LUchtvaart Nationaal Antwerpen Kempen
LUNAK
VLIEGTUIGMOTOREN - DEEL 7
In deel 6 beschreven we de straalmotoren en de varianten hierop.
Minder krachtige motoren
Zoals in vorige artikels beschreven was de zoektocht naar immer krachtigere motoren er eentje langs vele paden. Nochtans is het niet onder alle omstandigheden nodig of gewenst over een krachtige motor te beschikken. Denken we maar aan lesvliegtuigen : het zou onverantwoord zijn een leerling-piloot voor zijn eerste vliegtochtjes met een vliegtuig voorzien van een 1000pk/750kW sterke motor te confronteren. U hebt toch ook niet leren autorijden in een supercar genre Ferrari of Lamborghini ?
Bij het einde van de 1e Wereldoorlog werden de meeste strijdkrachten geconfronteerd met een overschot aan vliegtuigen. Tussen 1914 en 1918 werden inderdaad massaal vliegtuigen allerhande gebouwd waarvoor na 11 november 1918 plots geen echte behoefte meer was. Soms kochten fabrikanten de door hun gebouwde maar nog ongebruikte vliegtuigen terug om ze (proberen) te slijten op de civiele markt, soms beslisten de strijdkrachten om deze overstock aan dumpingprijzen te verkopen. In de USA kocht bijvoorbeeld Glenn Curtiss een aantal Curtiss JN-4 “Jenny” lesvliegtuigen terug van het US Army Air Corps in de hoop ze met winst weer te kunnen verkopen (wat overigens niet lukte aangezien de vraag naar privé JN-4’s vele malen kleiner was dan het aanbod). Uiteindelijk werd de Jenny wereldberoemd als het vliegtuig bij uitstek van de “barnstormers”, piloten die net na de 1e Wereldoorlog heel Amerika rondtrokken. Initieel verdienden ze hun boterham door het geven van luchtdopen, later evolueerden ze veeleer naar een soort vliegend circus waarbij ze met hun vliegtuigen de meest idiote stunts uithaalden. De Curtiss Jenny was in de populaire JN-4D uitvoering uitgerust met een Curtiss OX-5 motor, een watergekoelde V-8 van 90pk/67kW die nagenoeg 180kg woog. Hoewel deze motor in grote aantallen gebouwd werd was hij bijzonder onbetrouwbaar als gevolg van een resem conceptuele fouten. In zijn voordeel sprak dan weer het feit dat nagenoeg elk probleem tot een duidelijke oorzaak te herleiden was en dankzij de eenvoudige constructie door zowat iedereen te herstellen. Niettemin was deze motor niet echt de krachtbron waarop de naoorlogse vliegtuigfabrikanten zaten te wachten.
Net als in de USA zat ook de Britse Royal Air Force (RAF) verveeld met een overstock aan vliegtuigen. Zo mogelijk was de interesse voor voormalige militaire vliegtuigen vanuit de privésector bij de Britten nog kleiner dan in de USA. De beginnende burgerluchtvaart, waar reeds gedroomd werd van commercieel vervoer van post en/of passagiers, zag wel brood in enkele aangepaste bommenwerpers (bv. De Havilland DH4, Handley-Page O/400) terwijl een handvol ex-militaire piloten kleinere toestellen opkochten voor privégebruik (bv. Caudron G.III, De Havilland DH6) maar tot een massaal gebruik van voormalige militaire toestellen kwam het niet. Vliegtuigen die specifiek ontworpen waren voor passagiers- en postvervoer evenals lichtere machines voor club- en privégebruik zouden de toon aangeven in de naoorlogse civiele vliegwereld.
In 1923, 1924 en 1926 organiseerde het Britse Air Ministry de Lympne Light Aircraft Trials, een ontwerpwedstrijd voor lichte vliegtuigen die in de maanden september of oktober van de genoemde jaartallen uitmondde in een vergelijkende competitie op het vliegveld van Lympne (nabij Folkestone aan de Britse Oostkust). Hoewel deze wedstrijd resulteerde in meerdere fraaie toestellen waren de voorgeschreven beperkingen op het vlak van gewicht, motorvermogen en brandstofverbruik eerder hinderlijk dan bevorderlijk.
Eén van de deelnemers in 1923 was Geoffrey De Havilland met de DH53 Hummingbird ééndekker, oorspronkelijk voorzien van een 750cc Douglas motorfietskrachtbron die later vervangen werd door een 26pk/19kW Blackburne Tomtit V2. De DH53 werd beschouwd als één van de betere deelnemers aan de Light Aircraft Trials van 1923, maar Geoffrey De Havilland was ervan overtuigd dat privépiloten (terecht) niet veel voelden voor een vliegtuig dat hopeloos “underpowered” was. Los van de Lympne competities vatte hij dus enkele nieuwe vliegtuigontwerpen aan waarbij hij moest vaststellen dat er geen geschikte motoren beschikbaar waren voor efficiënt maar veilig gebruik door vliegclubs. De belangrijkste eisen waaraan de motoren moesten voldoen waren in enkele woorden samen te vatten : brandstofzuinig, onderhoudsarm en met een motorvermogen in overeenstemming met het beoogde doel.
