El trabajo de diseño del Griffon comenzó en 1938 a petición de la Fleet Air Arm , para su uso en nuevos diseños de aviones como el Fairey Firefly . En 1939 también se decidió que el motor podría adaptarse para su uso en el Spitfire . El desarrollo se detuvo temporalmente para concentrar los esfuerzos en el Merlin , más pequeño, y el Vulture de 24 cilindros ; el motor no entró en producción hasta principios de la década de 1940.
Según las memorias de Arthur Rubbra , en 1933 se probó una versión despotenciada del motor " R ", conocido en aquel momento con el nombre de Griffon . Este motor, el R11 , [1] que nunca voló, se utilizó para el "desarrollo del Buzzard moderadamente sobrealimentado" (que no se llevó a cabo hasta mucho más tarde) y no tenía relación directa con el Griffon producido en serie en los años 1940.
En 1938, la Fleet Air Arm se puso en contacto con Rolls-Royce y le preguntó si se podía diseñar una versión más grande del Merlin. Los requisitos eran que el nuevo motor tuviera buena potencia a baja altitud y que fuera fiable y fácil de mantener. [2] El trabajo sobre el diseño del motor comenzó poco después. [nb 1] El proceso de diseño fue relativamente sencillo en comparación con el del Merlin, y el primero de los tres prototipos Griffon I se puso en funcionamiento por primera vez en el Departamento Experimental el 30 de noviembre de 1939. [3] [4]
Aunque el Griffon fue diseñado para aviones navales, el 8 de noviembre de 1939 NE Rowe del Ministerio del Aire sugirió instalar el Griffon en un Spitfire . Tres semanas después, se le dio permiso a Supermarine para explorar las posibilidades de adaptar el Griffon al Spitfire; en respuesta, Supermarine emitió la 'Especificación 466' el 4 de diciembre. Esta decisión condujo a un cambio en la disposición de los accesorios del motor para reducir el área frontal del motor tanto como fuera posible. [4] Como resultado, el área frontal del motor Griffon desnudo era de 7,9 pies cuadrados (0,73 m 2 ) en comparación con los 7,5 pies cuadrados (0,70 m 2 ) del Merlin, a pesar de la capacidad mucho mayor del Griffon. [5] Este motor rediseñado funcionó por primera vez el 26 de junio de 1940 y entró en producción como Griffon II.
A principios de 1940, ante la inminente Batalla de Gran Bretaña , por orden de Lord Beaverbrook , Ministro de Producción Aeronáutica , el trabajo en el nuevo motor se detuvo temporalmente para concentrarse en el Merlin más pequeño de 27 L ( 1.650 pulgadas cúbicas ), que ya había superado la potencia lograda con el primer Griffon.
En comparación con los diseños anteriores de Rolls-Royce, el motor Griffon presentó varias mejoras, lo que significó que físicamente era solo un poco más grande que el Merlin, a pesar de su capacidad 36% mayor de 37 litros (2240 pulgadas cúbicas ). [2]
Una diferencia significativa fue la incorporación de los accionamientos del árbol de levas y del magneto en los engranajes de reducción de la hélice en la parte delantera del motor, en lugar de utilizar un sistema separado de engranajes accionados desde el extremo trasero del cigüeñal ; esto permitió reducir la longitud total del motor y hacer que el tren de transmisión fuera más confiable y eficiente. [6] [nb 2] El accionamiento del sobrealimentador también se tomó de la parte delantera del motor, lo que requirió un eje largo para llegar a su ubicación en la parte trasera del motor. [7]
La lubricación del cigüeñal del motor Merlin se realizaba a través de una galería cortada en el bloque del motor para alimentar cada cojinete principal y luego a un cojinete de cabeza de biela adyacente secundario a través de una galería en el propio cigüeñal. El muñón del cigüeñal era el segundo en la línea después del cojinete principal en cuanto a flujo y presión de aceite, y el aceite tenía que fluir primero a través del cojinete principal. El Griffon mejoró este sistema al ser el primer motor aeronáutico de producción de Rolls-Royce en utilizar un cigüeñal hueco como medio de lubricación de los cojinetes principal y de cabeza de biela, con aceite siendo alimentado desde cada extremo del cigüeñal, lo que proporcionaba un flujo uniforme a todos los cojinetes. [6] [8]
