DE ONTWIKKELING VAN DE DE ROLLS-ROYCE MERLIN MOTOR

De Rolls-Royce Merlin III

Een van de Engelse technische vindingen die van groot belang waren was de Rolls-Royce Merlin vliegtuig motor. Hij werd niet alleen in de Spitfire gebruikt maar ook in de Hurricane, Lancaster, Mosquito en de Mustang maar ook in varianten van de Halifax, Beaufighter en de Wellington. Vrijwel alle Spitfire's waren voorzien van de verschillende varianten van de Merlin motor. Zelfs vandaag de dag is de Merlin nog een van de meest bewierookte vliegtuigmotoren van alle tijd. Hier gaan we wat dieper in op die ontwikkeling.

HET BEGON MET DE KESTREL

Het ontwerp van de Merlin was te danken aan het grote succes van de Kestrel motor van Rolls-Royce van begin 1930. De Kestrel was een succesvolle V-12 cylinder motor die goed voldeed voor een groot aantal vliegtuigen van die tijd. Hij werd gebruikt voor alle belangrijke Hawker tweedekkers:

de Hart. Audax, Demon, Hardy, Hind en de Osprey en de Fury en de Nimrod jagers, toestellen die een belangrijke rol speelden in de periode tussen de eerste en de tweede wereldoorlog. De Kestrel was Rolls-Royce's eerste gegoten blok. Eerdere motoren hadden losse cylinders die op een krukashuis werden bevestigd terwijl de Kestrel een aluminium blok was waarin de cylinders werden uitgefreesd. Het resultaat was een veel eenvoudiger te bouwen motor die lichter in gewicht was en bovendien slechts een eenmalige uitgave vergde ten behoeve van het machine gereedschap.

Het idee van het vaste blok kwam van de uitmuntende Amerikaanse Curtiss D-12 motor, een van de eerste succesvolle types met een vast blok. De D-12 was een van de krachtigste motoren leverbaar op dat moment en brak het ene na het andere record. Geen Engelse motor fabrikant kon hier aan tippen. Toen de Fairey fabriek die motor koos voor hun Felix ontwerp besloot het Ministerie van Luchtvaart om een opdracht te geven aan Napier & Son en aan Rolls-Royce om ook een vast blok te gaan ontwerpen. De knapste ingenieur van Napier en ontwerper van de beroemde Napier Lion was Arthur Rowledge. Hij was teleurgesteld in de leiding van Napier en besloot een gunstig bod aan te nemen van Rolls-Royce en werd hoofd ontwikkeling van de Kestrel motor. Alle kennis en kunde vanaf het moment van de introductie van de D-12 werd ingezet. Rowledge ontwierp een nieuwe motor met supercharger voor gebruik op alle hoogtes om zodoende de natuurlijk "ademhaling" te verbeteren.

De derde belangrijke peiler in het voordeel van de Kestrel was het gebruik van een hogedruk koelsysteem. Water kookt bij 100graden celsius op zeeniveau maar deze temperatuur neemt af naarmate je hoger komt. Het vermogen om hitte af te voeren uit de motor neemt dus af naarmate je hoger gaat vliegen tenzij je een gigantische radiator gebruikt. De oplossing was dus om de druk in het koelsysteem te verhogen om zodoende ook op grote hoogte voldoende koeling te bewerkstelligen en zelfs op zeeniveau het kookpunt te verhogen. De Kestrel was ontworpen om te werken met hoge druk zodat het kookpunt bij 150 graden lag.

De eerste Kestrel motoren hadden in 1927 een vermogen van 450 Pk wat al snel met de komst van de IB op 525 Pk kwam. Deze motor werd in de bekende Hawker Hart gebruikt in de jaren 1930. Al snel kwam het type V met 697 Pk bij 3000 omwentelingen per minuut op de markt en het type XVI leverde 745 Pk en lag in de Miles Master. In 1935 testte zelfs Messerchmitt zijn prototype Bf 109 V1 met een Kestrel motor.

Toen eind 1930 hoog octaan brandstof beschikbaar kwam kon de superchargerdruk verhoogd worden zonder dat de motor ging pingelen en uiteindelijk kwam de Kestrel XXX van 1940 uit op een vermogen van 1050 Pk.

DE PEREGRINE

Begin dertiger jaren begon Rolls-Royce met de ontwikkeling van een tweetal vliegtuigmotoren. De 700 Pk Rolls-Royce Peregrine was een verbeterde versie van de bestaande 22 liter metende Rolls-Royce Kestrel. Twee, via een gezamenlijke krukas met elkaar verbonden, Kestrel's in een X-24 layout werden

een 1700 Pk leverende Vulture motor die geschikt was voor grotere bommenwerpers. Het was ook mogelijk om de fameuze 36 liter "R" motor uit de Supermarine racevliegtuigen, die weer een ontwikkeling was van de Buzzard motor, aan te passen tot een 1500 Pk leverende Kestrel achtige motor. Dat gebeurde echter pas veel later en zou de Rolls-Royce Griffon gaan heten.