De De Havilland DH51 tweedekker (eerste vlucht in 1924) werd aanvankelijk aangedreven door een luchtgekoelde V-8 RAF 1A van 90pk/67kW afkomstig uit de oorlogsoverschotten van de Royal Air Force. Het vermogen van deze motor was weliswaar ruim voldoende, maar omdat hij niet over dubbele ontsteking beschikte, ondertussen een eis voor vliegtuigmotoren in de burgerluchtvaart, mocht hij niet gebruikt worden. Noodgedwongen monteerde De Havilland dan maar de 120pk/90kW Airdisco (volledige naam Aircraft Disposal Company, afgekort ADC of Airdisco), een luchtgekoelde V-8 die wel over dubbele ontsteking beschikte en tevens voor een prikje in de RAF stocks kon aangekocht worden. En nu komt het geniale : De Havilland vroeg motorspecialist Frank Halford om de V-8 Airdisco om te bouwen naar een 4-in-lijn motor die 60pk/45kW zou leveren : de Cirrus. De combinatie van de De Havilland DH60 Moth met de Cirrus motor bleek een schot in de roos, zelfs in die mate dat vanaf 1928 de RAF stocks van Airdisco motoren uitgeput geraakte en er dus een einde kwam aan de ombouw naar de 4-in-lijn Cirrus. Er werd dan ook een nieuwe firma opgezet, Cirrus Aero Engines Limited, die volledig nieuwe Cirrus motoren bouwde.
Frank Halford had ondertussen een nieuwe motor ontworpen, de De Havilland Gipsy. Net als de Cirrus was dit een luchtgekoelde vier-in-lijn motor, met een iets hoger vermogen (100pk/75kW in zijn eerste versies, later 120pk/90kW). Ook de nadelen van de Cirrus en Gipsy waren dezelfde : het zicht naar voren werd voor de piloot nagenoeg onmogelijk gemaakt door de boven de motorkap uitstekende cilinders. De motor lager monteren was onmogelijk vanwege de noodzakelijke bodemvrijheid voor de propeller, die rechtstreeks op de laag gemonteerde krukas zat. Volgende geniale zet van Frank Halford : we draaien de motor gewoon om, zodat de cilinders naar beneden hangen (een concept dat trouwens reeds in 1923 werd toegepast door de Duitse motorbouwer Hirth in de 80pk/60kW HM60). De nu bovenaan liggende krukas maakte wel een lagere montage van de motor mogelijk zodat de piloot eindelijk over een nagenoeg ongehinderd zicht naar voren kon beschikken. Deze nieuwe motorvariant, eveneens goed voor 120pk/90kW, werd de Gipsy III genoemd en werd achtereenvolgens verfijnd in de 130pk/95kW Gipsy IIIA en de Gipsy Major. Laatstgenoemde werd niet alleen de standaard krachtbron van de meest uiteenlopende vliegtuigen van De Havilland waaronder de populaire De Havilland DH82 Tiger Moth (1e vlucht 26 oktober 1931) maar werd ook toegepast door Auster, Miles, Percival, enz… Ook de meeste naoorlogse SV-4B’s van de Belgische Luchtmacht werden met deze motor uitgerust. Tevens vormde de Gipsy Major de basis voor een ganse familie Gipsy motoren, zowel in de basis 4-cilinder versie als in de 6-cilinder (Gipsy Six) en V-12 (Gipsy Twelve) uitvoering. Andere motorfabrikanten bouwden, onafhankelijk van De Havilland, sinds de late jaren 1920 gelijkaardige motoren (bv. Renault 4P zoals o.a. gebruikt in de SV-4A en SV-4C, Blackburn Cirrus Major zoals gebruikt in enkele SV-4B’s van de Belgische Luchtmacht, Menasco Pirate zoals o.a. gebruikt op de Canadese DH82C Tiger Moth, enz…).
Een andere kleine Britse motor die we zeker moeten vernoemen is de Pobjoy Niagara, vanaf 1934 in produktie genomen bij de firma Pobjoy Airmotors. Deze 7-cilinder stermotor met een vermogen van 84pk/63kW tot 125pk/93kW (afhankelijk van de versie) kon slechts in beperkte mate succesvol genoemd worden maar op technologisch vlak was het destijds toch een opmerkelijk buitenbeentje. Door de motor op een hoger toerental te laten draaien dan het gangbare in de luchtvaartwereld kwam een in verhouding hoger vermogen beschikbaar op de uitgaande motoras. Nadeel was dan weer dat dit hogere toerental niet rechtstreeks naar de propellor kon gevoerd worden zodat een reducerende overbrenging gemonteerd werd. Net deze tandwielkast gaf de Pobjoy Niagara zijn karakteristiek uiterlijk met een propelleras die zich een eind boven het midden van de 7-cilinder ster bevond. De Niagara werd onder andere gemonteerd op de kleine Comper Swift éénzitter en op de 2-motorige Short Scion en 4-motorige Scion Senior passagiersvliegtuigen.
Ook in de USA was de privévliegerij vanaf de jaren 1920 in volle ontwikkeling. Met de regelmaat van de klok werden nieuwe vliegtuigtypes voorgesteld die voor elke privépiloot het summum van snelheid, comfort en veiligheid beloofden in ruil voor een bijna verwaarloosbaar brandstofverbruik en een minimum aan onderhoudskosten. In hoeverre deze beloften allemaal gehaald werden laten we in het midden, feit is dat we in de eerste jaren na de 1e Wereldoorlog veel sport- en lesvliegtuigen zien verschijnen met 5- en 7-cilinder stermotoren. Populaire motortypes waren o.a. de 5- en 7-cilinder Warner Scarab (vanaf 1927, diverse uitvoeringen met vermogens tussen 90pk/67kW en 185pk/136kW), de 5-cilinder Wright Whirlwind (vanaf 1929, diverse uitvoeringen met vermogens tussen 165pk/123kW en 175pk/130kW), de 5-cilinder Kinner motoren (diverse types, vermogens tussen 100pk/75kW en 245pk/180kW). Hoewel stermotoren op een zekere populariteit konden rekenen werd er ook gekeken naar andere bouwvormen die potentieel zelfs beter geschikt beloofden te zijn voor de “eenvoudigere” privéluchtvaart.
