Sabre Napier - Napier Sabre

Sabre
Napier Sabre01.jpg
Napier Sabre en coupe au London Science Museum.
Taper Moteur d' avion à piston à soupape à manchon H-24 refroidi par liquide
origine nationale Royaume-Uni
Fabricant D. Napier & Fils
Première exécution janvier 1938
Principales applications Hawker Tempest
Hawker Typhoon
Napier-Heston Racer

Le Napier Saber est un britannique H-24-cylindres , refroidi par liquide , la vanne manchon , piston moteur d'avion , conçu par Major Frank Halford et construit par D. Napier & Son pendant la seconde guerre mondiale . Le moteur a évolué pour devenir l'un des moteurs d'avion à pistons en ligne les plus puissants au monde, passant de 2 200 ch (1 600 kW) dans ses versions antérieures à 3 500 ch (2 600 kW) dans les derniers prototypes.

Les premiers avions opérationnels à être propulsés par le Sabre étaient le Hawker Typhoon et le Hawker Tempest ; le premier avion propulsé par le Sabre était le Napier-Heston Racer , qui a été conçu pour capturer le record du monde de vitesse. D'autres avions utilisant le Sabre étaient les premiers prototypes et variantes de production du Blackburn Firebrand , le prototype Martin-Baker MB 3 et un prototype Hawker Fury . L'introduction rapide des moteurs à réaction après la guerre a entraîné la disparition rapide du Sabre, car il y avait moins besoin de moteurs d'avion à pistons militaires de grande puissance et parce que Napier s'est concentré sur le développement de turbopropulseurs tels que le Naiad et l' Eland .

Design et développement

Avant le Sabre, Napier travaillait sur de gros moteurs d'avion depuis un certain temps. Leur plus célèbre était le Lion , qui avait été un moteur très réussi entre les guerres mondiales et sous une forme modifiée avait propulsé plusieurs des concurrents du Trophée Supermarine Schneider en 1923 et 1927, ainsi que plusieurs voitures de record de vitesse terrestre . À la fin des années 1920, le Lion n'était plus compétitif et les travaux de remplacement ont commencé.

Napier a suivi le Lion avec deux modèles de blocs en H : le H-16 Rapier et le H-24 Dagger . Le bloc H a une disposition compacte, composé de deux moteurs opposés horizontalement, l'un au-dessus ou à côté de l'autre. Étant donné que les cylindres sont opposés, le mouvement dans l'un est équilibré par le mouvement du côté opposé, éliminant à la fois les vibrations de premier et de second ordre. Dans ces nouvelles conceptions, Napier a choisi le refroidissement par air mais en service, les cylindres arrière se sont avérés impossibles à refroidir correctement, ce qui a rendu les moteurs peu fiables.

Genèse

Le premier avion conçu autour du moteur Sabre - le Napier-Heston Racer qui s'est écrasé lors des premiers essais en vol.

Au cours des années 1930, des études ont montré le besoin de moteurs capables de développer une puissance par pouce cube de cylindrée (environ 45 kW/ litre ). Une telle puissance de sortie était nécessaire pour propulser des avions suffisamment gros pour transporter de grandes charges de carburant pour les vols à longue distance. Un gros moteur typique de l'époque, le Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp , développait environ 1 200 ch (895 kW) à partir de 1 830 pouces cubes (30 litres), donc une avance d'environ 50 % serait nécessaire. Cela a nécessité des changements radicaux et alors que de nombreuses entreprises ont essayé de construire un tel moteur, aucune n'a réussi.

