Daimler Benz vs Merlin

Il Merlin è il discendente di una famiglia di motori degli anni '30, fra i quali si misero in luce il Kestrel ed il Model «R», utilizzato, quest'ultimo, per potenziare l'ultimo vincitore della Coppa Schneider, il Supermarine S613.

Il Merlin 1 ,capostipite della famiglia, era basato su un'architettura a V diritta, dove cioè i cilindri hanno la testa verso l'alto, esso ne ebbe 12, disposti su due bancate a 60°, per una cilindrata totale di 27 litri.

La potenza del motore aumentò di di generazione in generazione nel corso del conflitto, và però notato che peso specifico del Merlin invece, nel corso della sua vita operativa, venne riducendosi, in parallelo alla crescita di potenze via via maggiori, passando da 0,54 kg/HP del Merlin 1 a 0,423 kg/HP del Merlin 500.

Dai 1.040 HP dei primi Merlin 1 e Il si giunse al «massimo relativo» delle serie 130 e 131 di 2.060 HP e al «massimo assoluto» del modello RM17M di 2.640 HP. A titolo di confronto, si pensi che il progenitore Rolls Royce R, da record (Vickers Supermarine S6B), sviluppava 2.650 HP a 3.200 rpm, alimentato da una miscela «esotica» di 60% di Metanolo, 30% di Benzene, 9% di Ace-tone ed 1% di Piombo Tetraetile.

Il motore inglese era un propulsore alternativo raffreddato a liquido (una miscela composta da un 70% di Acqua e un restante 30% di Glicole Etilenico) : il sistema di raffreddamento a liquido, tipico dei motori in linea, pur ottimo dal punto di vista dei risultati, rendeva il Merlin ben più vulnerabile di un qualsiasi altro motere radiale raffreddato ad aria

Il compressore centrifugo non serviva tuttavia, come ad esempio nei Pratt and Whitney, a rispristinare la potenza in quota, ma a incrementarla fin dal livello del mare.

Fu con lo spitfire mkIX che si passo dal dal compressore centrifugo monostadio ad un velocità a quello a due velocità bistadio che garantiva una migliore curva di potenza in quota, il cambio veniva azionato da una capsula aneroide in grado di "sentire" il cambio di quota attraverso la densità dell'aria.

Una scelta cruciale fu quella dell'adozione di un sistema di alimentazione a carburatore. I tecnologi britannici sono stati sempre, per tradi-zione. piuttosto «conser-vatori».

Quando gli Hurricare e gli Spiffire della RAF cominciarono a scontrarsi con i Me.109E della Luftwaffe. emerse un grave problema, che non sarebbe stato affrontato sui Merlin I e II, ma solo sui modelli successivi.

I Merlin non solo perdevano regolarmente colpi ma giungevano talvolta a spegnersi in volo. Alla rimessa. si generavano nuvole di fumo nero, quando ormai i Me.109E erano ormai lontani.

Riferendoci alla Fig.2, caso a, osserviamo uno dei corpi dei carburatore; esso risuita appropriatamente alimentato dalla pompa del motore, seppur in condizioni di g positivi. Il livello di carburante è regolare ed il galleggiante si dispone orizzontalmente.

Quando però il velivolo, e quindi il motore, viene sottoposto a g negativi (vedi il caso b). il galleggiante. per inerzia, si inclina e, mentre l'alimentazione dalla pompa non viene interrotta. il carburante presente nella vaschetta si dispone verso l'alto della stessa. interrompendo il flusso regolare al motore.

Anche in g positivi però, le cose non andavano molto bene. In tali condizioni (vedi il caso c), si poteva verifi-care che il carburante andasse a sovralimentare la mandata, dando orígine ad una miscela troppo ricca, la qual cosa risultava particolarmente disastrosa in quota, dove data la minore densità specifica dell'aria è necessaria una miscela povera. In tali condizioni, lontane da quelle ottimali, il motore si ingolfava, generando vistose fumate nere, che fuoriuscívano dai tubi di scarico.