En otro cambio respecto de la convención, se montó un magneto doble de alta eficiencia fabricado por BTH en la parte superior de la carcasa de reducción de la hélice; [9] los diseños anteriores de Rolls-Royce usaban magnetos gemelos montados en la parte trasera del motor. [10]
La serie Griffon 61 introdujo un sobrealimentador de dos etapas y otros cambios de diseño: las bombas de aceite a presión ahora estaban alojadas internamente dentro del cárter y se hizo un esfuerzo para eliminar la mayor cantidad posible de tuberías externas. [11] Además, el accionamiento del sobrealimentador se trasladó al cigüeñal en la parte trasera del motor, a través de un eje de torsión corto, en lugar de en la parte delantera del motor, utilizando un eje de transmisión largo como el utilizado por las variantes anteriores de Griffon. [7]
La producción de la versión aerodinámica del Griffon finalizó en diciembre de 1955, mientras que una versión marina, el Sea Griffon , continuó produciéndose para las lanchas de alta velocidad de la RAF. [12]
Descripción general de los componentes básicos (Griffon 65)
De Jane's y Flight. [13] [14]
Grifo, cortado para mostrar los accionamientos de los árboles de levas, etc., en el Museo de la Batalla de Gran Bretaña en la RAF Coningsby
Cilindros
Doce cilindros compuestos por camisas húmedas flotantes de acero con alto contenido de carbono [15] dispuestas en dos bloques de cilindros de dos piezas de aleación de aluminio fundido con culatas y faldones separados. Camisas de cilindro cromadas en los orificios para 2+1 ⁄ 2 pulgadas desde la cabeza. [15] Bloques de cilindros montados con un ángulo incluido de 60 grados sobre las caras superiores inclinadas de un cárter de dos piezas. Culatas equipadas con guías de válvulas de admisión de hierro fundido, guías de válvulas de escape de bronce fosforoso y asientos de válvulas de aleación de acero renovable "Silchrome". Dos bujías diametralmente opuestas sobresalen en cada cámara de combustión .
Pistones
Mecanizado a partir de piezas forjadas de aleación " RR59 " . Pasadores de pistón totalmente flotantes de acero al cromo-níquel endurecido. Dos anillos de compresión y uno de control de aceite perforado sobre el pasador de pistón, y otro anillo de control de aceite perforado debajo.
Bielas
Piezas forjadas de acero al níquel mecanizadas con sección en H, cada par consta de una varilla lisa y una bifurcada . La varilla bifurcada lleva un bloque de cojinete de acero al níquel que aloja cojinetes de aleación de bronce y plomo con respaldo de acero. El "extremo pequeño" de cada varilla alberga un casquillo flotante de bronce fosforoso .
Cigüeñal
De una sola pieza, mecanizado a partir de una forja de acero al cromo-níquel molibdeno endurecido con nitrógeno . Equilibrado estática y dinámicamente . Siete cojinetes principales y seis cojinetes de biela. Conducto de aceite interno, con alimentación desde ambos extremos, utilizado para distribuir lubricantes a los cojinetes principales y de biela. [6] Cojinete delantero "flotante" que consiste en un anillo dentado internamente atornillado al cigüeñal, engranando con e incorporando un anillo semiflotante, estriado internamente a un eje de acoplamiento corto . Eje de acoplamiento estriado en el extremo delantero a la rueda motriz del engranaje reductor de la hélice. [6] Rotación en el sentido de las agujas del reloj cuando se ve desde atrás.
