Kraków 19.05.2016r.


An aircraft engine. Part 03

Silnik spalinowy-tłokowy gwiazdowy


Silniki gwiazdowe-klasyczne stały się głównym narzędziem rozwoju lotnictwa. Jednak w obecnej chwili są już konstrukcjami historycznymi. Są one jeszcze produkowane, ale prac rozwojowych nad nimi się już nie prowadzi. Przykładem produkowanego jeszcze silnika jest motor WSK PZL Kalisz ASz-62 o mocy 1 000 KM. Silniki te zostały już wyparte przez silniki turbo-śmigłowe.

Silnik gwiazdowe budowano w układach pojedynczej, podwójnej i poczwórnej-gwiazdy. Bardzo rzadko potrójnej gwiazdy. Nie udało się stworzyć udanego silnika złożonego z 5-gwiazd. Najwięcej było konstrukcji pojedynczej i podwójnej gwiazdy. Generalnie problemem było skuteczne chłodzenie takiego silnika. Silniki te są chłodzone w sposób naturalny poprzez opływające je powietrze. Nie opracowywano silników gwiazdowych chłodzonych cieczą. Brak układu chłodzenia cieczą wpływał na zmniejszenie masy silnika i prostszą konstrukcję. W efekcie silnik gwiazdowy miał dobry stosunek masy do mocy.

Pojedyncza gwiazda była konstruowana najczęściej w układzie 5-, 7- lub 9-cylindrowej. Nie stosowano układów 11-cylindrowych ze względu na brak miejsca na obwodzie korpusu silnika. Korpus silnika musiałby mieć nienaturalnie dużą średnicę, a przez to dużą powierzchnię czołową. Układ silnika z podwójną gwiazdą był zwykle 14-cylindrowy, po 7 cylindrów w gwieździe.


Szczytem konstrukcji silników wielo-gwiazdowych był Yankeski silnik Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major zastosowany w blisko 30 typach samolotów. Pierwsze jego uruchomienie nastąpiło 1944 roku, czyli pod koniec drugiej wojny światowej i był opracowany dla samolotów bojowych. Silnik Pratt & Whitney R-4360 został zbudowany z czterech 7-cylindrowych gwiazd, mając łącznie 28 cylindrów. Każda kolejna gwiazda jest przesunięta o pewien kąt w stosunku do poprzednie. W ten sposób powstała spirala przez którą stosunkowo łatwo przepływa powietrze chłodzące. Silnik był doładowany i poruszał śmigło nastawne, którego końcówki nie osiągały prędkości naddźwiękowej, niekorzystnej dla efektywnej pracy. Chociaż silnik był mechanicznie niezawodny to zdarzały się pożary w locie, zwłaszcza na samolotach Boeing Stratocruiser. Każdy cylinder posiadał dwie świece co dawało razem 56 świec. Przy tak dużej ilości cylindrów trudno było ustalić, który cylinder nie pracuje z powodu awarii świec zapłonowych. Stosowano metodę manualną, czyli dotknięcie palcem świec, aby sprawdzić, czy jest zimna. Remont średni silnika używanego w lotnictwie cywilnym wykonywano co 600 godzin. Silnik miał pojemność 4 362,50 cali3 (stąd oznaczenie silnika 4360), czyli około 71,49 litrów. Mimo jednej pojemności odmiany silnika miały moce od 1 970 kW do 2 834 kW, a to za sprawą różnych układów zasilających w paliwo i doładowujących. Najpopularniejszą była odmiana o mocy 3 000 KM (2 240 kW), a od 1945 roku odmiana o mocy 3 500 KM. Najmocniejsza odmiana miała moc 4 300 KM. Silnik był stosunkowo lekki i ważył około 1 580 – 1 755 kg, co dawało około 2 KM z 1 kg masy. Do 1955 roku zbudowano 18 697 silników Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major. Dla silnika opracowano nowe 4-łopatowe śmigło nastawne. Silnik Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major został zastąpiony przez silnik turbośmigłowy Allison T56.