Eén van de eerste uitvoeringen van een verbrandingsmotor was de door Karl Benz in 1897 gebouwde benzinemotor (bedoeld voor de door hem bedachte automobielen), waarbij de 2 cilinders tegenover elkaar horizontaal opgesteld stonden. Dit concept werd later bekend onder de benaming “boxermotor” (soms ook “flat engine” genoemd). De belangrijkste voordelen waren de beperkte lengte en het lage zwaartepunt. Enkele experimentele uitzonderingen niet te na gesproken werden boxermotoren binnen de luchtvaartwereld vrijwel uitsluitend ontwikkeld in uitvoeringen met relatief laag vermogen, hoofdzakelijk toepasbaar op sport- en lesvliegtuigen, net omwille van de beperkte afmetingen. Vliegtuigfabrikant Aeronca bouwde vanaf 1929 de 30pk/22kW E-107 2-cilinder boxermotor ten behoeve van haar éénzits C-2 hoogdekker. Het concept met de horizontaal langs weerszijden van de krukas opgestelde cilinders vond navolging in 4-, 6- en 8-cilinder vorm bij diverse fabrikanten waaronder Continental Motors Company (bv. de serie 4-cilinder motoren A40 van 40pk/30kW die o.a. toegepast werd op de Piper J-2 en de A65 van 65pk/48kW die o.a. op de Piper J-3 Cub te vinden was). Ook na de 2e wereldoorlog bleef het succes van de boxermotor in (vooral) Amerikaanse general aviation vliegtuigen bestaan en tot op heden is dit type motor nog steeds in productie. We denken daarbij aan het grote gamma van Lycoming Engines en Continental Aerospace Technologies. Uiteraard zijn de huidige geproduceerde motoren op zowat alle mogelijke punten verbeterd ten opzichte van hun voorgangers uit de jaren 1930, maar wat gebleven is is de ongeëvenaarde betrouwbaarheid, deels te danken aan het feit dat deze motoren hun maximum vermogen leveren bij een relatief laag toerental (typisch ergens tussen 2400 en 2600 toeren per minuut - ter vergelijking : de Pobjoy Niagara leverde zijn maximum vermogen bij ruim 3600tpm).
Toch beginnen deze “traditionele” fabrikanten meer en meer terrein te verliezen aan de producten van de Oostenrijkse fabrikant BRP-Rotax die oorspronkelijk naam maakte met motoren voor o.a. sneeuwscooters, jetski’s, karts en boten, zich geleidelijk aan opwerkte als motorleverancier voor ultralights (ook ULM of UltraLight Motorized genoemd) en tegenwoordig tevens motoren voor het general aviation segment bouwt met vermogens tussen 80pk/60kW en 160pk/120kW. In tegenstelling tot de klassieke vliegtuigmotoren van de eerder genoemde fabrikanten draaien Rotax-motoren aan een veel hoger toerental (maximum vermogen geleverd bij 6000 tot 6500tpm, afhankelijk van het type), waardoor deze motoren voor een gegeven vermogen veel kleiner kunnen zijn, dus lichter en zuiniger. Nadeel is dan weer dat een toerental reducerende overbrenging tussen krukas en propelleras noodzakelijk is om het propellertoerental op een acceptabel niveau te brengen. Over de betrouwbaarheid hoeft de gebruiker zich allang geen zorgen meer te maken dankzij de toepassing van moderne materialen aangevuld met een degelijke koeling en goede smering.
Wat het specifieke geluid van Rotax motoren betreft : dit wordt veroorzaakt door een combinatie van hoog motortoerental, overbrenging en uitlaat.
Motoren voor homebuilts
Het zelf bouwen van een vliegtuig als alternatief voor een in een fabriek gebouwd “standaard” model is nagenoeg even oud als de luchtvaart zelf. Tegenwoordig zijn “homebuilts” big business, zowel voor firma’s die basismaterialen aanbieden als voor fabrikanten van “kits”. Desgewenst kan men u een volledig vliegtuig leveren… in onderdelen. Hoewel de zelfbouw van zo’n homebuilt flink gereglementeerd is blijft er voor de bouwer toch voldoende vrijheid over om zijn vliegtuig een persoonlijke touch te geven. Eén van die vrijheden kan bijvoorbeeld de keuze van het type motor zijn, binnen bepaalde door de ontwerper opgegeven grenzen (o.a. minimum en maximum vermogen, gewicht).
Zowel in het interbellum als in de periode net na de 2e Wereldoorlog was het aanbod voor de amateurbouwer grotendeels beperkt tot vliegtuigmotoren die ook door fabrikanten van lichte vliegtuigen gebruikt werden, al werd hier en daar bij wijze van besparing toch een aangepaste auto- of motorfietskrachtbron ingezet.
Hoewel behoorlijk zwaar werd de motor van de VW Kever vanaf de jaren 1960/1970 regelmatig toegepast om een homebuilt vliegtuig aan te drijven. Deze luchtgekoelde 4-cilinder boxermotor had een reputatie van betrouwbaarheid en kon, mits enig knutselwerk, aangepast worden voor dubbele ontsteking of opgevoerd worden om meer vermogen te leveren.
De oorspronkelijke VW-Kevermotor vormde de basis voor enkele specifiek voor de (homebuilt-)luchtvaart aangepaste varianten door o.a. de firma’s Stamo (Stark Motoren) en Hepu (Heinz Pollman Fahrzeugmotoren und Flugmotorenbau Uffeln-Ulotho). Hun aangepaste VW-krachtbronnen werden o.a. gebruikt op zowel fabrieks- als homebuilt versies van de Tipsy Nipper, Evans VP-1 Volksplane, Pober Pixie, enz. De latere grote VW boxermotoren, zowel de lucht- als watergekoelde versies zoals toegepast in de VW Transporter, werden vanaf de jaren 1970 gebruikt als basis voor de vliegtuigmotoren die bv. door Limbach Flugmotoren werden gecommercialiseerd (o.a. toegepast op de Scheibe SF-25 Falke motorzwever en de Lucas L-6A homebuilt).