Caja del cigüeñal
Dos piezas fundidas de aleación de aluminio unidas entre sí en la línea central horizontal. La parte superior lleva el cárter de la rueda, los bloques de cilindros y parte de la carcasa del reductor de la hélice ; y lleva los cojinetes principales del cigüeñal (carcasas de acero dulce divididas revestidas con una aleación de plomo y bronce). La mitad inferior forma un cárter de aceite y lleva la bomba de aceite de presión principal, la bomba de operación de cambio de velocidad del supercargador y dos bombas de barrido. También alberga la bomba principal de refrigerante que se acciona a través del mismo tren de engranajes que las bombas de aceite.
Caja de ruedas
Fundición de aleación de aluminio colocada en la parte trasera del cárter. Contiene el sobrealimentador y los accionamientos del sobrealimentador, el acoplamiento de la caja de cambios auxiliar, el indicador de velocidad del motor, la unidad de velocidad constante de la hélice, la bomba del intercooler y la bomba de combustible, así como las bombas de aceite y refrigerante en la mitad inferior del cárter.
Mecanismo de válvulas
Dos válvulas de admisión y dos de escape de acero austenítico al cromo-níquel "KE965" por cilindro. Las válvulas de escape tienen vástagos refrigerados por sodio . Recubrimiento protector " Brightray " (cromo-níquel) en toda la cara de combustión y el asiento de las válvulas de escape, y solo en el asiento de las válvulas de admisión. Cada válvula se mantiene cerrada mediante un par de resortes helicoidales concéntricos . Un solo árbol de levas de siete cojinetes, ubicado centralmente en la parte superior de cada culata, opera 24 balancines de acero individuales ; 12 pivotan desde un eje de balancín en el lado de admisión interior del bloque para accionar las válvulas de escape, y los otros pivotan desde un eje en el lado de escape del bloque para accionar las válvulas de admisión.
Capacidad del motor, flujo de masa y sobrealimentación.
Aunque es una práctica común comparar diferentes motores de pistón y su potencial de rendimiento haciendo referencia a la cilindrada o volumen de barrido del motor , esto no da una lectura precisa de las capacidades de un motor. Según AC Lovesey , quien estuvo a cargo del desarrollo del Merlin, [nb 3] "La impresión aún prevalece de que la capacidad estática conocida como volumen de barrido es la base de comparación de la posible salida de potencia para diferentes tipos de motor, pero este no es el caso porque la salida del motor depende únicamente de la masa de aire que se puede hacer consumir de manera eficiente, y en este sentido el sobrealimentador juega el papel más importante". [16]
A diferencia del Merlin, el Griffon fue diseñado desde el principio para utilizar un sobrealimentador de una sola etapa impulsado por una caja de cambios de dos velocidades, operada hidráulicamente; las versiones de producción inicial, las series Griffon II, III, IV y VI, fueron diseñadas para dar su máxima potencia a bajas altitudes y fueron utilizadas principalmente por el Fleet Air Arm. Las series Griffon 60, 70 y 80 presentaban sobrealimentación de dos etapas y alcanzaban su máxima potencia en altitudes bajas a medias. Los motores de las series Griffon 101, 121 y 130, designados colectivamente Griffon 3 SML , [17] utilizaban un sobrealimentador de dos etapas y tres velocidades, añadiendo un conjunto de engranajes "Low Supercharger (LS)" a los engranajes ya existentes Medium y Full Supercharger (MS y FS). [17] Otra modificación fue aumentar los diámetros de ambos impulsores, aumentando así las altitudes nominales a las que se podía generar la máxima potencia en cada engranaje. [18] Mientras que el 101 continuó impulsando una hélice de cinco palas, las series 121 y 130 fueron diseñadas para impulsar hélices contrarrotativas. [17] En 1946, se instaló un Griffon 101 en el Supermarine Spiteful XVI, RB518 (un Mk.XIV de producción con nuevo motor); este avión alcanzó una velocidad máxima de 494 mph (795 km/h) con equipo militar completo. [19]