Rozwój Polskich silników lotniczych był utrudniony z uwagi na brak przemysłu motoryzacyjnego. Pierwszym Polskim konstruktorem był wspomniany w poprzednim rozdziale inż. Henryk Brzeski. W wolnej Rzeczypospolitej talentem zasłynął inż. Władysław Zalewski (28.01.1892r.-25.11.1977r.).

Władysław Zalewski urodził się w 1892 roku w Warszawie i tu ukończył prestiżową szkołę techniczną Wawelberga. Po wybuchu wielkiej wojny światowej trafił do 2 Pułku Imperialnej Rosyjskiej Służby Lotniczej. W tym czasie skonstruował doświadczalny samolot S.Z.-1. Był to dwu-miejscowy cztero-płat. Po powrocie do domu oddał się bezgranicznie lotnictwu. Studiował technikę lotu ornitoptera (ornithoptera), czyli motyla. Opracowywał konstrukcje statków powietrznych bijących skrzydłami, podobnie jak ptaki. Studiował także wiatraki. Pracował przy organizacji Polskiego Urzędu Patentowego i w Centrali Badań Lotniczych nad ustaleniem przepisów technicznych dla dopuszczania nowych typów do prób w locie. Po wielkiej wojnie światowej z końcem 1918 roku, Władysław Zalewski został zatrudniony w Centralnych Warsztatach Lotniczych, jako kierownik biura konstrukcyjnego.

W 1920 roku Wojsko Polskie wyraziło zainteresowanie samolotem liniowym, czyli dwumiejscowym, uderzeniowym. Wiosną 1920 roku w Centralnych Warsztatach Lotniczych w Warszawie przystąpiono do budowy samolotu liniowego WZ-VIII De-Że-Pe, konstrukcji inżyniera Władysława Zalewskiego. Skrót De-Że-Pe oznaczał Departament Żeglugi Powietrznej. Samolot WZ-VIII był siódmą konstrukcją Władysława Zalewskiego, a pierwszą Polską konstrukcją w II Rzeczypospolitej. W okresie 1912-1937 Władysław Zalewski opracował około piętnastu własnych konstrukcji szybowców i samolotów. Z powodu trwającej wojny z rosją bolszewicką prace nad samolotem posuwały się wolno. Tuż przed ukończeniem budowy prototypu WZ-VIII De-Że-Pe, w sierpniu 1920 roku został on przypadkowo uszkodzony i pozostał w hangarze. W lipcu 1922 roku Władysław Zalewski zwrócił się do kierownictwa CWL o możliwość dokończenia budowy. Zgoda została wydana dopiero na przełomie 1923/1924 roku. Konstruktor musiał jednak dokonać wielu modyfikacji i zmienił oznaczenie samolotu na WZ-VIII bis. Lecz już wiosną 1924 roku, Władysław Zalewski dostał propozycję objęcia biura konstrukcyjnego w Wielkopolskiej Wytwórni Samolotów „Samolot” w Poznaniu. Władysław Zalewski popierał powstanie WWS „Samolot”, po aferze Frankopolu. Ostatecznie konstruktor nie przeniósł się do Poznania. Samolotu WZ-VIII bis nie ukończono, a konstrukcję uznano już za nieperspektywiczną.

Powstał natomiast nowy dwupłatowiec Władysława Zalewskiego WZ-X pierwszy samolot bojowy Polskiej konstrukcji, który został oblatany w 1926 roku na Polu Mokotowskim. W 1927r., powstały jeszcze trzy samoloty. Trzy pierwsze samoloty miały silnik rzędowy typu Lorraine-Dietrich 12 Eb, chłodzony wodą, dwunasto-cylindrowy w układzie "W", o mocy nominalnej 450 KM, mocy startowej 478 KM. Silnik chłodzony był dwoma chłodnicami Lamblina umieszczonymi pod przednią częścią kadłuba. Czwarty samolot WZ-X/IV miał 9-cylindrowy silnik gwiazdowy Gnome-Rhône 9A Jupiter, chłodzony powietrzem, o mocy 480 KM. Zbiornik paliwa w kadłubie. Śmigło dwu-łopatowe lub cztero-łopatowe w egzemplarzu WZ-X/IV.




