir entre ambas, lo que daba una sola fila de seis escapes a cada lado, uno para cada dos cilindros.

Antes de seguir, veamos al menos de forma esquemática la disposición general del motor.Finalmente estaba configurado como un 24 cilindros en H horizontal, formado por dos bancadas de 12 cilindros opuestos una encima de otra, cada una con su propio cigüeñal, unidos ambos por un engranaje común que conectaba con el engranaje reductor para la hélice.La refrigeración líquida estaba presurizada y compuesta por un 70% de agua y un 30% de etilenglicol.Montaba un compresor centrífugo de dos velocidades y una sola etapa.Las válvulas eran de camisa (o de manguito), y la alimentación era por carburador, con gasolinas de 100-130 octanos.A pesar de tener 24 cilindros, el relativo pequeño diámetro y carrera de estos (127 mm x 121 mm respectivamente) le daban un cubicaje de 36,65 litros, por lo que el peso total era de unos 1.070 kg en vacío.La potencia nominal máxima al despegue de los primeros modelos era de 2.180 hp a unas increíbles 3.700 rpm.Esta elevada cifra de revoluciones se podía alcanzar gracias a la pequeña carrera de los pistones.La potencia específica rondaba los 58 hp/litro, una cifra superior a la mayoría de sus rivales.

Dibujo con los principales engranajes del Sabre: en el centro, los dos cigüeñales, unidos al frente y a su vez a los reductores del eje de la hélice.En la parte superior e inferior están los engranajes de los accesorios (bombas de aceite, de combustible, etc) y en la parte posterior destaca el del compresor.

Pero todas esta virtudes se perdieron en la fabricación en serie, que comenzó a producir motores de un acabado y terminación pésimos.Si a esto unimos que su primer y casi único cliente por bastantes meses fue el Hawker Typhoon, que adolecía de algunos fallos en el diseño, el resultado obvio fue que el motor adquirió mala fama, algo que suele ser complicado de revertir.
Si bien los primeros ejemplares construidos en Acton habían sido construidos y montados minuciosamente de forma casi artesanal por expertos operarios, la descuidada fabricación en serie y el nefasto control de calidad hicieron salir del montaje motores donde las piezas de fundición no se habían pulido adecuadamente, o con los anillos de los pistones rotos, incluso con restos de recortes metálicos de la limpieza dentro del motor.Con todo, el mayor problema fue el de la construcción de las válvulas de camisa, ya que estas necesitaban de unas tolerancias de construcción muy exigentes, que no se cumplieron, dando lugar a holguras y desajustes, que inevitablemente provocaron la pérdida de compresión en el mejor de los casos, o el gripaje de las válvulas en el peor de ellos.
Además, el motor necesitaba de un mantenimiento adecuado y una correcta puesta a punto ya en servicio operativo, pero eso no era siempre posible, ya que muchos de los mecánicos que lo mantenían carecían de los conocimientos adecuados para este tipo de motor.Fueron corrientes los fallos al regular el control de la mezcla, lo que provocaba una presión muy alta en los conductos de admisión a bajas revoluciones, produciendo detonaciones y paradas del motor.

Hawker Typhoon Mk IB del Sqn 247º de la 2nd Tactical Air Force en un aeródromo de avanzada en Eindhoven, Países Bajos.Para los mecánicos que trabajaban en estos puestos de avanzada, el mantenimiento y reparación de los Sabre no era tarea fácil.

De todo esto se "aprovechó" la omnipresente Rolls-Royce, que más o menos veladamente resaltaba los defectos del motor de Napier en favor de sus propios diseños.Lo curioso es que en 1944 realizó su primer encendido el Rolls-Royce Eagle, básicamente similar al Sabre, aunque tuvo un éxito bastante escaso.Pero en diciembre de 1942 la compañía Napier pasó a formar parte del conglomerado de empresas General Electric, y bajo su mandato, la situación del motor iba a cambiar radicalmente, para bien en unos aspectos, pero también para mal en otros.
Por entonces en Napier estaban intentando acoplar al motor un compresor de tres velocidades y dos etapas, lo que significaba que si tenían éxito, el motor solventaría el principal inconveniente en sus prestaciones, o sea, la caída de potencia a grandes alturas, que hacía que los Typhoon fuesen casi inoperantes en combate por encima de los 6.000 metros.General Electric forzó el abandono de este proyecto, limitando ya por siempre al Sabre a ser utilizado en cotas medias y bajas.
Pero donde si que acertaron fue en la mejora de los procesos de construcción y montaje, eliminando poco a poco todos los fallos que se producían en la fábrica.Y no solo eso: resultó que el diámetro de los cilindros del Sabre era idéntico a los del motor Taurus de la compañía Bristol.Esta compañía ya tenía gran experiencia en las válvulas de camisa, y con los años había solventado prácticamente casi todos los problemas inherentes en su fabricación.General Electric presionó para que la Bristol le cediera sus diseños de válvulas del motor Taurus, pero la compañía se negó, aludiendo el secreto empresarial.
Pero de nuevo intervino el Ministerio del Aire, que obligó a Bristol a cooperar.En este punto me pregunto si hubiesen hecho lo mismo si fuese la Rolls-Royce la que tuviese que ceder sus diseños.El caso es que Bristol tuvo que aceptar, y no sólo cedió los diseños, sino también las máquinas-herramienta que hacían las válvulas, así como el proceso en el tratado de los metales de las que estaban hechas.Incluso varios técnicos de la compañía supervisaron la puesta en funcionamiento de todo el proceso.

