El Rolls Royce Merlin es un motor aeronáutico de pistones, enfriado por líquido, de 27 L y 12 cilindros en V a 60°. Rolls-Royce llamó al motor 'Merlin', por un pequeño halcón del hemisferio norte (el falco columbarius, conocido en español como "esmerejón"), continuando con la tradición de Rolls-Royce de poner nombres de aves de presa a sus motores de avión.
Varias versiones del Merlin fueron construidas por Rolls Royce (en Derby, Crewe y Glasgow), así como también por Ford of Britain en Trafford Park, Mánchester.Merlin Engines in Manchester El Packard V-1650 fue una versión del Merlin construida en Estados Unidos; se describe en su propio artículo.
Considerado un ícono inglés, el Merlin fue uno de los motores de avión más exitosos de la Segunda Guerra Mundial.
Diseño y desarrollo
Historia thumb|Detalle del bloque Merlin. thumb|Bloque Merlin desmontado con su puntera. A principios de los años 1930, Rolls-Royce inició una planificación para un futuro programa de desarrollo de motores aeronáuticos, orientándose en dos diseños básicos. El Rolls Royce Peregrine de 700 cv (500 kW) fue una actualización, un desarrollo con compresor del existente Rolls Royce Kestrel V-12 y 22.000 cc, el cual había sido usado con gran éxito en varios modelos de los años 30. El Rolls Royce Vulture de 1.700 cv (1.300 kW) y 44.000 cc consistía de dos Peregrine unidos, usando un cigüeñal común, formando una disposición de cilindros en X-24. Este fue usado en aviones grandes, tales como los bombarderos. También había la posibilidad de desarrollar el famoso motor de carreras de aviones 36 L 'R' de la Supermarine (en sí mismo era un desarrollo del Rolls Royce Buzzard, un Kestrel agrandado en escala), llevándolo a la clase de 1.500 cv (1.100 kW).
Private Venture 12 Esto dejaba un gran vacío entre los 700 y 1.500 hp (500 y 1.100 kW), y para llenarlo iniciaron los trabajos para un nuevo diseño de la clase de los 1.100 cv (820 kW), conocido como el PV-12: PV por «private venture», «iniciativa privada», debido a que la compañía no recibió dinero del gobierno para trabajar en el proyecto. El PV-12 voló por primera vez en un biplano Hawker Hart (número de serie K3036) el 21 de febrero de 1935, usando un sistema de refrigeración por evaporación, entonces de moda, pero esto resultó ser poco fiable, y cuando estuvo disponible el etilenglicol de Estados Unidos, el motor se cambió al sistema de refrigeración por líquido convencional. El Hart fue enviado a la Rolls-Royce, donde completó más de 100 horas de vuelo como banco de pruebas de los motores Merlin 'C' y 'E'.Mason 1991, p.168.
Inicialmente el nuevo motor estaba plagado de problemas, como fallas en el tren de engranajes y problemas constantes de las camisas de enfriamiento, y se usaron muchos métodos de construcción hasta que se definió el diseño básico del Merlin. Los motores prototipo fueron:
PV-12: el diseño original mantenía el sistema de refrigeración por evaporación. Superó la prueba tipo en junio de 1934, generando 740 hp (552 kW) a un equivalente de 3.657 m. Merlin B: se adoptó la refrigeración con etilenglicol. Las cabezas de cilindro eran en "rampa" (las válvulas de admisión estaban a 45 grados con respecto al cilindro). Superó la prueba tipo en febrero de 1935, generando 950 cv (708 kW) a un equivalente de 3.353 m. Merlin C: el cigüeñal y el bloque de cilindros se construían con tres bloques de fundición separados, junto a culatas de cilindros con pernos. Merlin E: similar al C; cambios menores en el diseño. Pasó la prueba civil de 50 horas generando en forma constante 955 cv (712 kW) y un máximo de 1.045 cv (779 kW). Merlin F: similar al C y E. Éste se convirtió en el primer motor de producción. Continuaba usando las cabezas "en rampa" con las válvulas a 45 grados con respecto al cilindro. No tuvo éxito y solo se construyeron 172 motores con el nombre de Merlin I. El Fairey Battle fue el primer avión de producción en utilizar el Merlin I. Merlin G: se reemplazaron las cabezas de cilindro "en rampa" por cabezas con válvulas paralelas al cilindro, siendo aquellas la del motor Kestrel escaladas a un mayor tamaño. Fue entregado como el Merlin II de 1.030 cv (770 kW) en 1938, y la producción fue rápidamente acelerada.