De hiervoor beschreven “fabrieksmotoren” werden soms onderworpen aan verdere aanpassingen met het oog op betere prestaties, zoals bv. de Barry Smith 55pk conversie van de oorspronkelijke 45pk Stamo.
Recenter zien we op homebuilts het verschijnen van Subaru watergekoelde 4-cilindermotoren en af en toe een Mazda Wankelmotor (voor de werking hiervan verwijzen we naar deel 8 waarin we een aantal motoren met afwijkende werkingsprincipes zullen beschrijven). Niettemin blijft het gros van de homebuilts gebruik maken van “gewone” vliegtuigmotoren, zoals de old-school Continental en Lycoming boxermoteren of modernere Rotax en Jabiru motoren.
Motoren voor ultralights
Na de wereldwijde oliecrisis van 1973 werd zowat iedereen getroffen door de sterk gestegen olieprijzen. Ook de luchtvaartwereld werd hierdoor geplaagd, zodat recreatief vliegen er voor veel amateurpiloten niet meer inzat. Als reactie hierop ontstond de ultralightbeweging : eenvoudige, goedkope, lichte en vooral zuinige vliegtuigjes moesten het vliegen weer haalbaar maken voor iedereen. De allereerste ultralights (microlights in het Brits taalgebruik) waren dan ook opgebouwd rond het strikte minimum om zich in de lucht te verheffen, aangedreven door een kleine (en uiteraard lichte) motor. Niet zelden waren deze motoren afkomstig van mobiele of stationaire werktuigen (bv. kettingzagen, pompen, generatoren), sneeuwscooters of motorfietsen. Ook “gehalveerde” VW-Kever motoren (van 4 naar 2 cilinders) konden op een zekere populariteit rekenen. Typische vermogens voor de toenmalige ultralights situeerden zich tussen 15pk/11kW en 50pk/37kW. Al snel stortten een aantal motorfabrikanten zich op het ontluikende ultralight gebeuren met ofwel volledig nieuwe ontwerpen ofwel specifieke luchtvaartvarianten van bestaande producten.
Hieronder sommen we enkele populaire motorfabrikanten uit de jaren 1980 op. Deze lijst is op geen enkele manier volledig te noemen maar moet een idee geven hoe het grote aanbod aan ultralightmotoren tot stand kwam.
- Cuyuna Engine Company (USA) : motoren voor sneeuwscooters, aangepast voor ultralight gebruik.
- Gobler Hirthmotoren (West-Duitsland) : bouwde na de 2e wereldoorlog vooral motoren voor gebruik op boten, pompen, generatoren en sneeuwscooters. Enkelen hiervan werden aangepast voor gebruik op ultralights.
- JPX (Frankrijk) : uitvoeringen met 1, 2 en 4-cilinders, specifiek voor de ultralight luchtvaart.
- Kawasaki (Japan) : motoren voor motorfietsen, aangepast aan het gebruik op ultralights.
- KFM (Komet Flight Motor, Italië) : luchtvaartafdeling van Italian American Motor Engineering die hoofdzakelijk motoren bouwde voor karts. De KFM motoren waren deels gebaseerd op de kartmotoren van het moederbedrijf.
- König Motorenbau (West-Duitsland) : bouwde oorspronkelijk motoren voor raceboten en -motorfietsen, voor ultralight vliegtuigen werden 3- en 4-cilinder stermotoren ontwikkeld.
- Limbach Flugmotoren (West-Duitsland) : vliegtuigmotoren, specifiek voor ultralights bouwde men bv. een 2-cilinder boxermotor die gebaseerd was op een gehalveerde VW-Kever motor.
- BRP-Rotax (Bombardier Recreational Products, Oostenrijk) : aanvankelijk fabrikant van lichte motoren voor sneeuwscooters, motorfietsen, jetski’s, karts. Evolueerde naar een wereldspeler op het vlak van vliegtuigmotoren van beperkt vermogen voor zowel ultralights als general aviation (huidig gamma : van 80pk/60kW tot 160pk/120kW).
- Zenoah (Komatsu Zenoah Co, Japan) : bouwde hoofdzakelijk motoren voor kettingzagen vooraleer aangepaste motoren voor ultralights op de markt te brengen.
Niet al deze fabrikanten overleefden de soms bikkelharde onderlinge concurrentie. Ook de matige betrouwbaarheid van sommige motoren noopte enkele fabrikanten ertoe zich te heroriënteren naar hun oorspronkelijke markt.
Ondertussen is het ultralight segment binnen de luchtvaart zijn oorspronkelijke opzet (goedkoop vliegen voor iedereen) ontgroeid, zelfs in die mate dat de topmodellen probleemloos kunnen wedijveren met hun evenknieën in de “gewone” recreatieve luchtvaart. Deze trend op het vlak van vliegmachines wordt gevolgd door de motoren. Motorfabrikanten die oorspronkelijk enkel krachtbronnen voor de ultralight markt produceerden, met Rotax als bekendste voorbeeld, vinden steeds meer toegang tot het volledige luchtvaartgebeuren.
(Gebruikte bronnen : diverse websites, “The Great Planes” (James Gilbert, Madison Square Press Book 1970), “Van Zeilvlucht tot Reactiemotor” (W.Kühner, uitgeverij Het Gouden Spoor), “Guide to Homebuilts - 8th edition” (Peter M. Bowers, TAB Books, 1981), “Ultralight & Microlight Aircraft of the World - second edition” (Alain-Yves Berger & Norman Burr, Haynes Publishing Group, 1985), “Jane’s All The World’s Aircraft” (diverse jaargangen), eigen documentatie)
In deel 8 leggen we de focus op enkele in de luchtvaart minder gekende of populaire motor-technologieën.
(Tekst: Guido Van Roy - Foto’s: Marc Van Ryssel, Jef Pets, Guido Van Roy)
Klik op onderstaande foto voor een overzichtje van de verscheidenheid aan motoren en de vliegtuigen waarop ze gemonteerd werden.
