Le gros avantage des radiales au début était leur grande surface frontale , qui leur permettait de les refroidir par air . Un moteur refroidi par air en ligne peut fonctionner assez chaud sur le cylindre arrière. Plus le moteur est gros, plus le problème de refroidissement est important. Il existe d'énormes radiaux refroidis par air, dans des tailles qui seraient impensables pour un moteur en ligne refroidi par air.

Avec l'avancée de la technologie, les moteurs refroidis par eau plus complexes sont devenus plus populaires . Cependant, le refroidissement par air était toujours un gros avantage dans les avions militaires , en raison de l’absence d’un système de refroidissement délicat qui pourrait être endommagé, permettant aux radiales de persister dans cette arène. Bien sûr, de nos jours, personne ne rêverait de mettre un moteur à pistons dans un chasseur.

De nos jours, le refroidissement par liquide est presque universel pour les moteurs à pistons dans des applications générales, les petits avions étant l'un des rares domaines où le refroidissement par air a réussi à tenir dans une certaine mesure (voir ci-dessous.) En l'absence d'un application militaire qui préfère le refroidissement par air, la grande zone frontale est devenue la chute du moteur radial , en raison de la grande traînée aérodynamique qu'il produit. L'autre problème est que l'engrenage des soupapes est assez compliqué, ce qui signifie que les arbres à cames en tête et les multiples soupapes d'admission / d'échappement par cylindre ne sont pas pratiques. Cela rend le rapport efficacité / puissance / poids un gros problème comme suit:

Pour qu'un moteur ait un bon rapport puissance / poids, il doit tourner à un régime élevé. Pour fonctionner à haut régime, il doit respirer efficacement. Pour ce faire avec seulement deux vannes, ils doivent s'ouvrir largement. Pour les empêcher d'entrer en collision avec le piston, le taux de compression doit être faible, ce qui limite l'efficacité. Par conséquent, la plupart des moteurs modernes ont plus de deux soupapes par cylindre pour contourner ce problème.

Lectures complémentaires

Pratt & Whitney R-2800: cylindrée de 46 L, plus de 2000 ch à partir d'un moteur refroidi par air, loin d'être le plus gros!

Excellente animation du réducteur de soupapes, qui tend également à illustrer la difficulté de mettre plus de 2 soupapes sur un cylindre. En outre, beaucoup d'histoire (évidemment.)

Pendant la Seconde Guerre mondiale, les Double Wasps (radial refroidi par air de 46 L) et les Merlins (V refroidi à l'eau de 27 L, sous licence de Rolls Royce en Grande-Bretagne et construit localement par Packard) étaient utilisé par l'armée américaine. J'ai lu une fois une très bonne discussion authentique de la Seconde Guerre mondiale sur la tactique de savoir quand utiliser des chasseurs radiaux refroidis par air et quand utiliser des chasseurs refroidis à l'eau. Malheureusement, je ne peux pas le trouver. Voici l'une des nombreuses discussions sur le sujet. Notez que le Merlin avait des arbres à cames en tête et 4 soupapes par cylindre, comme les moteurs modernes, alors que le Double Wasp n'en avait évidemment pas.

Moteurs modernes refroidis par air

Je suis plus un gars du moteur qu'un gars de l'avion, mais je viens de regarder des moteurs d'aviation modernes refroidis par air. Ils ne sont disponibles que dans des tailles beaucoup plus petites que les moteurs de chasse typiques de la Seconde Guerre mondiale. Typiquement ils ont 4-6 cylindres, trop peu pour un radial, mais assez pour causer des problèmes de refroidissement sur le cylindre arrière en ligne.

Le compromis est un moteur plat (boxer) avec 2 ou 3 cylindres sur de chaque côté. Cela permet également de surmonter deux autres problèmes avec les radiales: les cylindres supérieurs obstruant la vue du pilote et la collecte d'huile dans le cylindre inférieur à l'arrêt. Vous avez également au moins un de ces problèmes avec un inline, selon que vous le montez debout ou inversé.