En 1927, Harry Ricardo publia une étude sur le concept du moteur à soupape à manchon . Il y écrit qu'il est peu probable que les moteurs traditionnels à soupapes en champignon produisent plus de 1 500 ch (1 100 kW), un chiffre que de nombreuses entreprises envisageaient pour les moteurs de la prochaine génération. Pour dépasser cette limite, la vanne à manchon devrait être utilisée, pour augmenter l' efficacité volumétrique , ainsi que pour diminuer la sensibilité du moteur à la détonation, qui était répandue avec les carburants de mauvaise qualité utilisés à l'époque. Halford avait travaillé pour Ricardo 1919-1922 dans leur bureau de Londres et le bureau de Halford en 1923 était à Ladbroke Grove, North Kensington, à seulement quelques kilomètres de Ricardo, tandis que le bureau de Halford en 1929 était encore plus proche (700 mètres), et alors qu'en 1927, Ricardo a commencé à travailler avec Bristol Engines sur une gamme de conceptions de soupapes à manchon, Halford a commencé à travailler avec Napier, en utilisant le Dagger comme base. La disposition du bloc H, avec son équilibre inhérent et la course relativement courte du Sabre, lui a permis de fonctionner à un taux de rotation plus élevé, de fournir plus de puissance à partir d'un déplacement plus petit, à condition qu'un bon rendement volumétrique puisse être maintenu (avec une meilleure respiration), ce que les vannes à manchon pourraient faire.

La société Napier a d'abord décidé de développer un gros moteur 24 cylindres refroidi par liquide, capable de produire au moins 2 000 ch (1 491 kW) à la fin de 1935. Bien que la société ait continué avec la disposition opposée en H du Dagger, cette nouvelle conception a positionné le cylindre blocs horizontalement et il s'agissait d'utiliser des vannes à manchon. Tous les accessoires ont été regroupés de manière pratique au-dessus et au-dessous des blocs-cylindres, plutôt que d'être à l'avant et à l'arrière du moteur, comme dans la plupart des conceptions contemporaines.

Le ministère de l'Air a soutenu le programme Sabre avec une commande de développement en 1937 pour deux raisons : fournir un moteur alternatif si le Rolls-Royce Vulture et le Bristol Centaurus échouaient en tant que prochaine génération de moteurs haute puissance et garder Napier dans le moteur d'avion. industrie. Les premiers moteurs Sabre étaient prêts à être testés en janvier 1938, bien qu'ils soient limités à 1 350 ch (1 000 kW). En mars, ils passaient les tests à 2 050 ch (1 500 kW) et en juin 1940, lorsque le Sabre a réussi le test des 100 heures du ministère de l' Air , les premières versions de production délivraient 2 200 ch (1 640 kW) à partir de leurs 2 238 pouces cubes. (37 litres) cylindrées. À la fin de l'année, ils produisaient 2 400 ch (1 800 kW). La Rolls-Royce Merlin II contemporaine de 1940 générait un peu plus de 1 000 ch (750 kW) pour une cylindrée de 1 647 pouces cubes (27 litres).

Production

Le Hawker Typhoon a été le premier avion propulsé par Sabre opérationnel, entré en service avec la RAF à la mi-1941. Des problèmes avec le moteur Sabre et la cellule ont presque conduit au retrait du service du Typhoon.

Des problèmes ont surgi dès le début de la production de masse. Les moteurs prototypes avaient été assemblés à la main par les artisans de Napier et il s'est avéré difficile de les adapter aux techniques de production à la chaîne. Les manchons échouaient souvent en raison de leur fabrication en acier au chrome-molybdène, entraînant des cylindres grippés, ce qui provoquait la perte de l'unique prototype Martin-Baker MB 3 . Le ministère de la Production aéronautique était responsable du développement du moteur et a fait en sorte que les manchons soient usinés par la Bristol Airplane Company à partir de leurs pièces forgées de moteur Taurus. Ces manchons en acier austénitique nitruré étaient le résultat de nombreuses années de développement intensif de manchons, une expérience que Napier n'avait pas. Des filtres à air ont dû être installés lorsqu'un nouveau problème de manchon est apparu en 1944 lorsque les avions opéraient depuis le sol normand avec sa poussière abrasive et granuleuse.