Transición piloto
Los pilotos que pasaron de los Merlin a los Spitfire con motor Griffon pronto descubrieron que, debido a que la hélice del motor Griffon giraba en la dirección opuesta a la del Merlin, el caza giraba hacia la derecha en el despegue en lugar de hacia la izquierda. [20] [nb 4] Esta tendencia era aún más marcada con los motores Griffon de las series 60 y 80 más potentes, con sus hélices de cinco palas. Como resultado, los pilotos tuvieron que aprender a aplicar el ajuste izquierdo (babor) en el despegue, en lugar del ajuste derecho (estribor) al que estaban acostumbrados. [21] En el despegue, el acelerador tenía que abrirse lentamente, ya que el giro pronunciado hacia la derecha podía provocar "desplazamiento lateral" y un desgaste severo de los neumáticos. [22]
Algunos Spitfire XIV, 21 y 24 de prueba estaban equipados con hélices contrarrotativas , que eliminaban el efecto del par motor. Los primeros problemas con la compleja caja de cambios que se requería para las hélices contrarrotativas impidieron que llegaran a estar operativas en los Spitfire, pero se utilizaron en aviones posteriores, incluidos los Seafire FR. Mk 46 y F y FR.47, que estaban equipados con Griffon 87 que impulsaban hélices contrarrotativas como equipo estándar. [23] Las series Griffon 57 y 57A, instaladas en instalaciones de la Central Eléctrica Universal (UPP) y que impulsaban hélices contrarrotativas, se utilizaron en el avión de patrulla marítima Avro Shackleton . [24]
Variantes
El Griffon se fabricó en aproximadamente 50 variantes diferentes, siendo el Griffon 130 el último de la serie. A continuación se enumeran los detalles de las variantes representativas:
Grifo IIB
1.730 hp (1.290 kW) a 750 pies (230 m) y 1.490 hp (1.110 kW) a 14.000 pies (4.270 m); sobrealimentador de una sola etapa de dos velocidades; diámetro del impulsor 10 pulgadas (25,4 cm); relaciones de transmisión 7,85:1, 10,68:1. [20] Utilizado en Firefly Mk.I y Spitfire XII .
Grifo VI
Presión máxima de sobrealimentación aumentada, 1.850 hp (1.380 kW) a 2.000 pies (610 m); diámetro del impulsor 9,75 pulgadas (24,7 cm). [20] Utilizado en Seafire Mk. XV y Mk. XVII, Spitfire XII.
1.960 hp (1.460 kW); 2.345 hp (1.749 kW) con inyección de agua y metanol en el despegue: utilizado en el Avro Shackleton . [24]
Grifo 61
Introdujo un supercargador de dos etapas de dos velocidades con posenfriador similar al del Merlin 61; 2035 hp (1520 kW) a 7000 pies (2100 m) y 1820 hp (1360 kW) a 21 000 pies (6400 m); utilizado en Spitfire F.Mk.XIV, Mk.21 .
Grifo 65
Similar al Griffon 61 con diferente engranaje reductor de hélice; Diámetros del impulsor 1.ª etapa: 13,4 pulgadas (34 cm), 2.ª etapa: 11,3 pulgadas (29 cm); [25] utilizado en el Spitfire F.Mk.XIV.
Grifo 72
Se aumentó la presión máxima de refuerzo para aprovechar el combustible de grado 150 ; 2245 hp (1675 kW) a 9250 pies (2820 m).
Grifo 74
Versión con inyección de combustible del Griffon 72; utilizada en Firefly Mk.IV.
Grifo 83
Modificado para impulsar hélices contrarrotativas ; 2.340 hp (1.745 kW) a 750 pies (230 m) y 2.100 hp (1.565 kW) a 12.250 pies (3.740 m).
2.420 hp (1.805 kW); sobrealimentador de dos etapas y tres velocidades con sobrealimentador bajo (LS), sobrealimentador moderado (MS) o sobrealimentador completo (FS); relación de reducción de 4,45; sistema de inyección de combustible Rolls-Royce. [17] Utilizado en Spiteful Mk.XVI.