Per ovviare a questi inconvenienti, i tecnici della Rolls Royee svilupparono una semplice modifica che consisteva nell'installazione di un diaframma nel carburatore. Essa venne applicata per la prima volta al Merlin 50 di uno Spit Vb di un reparto di North Weald (Essex), il quale venne convertito presso la base sperimentale di Boscombe Down, nel dicembre 1941. La scarsa efficacia del rimedio spinse i responsabili del programma a restringere la modifica ai soli caccia del reparto.

Intervenne a questo punto il Royal Aircraft Establishment (RAE) di Farnborough: quest'ultimo, installò, in ciascun corpo del carburatore SU. cinque nuove parti. La modifica aveva i I vantaggio di essere semplice e di poter venire introdotta sui campi, in modo facile ed accessibile anche da parte del personale di terra della RAF.

Come si può vedere nel caso d venne installata una fiangia, che era in grado di andare a «pescare» il carburante anche quando esso, sottoposto ai g negativi, si disponeva nel volume alto della vaschetta, Si installò anche una valvola a sfera, che, in tali condizioni, chiudeva il flusso verso lo sfiato.

Si aggiunse, quindi, una vite di regolazione dei fondo corsa del comando dello spillo e si allungò quest'ultimo, dotandolo di una nuova estremità, in modo da incrementare la parzializzazíone del flusso in mandata dalla pompa, nel caso di g positivi (per ovviare ad una miscela troppo rìcca).

La prima versione della sua modifica consisteva in un diaframma, posto esternamente al carburatore, fra quest'uffirno e la pompa. Da questa soluzione si passò a quella dell'estensíone dell'ago, che restringeva al solo «carburettor SU» l'area di intervento.

Questa seconda fondamentale modifica entro in produzione soltanto durante il 1942, il che significa, che se il MKIX si può considerare sostanzialmente esente da questi problemi sotto G negativi, altrettanto non si può dire dello Spitfire MkVb e c la cui vita operativa come caccia di prima linea in teatri primari fu effettivamente limitata al 1941-42, in quanto proprio nel 1942, con l'apparizione del FW-190a3 nei cieli Francesi e della Manica la RAF nacque uno degli aerei "tappabuco" più riusciti del conflitto...... Si trattava appunto dell' MKIX, la cui struttura era ricalcava sostanzialmente il MkV e che montava inizialmente il nuovo Merlin 61 da 1390 cavalli turbocompressore bifase a due velocità, infine nel 1944 entrava in linea ll Merlin 63 da 1710 cavalli, montato sugli MkIXE.

La serie 60 sembra dunque vedere risolto il problema delle sollecitazioni centrifughe e centripete, rimanevano comunque due pecche a questi straordinari motori, legate al permanere del sistema di alimentazione a carburatore:

1) Abbiamo appena visto come il Carburator SU dotato dei nuovi "improvements" fosse ormai in grado di "pescare" la miscela dal carburatore in qualunque posizione essa si trovasse (e la posizione era appunto legata ai G, si veda in figura 2); non era tuttavia in grado di distribuire la stessa ai cilindri in maniera altrettanto precisa ed indifferente ai G quanto un sistema ad iniezione. Questo significava in pratica che, per quanto fossero ormai superati i problemi maggiori (lo shut off in G negativi e l'ingolfamento in G positivi), restavano problemi di minore entità, ma non proprio trascurabilì, cioè:

2) Il secondo handicap ancora riscontrato era la risposta alla manetta, la quale non poteva essere tanto pronta quanto quella di un motore con sistema ad iniezione, il che risultava in un problema soprattutto di fronte a manovre in cui fosse stato necessario togliere potenza.