Po powstaniu Państwowych Zakładów Lotniczych inż. Władysław Zalewski otrzymał zadanie opracowania samolotu bombowego. Miał to być całkowicie metalowy, 4-silnikowy, ciężki bombowiec o oznaczeniu PZL-3. Samolot nie doczekał się realizacji z uwagi na wysokie koszty programu i małą przydatność dla Wojska Polskiego w tamtym czasie.

W trakcie wojny obronnej Władysław Zalewski trafił do Anglii. Nadal zajmował się lotnictwem. Po zakończeniu wojny założył w Londynie, a później w Mildenhall (Suffolk) mały warsztat mechaniczny, w którym sam wykonywał prototypy maszyn dla wtrysku tworzywa sztucznego do form. Do ostatnich chwil życia był aktywny. Projektował i patentował. Zmarł w 1977 roku w szpitalu w Bury St Edmunds we wschodniej Anglii.

Tym co nas najbardziej interesuje to konstrukcje silników lotniczych inż Władysława Zalewskiego. W 1926 roku zbudował on pierwszy silnik lotniczy. Był to 5-cylindrowy silnik gwiazdowy oznaczony WZ-18 o mocy 18 KM. Silnik ten konstruktor zastosował do napędu własnego niewielkiego samolotu „Kogutek”.



Następnie zbudował silnik WZ-7 o mocy 80 KM, który był testowany na samolocie PZL-5. Potem powstały silniki WZ-100 o mocy 100 KM oraz WZ-40 o mocy 40 KM. Silniki te jednak nie zostały wykorzystane w samolotach. Jeszcze w 1939 roku inżynier Władysław Zalewski rozpoczął budowę silnika WZ-25 o mocy 25 KM dla swojego samolotu „Kogutek II”.



W tym okresie powstało jeszcze kilka innych konstrukcji silników budowanych przez Polskich konstruktorów. Jednak żaden z nich nie został sprawdzony w powietrzu, a tym bardziej nie rozpoczęto produkcji seryjnej.


Inż. Franciszek Peter vel Franz Peter (1896-1968). Rodzina jego pochodziła z Zaolzia. Urodził się w Wiedniu jako obywatel Austro-Węgier. Podczas wielkiej wojny światowej służył w lotnictwie austro-węgierskim. Początkowo jako lotnik samolotów rozpoznawczych, a następnie pilot myśliwski. Latał głównie na samolotach Albatros D.III. Został asem myśliwskim. Wojnę zakończył w stopniu porucznika i zestrzeleniem sześciu samolotów wroga. Po wojnie zdecydował się wstąpić do odrodzonego Polskiego Wojska. Jako pilot wziął czynny udział w obronie Lwowa przed ukraińcami. Podczas walk został ranny. W wojnie Polsko-sowieckiej był dowódcą 6 Eskadry Wywiadowczej. Został inżynierem i dosłużył się stopnia majora Wojska Polskiego. Pracował w Centralnych Warsztatach (Zakładach) Lotniczych. Zajął się silnikami lotniczymi. W 1929 roku zbudował silnik gwiazdowy, 7-cylindrowy o nazwie „Peterlot” o mocy 80 KM. Zbudowano kilka sztuk.



W 1933 roku wspólnie z inż. A Sieńkowskim, Franciszek Peter zbudował silnik rzędowy, 4-cylindrowy o mocy 90 KM, który nazwano od nazwisk twórców „Petersen” i zbudowano go w liczbie 11 sztuk. Silnik wypróbowano na samolocie WK-3. Jako dyrektor techniczny Wytwórni Maszyn Precyzyjnych Avia, Franciszek Peter wspólnie z W. Narkiewiczem opracował silniki: Avia P.4 o mocy 100 KM oraz Avia 3 o mocy 63 KM, które testowano na samolotach RWD-16 i PWS-40 Junak. Franciszek Peter zmarł w Warszawie w 1968 roku.