Le contrôle de la qualité s'est avéré insuffisant, les moteurs étaient souvent livrés avec des pièces moulées mal nettoyées, des segments de piston cassés et des débris de machine laissés à l'intérieur du moteur. Les mécaniciens étaient surmenés pour essayer de faire fonctionner les Sabres et par temps froid, ils devaient les faire fonctionner toutes les deux heures pendant la nuit afin que l'huile moteur ne se fige pas et n'empêche pas le moteur de démarrer le lendemain. Ces problèmes ont été trop longs à résoudre et le moteur a acquis une mauvaise réputation. Pour aggraver les choses, les mécaniciens et les pilotes peu familiers avec la nature différente du moteur, avaient tendance à blâmer le Sabre pour les problèmes causés par le non-respect des procédures correctes. Cela a été exacerbé par les représentants de la société concurrente Rolls-Royce, qui avait son propre programme. En 1944, Rolls-Royce a produit un prototype de conception similaire appelé Eagle .

Napier semblait complaisant et a bricolé le design pour de meilleures performances. En 1942, elle a lancé une série de projets pour améliorer ses performances à haute altitude, avec l'ajout d'un compresseur à trois vitesses et à deux étages , alors que le moteur de base ne fonctionnait toujours pas de manière fiable. En décembre 1942, l'entreprise est rachetée par l' English Electric Company , qui met immédiatement fin au projet de suralimentation et consacre toute l'entreprise à la résolution des problèmes de production, ce qui est rapidement réalisé.

Le camion a des panneaux indiquant " 2 400 chevaux !! La puissance derrière les chasseurs Typhoon & Tempest " et " Napier Sabre - Le moteur d'avion le plus puissant en service au monde ", ainsi que le logo Napier
Un sabre de 2 400 chevaux à l'intérieur d'une maquette du nez d'un avion, monté sur un camion à des fins d'exposition

En 1944, le Sabre V délivrait régulièrement 2 400 chevaux (1 800 kW) et la réputation du moteur commença à s'améliorer. Ce fut la dernière version à entrer en service, utilisée dans le Hawker Typhoon et son dérivé, le Hawker Tempest . Sans le compresseur avancé, les performances du moteur à plus de 20 000 pieds (6 100 m) ont rapidement chuté et les pilotes pilotant des avions propulsés par Sabre ont généralement reçu pour instruction de n'engager le combat qu'en dessous de cette altitude. A basse altitude, les deux avions étaient redoutables. Alors que la supériorité aérienne sur l'Europe continentale était lentement acquise, les Typhoon étaient de plus en plus utilisés comme chasseurs-bombardiers , notamment par la RAF Second Tactical Air Force . Le Tempest est devenu le principal destroyer de la bombe volante V-1 ( Fieseler Fi 103 ), puisqu'il était le plus rapide de tous les chasseurs alliés à basse altitude. Plus tard, le Tempest a détruit une vingtaine d' avions à réaction Messerschmitt Me 262 .

Le développement s'est poursuivi et le dernier Sabre VII a fourni 3 500 ch (2 600 kW) avec un nouveau compresseur. Les moteurs d'essai finaux délivraient 5 500 ch (4 100 kW) à 45 lb/ pouce 2 . À la fin de la Seconde Guerre mondiale, il y avait plusieurs moteurs dans la même classe de puissance. Le Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major à quatre rangées et 28 cylindres radial produisait 3 000 ch (2 280 kW) dans les premiers types et les derniers types produisaient 3 800 ch (2 834 kW), mais ceux-ci nécessitaient presque le double de la cylindrée pour ce faire, 4 360 pouces cubes (71 litres).

Variantes

Noter:

Sabre I (E.107)
(1939) 2 000 chevaux (1 490 kW).
Sabre II
(1940) 2 300 chevaux (1 715 kW). Rapport d'engrenage de réduction d'hélice expérimental de 0,332:1.
Sabre II (variante de production)
2 200 chevaux (1 640 kW). Rapport de réduction 0,274:1 : principalement utilisé dans les premiers Hawker Typhoons .
Sabre IIA
2 235 chevaux (1 665 kW). Système d'allumage révisé : boost maximum +9 lbs.
Sabre IIB
2 400 chevaux (1 790 kW). Carburateur SU à quatre starters : Principalement utilisé dans Hawker Tempest V .
Sabre IIC
2 065 chevaux (1 540 kW). Similaire au Mc VII.
Sabre Napier III
Sabre III
2 250 chevaux (1 680 kW). Similaire au Mk IIA, conçu pour le Blackburn Firebrand : 25 fabriqués et installés.
Sabre IV
2 240 chevaux (1 670 kW). Comme Mk VA avec injection de carburant Hobson : moteur de développement de vol préliminaire pour la série Sabre V. Utilisé dans Hawker Tempest I.
Sabre V
2 600 chevaux (1 940 kW). Développé MK II, compresseur redessiné avec boost accru, système d'induction repensé.
Sabre VA
2 600 chevaux (1 940 kW). Mk V avec injection de carburant Hobson-RAE, commande d'accélérateur et d'hélice à levier unique : utilisé dans Hawker Tempest VI.
Sabre VI
2 310 chevaux (1 720 kW). Mk VA avec ventilateur de refroidissement Rotol : utilisé dans 2 Hawker Tempest V modifiés pour utiliser des radiateurs annulaires conçus par Napier ; aussi dans le Vickers Warwick V expérimental .
Sabre VII
3 055 chevaux (2 278 kW). Mk VA renforcé pour résister à des puissances élevées produites par injection Eau/Méthanol . Plus grande roue de compresseur.
Sabre VIII
3 000 chevaux (2 240 kW). Destiné à Hawker Fury ; testé dans le Folland Fo.108 .
Sabre E.118
(1941) Compresseur à trois vitesses, à deux étages, hélice contrarotative ; test effectué en Fo.108.
Sabre E.122
(1946) 3 500 chevaux. Destiné au combattant sans queue Napier à 500 mph

Applications

Le moteur a été utilisé dans plusieurs avions, y compris les deux chasseurs largement déployés.

Applications - largement déployées

Applications - production limitée et prototypes

Projet de restauration et moteurs exposés

En cours de restauration
Conservé sur l'affichage public
Moteurs Napier sectionnés exposés au public

Spécifications (Sabre VA)

Données de Lumsden

Caractéristiques générales

  • Type : moteur à pistons d'avion de type H suralimenté et refroidi par liquide à 24 cylindres
  • Alésage : 5,0 po (127 mm)
  • Course : 4,75 po (121 mm)
  • Cylindrée : 2 240 po³ (36,65 L)
  • Longueur : 82,25 po (2 089 mm)
  • Largeur : 40 po (1 016 mm)
  • Hauteur : 46 po (1 168 mm)
  • Poids à sec : 2 360 lb (1 070 kg)

Composants

Performance

  • Puissance de sortie : * 2 850 ch (2 065 kW) à 3 800 tr/min et +13 psi (0,9 bar, 56") d'augmentation d'admission
  • 3 040 ch (2 200 kW) à 4 000 tr/min , puissance d'urgence de guerre
  • Puissance spécifique : 1,36 hp/in³ (59,9 kW/L)
  • Taux de compression : 7:1
  • Consommation de carburant : 117 gallons/heure (532 L/h) à vitesse de croisière maximale, engrenage de suralimentation FS ; 241 gallons/heure (1 096 L/h) à la cote de combat maximale, compresseur FS
  • Consommation d'huile : 47 pintes/heure (27 L/h) à vitesse de croisière maximale de 3 250 tr/min et +7 psi (0,48 bar, 14") ; 71 pintes/heure (40 L/h) en régime d'urgence de guerre
  • Rapport puissance/ poids : 1,29 hp/lb (2,06 kW/kg)

Voir également

Moteurs comparables

Listes associées

Les références

Notes de bas de page

Remarques

Bibliographie

Lectures complémentaires

  • Bridgman, Léonard, éd. Jane's All The World's Aircraft 1945-1946 . Londres : Samson Low, Marston & Company, Ltd 1946. ISBN  0-517-67964-7 (copie de 1989 par Crescent Books, NY.)
  • Clostermann, Pierre : Le Grand Spectacle . Londres, Royaume-Uni : Chatto & Windus en association avec William Heinemann, 1953. ISBN  0-297-84619-1 (édition 2004).

Liens externes