De eerste vooruitzichten voor de Peregrine zagen er goed uit. Echter, met de Peregrine-Vulture oplossing viel er een gat in het gebied tussen de 700 en de 1500 Pk en dus zag Henry Royce een markt voor een krachtiger 12 cylinder die de techniek van de Kestrel gebruikte en in eenmotorige vliegtuigen kon worden gebruikt. De leiding ging accoord met het plan en gaf groen licht voor de ontwikkeling van een motor in de 1100 Pk klasse met de naam PV-12. PV betekende prive ontwikkeling omdat de fabriek geen geld van de overheid kreeg om deze motor te ontwikkelen.

PV-12 WORDT DE MERLIN

De PV-12 was oorspronkelijk ontworpen met het nieuwe water/stoom koelingssysteem dat ook gebruikt werd in de eerdere niet succesvolle Rolls-Royce Goshawk motor. De nieuwe motor werd op 15 oktober 1933 voor de eerste keer gestart en voor het eerst werd ermee gevlogen in april '35 in een Hawker Hart tweedekker. Later werd de oude Hawker Horsley, fabrieks eigendom, met de nieuwe motor uitgerust en werd zodoende prototype 2. In 1936 besloot Rolls-Royce om te investeren in een wat geavanceerder testvliegtuig en men besloot om een Heinkel He 70 aan te schaffen. Dit was een snel Duits verbindingsvliegtuig met een kleine passagiers cabine van waaruit de ingenieurs de te beproeven motor in de gaten konden houden. Een exemplaar van de He 70G met een Kestrel V uitgerust werd door Rolls-Royce gekocht en gebruikt om Merlins in te testen in 1936 en 1937.

Tijdens de proeven met deze motor werden de problemen met de stoomkoeling steeds duidelijker. Vooral tijdens het taxieen traden veel problemen op omdat er dan weinig luchtstroom was over de condensors en de stoom niet tijdig kon afkoelen. Ook tijdens klimmen naar grote hoogten ontstonden er problemen omdat de overtollige warmte niet snel genoeg kon worden afgevoerd. Gelukkig had de Prestone fabriek in Amerika midden dertiger jaren het gebruik van ethyleen glycol als koelmiddel geperfectioneerd. Het was veel efficienter dan water. Toen dit glycol beschikbaar kwam werd de PV-12 omgebouwd tot een conventioneel vloeistof gekoeld systeem.

In 1936 gaf het Ministerie voor Luchtvaart een nieuwe opdracht uit voor de ontwikkel;ing van jagers. Een van de meest opvallende eisen was de topsnelheid. Deze moest minstens 480 Km/u zijn. Dus de motor moest meer vermogen leveren dan de geplande 700 Pk van de Peregrine. Toen het Ministerie lucht kreeg van de nieuwe Rolls-Royce motor stelden ze al snel fondsen ter beschikking om de ontwikkeling te bespoedigen. De motor kreeg de naam Merlin. Het is de naam van een vogel- een kleine valk ook bekend als de duifvalk- en niet de tovenaar uit de legende van Koning Arthur. (In de film "The First of the Few" heeft Sir Henry Royce het over Koning Arthur's Merlijn in plaats van de vogel, maar dat kan ook met de propaganda van die tijd te maken hebben gehad).

Verdere modificaties van het prototype werden weergegeven in hoofdletters achter het woord Merlin. Dus de Merlin B was de eerst motor met glycol koeling. Verdere aanpassingen betroffen de cylinder koppen, de cylinders en het koelsysteem.

De Merlin C was in voldoende hoeveelheden beschikbaar om diverse prototypes van jagers voort te stuwen. Op 6 november 1935 had de Hawker Hurricane (toen nog geen naam) zijn eerste vlucht, aangedreven door een Merlin C van 900 Pk die een Watts 2 blads houten propellor aandreef met een vaste spoed.

Daarna was het de beurt aan de Fairey Battle op 10 maart 1936 en het prototype van de Supermarine Spitfire,

met registratie K5054 op 5 maart 1936. Alles bijeen bouwde en testte Rolls-Royce minstens 33 prototypes eindigend met de productie rijpe Merlin F. Deze motor leverde 1035 Pk en was ondermeer gemonteerd in het prototype van de Spitfire.

