LUchtvaart Nationaal Antwerpen Kempen
LUNAK
VLIEGTUIGMOTOREN - DEEL 1
Pioniersjaren tot circa 1916
De Fransman Clément Ader was één van de pioniers aan het eind van de 19e eeuw die aanspraak dachten te maken op de eerste bemande gemotoriseerde vlucht. Noch zijn Eole (1886) noch zijn Avion III (1892) brachten het verder dan enkele ongecontroleerde sprongetjes, die dan ook niet als “vlucht” erkend werden. Beide vliegmachines hadden grote vleermuisachtige vleugels waaronder een cabine voor de piloot was aangebracht. Het bijzondere was de aandrijving : de Eole beschikte over een 20pk/15kW sterke stoommachine die een 4-bladige propeller aandreef terwijl de Avion III over 2 dergelijke krachtbronnen beschikte die elk een 4-bladige propeller aandreven. Ook andere uitvinders en (would-be) piloten hebben bij mondjesmaat hun geluk beproefd met zogenaamde “lichte” stoommachines, zelfs tot in de jaren 1930, maar succesvol konden die pogingen niet genoemd worden. Een stoommachine kon nu eenmaal niet “licht” geconstrueerd worden vanwege de noodzakelijke componenten : waterreservoir, brander om het water om te zetten in stoom, de eigenlijke motor die stoomdruk omzet in een rotatie van de propeller, radiator (condenser) om de (gasvormige) stoom achteraf weer af te koelen tot (vloeibaar) water, een heel buizenstelsel dat bestand is tegen de stoomdruk en -temperatuur, de nodige controle- en beveiligingselementen.
De eerste officieel erkende bemande gemotoriseerde vlucht komt natuurlijk de gebroeders Wright toe (17 december 1903). Hun succes hadden ze grotendeels te danken aan een wetenschappelijke aanpak, waarbij alles onderbouwd werd door meetresultaten uit proeven. Zo gebruikten ze bijvoorbeeld een zelfbedachte windtunnel ! Ook de motor van 12pk/9kW die de 2 tweebladige propellers van hun Flyer aandreef hadden ze zelf ontworpen omdat ze nergens een bruikbare krachtbron konden vinden die tegelijkertijd voldoende licht en krachtig was. Hun kleine 4-cilinder verbrandingsmotor was luchtgekoeld en gebruikte benzine als brandstof.
De gebroeders Wright waren uiteraard niet de enigen die op zoek waren naar de magische formule om de mens toe te laten zich in de lucht te verheffen. Vanaf 1906 werd Europa, en dan vooral Frankrijk, de bakermat van de ontwikkeling van vliegmachines, al dan niet gestoeld op wetenschappelijke wetmatigheden. Vliegtuigmotoren bestonden uiteraard niet als dusdanig zodat in eerste instantie motoren voor auto’s of motorfietsen op de vliegmachines werden gemonteerd. De verhouding gewicht/motorvermogen bleef daarbij een belangrijke parameter die aan verbetering toe was. Voor auto’s of moto’s was het gewicht van de motor van ondergeschikt belang, maar om een vliegtuig in de lucht te krijgen telde elke (kilo-)gram. Probeersels om gewicht te besparen, dikwijls knutselwerk door zelfverklaarde specialisten, resulteerden gewoonlijk in een verhoogde onbetrouwbaarheid van de motor in kwestie. Benzinemotoren voor auto’s of moto’s waren in die tijd niet bepaald een toonbeeld van bedrijfszekerheid, bij de daarvan afgeleide “lichte vliegtuigmotoren” was het zo mogelijk nog erger. Motorfabrikanten zagen nochtans de lucratieve kant van het verschijnsel “vliegtuig” in en begonnen hun al dan niet aangepaste motorfiets- of automotoren te promoten als “de” ideale krachtbron voor toepassing in een vliegmachine. Van zodra duidelijk werd dat luchtvaart geen tijdelijke gril was maar een fenomeen waarmee in de toekomst geld te verdienen zou zijn schoten bovendien bedrijfjes “gespecialiseerd in vliegtuigmotoren” als paddenstoelen uit de grond.