In deel 6 beschreven we de straalmotoren en de varianten hierop.
Minder krachtige motoren
Zoals in vorige artikels beschreven was de zoektocht naar immer krachtigere motoren er eentje langs vele paden. Nochtans is het niet onder alle omstandigheden nodig of gewenst over een krachtige motor te beschikken. Denken we maar aan lesvliegtuigen : het zou onverantwoord zijn een leerling-piloot voor zijn eerste vliegtochtjes met een vliegtuig voorzien van een 1000pk/750kW sterke motor te confronteren. U hebt toch ook niet leren autorijden in een supercar genre Ferrari of Lamborghini ?
Bij het einde van de 1e Wereldoorlog werden de meeste strijdkrachten geconfronteerd met een overschot aan vliegtuigen. Tussen 1914 en 1918 werden inderdaad massaal vliegtuigen allerhande gebouwd waarvoor na 11 november 1918 plots geen echte behoefte meer was. Soms kochten fabrikanten de door hun gebouwde maar nog ongebruikte vliegtuigen terug om ze (proberen) te slijten op de civiele markt, soms beslisten de strijdkrachten om deze overstock aan dumpingprijzen te verkopen. In de USA kocht bijvoorbeeld Glenn Curtiss een aantal Curtiss JN-4 “Jenny” lesvliegtuigen terug van het US Army Air Corps in de hoop ze met winst weer te kunnen verkopen (wat overigens niet lukte aangezien de vraag naar privé JN-4’s vele malen kleiner was dan het aanbod). Uiteindelijk werd de Jenny wereldberoemd als het vliegtuig bij uitstek van de “barnstormers”, piloten die net na de 1e Wereldoorlog heel Amerika rondtrokken. Initieel verdienden ze hun boterham door het geven van luchtdopen, later evolueerden ze veeleer naar een soort vliegend circus waarbij ze met hun vliegtuigen de meest idiote stunts uithaalden. De Curtiss Jenny was in de populaire JN-4D uitvoering uitgerust met een Curtiss OX-5 motor, een watergekoelde V-8 van 90pk/67kW die nagenoeg 180kg woog. Hoewel deze motor in grote aantallen gebouwd werd was hij bijzonder onbetrouwbaar als gevolg van een resem conceptuele fouten. In zijn voordeel sprak dan weer het feit dat nagenoeg elk probleem tot een duidelijke oorzaak te herleiden was en dankzij de eenvoudige constructie door zowat iedereen te herstellen. Niettemin was deze motor niet echt de krachtbron waarop de naoorlogse vliegtuigfabrikanten zaten te wachten.
Net als in de USA zat ook de Britse Royal Air Force (RAF) verveeld met een overstock aan vliegtuigen. Zo mogelijk was de interesse voor voormalige militaire vliegtuigen vanuit de privésector bij de Britten nog kleiner dan in de USA. De beginnende burgerluchtvaart, waar reeds gedroomd werd van commercieel vervoer van post en/of passagiers, zag wel brood in enkele aangepaste bommenwerpers (bv. De Havilland DH4, Handley-Page O/400) terwijl een handvol ex-militaire piloten kleinere toestellen opkochten voor privégebruik (bv. Caudron G.III, De Havilland DH6) maar tot een massaal gebruik van voormalige militaire toestellen kwam het niet. Vliegtuigen die specifiek ontworpen waren voor passagiers- en postvervoer evenals lichtere machines voor club- en privégebruik zouden de toon aangeven in de naoorlogse civiele vliegwereld.
In 1923, 1924 en 1926 organiseerde het Britse Air Ministry de Lympne Light Aircraft Trials, een ontwerpwedstrijd voor lichte vliegtuigen die in de maanden september of oktober van de genoemde jaartallen uitmondde in een vergelijkende competitie op het vliegveld van Lympne (nabij Folkestone aan de Britse Oostkust). Hoewel deze wedstrijd resulteerde in meerdere fraaie toestellen waren de voorgeschreven beperkingen op het vlak van gewicht, motorvermogen en brandstofverbruik eerder hinderlijk dan bevorderlijk.
Eén van de deelnemers in 1923 was Geoffrey De Havilland met de DH53 Hummingbird ééndekker, oorspronkelijk voorzien van een 750cc Douglas motorfietskrachtbron die later vervangen werd door een 26pk/19kW Blackburne Tomtit V2. De DH53 werd beschouwd als één van de betere deelnemers aan de Light Aircraft Trials van 1923, maar Geoffrey De Havilland was ervan overtuigd dat privépiloten (terecht) niet veel voelden voor een vliegtuig dat hopeloos “underpowered” was. Los van de Lympne competities vatte hij dus enkele nieuwe vliegtuigontwerpen aan waarbij hij moest vaststellen dat er geen geschikte motoren beschikbaar waren voor efficiënt maar veilig gebruik door vliegclubs. De belangrijkste eisen waaraan de motoren moesten voldoen waren in enkele woorden samen te vatten : brandstofzuinig, onderhoudsarm en met een motorvermogen in overeenstemming met het beoogde doel.
De De Havilland DH51 tweedekker (eerste vlucht in 1924) werd aanvankelijk aangedreven door een luchtgekoelde V-8 RAF 1A van 90pk/67kW afkomstig uit de oorlogsoverschotten van de Royal Air Force. Het vermogen van deze motor was weliswaar ruim voldoende, maar omdat hij niet over dubbele ontsteking beschikte, ondertussen een eis voor vliegtuigmotoren in de burgerluchtvaart, mocht hij niet gebruikt worden. Noodgedwongen monteerde De Havilland dan maar de 120pk/90kW Airdisco (volledige naam Aircraft Disposal Company, afgekort ADC of Airdisco), een luchtgekoelde V-8 die wel over dubbele ontsteking beschikte en tevens voor een prikje in de RAF stocks kon aangekocht worden. En nu komt het geniale : De Havilland vroeg motorspecialist Frank Halford om de V-8 Airdisco om te bouwen naar een 4-in-lijn motor die 60pk/45kW zou leveren : de Cirrus. De combinatie van de De Havilland DH60 Moth met de Cirrus motor bleek een schot in de roos, zelfs in die mate dat vanaf 1928 de RAF stocks van Airdisco motoren uitgeput geraakte en er dus een einde kwam aan de ombouw naar de 4-in-lijn Cirrus. Er werd dan ook een nieuwe firma opgezet, Cirrus Aero Engines Limited, die volledig nieuwe Cirrus motoren bouwde.