Les petits moteurs aéronautiques peuvent être refroidis à l'eau ou à l'air. Le concepteur doit se demander: compte tenu de la question de la fiabilité dans l'aviation, le pilote du week-end veut-il vraiment un moteur aussi compliqué que celui de sa voiture, avec refroidissement par eau, cambelts et gestion moteur, tout cela pourrait mal tourner?

Les moteurs refroidis par air que j'ai vus (Lycoming) n'ont que deux soupapes par cylindre, toutes entraînées par un arbre à cames commun. (Un choix plus simple que la bague à came sur un radial) Je n'ai pas vu de moteur plat refroidi par air avec des cames en tête et plusieurs soupapes par cylindre, mais ce serait plus facile à réaliser que de faire la même chose sur un radial.

Les radiaux ont tendance à avoir un excellent rapport poids / puissance, mais ils sont toujours lourds et complexes.

Un autre gros problème est leur surface. Comparez un radial de 300 CV à un 6 cylindres opposés de 300 CV et vous verrez que le radial a probablement 9 cylindres et un gros carter rond qui doit se tenir droit, face au flux d'air. Cela cause beaucoup de traînée. Le moteur opposé, cependant, peut être placé à l'intérieur d'un petit capot aérodynamique avec des ouvertures uniquement pour le refroidissement de l'air (ou aucune, si vous le refroidissez à l'eau).

Je pense que tout cela se résume cependant à que les radiales sont excellentes pour produire des charges de puissance et de couple. Vous pouvez empiler des radiales jusqu'à quelque chose comme 50 cylindres de la taille d'un moteur d'avion avant que le frottement ne provoque des rendements décroissants. Mais quel avion sur le marché a besoin aujourd'hui de 5000 chevaux et d'un moteur de deux tonnes? Les radiaux qui produisent des HP inférieurs peuvent être remplacés par des moteurs opposés nettement plus petits qui fonctionnent aussi bien ou mieux, et les radiaux qui produisent de grandes quantités de HP peuvent être remplacés par des moteurs à turbine qui les surpassent largement dans la partie supérieure.

La seule véritable utilité d'un nouveau moteur radial aujourd'hui est d'entendre la douce musique qu'il produit.

Il est difficile de trouver un modèle général entre les moteurs radiaux et en ligne pendant la Seconde Guerre mondiale. Chaque pays avait des fabricants de moteurs qui produisaient les moteurs pour lesquels ils étaient bons. Une considération importante était la façon dont le moteur fonctionnait en altitude, ce qui nécessitait des surpresseurs ou des turbocompresseurs complexes. Aux États-Unis, le radial était beaucoup plus développé. Le seul moteur en ligne américain à bénéficier d'un bon service était l'Allison V1710, qui manquait d'un compresseur de qualité. Les V1710 turbocompressés ont propulsé le P-38, ce qui en fait un combattant efficace en altitude. Le radial Pratt and Whitney R2800 a été utilisé dans le Hellcat, le Corsair et le P-47. Le Hellcat et le Corsair étaient suralimentés et les performances sont tombées au-dessus de 20 000 pieds, ce qui n'est pas un problème pour un chasseur naval. Le P-47 était turbocompressé. La grande taille du Thunderbolt était due aux conduits de turbocompresseur menant du moteur au refroidisseur intermédiaire et au moteur. Le turbocompresseur a permis au P-47 d'être efficace à haute altitude. Le P-51 est passé de l'Allison V1710 au Packard V1650, une Rolls Royce Merlin construite sous licence. Le V1650 avait un meilleur compresseur pour les performances en altitude.

Au Royaume-Uni, Rolls Royce a produit le superbe Merlin. C'était tellement bon que les avions porte-avions Seafire et Barracuda l'ont utilisé. Au fur et à mesure que la guerre progressait, RR produisit le Griffon, Napier le Sabre en ligne et Bristol les radiales Hercules et Centaurus. Tous ces moteurs étaient capables de conduire un chasseur à grande vitesse.