Zoals gezegd vonden standaard automobielmotoren een toepassing in de vroege vliegtuigen. Zo werd de Farman III (Frankrijk, 1909), een echte klassieker onder de eerste vliegmachines, aanvankelijk aangedreven door een 50pk/37kW Vivinus automotor (4-cilinder-in-lijn) van Belgisch fabricaat. René Hanriot gebruikte dan weer een 6-cilinder-in-lijn Buchet motor van 50pk/37kW op één van zijn ééndekkers uit 1909.
Gedurende een korte periode toonaangevend werden echter de motoren van Anzani, waarvan de bekendste ongetwijfeld de 3-cilinder motor werd, ingebouwd in de Blèriot XI waarmee Louis Blèriot de oversteek van het Kanaal waagde (en slaagde) op 25 juli 1909. Dit type motor was één van de meer populaire types die Anzani op de markt bracht als krachtbron voor motorfietsen. De 3 luchtgekoelde cilinders stonden ten opzichte van elkaar onder een hoek opgesteld waarin met wat fantasie de vorm van een waaier (in het Engels : fan) te herkennen was. Door 2 3-cilindermotoren te combineren bouwde Anzani in 1910 één van de eerste stermotoren (Engelse benaming: radial engine, de cilinders staan inderdaad radiaal of stervormig opgesteld rondom de krukas).
Een andere spraakmakende benzinemotor uit de periode 1906-1909 was zonder twijfel de 8-cilinder vloeistof gekoelde motor die Léon Levavasseur voor de Société Antoinette ontwikkelde, de eerste V-8 motor ter wereld. Het concept van 2 banken van 4 cilinders die onder een hoek ten opzichte van elkaar geplaatst waren en samen 1 krukas aandreven was compleet nieuw en veelbelovend. Met maar liefst 50pk/37kW bij een droog gewicht van 95kg behoorde deze motor tot de krachtigste van zijn generatie. Uiteraard dreef deze motor de verschillende ééndekker vliegtuigen van de firma Antoinette aan, terwijl een handvol exemplaren ook in vliegtuigen van andere pioniers terechtkwamen. Zoals zovele motoren uit deze periode leed de 8-cilindermotor aan een bekend maar vervelend probleem : ondoelmatige koeling, met oververhitting, onregelmatige verbranding en uiteindelijk uitvallen van de motor als resultaat. De grote concurrent van Louis Blèriot voor de oversteek van het Kanaal, Hubert Latham, mocht het tot 2 maal toe ondervinden : motorfalen boven het Kanaal na een succesvol vertrek vanaf Franse bodem (19 juli 1909, na een vliegafstand van 11 km met een Antoinette IV en 27 juli 1909, op minder dan 2km voor de Engelse kust met een Antoinette VII).