Frank Halford had ondertussen een nieuwe motor ontworpen, de De Havilland Gipsy. Net als de Cirrus was dit een luchtgekoelde vier-in-lijn motor, met een iets hoger vermogen (100pk/75kW in zijn eerste versies, later 120pk/90kW). Ook de nadelen van de Cirrus en Gipsy waren dezelfde : het zicht naar voren werd voor de piloot nagenoeg onmogelijk gemaakt door de boven de motorkap uitstekende cilinders. De motor lager monteren was onmogelijk vanwege de noodzakelijke bodemvrijheid voor de propeller, die rechtstreeks op de laag gemonteerde krukas zat. Volgende geniale zet van Frank Halford : we draaien de motor gewoon om, zodat de cilinders naar beneden hangen (een concept dat trouwens reeds in 1923 werd toegepast door de Duitse motorbouwer Hirth in de 80pk/60kW HM60). De nu bovenaan liggende krukas maakte wel een lagere montage van de motor mogelijk zodat de piloot eindelijk over een nagenoeg ongehinderd zicht naar voren kon beschikken. Deze nieuwe motorvariant, eveneens goed voor 120pk/90kW, werd de Gipsy III genoemd en werd achtereenvolgens verfijnd in de 130pk/95kW Gipsy IIIA en de Gipsy Major. Laatstgenoemde werd niet alleen de standaard krachtbron van de meest uiteenlopende vliegtuigen van De Havilland waaronder de populaire De Havilland DH82 Tiger Moth (1e vlucht 26 oktober 1931) maar werd ook toegepast door Auster, Miles, Percival, enz… Ook de meeste naoorlogse SV-4B’s van de Belgische Luchtmacht werden met deze motor uitgerust. Tevens vormde de Gipsy Major de basis voor een ganse familie Gipsy motoren, zowel in de basis 4-cilinder versie als in de 6-cilinder (Gipsy Six) en V-12 (Gipsy Twelve) uitvoering. Andere motorfabrikanten bouwden, onafhankelijk van De Havilland, sinds de late jaren 1920 gelijkaardige motoren (bv. Renault 4P zoals o.a. gebruikt in de SV-4A en SV-4C, Blackburn Cirrus Major zoals gebruikt in enkele SV-4B’s van de Belgische Luchtmacht, Menasco Pirate zoals o.a. gebruikt op de Canadese DH82C Tiger Moth, enz…).
Een andere kleine Britse motor die we zeker moeten vernoemen is de Pobjoy Niagara, vanaf 1934 in produktie genomen bij de firma Pobjoy Airmotors. Deze 7-cilinder stermotor met een vermogen van 84pk/63kW tot 125pk/93kW (afhankelijk van de versie) kon slechts in beperkte mate succesvol genoemd worden maar op technologisch vlak was het destijds toch een opmerkelijk buitenbeentje. Door de motor op een hoger toerental te laten draaien dan het gangbare in de luchtvaartwereld kwam een in verhouding hoger vermogen beschikbaar op de uitgaande motoras. Nadeel was dan weer dat dit hogere toerental niet rechtstreeks naar de propellor kon gevoerd worden zodat een reducerende overbrenging gemonteerd werd. Net deze tandwielkast gaf de Pobjoy Niagara zijn karakteristiek uiterlijk met een propelleras die zich een eind boven het midden van de 7-cilinder ster bevond. De Niagara werd onder andere gemonteerd op de kleine Comper Swift éénzitter en op de 2-motorige Short Scion en 4-motorige Scion Senior passagiersvliegtuigen.
Ook in de USA was de privévliegerij vanaf de jaren 1920 in volle ontwikkeling. Met de regelmaat van de klok werden nieuwe vliegtuigtypes voorgesteld die voor elke privépiloot het summum van snelheid, comfort en veiligheid beloofden in ruil voor een bijna verwaarloosbaar brandstofverbruik en een minimum aan onderhoudskosten. In hoeverre deze beloften allemaal gehaald werden laten we in het midden, feit is dat we in de eerste jaren na de 1e Wereldoorlog veel sport- en lesvliegtuigen zien verschijnen met 5- en 7-cilinder stermotoren. Populaire motortypes waren o.a. de 5- en 7-cilinder Warner Scarab (vanaf 1927, diverse uitvoeringen met vermogens tussen 90pk/67kW en 185pk/136kW), de 5-cilinder Wright Whirlwind (vanaf 1929, diverse uitvoeringen met vermogens tussen 165pk/123kW en 175pk/130kW), de 5-cilinder Kinner motoren (diverse types, vermogens tussen 100pk/75kW en 245pk/180kW). Hoewel stermotoren op een zekere populariteit konden rekenen werd er ook gekeken naar andere bouwvormen die potentieel zelfs beter geschikt beloofden te zijn voor de “eenvoudigere” privéluchtvaart.