Grifo 130
2.420 hp (1.805 kW) a 5.000 pies (1.524 m) en tren de aterrizaje LS, 2.250 hp (1.678 kW) a 14.500 pies (4.419 m) MS y 2.050 hp (1.529 kW) a 21.000 pies (6.400 m) FS; relación de reducción 4,44; modificado para impulsar hélices contrarrotativas; sistema de inyección de combustible Rolls-Royce. [18]
Varios Mustang norteamericanos que compitieron en las carreras de la clase Unlimited en las Reno Air Races han sido equipados con Griffons. Entre ellos se encuentran el Red Baron (NL7715C), así como el P-51XR Precious Metal (N6WJ) fabricado a medida y el híbrido Mustang/Learjet Miss Ashley II (N57LR). [29] [30] [31] [32] En todos los casos, se utilizaron Griffons con hélices contrarrotativas, tomadas de los bombarderos de patrulla Avro Shackleton , en estos aviones. El RB51 Red Baron es notable por ostentar el récord mundial de velocidad de 3 kilómetros con motor de pistón de la FAI entre 1979 y 1989 (499,018 mph).
Uso no aeronáutico
El hidroavión Miss Budweiser Unlimited de 1980 dominó el circuito de carreras con un motor Rolls-Royce Griffon. Fue el último de los barcos de competición con motor de pistón, antes de que los motores de turboeje tomaran el relevo.
En los tractores de tracción modernos también se utilizan motores Griffon, simples o dobles, cada uno con una potencia nominal de 3500 hp (2600 kW). [33]
Sobrevivientes
Avro Shackleton Mk 3 en la base aérea Ysterplaat en Sudáfrica, número de serie 1722, también conocido como Pelican 22. Foto tomada el 27 de mayo de 2017 durante la prueba de motores. Ya no está en vuelo, pero se considera que está prácticamente en condiciones de volar.
El motor Griffon sigue utilizándose en los Fireflies restaurados y en los Spitfires posteriores en todo el mundo. El Royal Air Force Battle of Britain Memorial Flight es un operador actual destacado del Griffon.
Supercargador : Supercargador centrífugo de dos velocidades y dos etapas, presión de refuerzo vinculada automáticamente al acelerador, intercooler agua-aire instalado entre la segunda etapa y el motor.
Tipo de combustible: 100 octanos (150 octanos de enero a mayo de 1945)
Sistema de aceite: Cárter seco con una bomba de presión y dos bombas de recuperación
Sistema de refrigeración: mezcla de refrigerante de 70 % agua y 30 % etilenglicol , presurizada. Radiador intercooler refrigerado por líquido con su propio sistema independiente, nuevamente con mezcla de 70/30 % agua/glicol.
^ Aunque el Griffon de 1933 compartía el diámetro y la carrera del motor R con el Griffon I de 1939, el Griffon I era un diseño completamente nuevo. [2]
^ La incorporación de cuatro juegos de engranajes (dos transmisiones de árboles de levas, más engranajes de reducción de la hélice y transmisión del magneto) en una unidad significó que se podía omitir el grupo adicional de engranajes para los magnetos y los árboles de levas, que normalmente estaban montados en la parte trasera del cigüeñal.
^ Después de ayudar a diseñar el supercargador de dos etapas y dos velocidades para el Merlin, Lovesey pasó a ayudar a desarrollar los motores a reacción de Rolls-Royce; aunque la cita se refiere al Merlin, se aplica igualmente al Griffon.
^ La hélice del Griffon giraba hacia la izquierda (en sentido antihorario) cuando se veía desde la cabina.
^ Solo se dan tipos genéricos, el Griffon no era el motor principal de algunos de estos aviones.
^ Beaufighter II, Grifo IIB [26]
^ MS y FS se refieren a las velocidades del soplador del supercargador: moderado/completamente supercargado.
Citas
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