Door de lage kwaliteit van de op dat moment beschikbare benzine waren verbrandingsmotoren onderhevig aan onregelmatige ontbranding van het benzine/luchtmengsel resulterend in ernstige vibraties, een fenomeen dat kon onderdrukt worden door de motor uit te rusten met een zwaar vliegwiel. Inderdaad : “zwaar”, net wat we niet nodig hadden ! De Franse firma Société Des Moteurs Gnome kwam dan ook de eer toe één van de belangrijkste motortypes uit de periode net voor de 1 Wereldoorlog te hebben bedacht : de rotatiemotor, waarbij de motor zelf de functie van vliegwiel verrichtte. Na enkele prototypes die in 1906 en 1907 uitgetest werden bouwde de firma Gnome vanaf 1908 de Omega, een 7-cilinder verbrandingsmotor met de cilinders opgesteld in stervorm, waarbij de ganse motor met de daaraan gekoppelde propeller rond de vast gemonteerde krukas draaide. Het grote voordeel was het aanzienlijke vermogen dat deze motor kon produceren (50pk/37kW) voor een laag gewicht (75kg). In 1910 kwam de concurrerende firma Société des Moteurs Le Rhône trouwens met een gelijkaardig type op de markt, onafhankelijk van Gnome ontwikkeld. Beide firma’s smolten in 1915 samen tot de Société des Moteurs Gnome et Rhône. Steeds krachtigere varianten van hun rotatiemotoren in 7- en 9-cilindervorm werden op de markt gebracht, waarbij de laatste versies maar liefst 160pk/120kW produceerden. Tijdens de eerste jaren van de 1e Wereldoorlog werd de rotatiemotor dan ook massaal gebruikt. Zowel de originele Franse rotatiemotoren (Gnome, Le Rhône of vanaf 1915 Gnome et Rhône) of hierop geïnspireerde kopieën (o.a. de Franse Clerget 9B van 130pk/97kW, de Britse Bentley BR1 van 150pk/110kW of de 100pk/75kW sterke Duitse Oberursel U.I, een kopie van de 9-cilinder Gnome Delta gebouwd onder een vooroorlogse licentie) werden massaal toegepast op de eerste militaire vliegtuigen van zowat alle bij de oorlog betrokken landen.
Vanaf 1916 begon het succes van de rotatiemotor echter stilaan te tanen. Rotatiemotoren hadden namelijk enkele belangrijke nadelen. Zowel het brandstof- als het smeermiddelverbruik (gewoonlijk ricinusolie) waren erg hoog, wat een beperking van de actieradius van een vliegtuig met dit type motor inhield. Tevens was het nagenoeg onmogelijk het vermogen van een rotatiemotor te doseren (gevolg van de traagheid van de roterende massa van motor + propeller), tenzij door het tijdelijk onderbreken van de ontsteking (= motor uitschakelen, waarbij het toerental van motor + propeller geleidelijk aan afnam). De piloot van een vliegtuig met rotatiemotor moest dus vooral over veel feeling beschikken om bv. bij landing zijn snelheid te regelen door tijdig de ontsteking te onderbreken of weer te activeren. Bovendien moest het koppel veroorzaakt door de draaiende massa van de motor (gyroscopisch effect) permanent door de piloot gecompenseerd worden. Naarmate de motoren groter en krachtiger werden nam dit probleem toe en de Sopwith Camel is wel het schoolvoorbeeld van de problemen die dit veroorzaakte : trage linkerbochten met tegelijk de neiging om te klimmen (en daardoor te vertragen) maar supersnelle rechterbochten met daarbij de neiging om te duiken en te versnellen. Menig piloot werd door dit gedrag verrast en de Camel kreeg dan ook (niet helemaal terecht) de reputatie een bijzonder moeilijk te vliegen, zelfs gevaarlijk, toestel te zijn omwille van zijn rotatiemotor en het daaraan gepaarde gedrag bij het nemen van bochten.
Nog krachtigere en dus grotere versies van de rotatiemotor waren zowel door het gyroscopisch effect als door beperkingen in de op dat moment beschikbare metaallegeringen moeilijk te verwezenlijken en onvermijdelijk stopte de verdere ontwikkeling van dit type motor.
In deel 2 nemen we ruwweg de periode 1916-1930 onder de loep, met aandacht voor motoren met de cilinders in lijn, V of ster.
(Gebruikte bronnen : “Van Zeilvlucht tot Reactiemotor” (W.Kühner, uitgeverij Het Gouden Spoor), “Jane’s All The World’s Aircraft” (diverse jaargangen), diverse websites, eigen documentatie)
(Tekst : Guido Van Roy - Foto’s : Jef Pets, Guido Van Roy)
Klik op onderstaande foto voor een overzichtje van de verscheidenheid aan motoren en de vliegtuigen waarop ze gemonteerd werden.