Eén van de eerste uitvoeringen van een verbrandingsmotor was de door Karl Benz in 1897 gebouwde benzinemotor (bedoeld voor de door hem bedachte automobielen), waarbij de 2 cilinders tegenover elkaar horizontaal opgesteld stonden. Dit concept werd later bekend onder de benaming “boxermotor” (soms ook “flat engine” genoemd). De belangrijkste voordelen waren de beperkte lengte en het lage zwaartepunt. Enkele experimentele uitzonderingen niet te na gesproken werden boxermotoren binnen de luchtvaartwereld vrijwel uitsluitend ontwikkeld in uitvoeringen met relatief laag vermogen, hoofdzakelijk toepasbaar op sport- en lesvliegtuigen, net omwille van de beperkte afmetingen. Vliegtuigfabrikant Aeronca bouwde vanaf 1929 de 30pk/22kW E-107 2-cilinder boxermotor ten behoeve van haar éénzits C-2 hoogdekker. Het concept met de horizontaal langs weerszijden van de krukas opgestelde cilinders vond navolging in 4-, 6- en 8-cilinder vorm bij diverse fabrikanten waaronder Continental Motors Company (bv. de serie 4-cilinder motoren A40 van 40pk/30kW die o.a. toegepast werd op de Piper J-2 en de A65 van 65pk/48kW die o.a. op de Piper J-3 Cub te vinden was). Ook na de 2e wereldoorlog bleef het succes van de boxermotor in (vooral) Amerikaanse general aviation vliegtuigen bestaan en tot op heden is dit type motor nog steeds in productie. We denken daarbij aan het grote gamma van Lycoming Engines en Continental Aerospace Technologies. Uiteraard zijn de huidige geproduceerde motoren op zowat alle mogelijke punten verbeterd ten opzichte van hun voorgangers uit de jaren 1930, maar wat gebleven is is de ongeëvenaarde betrouwbaarheid, deels te danken aan het feit dat deze motoren hun maximum vermogen leveren bij een relatief laag toerental (typisch ergens tussen 2400 en 2600 toeren per minuut - ter vergelijking : de Pobjoy Niagara leverde zijn maximum vermogen bij ruim 3600tpm).
Toch beginnen deze “traditionele” fabrikanten meer en meer terrein te verliezen aan de producten van de Oostenrijkse fabrikant BRP-Rotax die oorspronkelijk naam maakte met motoren voor o.a. sneeuwscooters, jetski’s, karts en boten, zich geleidelijk aan opwerkte als motorleverancier voor ultralights (ook ULM of UltraLight Motorized genoemd) en tegenwoordig tevens motoren voor het general aviation segment bouwt met vermogens tussen 80pk/60kW en 160pk/120kW. In tegenstelling tot de klassieke vliegtuigmotoren van de eerder genoemde fabrikanten draaien Rotax-motoren aan een veel hoger toerental (maximum vermogen geleverd bij 6000 tot 6500tpm, afhankelijk van het type), waardoor deze motoren voor een gegeven vermogen veel kleiner kunnen zijn, dus lichter en zuiniger. Nadeel is dan weer dat een toerental reducerende overbrenging tussen krukas en propelleras noodzakelijk is om het propellertoerental op een acceptabel niveau te brengen. Over de betrouwbaarheid hoeft de gebruiker zich allang geen zorgen meer te maken dankzij de toepassing van moderne materialen aangevuld met een degelijke koeling en goede smering.
Wat het specifieke geluid van Rotax motoren betreft : dit wordt veroorzaakt door een combinatie van hoog motortoerental, overbrenging en uitlaat.
Motoren voor homebuilts
Het zelf bouwen van een vliegtuig als alternatief voor een in een fabriek gebouwd “standaard” model is nagenoeg even oud als de luchtvaart zelf. Tegenwoordig zijn “homebuilts” big business, zowel voor firma’s die basismaterialen aanbieden als voor fabrikanten van “kits”. Desgewenst kan men u een volledig vliegtuig leveren… in onderdelen. Hoewel de zelfbouw van zo’n homebuilt flink gereglementeerd is blijft er voor de bouwer toch voldoende vrijheid over om zijn vliegtuig een persoonlijke touch te geven. Eén van die vrijheden kan bijvoorbeeld de keuze van het type motor zijn, binnen bepaalde door de ontwerper opgegeven grenzen (o.a. minimum en maximum vermogen, gewicht).
Zowel in het interbellum als in de periode net na de 2e Wereldoorlog was het aanbod voor de amateurbouwer grotendeels beperkt tot vliegtuigmotoren die ook door fabrikanten van lichte vliegtuigen gebruikt werden, al werd hier en daar bij wijze van besparing toch een aangepaste auto- of motorfietskrachtbron ingezet.
Hoewel behoorlijk zwaar werd de motor van de VW Kever vanaf de jaren 1960/1970 regelmatig toegepast om een homebuilt vliegtuig aan te drijven. Deze luchtgekoelde 4-cilinder boxermotor had een reputatie van betrouwbaarheid en kon, mits enig knutselwerk, aangepast worden voor dubbele ontsteking of opgevoerd worden om meer vermogen te leveren.
De oorspronkelijke VW-Kevermotor vormde de basis voor enkele specifiek voor de (homebuilt-)luchtvaart aangepaste varianten door o.a. de firma’s Stamo (Stark Motoren) en Hepu (Heinz Pollman Fahrzeugmotoren und Flugmotorenbau Uffeln-Ulotho). Hun aangepaste VW-krachtbronnen werden o.a. gebruikt op zowel fabrieks- als homebuilt versies van de Tipsy Nipper, Evans VP-1 Volksplane, Pober Pixie, enz. De latere grote VW boxermotoren, zowel de lucht- als watergekoelde versies zoals toegepast in de VW Transporter, werden vanaf de jaren 1970 gebruikt als basis voor de vliegtuigmotoren die bv. door Limbach Flugmotoren werden gecommercialiseerd (o.a. toegepast op de Scheibe SF-25 Falke motorzwever en de Lucas L-6A homebuilt).
De hiervoor beschreven “fabrieksmotoren” werden soms onderworpen aan verdere aanpassingen met het oog op betere prestaties, zoals bv. de Barry Smith 55pk conversie van de oorspronkelijke 45pk Stamo.