Rolls-Royce se hace con el concurso de la Especificación F.36/34 A mediados de 1934, el Ministerio del Aire Británico, con Hugh Dowding a la cabeza, emitió una especificación destinada a equiparar sus componentes de la RAF a la nueva, formidable (y peligrosa) Luftwaffe. La especificación F.5/34 exigía un caza monoplano de altas prestaciones con un motor refrigerado por líquido. Mucho antes de esta fecha, Rolls-Royce ya estaba trabajando por iniciativa propia en un motor de alto rendimiento capaz de desarrollar unos 1.100 caballos de potencia (hp), el Private Venture 12.
El carácter visionario de Rolls-Royce respecto a las necesidades la RAF, dio la posibilidad a los fabricantes aeronáuticos de cumplir esta y las siguientes especificaciones del ministerio (F.36/34 y F.37/34). Especificaciones que exigían en conjunto, un monoplano de ala baja, carlinga cerrada, tren retráctil y capaz de alcanzar al menos unos a 4.500 m (15.000 pies), dotado de 8 ametralladoras de 7,7 mm (munición .303 British).
Afortunadamente y una vez más para los británicos, ya existían dos diseños modernos de avión de caza, el Hawker Hurricane de Sidney Camm y el Supermarine Spitfire de R. J. Mitchell, una propuesta viable de aparato moderno al que le faltaba un motor moderno, el Private Venture de Rolls-Royce. Con todos los requerimientos satisfechos, las especificaciones dieron como fruto exclusivo al Hawker Hurricane, y el desarrollo y sus mejoras del Supermarine Spitfire.McKinstry 2007, p.53. Ambos se diseñaron en base al PV-12 (F.36/34) en lugar del Kestrel, y fueron los únicos cazas británicos modernos en ser desarrollados. Los contratos de producción para ambos aviones se firmaron en 1936. Se le dio la máxima prioridad al PV-12, convirtiéndose en el Merlin.
Los primeros Merlin fueron más bien poco confiables, pero Rolls-Royce aplicó un excelente programa de mejora de la fiabilidad. Este consistió en tomar al azar motores salidos de la línea de producción y hacerlos funcionar constantemente a máxima potencia hasta que fallaran. Entonces eran desarmados para ver que pieza había fallado, luego, se rediseñaba la pieza para hacerla más resistente. Luego de dos años, el Merlin se convirtió en uno de los motores de aviación más confiables del mundo, y podía funcionar a máxima potencia durante 8 horas en misiones de bombardeo sin problemas.
Finalmente, el Peregrine se usó en solo dos aviones, el Westland Whirlwind y el Gloster F9/37. A pesar de que el Peregrine parecía ser un buen diseño, nunca se le permitió madurar: Rolls-Royce dio la máxima prioridad a solucionar los problemas del Merlín. El Vulture fue usado en el Hawker Tornado y el Avro Manchester, pero resultó poco fiable debido a fallas en el cigüeñal y las bielas por problemas de lubricación. Con el Merlin pronto a alcanzar el rango de los 1.500 cv (1.100 kW), el Peregrine y el Vulture fueron cancelados en 1943.
Al final de la producción, más de 150.000 motores Merlin habían sido construidos.Producción: Rolls-Royce: Derby = 32.377 Rolls-Royce: Crewe = 26.065 Rolls-Royce: Glasgow =23.675 Ford Manchester= 30.428 Packard Motor Corp = 55.523 Total: 168.068Gunston. Página 144. Para mediados de 1943 el Merlin fue suplementado con el Rolls Royce Griffon, más grande, que incorporaba varias mejoras en el diseño.