Pioniersjaren tot circa 1916
De Fransman Clément Ader was één van de pioniers aan het eind van de 19e eeuw die aanspraak dachten te maken op de eerste bemande gemotoriseerde vlucht. Noch zijn Eole (1886) noch zijn Avion III (1892) brachten het verder dan enkele ongecontroleerde sprongetjes, die dan ook niet als “vlucht” erkend werden. Beide vliegmachines hadden grote vleermuisachtige vleugels waaronder een cabine voor de piloot was aangebracht. Het bijzondere was de aandrijving : de Eole beschikte over een 20pk/15kW sterke stoommachine die een 4-bladige propeller aandreef terwijl de Avion III over 2 dergelijke krachtbronnen beschikte die elk een 4-bladige propeller aandreven. Ook andere uitvinders en (would-be) piloten hebben bij mondjesmaat hun geluk beproefd met zogenaamde “lichte” stoommachines, zelfs tot in de jaren 1930, maar succesvol konden die pogingen niet genoemd worden. Een stoommachine kon nu eenmaal niet “licht” geconstrueerd worden vanwege de noodzakelijke componenten : waterreservoir, brander om het water om te zetten in stoom, de eigenlijke motor die stoomdruk omzet in een rotatie van de propeller, radiator (condenser) om de (gasvormige) stoom achteraf weer af te koelen tot (vloeibaar) water, een heel buizenstelsel dat bestand is tegen de stoomdruk en -temperatuur, de nodige controle- en beveiligingselementen.
De eerste officieel erkende bemande gemotoriseerde vlucht komt natuurlijk de gebroeders Wright toe (17 december 1903). Hun succes hadden ze grotendeels te danken aan een wetenschappelijke aanpak, waarbij alles onderbouwd werd door meetresultaten uit proeven. Zo gebruikten ze bijvoorbeeld een zelfbedachte windtunnel ! Ook de motor van 12pk/9kW die de 2 tweebladige propellers van hun Flyer aandreef hadden ze zelf ontworpen omdat ze nergens een bruikbare krachtbron konden vinden die tegelijkertijd voldoende licht en krachtig was. Hun kleine 4-cilinder verbrandingsmotor was luchtgekoeld en gebruikte benzine als brandstof.
De gebroeders Wright waren uiteraard niet de enigen die op zoek waren naar de magische formule om de mens toe te laten zich in de lucht te verheffen. Vanaf 1906 werd Europa, en dan vooral Frankrijk, de bakermat van de ontwikkeling van vliegmachines, al dan niet gestoeld op wetenschappelijke wetmatigheden. Vliegtuigmotoren bestonden uiteraard niet als dusdanig zodat in eerste instantie motoren voor auto’s of motorfietsen op de vliegmachines werden gemonteerd. De verhouding gewicht/motorvermogen bleef daarbij een belangrijke parameter die aan verbetering toe was. Voor auto’s of moto’s was het gewicht van de motor van ondergeschikt belang, maar om een vliegtuig in de lucht te krijgen telde elke (kilo-)gram. Probeersels om gewicht te besparen, dikwijls knutselwerk door zelfverklaarde specialisten, resulteerden gewoonlijk in een verhoogde onbetrouwbaarheid van de motor in kwestie. Benzinemotoren voor auto’s of moto’s waren in die tijd niet bepaald een toonbeeld van bedrijfszekerheid, bij de daarvan afgeleide “lichte vliegtuigmotoren” was het zo mogelijk nog erger. Motorfabrikanten zagen nochtans de lucratieve kant van het verschijnsel “vliegtuig” in en begonnen hun al dan niet aangepaste motorfiets- of automotoren te promoten als “de” ideale krachtbron voor toepassing in een vliegmachine. Van zodra duidelijk werd dat luchtvaart geen tijdelijke gril was maar een fenomeen waarmee in de toekomst geld te verdienen zou zijn schoten bovendien bedrijfjes “gespecialiseerd in vliegtuigmotoren” als paddenstoelen uit de grond.