Wśród innych Polskich konstruktorów lotniczych należy wymienić inż. Tadeusza Tańskiego (11.03.1892r.-26.03.1941 zamordowany w Auschwitz). Gruntowne wykształcenie techniczne zdobył we Francji. Zajmował się głównie pojazdami lądowymi i silnikami do nich. Jednak nie obce były mu silniki lotnicze. W Francji w 1916 roku skonstruował największy wówczas silnik lotniczy na świecie, 12-cylindrowy o mocy 520 KM o poziomym układzie cylindrów w kształcie litery H. W 1918 roku zbudował silnik rotacyjny, cztero-cylindrowy, gwiazdowy, dwu-suwowy, oznaczony „Wir”, przeznaczony do lekkich samolotów. Inż. Tadeusz Tański był szanowany we francuskim środowisku technicznym i zdobywał tam patenty. W 1919 roku powrócił do odrodzonej Rzeczypospolitej i wielce się jej zasłużył jako konstruktor. W 1929 roku inżynier Tadeusz Tański skonstruował siedmio-cylindrowy silnik lotniczy TK-7 o mocy 80 KM w układzie gwiaździstym, chłodzony powietrzem. Silnik nie wszedł do produkcji seryjnej.


Wśród inżynierów, których konstrukcje odniosły sukcesy należy wymienić inż. Stanisława Nowkuńskiego (10.11.1903r.-30.07.1936r.). Urodził się on w Petersburgu. Po maturze w 1921 roku przyjechał do Polski i rozpoczął studia na Wydziale Matematycznym Uniwersytetu Warszawskiego. Po roku przeniósł się Wydział Mechaniczny Politechniki Warszawskiej. Już podczas studiów działał w Aeroklubie Warszawskim. W 1927 roku został inżynierem. Po dyplomie pracował w WWS „Samolot” w zespole Ryszarda Bartla. Powrócił do Warszawy i rozpoczął prace w Polskich Zakładach Skoda (od 1935 roku Państwowe Zakłady Lotnicze – Wytwórnia Silników). Pierwszą pracą konstrukcyjną inż. Stanisława Nowkuńskiego był 7-cylindrowy silnik gwiazdowy o mocy 88 kW G-594 „Czarny Piotruś”, zbudowany w 1930 roku. Miał on moc 120 KM. Zbudowano 3 egzemplarze. Silnik testowano na samolotach Bartel BM-4 i RWD-8.



W 1931 roku inż. Stanisław Nowkuński opracował 9-cylindrowy silnik gwiazdowy G-1620 A Mors I o mocy 250 kW. Silnik produkowano serynie. Zbudowano 53 sztuki i zamontowano na samolotach Lublin R.XIII F. W 1933 roku powstała także wersja silnika G-1620 B Mors o mocy nominalnej 410 KM (346 kW) i startowej 470 KM. Podjęto produkcje seryjną i zbudowano 100 sztuk. Silniki te montowano na samolotach RWD-14 Czapla.

W 1932 roku inż. Stanisław Nowkuński razem z inż. Władysławem Łozińskim przystąpili do pracy nad silnikiem gwiazdowym oznaczonym GR-760 o mocy 290 KM (213 kW). Silnik był projektowany specjalnie dla samolotów mających brać udział w zawodach Challenge 1934. Silnik GR-760 opracowano razem z reduktorem. Był 9-cylindrowy. Silnik odznaczał się bardzo dobrym stosunkiem masy do mocy; 0,54 kg/KM. Zbudowano 6 silników i zamontowano je na samolotach RWD-9. We wspomnianych zawodach dwa pierwsze miejsca zajęły samoloty RWD-9 z silnikami GR-760. Licencję na silnik chcieli kupić Francuzi i Włosi. Należało jednak przeprowadzić dodatkowe próby i badania, których nie wykonano.



Opracował Karol Placha Hetman