Motores Radiales de ¿22 cilindros? en dos estrellas (I)
MOTORES RADIALES: AREA FRONTAL vs REFRIGERACION
En este Blog encontrarás varias entradas sobre motores radiales refrigerados por aire. En ellas hablo sobre la Historia del desarrollo y un poco del aspecto técnico de algunos de estos motores de los años a los que está dedicado este Blog, más o menos de 1930 hasta 1945... más o menos, como les digo.
Hay entradas y referencias a motores radiales de una estrella de cinco, siete y nueve cilindros, y de dos estrellas de catorce y dieciocho cilindros, incluso seguro que en alguna ocasión habré mencionado un motor de veintiocho cilindros en cuatro estrellas de siete cilindros cada una...
Pero seguro que nunca he hablado sobre motores radiales refrigerados por aire de once cilindros en una estrella ó de veintidós cilindros en dos estrellas. Y es que sin duda tanto los de once como los de veintidós fueron rara avis.
Antes de seguir quiero comentar que en esta entrada me voy a referir siempre a motores en estrella de cuatro tiempos refrigerados por aire. Hay otros motores, ya sea de dos tiempos, ó de bancadas de cilindros en línea formando estrella, ó de motores en estrella refrigerados por liquido, que no van a cumplir con las premisas de las que aquí hablo. Nos ceñiremos a los "clásicos" motores radiales de una o varias estrellas con refrigeración por aire.
Y una de estas premisas para los motores en estrella de cuatro tiempos es que como bien os habréis fijado tienen un número de cilindros impar por estrella. Esto es así en prácticamente en todos los motores funcionales de este tipo, al menos que yo conozca, y las supuestas excepciones que se pueden encontrar en realidad no son "estrictamente" del tipo ya indicado. Por no extenderme mucho esto es por mantener un orden lógico y funcional en el encendido y en el ciclo general. Para no centrarme en esto, os invito a que veáis el enlace sobre motores radiales de la Wikipedia que dejo más abajo y donde lo explica creo que bastante claro y bien.
Cambiando ahora de tercio, quedaba claro que si se aumentaba el número de cilindros de cada estrella, por ejemplo de siete a nueve, manteniendo los mismos parámetros de tamaño en los nuevos pistones, se podía aumentar la potencia, al aumentar el cubicaje del motor. Pero, como siempre hay un "pero", al aumentar el número de cilindros del mismo tamaño por cada estrella se aumentaba también el área frontal del motor, con el consiguiente aumento del arrastre, lo que hacía complicado valorar las ventajas/inconvenientes de este aumento de tamaño.
Ahora bien, si duplicamos las estrellas con menos cilindros por cada una, por ejemplo, dos de siete, tendremos (era fácil!!) catorce cilindros, lo que es un aumento considerable en vez de pasar a una estrella de nueve cilindros, y además al mantener los siete cilindros por estrella el área frontal es la misma... perfecto!!.. pero, (otra vez) surge otro problema (principalmente): ahora la refrigeración por aire de la estrella trasera puede estar comprometida por no captar tanto aire como la delantera.
Esto llevó a diseñar aletas y deflectores para conducir el flujo correctamente hasta los cilindros posteriores, así como la introducción de ventilación forzada para aumentar drásticamente el flujo de aire en unos capós cada vez más ajustados y cerrados. En definitiva, uno de los principales quebraderos de cabeza para los diseñadores de motores era el compromiso entre el área frontal y la refrigeración.
Durante la década de los treinta la demanda de potencia en los motores iba en aumento, y una vez comenzada la Segunda Guerra Mundial esta demanda se disparó. Los motores en estrella más grandes eran por entonces de dieciocho cilindros en doble estrella, los más potentes de los cuales daban potencias el orden de los 2.000/2.500 hp, aunque se pensaba que se podrían "exprimir" aún más. Pero para mayores potencias parecía necesario aumentar el tamaño del motor, y aquí la cosa se complicaba bastante. Algunos fabricantes optaron por diseñar motores de hasta cuatro estrellas, otros pensaron en algo que apenas se había hecho hasta entonces: subir el número de cilindros de cada estrella hasta once, y además acoplar otra para dar un motor de veintidós cilindros en sólo dos estrellas.
Puede que pareciera una buena idea, sin embargo en lo que he podido averiguar sólo hubo tres motores de este tipo, y ninguno de ellos llegó ni de lejos a ser fabricado en serie. Fueron dos motores japoneses, el Mitsubishi A21/Ha-50, el Hitachi/Nakajima Ha-51 y el estadounidense Wright R-4090 Cyclone 22.
Veamos un poco de su corta Historia.
MITSUBISHI A21/Ha-50
Tras los radiales de catorce cilindros en dos estrellas Kinsei y Kasei, el primero de 32,3 litros y el segundo de 42 litros de cilindrada, con unas potencias máximas respectivas de 1.350 hp y 1.850 hp, el siguiente paso de la compañía fue el de intentar construir dos motores de dieciocho cilindros en dos filas usando cilindros con el mismo diámetro-carrera que sus dos anteriores productos, por lo que obtendrían uno de tamaño relativamente reducido y otro bastante mayor.