Recenter zien we op homebuilts het verschijnen van Subaru watergekoelde 4-cilindermotoren en af en toe een Mazda Wankelmotor (voor de werking hiervan verwijzen we naar deel 8 waarin we een aantal motoren met afwijkende werkingsprincipes zullen beschrijven). Niettemin blijft het gros van de homebuilts gebruik maken van “gewone” vliegtuigmotoren, zoals de old-school Continental en Lycoming boxermoteren of modernere Rotax en Jabiru motoren.
Motoren voor ultralights
Na de wereldwijde oliecrisis van 1973 werd zowat iedereen getroffen door de sterk gestegen olieprijzen. Ook de luchtvaartwereld werd hierdoor geplaagd, zodat recreatief vliegen er voor veel amateurpiloten niet meer inzat. Als reactie hierop ontstond de ultralightbeweging : eenvoudige, goedkope, lichte en vooral zuinige vliegtuigjes moesten het vliegen weer haalbaar maken voor iedereen. De allereerste ultralights (microlights in het Brits taalgebruik) waren dan ook opgebouwd rond het strikte minimum om zich in de lucht te verheffen, aangedreven door een kleine (en uiteraard lichte) motor. Niet zelden waren deze motoren afkomstig van mobiele of stationaire werktuigen (bv. kettingzagen, pompen, generatoren), sneeuwscooters of motorfietsen. Ook “gehalveerde” VW-Kever motoren (van 4 naar 2 cilinders) konden op een zekere populariteit rekenen. Typische vermogens voor de toenmalige ultralights situeerden zich tussen 15pk/11kW en 50pk/37kW. Al snel stortten een aantal motorfabrikanten zich op het ontluikende ultralight gebeuren met ofwel volledig nieuwe ontwerpen ofwel specifieke luchtvaartvarianten van bestaande producten.
Hieronder sommen we enkele populaire motorfabrikanten uit de jaren 1980 op. Deze lijst is op geen enkele manier volledig te noemen maar moet een idee geven hoe het grote aanbod aan ultralightmotoren tot stand kwam.
- Cuyuna Engine Company (USA) : motoren voor sneeuwscooters, aangepast voor ultralight gebruik.
- Gobler Hirthmotoren (West-Duitsland) : bouwde na de 2e wereldoorlog vooral motoren voor gebruik op boten, pompen, generatoren en sneeuwscooters. Enkelen hiervan werden aangepast voor gebruik op ultralights.
- JPX (Frankrijk) : uitvoeringen met 1, 2 en 4-cilinders, specifiek voor de ultralight luchtvaart.
- Kawasaki (Japan) : motoren voor motorfietsen, aangepast aan het gebruik op ultralights.
- KFM (Komet Flight Motor, Italië) : luchtvaartafdeling van Italian American Motor Engineering die hoofdzakelijk motoren bouwde voor karts. De KFM motoren waren deels gebaseerd op de kartmotoren van het moederbedrijf.
- König Motorenbau (West-Duitsland) : bouwde oorspronkelijk motoren voor raceboten en -motorfietsen, voor ultralight vliegtuigen werden 3- en 4-cilinder stermotoren ontwikkeld.
- Limbach Flugmotoren (West-Duitsland) : vliegtuigmotoren, specifiek voor ultralights bouwde men bv. een 2-cilinder boxermotor die gebaseerd was op een gehalveerde VW-Kever motor.
- BRP-Rotax (Bombardier Recreational Products, Oostenrijk) : aanvankelijk fabrikant van lichte motoren voor sneeuwscooters, motorfietsen, jetski’s, karts. Evolueerde naar een wereldspeler op het vlak van vliegtuigmotoren van beperkt vermogen voor zowel ultralights als general aviation (huidig gamma : van 80pk/60kW tot 160pk/120kW).
- Zenoah (Komatsu Zenoah Co, Japan) : bouwde hoofdzakelijk motoren voor kettingzagen vooraleer aangepaste motoren voor ultralights op de markt te brengen.
Niet al deze fabrikanten overleefden de soms bikkelharde onderlinge concurrentie. Ook de matige betrouwbaarheid van sommige motoren noopte enkele fabrikanten ertoe zich te heroriënteren naar hun oorspronkelijke markt.
Ondertussen is het ultralight segment binnen de luchtvaart zijn oorspronkelijke opzet (goedkoop vliegen voor iedereen) ontgroeid, zelfs in die mate dat de topmodellen probleemloos kunnen wedijveren met hun evenknieën in de “gewone” recreatieve luchtvaart. Deze trend op het vlak van vliegmachines wordt gevolgd door de motoren. Motorfabrikanten die oorspronkelijk enkel krachtbronnen voor de ultralight markt produceerden, met Rotax als bekendste voorbeeld, vinden steeds meer toegang tot het volledige luchtvaartgebeuren.
(Gebruikte bronnen : diverse websites, “The Great Planes” (James Gilbert, Madison Square Press Book 1970), “Van Zeilvlucht tot Reactiemotor” (W.Kühner, uitgeverij Het Gouden Spoor), “Guide to Homebuilts - 8th edition” (Peter M. Bowers, TAB Books, 1981), “Ultralight & Microlight Aircraft of the World - second edition” (Alain-Yves Berger & Norman Burr, Haynes Publishing Group, 1985), “Jane’s All The World’s Aircraft” (diverse jaargangen), eigen documentatie)
In deel 8 leggen we de focus op enkele in de luchtvaart minder gekende of populaire motor-technologieën.
(Tekst: Guido Van Roy - Foto’s: Marc Van Ryssel, Jef Pets, Guido Van Roy)
Klik op onderstaande foto voor een overzichtje van de verscheidenheid aan motoren en de vliegtuigen waarop ze gemonteerd werden.