Un esempio può essere il classico split s senza manetta effettuato da un 109 già sufficientemente veloce da effettuare la manovra (220+ mph), che tuttavia togliendo manetta nello split non può essere seguito dallo spit se questi non fà altrettanto, è tuttavia al termine dell'inversione che il 109 si trovava a poter sfruttare, oltre che la propria superiore accelerazione (dovuta alla minore resistenza aerodinamica della fusoliera e dell'ala nonchè al minor carico per metro quadrato di quest'ultima) anche e soprattutto la notevole lentezza dello Spit a recuperare i giri sacrificati per lo split..... Se lo spit avesse dunque seguito il 109 in questa manovra si sarebbe trovato in definitiva lontano dalla vittima designata, dopo aver inutilmente perduto quota.... In ogni caso un buon pilota di Spit non avrebbe mai seguito quello split s a 7 g ;)

Accompagnarono poi tutta la vita operativa dei Merlin problemi di corretta lubríficazione del motore durante il volo invertito, i serbatoi dell'olio rimanevano infatti in tal senso deficitari.

A titolo di curiosità riporto poi il fatto che questi «ímprovements» vennero ostegiati negli ambienti ufficiali, in quanto le vecchie mentalità ritenevano che consentire ai piloti qualsiasi manovra acrobatíca li avrebbe distratti dal vero scopo della mis-sione che stavano compíendo.

Questa resistenza da parte dei comandi britannici va forse letta come un'iniziativa volta a preservare la prudenza dei piloti britannici fino ad allora abituati a non seguire i 109 nelle loro vertiginose picchiate evasive, cosa considerata quantomai "sana" anche da Johnny Johnson, li maggiore asso della RAF, autore di "Wing leader" e pilota di Spit.

L'esperienza maturata dall'americana Packard, che produsse su licenza i Merlin destinati ai P-51 Mustang e alle versioni F e L dei P-40 (rispettiva-mente il Kittyhawk Il e il «Gipsy Rose Lee»), venne trasferita in Inghilterra. La ditta statunitense aveva applicato al V1710 un carburatore Bendix Stromberg, sulle proprie versioni del Merlin. Il sistema spruzzava il carburante, con una pressione relativamente bassa, direttamente nel primo stadio del compressore, con il vantaggio di causare l'abbassamento della temperatura della miscela (dovuto al calore latente di evaporazione) senza alcun problema di regolazione tipico dei carburatori con galleggiante.

Il difetto principale di questo sistema era invece connesso alla presenza di aria nelle linee, che poteva comportare anche il totale spegnimento del motore. In effetti, sullo Spiffire, al fine di massimizzare l'autonomia, era pratica comune quella di consumare tutto il carburante presente nei serbatoi sganciabili. Questa azione causava l'ingresso di aria nelle tubazioni e il rimedio fu quello di installare un nuovo sfiato nel circuito di dosaggio, che agiva drenando il carburante.

Successivamente all'introduzione del sistema Bendix Stromberg, fu sviluppato in Inghilterra un nuovo carburatore SU, che iniettava in modo continuo la benzina, a pressione moderata, nel primo stadio del compressore, per mezzo di una speciale pompa SU. Quest'ultima utilizzava la velocità angolare del motore e la pressione di alimentazione come input per regolare l'erogazione di carburante, ma fu introdotta solamente dall serie 100 in avanti (vanno esclusi dunque tutti gli mk IX).

Infatti la produzione britannica cominciò ad introdurre il Bendix solo nei modelli 66, 70, 76, 77 e 85: questo significa dunque che non fu applicato sugli mkIX b e c, capaci di 1710 hp che potrebbero essere simili a quello modellato in AH.....Mi duole tuttavia dire, ma questa è la verità, che il modello Mk IX e ne era effettivamente dotato, il che significa che subiva molto meno le differenze di G........Rimane comunque un dato piuttosto "confortante" confermato tra l'altro anche dalla fonte più partigiana ( a favore dello spit :) di tutte, la Spitfire Society britannica ( http://www.spitfiresociety.demon.co.uk/engines.htm ).

Infine abbiamo anche visto il problema di presenza di aria nelle linee, che poteva comportare anche il totale spegnimento del motore, il quale tuttavia essendo pressochè casuale difficilmente si potrà introdurrein un simulatore.....Ultimissima cosa, ricordo come invece si potrebbe limitare l'autonomia dello Spit, alla luce di quanto visto sui serbatoi supplementari (che non potevano essere usati sino in fondo).