El basado en los cilindros del Kinsei con un diámetro carrera de 140 x 150 mm y 41,7 litros se denominó Ha-43 y nunca pasó de la fase de prototipo. El de mayor tamaño, basado en los cilindros del Kasei de un diámetro-carrera de 150 x 170 mm y 54,1 litros se denominó Ha-42, y a pesar de sus múltiples problemas se construyeron unos 2.800 ejemplares, que en su versión más potente rondaban los 2.300 hp.
Incluso antes de poner en servicio el Ha-42 la compañía ya estudiaba la fabricación de un motor del orden de los 3.000 hp, y su primer diseño recibió la denominación interna de A-19, y se trataba nada menos que de un radial de veintiocho cilindros en cuatro filas de siete (si, como el famoso P&W R-4360), pero en los primeros meses de 1943 abandonaron el proyecto porque nunca llegaron a solventar durante las pruebas los problemas de refrigeración de las filas posteriores de cilindros.
Como la demanda en un futuro próximo de un motor de unos 3.000 hp continuaba existiendo, Mitsubishi decidió buscar la solución a la potencia necesaria con la idea totalmente contraria a su proyecto A19: en vez de muchas estrellas con pocos cilindros y problemas de refrigeración en las filas traseras, proyectaron un motor con sólo dos estrellas pero de once cilindros por fila, además once cilindros cada uno del diámetro carrera de los que montaba el Kasei, por lo que la cilindrada total sería de 66,1 litros. Con el nombre interno de proyecto A21, el Ejército Imperial le dio la designación de Ha-50. Siguiendo la absurda costumbre japonesa, la Armada Imperial no participó en este proyecto, porque tenía otros distintos (aunque muy similares) en desarrollo o a punto de hacerlo. Esta dualidad y despilfarro de recursos fue igual en casi todas las propuestas de armamento en el Japón de la época por la acusada rivalidad Ejército-Armada, y así les fue.
En primavera de 1943 se comenzó a construir el primer ejemplar, que no estuvo terminado hasta 1944, construyéndose posteriormente otros dos ejemplares. Las primeras pruebas revelaron fuertes problemas de vibración. El motor finalmente se dispuso como un radial de veintidós cilindros en dos filas de once, con un diámetro carrera de 150 x 170 mm y un cubicaje total de 66,1 litros. La alimentación era por inyección de combustible, con inyección de agua para aumento de potencia puntual, dos válvulas por cilindro, con los puertos de escape y de admisión orientados ambos hacia la parte posterior del motor, y aunque se proyectó la sobrealimentación de dos etapas, en los tres ejemplares construidos se utilizó un turbocompresor con accionamiento por engranajes con dos velocidades. Delante de la primera estrella de cilindros se instaló un ventilador accionado por el eje del cigüeñal para la refrigeración forzada. También se proyectó un eje para hélices contrarrotatorias, pero al parecer no se llegó a instalar.
Las potencias nominales eran de 3.100 hp al despegue, 2.700 hp a 1.500 metros de altura y de 2.240 hp a 10.000 metros, siempre a 2.500 rpm. El peso de este gran motor alcanzaba los más de 1.500 kg, y el diámetro era de 1,45 metros.
Precisamente éste dato, el diámetro del motor, era uno de sus puntos débiles, ya que aunque se había conseguido mantener dentro de un tamaño razonable, era obvio que presentaba una gran área frontal. Y no era el único problema inherente a este tipo de motores, ya que el gran número de cilindros por cada estrella provocaba elevadas tensiones en los muñones del cigüeñal.
Se pensó que el Ha-50 podía ser una planta motriz alternativa para uno de los bombarderos del Proyecto Z, en concreto para el cuatrimotor del Ejército Imperial Kawanishi TB (KX-9), encargándose al parecer seis motores para este modelo, pero como no llegó nunca a construirse al unificar criterios tanto la Armada como el Ejército (a buenas horas) para la construcción del Nakajima G10N Fugaku, los trabajos en el Ha-50 fueron abandonados, aunque se siguieron probando los motores, llegando uno de ellos, el único superviviente de un bombardeo Aliado, a alcanzar los 3.200 hp en el banco de pruebas en julio de 1945.
Parecía que la breve Historia de estos motores terminó entonces, pero para sorpresa de los aficionados a los motores de la época, en 1984 durante unas obras de ampliación del aeropuerto de Haneda en Tokio se encontró enterrado uno de los tres Ha-50, que se supone fue encontrado por tropas estadounidenses al acabar la Guerra y enviado a Haneda para desde allí volar a los EEUU, pero parece ser que no fue así y acabó enterrado, quizá como relleno en alguna obra. Por supuesto, y como podéis ver en la imágenes, las condiciones del motor son horrorosas, pero aún se aprecia claramente la disposición de su dos estrellas de once cilindros cada una. Y por cierto, es el único ejemplar de este tipo de motores que "sobrevive" en la actualidad.
Hay que destacar también que he visto cierta confusión en páginas de la red nombrando a este motor superviviente como el Hitachi/Nakajima Ha-51, pero están confundidas, y no lo digo yo, lo podéis comprobar viendo una de la principales fuentes de esta entrada, la de la extraordinaria página web de William Pearce llamada Old Machine Press. Y por cierto, aprovecho para dar las gracias al señor Pearce por su página, de la que he disfrutado, y seguiré haciéndolo, de horas de lectura y de aprendizaje.
Fuentes:
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