L'Allemagne a fait passer le FW-190 de radial à en ligne dans le modèle D à la recherche de performances en altitude car le radial BMW manquait d'un bon compresseur à haute altitude. Le FW-190 original devait son existence à ne pas utiliser les précieux moteurs en ligne nécessaires pour le Bf-109.

Le Japon et l'Italie n'ont jamais développé des moteurs en ligne efficaces. Le chasseur Ki-61 était médiocre avec un inline de conception allemande et est devenu le Ki-100 efficace avec un radial. Ils ont également fait passer le bombardier en piqué D4Y en ligne à radial.

Alors que la ligne était plus profilée, la radiale pouvait utiliser le refroidissement par air pour produire de la poussée. L'air entre en froid et laisse chaud (comme un jet). Le radial économisait du poids en éliminant le système de refroidissement liquide, mais le moteur en ligne pouvait fonctionner plus intensément car le refroidissement du moteur était plus efficace, ce qui donnait des moteurs plus petits pour la même puissance. Le radial était moins vulnérable et éliminait la logistique du liquide de refroidissement. À propos, environ 50% du refroidissement dans un radial provient de l'huile, donc même un radial est partiellement refroidi par liquide.

Après la guerre, tous les avions de ligne avant les jets utilisaient des radiaux à une exception près (je peux Je ne me souviens pas qui) alimenté par le RR Merlin. Les fabricants modernes n'ont pas besoin de la puissance massive dans le plus petit poids et volume possible, ils choisissent donc des conceptions plus simples.

Il semble que les concepteurs d'aéronefs ont utilisé ce qu'ils avaient et ne sont passés de radial à en ligne ou vice versa que lorsque être forcé de. Les entreprises qui ont commencé la guerre en fabriquant des inlines ont continué, tout comme les constructeurs radiaux, tandis que les concepteurs d'avions utilisaient ce à quoi ils pouvaient accéder.

Les moteurs radiaux sont meilleurs du point de vue durabilité / mécanique: avoir des pistons répartis radialement répartit mieux les charges et l'arbre sera sollicité de manière égale dans toutes les directions.Pour des raisons de résonance, vous aurez (presque) toujours un nombre impair de pistons .

Les temps ont changé et les techniques de fabrication se sont améliorées *. Les avantages de la conception radiale ne justifient plus la complexité supplémentaire et l'effort de conception requis **, mais même dans ce cas, certains sont encore produits aujourd'hui. De plus, dans certains cas, les moteurs sont simplement des moteurs de voiture réadaptés pour un avion, ce qui réduit sensiblement les coûts de développement.

Comme le mentionne Ratchet, vous disposez également d'un espace limité pour les pistons disposé radialement, ce qui dans l'arrangement linéaire n'est limité que par la longueur disponible (et vous pouvez toujours passer à un arrangement en H pour doubler le nombre de pistons). Même s'il existe des radiales à plusieurs rangées.

Sur le wiki, elles soulèvent également des points intéressants concernant principalement le système de refroidissement, mais aussi concernant le placement du moteur et le champ de vision du pilote.

_{*: principalement la métallurgie (meilleurs matériaux) et les techniques de construction (moins d'imperfections dans les composants). En outre, une meilleure compréhension de la science derrière la combustion a conduit à des conceptions plus efficaces des chambres de combustion qui, avec le carburant, ont augmenté l'efficacité globale des moteurs.}

_{**: sur un moteur radial, vous avez les pistons tout autour (duh) et vous devez donc avoir une ligne de distribution qui atteint tous les côtés du moteur (un côté seulement pour un en ligne standard) et un système d'injection, en particulier pour le bas pistons, cela ne souffre pas d'être «à l'envers» pour toujours. Quelque chose dont l'approche en ligne n'a pas (normalement) besoin de prendre en charge.}

Les cylindres inférieurs peuvent recevoir de l'huile qui fuit au-dessus du piston après avoir réglé le ralenti. Si cela n'est pas géré, des dommages en résulteront. Ils ont fait passer l'hélice à la main dans d'anciens avions de la Seconde Guerre mondiale pour éliminer cette huile.