Zoals gezegd vonden standaard automobielmotoren een toepassing in de vroege vliegtuigen. Zo werd de Farman III (Frankrijk, 1909), een echte klassieker onder de eerste vliegmachines, aanvankelijk aangedreven door een 50pk/37kW Vivinus automotor (4-cilinder-in-lijn) van Belgisch fabricaat. René Hanriot gebruikte dan weer een 6-cilinder-in-lijn Buchet motor van 50pk/37kW op één van zijn ééndekkers uit 1909.
Gedurende een korte periode toonaangevend werden echter de motoren van Anzani, waarvan de bekendste ongetwijfeld de 3-cilinder motor werd, ingebouwd in de Blèriot XI waarmee Louis Blèriot de oversteek van het Kanaal waagde (en slaagde) op 25 juli 1909. Dit type motor was één van de meer populaire types die Anzani op de markt bracht als krachtbron voor motorfietsen. De 3 luchtgekoelde cilinders stonden ten opzichte van elkaar onder een hoek opgesteld waarin met wat fantasie de vorm van een waaier (in het Engels : fan) te herkennen was. Door 2 3-cilindermotoren te combineren bouwde Anzani in 1910 één van de eerste stermotoren (Engelse benaming: radial engine, de cilinders staan inderdaad radiaal of stervormig opgesteld rondom de krukas).
Een andere spraakmakende benzinemotor uit de periode 1906-1909 was zonder twijfel de 8-cilinder vloeistof gekoelde motor die Léon Levavasseur voor de Société Antoinette ontwikkelde, de eerste V-8 motor ter wereld. Het concept van 2 banken van 4 cilinders die onder een hoek ten opzichte van elkaar geplaatst waren en samen 1 krukas aandreven was compleet nieuw en veelbelovend. Met maar liefst 50pk/37kW bij een droog gewicht van 95kg behoorde deze motor tot de krachtigste van zijn generatie. Uiteraard dreef deze motor de verschillende ééndekker vliegtuigen van de firma Antoinette aan, terwijl een handvol exemplaren ook in vliegtuigen van andere pioniers terechtkwamen. Zoals zovele motoren uit deze periode leed de 8-cilindermotor aan een bekend maar vervelend probleem : ondoelmatige koeling, met oververhitting, onregelmatige verbranding en uiteindelijk uitvallen van de motor als resultaat. De grote concurrent van Louis Blèriot voor de oversteek van het Kanaal, Hubert Latham, mocht het tot 2 maal toe ondervinden : motorfalen boven het Kanaal na een succesvol vertrek vanaf Franse bodem (19 juli 1909, na een vliegafstand van 11 km met een Antoinette IV en 27 juli 1909, op minder dan 2km voor de Engelse kust met een Antoinette VII).