Capacidad y flujo de aire del motor A pesar de que es una práctica común comparar los motores de pistones y sus rendimientos utilizando como referencia la cilindrada o desplazamiento, esto, en realidad, no da una idea de la capacidad real de un motor. A. C Lovesey, un ingeniero de Rolls-Royce que fue una de las figuras principales en el desarrollo del Merlin, dijo en una charla sobre el desarrollo de este motor en 1946: "Pasando ahora a temas específicos de desarrollo podemos, por conveniencia, dividirlos en tres clases generales: Mejoras del compresor. Mejoras en el combustible. Desarrollo de las características mecánicas para poder resistir las mejoras alcanzadas en (1) y (2).
Con respecto a (1) se puede decir que el compresor determina la capacidad, o en otras palabras, la producción, del motor. Aún prevalece la impresión de que la capacidad estática conocida como cilindrada es la base para comparar la potencia de salida de los diferentes tipos de motor, pero este no es el caso, porque la salida del motor depende exclusivamente de la masa de aire que puede consumirse de manera eficiente, y en este sentido, el compresor desempeña el papel más importante. Esto se aplica igualmente a cualquier motor, pero el motor tiene que ser capaz de hacer frente a los mayores flujos de masas con respecto a la refrigeración, estar libre de detonaciones y ser capaces de soportar las altas cargas aire/combustible y la inercia... En el curso de la investigación y el desarrollo de compresores se hizo evidente para nosotros que para cualquier aumento en el rendimiento del motor Merlin en altitud, era necesario el empleo de un compresor de dos etapas."Lovesey 1946, p. 218.Discurso del Ing. de Rolls-Royce A. C Lovesey, 1946 (inglés).
Actualizaciones
Muchas de las actualizaciones del Merlin fueron resultado de incrementar el octanaje del combustible, disponible desde Estados Unidos, y en los diseños de los compresores, cada vez más eficientes, de Stanley Hooker en 1938.
Al comenzar la guerra el motor funcionaba con gasolina estándar de 87 octanos y podía proporcionar algo más de 1.000 cv (750 kW) con su desplazamiento de 27.000 cc. Sin embargo, ya en 1938 en el 16.º Show Aéreo de París, Rolls-Royce muestra dos versiones del Merlin preparados para funcionar con combustible de 100 octanos. El Merlin R.M 2M era capaz de desarrollar 1.265 cv (943 kW) a 2.392 m, 1.285 hp (958 kW) a 2.798 m y 1.320 cv (984 kW) en el despegue, mientras que el Merlin X con un compresor de dos velocidades generaba 1.150 cv (857 kW) a 4.694 m y 1.160 hp (865 kW) a 5.100 m con el compresor en la velocidad alta.Flight 1938, p. 528.
A finales de 1939 estuvo disponible la gasolina de 100 octanos, importándose de EE. UU. y los Merlin III podían utilizarla. Para usar este combustible era necesario realizar unas pequeñas modificaciones en el motor, con las cuales podía generar 1.310 cv (877 kW)Price 1982, p.74.Gunston. Page 144.
La siguiente versión más grande fue la XX, la cual funcionaba con gasolina de 100 octanos. Esto permitía una mayor presión de admisión, la que se lograba aumentando el empuje del compresor centrífugo. El Merlin XX también incorporaba el compresor de dos velocidades diseñado por Rolls Royce. El resultado fue 1.300 hp (970 kW) a alturas más altas que las versiones previas. Otra mejora fue el rediseño del sistema de enfriamiento usando una mezcla de 70/30% agua/glicol, en lugar de usar glicol al 100% como en las versiones anteriores, lo que le permitía funcionar a 70°C. Esto mejoraba sustancialmente la vida útil y fiabilidad del motor, eliminando el peligro de incendio del etilenglicol puro, reduciendo además las pérdidas de aceite, que eran fallas comunes en los Merlin de las series I, II y III.Fozard 1991, pp.127,165.
El proceso de mejoras continuó con las últimas versiones usando gasolina de octanaje aún mayor, entregando aún más potencia. Los cambios de diseño importantes eran hechos en todos los componentes clave, incrementando otra vez la vida útil y la confiabilidad del motor. Al final de la guerra, el "pequeño" motor entregaba más de 1.600 cv (1.200 kW) en las versiones comunes, y tanto como 2.070 cv (1.544 kW) en el Merlin versión 130/131 usado en el de Havilland Hornet.