Gracias a ello, la calidad de los motores Sabre comenzó a ser la adecuada, y las siguientes versiones, que poco a poco iban incorporando mejoras en carburación, encendido y en la presión del compresor, ya no parecían los patéticos Sabre de 1941-42.Cuando en 1944 entró en servicio el Hawker Tempest Mk V, desarrollo muy mejorado del Typhoon, el modelo Sabre IIB con el que principalmente iban equipados, aunque aún mantenía algún problema menor de fiabilidad, era un motor robusto y poderoso, con una potencia nominal de 2.180 hp y una máxima de emergencia de 2.420 hp al nivel del mar a 3.850 rpm.Gracias a ello, el Tempest era el caza Aliado más rápido a cotas medias y bajas, alcanzando los 700 km/h a 5.300 metros, y unos impresionantes 666 km/h a unos 2.400 metros, lo que por supuesto lo convirtió en el caza ideal para combatir a la Bombas Volantes V-1.

Una vez solventados la mayor parte de los problemas, la unión del Sabre y el Tempest culminó en uno de los mejores interceptores a cotas medias y bajas.El disco tras la hélice alberga el depósito principal del refrigerante.El depósito que hay inmediatamente delante de la cabina es el del aceite, separado por un cortafuegos de la cabina y del que tiene delante, que es el principal del combustible.Por supuesto, a pesar de los cortafuegos, a los pilotos no les hacía ninguna gracia llevar estos depósitos justo delante, aunque era una disposición que se repetía en multitud de cazas de la época.Al igual que en el Typhoon, el gran radiador de "barbilla" bajo el morro albergaba los radiadores del refrigerante y del aceite, así como la toma de aire principal de la admisión.

El siguiente paso fue el del uso de los carburadores de inyección Hobson, la posibilidad de usar por tanto la inyección de agua-metanol y nuevas mejoras en el compresor.Todos estos cambios dieron lugar a los Sabre IV y V, que aunque llegaron a montarse en los Tempest, apenas participaron en la Guerra.En potencia de emergencia, alcanzaba los 3.000 hp en períodos cortos.Los últimos desarrollos operativos fueron los del Sabre VII, utilizado en algunos Tempest Mk VI de posguerra, que alcanzaban más de 3.500 hp en potencia de emergencia.

Se probaron varios prototipos a finales del conflicto y en la inmediata posguerra, pero como le sucedió a tantos otros motores de pistones, su era había pasado ya.Sin embargo, es de resaltar que según las pruebas realizadas en los test, alcanzaron más de 4.000 hp de potencia.

Dejando a un lado el hecho de que el que les escribe es un entusiasta de este motor, lo que resulta innegable es que fue el motor aeronáutico de producción en serie refrigerado por líquido más potente que se construyó en ese período, solo igualado por algunos enormes motores radiales, y superado por muy pocos de ellos, como el Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major, pero eso si, con un cubicaje de 71 litros.

Características principales (Sabre IIB 1944):

-Tipo: motor de 24 cilindros en H, formado por dos bloques de 12 cilindros horizontales con dos cigüeñales acoplados.Refrigeración líquida agua-etilenglicol 70-30 presurizada.Alimentación por cuatro carburadores S.U. de succión.Válvulas de camisa.Compresor mecánico centrífugo de una etapa y dos velocidades.Doble bujía por cilindro.Gasolina de 100-130 octanos.

-Diámetro-carrera: 127 mm x 121 mm

-Cubicaje: 35,65 litros

-Peso: 1.070 kg en vacío

-Dimensiones: largo 2.089 mm; ancho 1.016 mm; alto 1.168 mm

-Potencia: 
-2.180 hp de potencia nominal.
-2.420 hp al nivel del mar con 3.850 rpm.
-2.045 hp a 4.200 metros con 3.850 rpm.
-1.735 hp a 5.200 metros con 3.700 rpm.


-Fuentes:
-http://www.aviation-history.com/engines/sabre.htm
-http://www.hawkertempest.se/index.php/thetempest/2014-05-13-09-30-04/napier-sabre
-http://www.npht.org/sabre/4579703349
-https://es.wikipedia.org/wiki/Napier_Sabre
-https://en.wikipedia.org/wiki/Napier_Sabre