- Il Merlin dello SPIT V di AH: il modello diAH ignora completamente 2 caratteristiche fondamentali di questo velivolo, il rischio di ingolfamento legato ai G positivi e quello di shut off sotto G negativi , si veda in proposito la sezione legata all'introduzione degli "improvements" del RAE al carburator SU.......Ah se qualcuno mi viene a sostenere che la versione di AH non è sbagliata perchè si riferisce agli Spit mkV prodotti dopo il '42 penso che l'istinto primario sarebbe di strangolarlo penso che civilmente gli risponderò semplicemente che comunque anche dopo gli "improvements" restarono i problemi generici legati al sitema a carburatore, si veda per questi la sezione finale del capitolo sull soluzione britannica.

- Il Merlin dello SPIT IX di AH: abbiamo visto come anche dopo gli "improvements" restarono problemi generici legati al sitema a carburatore, quali cali di giri sotto g negativi e surriscaldamento sotto g positivi questo si potrebbe applicare allo SpitIX di AH se si trattasse di uno spit IXc, mentre non sarebbe possibile farlo se si trattasse di un E.

La prima impressione che scaturisce dall'accostarsi ad un DB601 èquella di grande compattezza, quasi che le tubazioni e gli accessori fac-ciano parte integrante del blocco motore e non vogliano svelare all'os-servatore la propria funzione. Il carattere «tedesco», improntato ad un estremo ordine proget-

Il DB601 aveva come progenitore diretto il D13600, del quale con-servava l'architettura, costituendone una naturale evoluzione. Esso diede origine, a sua volta, ad una trentina di sottotipi, che differivano fra loro per le diverse potenze erogate.

Il DB601 era un motore equipaggiato di 12 cilindri a V invertita (i cilin-dri hanno la testa rivolto verso il basso), dispostí su due bancate a 600 Raffreddato a líquídc (Acqua + Glicole Etilenico).

Esso era alimentato mediante un apparato di iniezione diretta nelle camere di scoppio, d tipo meccanico, pro gettata dalla Bosch. 1 DB601 era dotato di ul compressore centrifugo monostadio a velocità variabile, azionato mediante un giunto idraulico che fungeva d variatore continuo,

Il DB601 fu produtto in Italia dall'ALfa Romeo che dovette fare un notevole salto di qualità per poterlo produrre in serie , il che comportò notevoli ritardi nella consegna delle prime unità, che uscirono dall'Alfa quando ormai il motore era fuori produzione in Germania. La versione era denominata Alfa RA1000 RC41-1, corrispondente ai

La versione italiana del DB601 equipaggiò sia il Reggiane Re2001 che il Macchi Mc202 Folgore, era tuttavia una generazione indietro per il suo tempo (si trattava infatti del motore del bf109E ) - ;

Con questo motore la Daimler Benz sviluppò definitivamente la formula del DB601, del quale esso conservava l'architettura. Dotato anch'esso di iniezione diretta Bosch, era del tutto esente da influssi causati dalle variazioni di assetto e da ritorni di fiamma.

Il turbocompressore, azíonato idraulicamente da un giunto doppio, era di tipo centrifugo monostadío. Esso veniva regolato mediante un rneccanismo barometrico, che «sentiva» la variazione di pressione con la quota. Rispetto al precedente sul DB605 vennero addottate alcune nuove soluzioni costruttive, che ne incrementa-rono la potenza.

Venne ad esempio ìntrodotta l'iniezione di acqua-metanolo, nella camera dei compressore, in una proporzione dei 30-70% della dosatura finale con il carburante, per periodi limitati di tempo (per non sovra sollecitare il motore). Si ottennero così potenze del 15-35% superiori a quelle massime normali:

Il Me109G-6 ad esempio dotato di un db605A da 1475 cavalli giungeva a svilupparne 1800 con il wep(fonte William Green "War planes of the 2nd W.W., FIghters, vol.1"), lo stesso discorso dovrebbe essere applicabile al Macchi 205.