Door de lage kwaliteit van de op dat moment beschikbare benzine waren verbrandingsmotoren onderhevig aan onregelmatige ontbranding van het benzine/luchtmengsel resulterend in ernstige vibraties, een fenomeen dat kon onderdrukt worden door de motor uit te rusten met een zwaar vliegwiel. Inderdaad : “zwaar”, net wat we niet nodig hadden ! De Franse firma Société Des Moteurs Gnome kwam dan ook de eer toe één van de belangrijkste motortypes uit de periode net voor de 1 Wereldoorlog te hebben bedacht : de rotatiemotor, waarbij de motor zelf de functie van vliegwiel verrichtte. Na enkele prototypes die in 1906 en 1907 uitgetest werden bouwde de firma Gnome vanaf 1908 de Omega, een 7-cilinder verbrandingsmotor met de cilinders opgesteld in stervorm, waarbij de ganse motor met de daaraan gekoppelde propeller rond de vast gemonteerde krukas draaide. Het grote voordeel was het aanzienlijke vermogen dat deze motor kon produceren (50pk/37kW) voor een laag gewicht (75kg). In 1910 kwam de concurrerende firma Société des Moteurs Le Rhône trouwens met een gelijkaardig type op de markt, onafhankelijk van Gnome ontwikkeld. Beide firma’s smolten in 1915 samen tot de Société des Moteurs Gnome et Rhône. Steeds krachtigere varianten van hun rotatiemotoren in 7- en 9-cilindervorm werden op de markt gebracht, waarbij de laatste versies maar liefst 160pk/120kW produceerden. Tijdens de eerste jaren van de 1e Wereldoorlog werd de rotatiemotor dan ook massaal gebruikt. Zowel de originele Franse rotatiemotoren (Gnome, Le Rhône of vanaf 1915 Gnome et Rhône) of hierop geïnspireerde kopieën (o.a. de Franse Clerget 9B van 130pk/97kW, de Britse Bentley BR1 van 150pk/110kW of de 100pk/75kW sterke Duitse Oberursel U.I, een kopie van de 9-cilinder Gnome Delta gebouwd onder een vooroorlogse licentie) werden massaal toegepast op de eerste militaire vliegtuigen van zowat alle bij de oorlog betrokken landen.
Vanaf 1916 begon het succes van de rotatiemotor echter stilaan te tanen. Rotatiemotoren hadden namelijk enkele belangrijke nadelen. Zowel het brandstof- als het smeermiddelverbruik (gewoonlijk ricinusolie) waren erg hoog, wat een beperking van de actieradius van een vliegtuig met dit type motor inhield. Tevens was het nagenoeg onmogelijk het vermogen van een rotatiemotor te doseren (gevolg van de traagheid van de roterende massa van motor + propeller), tenzij door het tijdelijk onderbreken van de ontsteking (= motor uitschakelen, waarbij het toerental van motor + propeller geleidelijk aan afnam). De piloot van een vliegtuig met rotatiemotor moest dus vooral over veel feeling beschikken om bv. bij landing zijn snelheid te regelen door tijdig de ontsteking te onderbreken of weer te activeren. Bovendien moest het koppel veroorzaakt door de draaiende massa van de motor (gyroscopisch effect) permanent door de piloot gecompenseerd worden. Naarmate de motoren groter en krachtiger werden nam dit probleem toe en de Sopwith Camel is wel het schoolvoorbeeld van de problemen die dit veroorzaakte : trage linkerbochten met tegelijk de neiging om te klimmen (en daardoor te vertragen) maar supersnelle rechterbochten met daarbij de neiging om te duiken en te versnellen. Menig piloot werd door dit gedrag verrast en de Camel kreeg dan ook (niet helemaal terecht) de reputatie een bijzonder moeilijk te vliegen, zelfs gevaarlijk, toestel te zijn omwille van zijn rotatiemotor en het daaraan gepaarde gedrag bij het nemen van bochten.
Nog krachtigere en dus grotere versies van de rotatiemotor waren zowel door het gyroscopisch effect als door beperkingen in de op dat moment beschikbare metaallegeringen moeilijk te verwezenlijken en onvermijdelijk stopte de verdere ontwikkeling van dit type motor.
In deel 2 nemen we ruwweg de periode 1916-1930 onder de loep, met aandacht voor motoren met de cilinders in lijn, V of ster.
(Gebruikte bronnen : “Van Zeilvlucht tot Reactiemotor” (W.Kühner, uitgeverij Het Gouden Spoor), “Jane’s All The World’s Aircraft” (diverse jaargangen), diverse websites, eigen documentatie)
(Tekst : Guido Van Roy - Foto’s : Jef Pets, Guido Van Roy)
Klik op onderstaande foto voor een overzichtje van de verscheidenheid aan motoren en de vliegtuigen waarop ze gemonteerd werden.