DE MERLIN KOMT IN PRODUCTIE

De eerste productie versie Merlin 1 werd toegewezen aan de Fairey Battle. Er werden er 175 van gebouwd en ze waren niet bijster betrouwbaar. Dit had tot gevolg dat Rolls-Royce een ambitieus programma opzette om de betrouwbaarheid van de motoren op een hoger plan te brengen. Er werden willekeurige motoren uit de productie lijn gehaald en deze werden volbelast tot ze kapot gingen. Elk exemplaar werd vervolgens uit elkaar gehaald en het kapotte onderdeel werd opnieuw ontworpen maar nu sterker dan het originele ontwerp. Na twee jaar bleek dat de Merlin een van de betrouwbaarste vliegtuigmotoren ter wereld was en dat deze motor minstens 8 uur probleemloos en continue op gevechts vermogen kon draaien.

Een speciaal probleem van de Merlin 1 was de schuine cylinderkop omdat de kleppen onder een hoek van 45 graden stonden ten opzicht van de cylinder. Deze oplossing was echter geen verbetering en werd daarom vervangen door een opbouw zoals in de Kestrel motor, dus een platte cylinderkop met kleppen parallel aan de cylinders. Deze modificatie heette Merlin II. De Merlin II werd in 1938 geintroduceerd en daarna nam de productie snel toe. De ontwikkeling van de constant speed propellor leidde tot het uitbrengen van de Merlin III, die in feite een Merlin II was met aanpassing voor de CS prop en een aandrijving bezat voor de pomp van de CS unit. De Merlin II en III werden in grote aantallen geproduceerd, meer dan 9700 in totaal. Deze motoren werden in vrijwel alle RAF vliegtuigen gebruikt in die tijd: Hawker Hurricane Mk I, Supermarine Spitfire Mk I, Boulton-Paul Defiant Mk I, Fairey Battle Mk I en de Hawker Henley.

HET ENIGE ALTERNATIEF

Het liep er op uit dat de Peregrine motor alleen werd gebruikt in de

Westland Whirlwind en het prototype van de Gloster F9/37. Hoewel de Peregrine een goed ontwerp bleek te zijn heeft het nooit tot volle wasdom kunnen komen. De top prioriteit van Rolls-Royce was immers om de fouten uit de Merlin te halen. Bovendien had de Peregrine ook niet hetzelfde ontwikkelingspotentieel als de Merlin. De voortreffelijke Whirlwind jager, die twee Peregine motoren had, werd bovendien maar in kleine hoeveelheden geproduceerd. De Vulture motor bleek niet betrouwbaar onder meer door grote problemen met de smering. Daarom verstoorde het de ontwikkeling van de Avro Manchester bommenwerper en de

Hawker Tornado jager. Deze ontwerpen werden daarom ook geschrapt. Toen de Merlin dan ook tegen de 1500 Pk ging leveren werden in 1943 zowel de Peregrine als de Vulture ontwikkeling gestopt. Rolls-Royce kon zijn aandacht toen verleggen naar de Griffon wat weer een ontwikkeling was van de R motor. De Griffon's kwamen in de laatste twee oorlogsjaren ter beschikking. De tweede Engelse vliegtuig motorfabrikant van lijnmotoren was Napier en zij zetten in op de ontwikkeling van een motor volgens een H patroon, met een enorm ontwikkelingspotentieel maar een zeer complex ontwerp. De Napier Dagger in de 1000 Pk klasse was de eerste volgens dit concept maar had problemen met de koeling, onderhoud, fabricage en gewicht. Deze problemen konden niet worden opgelost. De Dagger werd gebruikt in de Hawker Hector en in de Handley Page Hereford, beiden in kleine aantallen geproduceerd en nooit operationeel ingezet.

De 2000 Pk sterke Napier Sabre kwam beschikbaar in 1942 maar de niet opgeloste problemen van zijn voorganger liet toch zijn sporen na en onbetrouwbare kleppen waren de oorzaak van de late introductie van de Hawker Typhoon in 1943.

Zodoende was de Merlin de enige lijnmotor in de eerste oorlogsjaren die overal inzetbaar was.

SPECIFICATIES ROLLS-ROYCE MERLIN III

Type: in lijn vloeistof gekoelde interne verbrandingsmotor

Configuratie: 12 cylinder in v-vorm rechtopstaand met een hoek van 60 graden

Klepbediening: bovenliggende nokkenas, twee inlaat- en twee uitlaat kleppen per cylinder, uitlaatkleppen met sodium vulling

Brandstofsysteem: stijgstroom carburateur met automatische mengsel controle

Smering: carterloos systeem (dry sump) met een drukpomp en twee aanzuigpompen

Koeling: pure ethyleen-glycol koeling, drukloos

Supercharger: 1 traps 1 blads compressor

boring: 137,3 mm slag: 152,2 mm inhoud: 27,04 liter

gewicht: 623,6 kg

vermogen: 1030PK bij 3000 toeren op 1680 m hoogte

(HIER klikken voor het hoofdmenu).