A titolo di curiosità, l'acqua agiva da antidetonante mentre il metanolo, che in essa era disciolto, serviva sia ad abbassarne il punto di congelamento sia a raffreddare, con la sua evaporazione, la miscela, aumentando il rendimento della combustione.

L'elevata complessità del motore tedesco e dei sistemi ad esso associati ebbero come risultato un T130 (Time Between Overhaul o «tempo fra una revisione e quella successiva») molto basso, mediamente di sole 50 ore.

Le infinitesime tolleranze, imposte dal progetto alla sua fabbricazione, ne costituivano però il «tallone di Achille». L'utilizzazione bellica di benzine sintetiche, caricate con percentuali eccessive di piombo tetraetile, ne svelarono la delicatezza intrinseca.

Se associamo la lenta débacle del l'organizzazione logistica della Luftwaffe (e quella «rapida» della Regia Aeronautica e dell'Aeronautica Nazionale Repubblicana), che avrebbe dovuto fornire molti ricambi a fronte di un TB0 medio di sole 50 ore, alla sofisticazione di un motore alimentato con iniezione diretta meccanica (ogni unità di iniezione era composta da molti elementi che erano accoppiati in tolleranza solo fra loro, per cui un'avaria al sistema comportava l'intera sua sostituzione), comprendiamo il fatto che il Rolls Royce Merlin riu-scisse vincitore dei confronto riguardante la funzionalità.

- assenza del benefico effetto di raffreddamento della miscela (che causa un aumento del riempimento dei cilindri e, quindi, una maggior potenza), causato dall'evaporazione della benzina nel carburatore

Possiamo inanzitutto notare come uno stesso apparato propulsivo in AH renda di più in accelerazione su due velivoli differenti, il macchi mc205 e il Me109g-1, questo fatto non potrà essere chiarito e giudicato prima di aver analizzato anche le caratteristiche aereodinamiche che entrano in gioco (massa e resistenza della fusoliera, caratteristiche di pianta e profilo dell'ala, peso, carico alare).

Le due fonti a cui mi rifaccio sono il già citato "War planes of the 2nd W.W., FIghters" di William Green e il celeberrimo "Jane's Fightning Aircraft of World War II, 1946/47" della Jane's Publishing Company.

Nel libro di Green alla pagina 157 del primo volume fighters troviamo elencate le caratteristiche del bf109G-6, l'apparato propulsivo citato quì è un Damier-Benz A-1 (esattamente lo stesso del macchi) e ad esso si attribuisco 1.475 cavalli.

Inizialmente ho pensato ad un errore di quest'ultimo testo, in quanto in moltisse altre fonti l'horsepower riportato era di 1800 cavalli (il che fra l'altro sembrava giustificare molto meglio giustificare l'aumento di peso rispetto al bf109f che già aveva 1300 cavalli) poi però è stata la super enciclopedia della Jane's ad aprirmi gli occhi.....In essa infatti troviamo una chiara distinzione :

.... E allora la domanda sorge spontanea: perchè il G-6 è più veloce del 205 in AH???? (soprattutto a 10k)....resterebbe solo l'ipotesi di una profonda differenza aerodinamica (che è cio' su cui sto indagando)........

Ma quello che più di tutto mi lascia perplesso ancora più inebetito è il fatto che il me109g-2 di AH risulta più veloce del G-6...la cosa è assurda, ripoto i dati della Janes in merito:

...Penso proprio che su questo pure si dovrà fare chiarezza, quanto ad accelerazione, climb rate e velocità di punta, ripeto che probabilmente anche solo lavorando su dati che abbiamo già a disposizione come in wing load per metro quadrato, il power load dei motori e (posseggo già quello del g-6 e conoscendo anche il peso del mc205 e considerando che il motore è lo stesso potremmo essere in grado di approssimarlo)....A presto x la seconda parte di questo lavoro.