Rolls-Royce Merlin er en britisk vandkølet 12-cylindret V-motor med 27 liter (1.650 cu.in.) slagvolumen til anvendelse i fly. Rolls-Royce designede motoren som et privatfinansieret projekt, og startede den første prototype i 1933. Oprindeligt benævnt PV-12, blev den senere kaldt Merlin ("dværgfalk") eftersom alle firmaets stempel-flymotorer var opkaldt efter rovfugle.
Efter adskillige modifikationer, blev de første produktionsversioner af PV-12 færdige i 1936. De første operative fly, der trådte i tjeneste med en Merlin var Fairey Battle, Hawker Hurricane og Supermarine Spitfire. Der blev produceret flere Merlins til det tunge firemotors bombefly Avro Lancaster end til noget som helst andet fly; ikke desto mindre bliver Merlin hovedsageligt associeret med Spitfire, helt tilbage fra Spitfires jomfruflyvning i 1936. En serie hurtige videreudviklinger, presset igennem af krigstidens krav, forbedrede motorens levetid og ydelse markant.
Som en af de mest succesrige flymotorer fra 2.verdenskrigs-æraen, blev der bygget cirka 50 versioner af Merlin på Rolls-Royces fabrikker i Derby, Crewe og Glasgow, så vel som af Ford of Britain i deres Trafford Park fabrik, nær Manchester.Pugh 2000, pp. 192–198.Harvey-Bailey 1995, pp. 12, 16. Efter krigen, hvor Merlin i det store og hele var blevet fortrængt af Rolls-Royce Griffon til militær anvendelse, blev de fleste Merlinversioner designet for og bygget til civile passagerfly og militære transportfly. Produktionen stoppede i 1950 efter at 160.000 motorer var blevet leveret.Harvey-Bailey 1995, p. 90. Derudover blev en Merlin, bygget på licens i USA under navnet Packard V-1650, produceret i over 55.000 eksemplarer, og var den primære motor anvendt i North American P-51 Mustang.
Der er Merlinmotorer i tjeneste ved Royal Air Force i dag, ved Battle of Britain Memorial Flight, og de sidder i mange privatejede veteranfly verden over.
Design og udvikling
Oprindelse Tidligt i 1930'erne begyndte Rolls-Royce at planlægge deres fremtidige udviklingsprogram af flymotorer, og indså at der var et behov for en større motor end deres 21-liters (1.296 cu in) Kestrel, som med stor succes blev anvendt i en række fly i 1930'erne.Rubbra 1990, p. 64. Som en konsekvens heraf påbegyndte firmaet arbejdet med en ny motor i 1.100 hk (820 kW)-klassen, kendt som PV-12, en forkortelse for Private Venture, 12-cylinder ("Privat foretagende, 12-cylindret"), eftersom firmaet ikke modtog statsmidler til projektet. PV-12 blev startet første gang den 15. oktober 1933 og fløj første gang i et Hawker Hart biplan nr. K3036 den 21. februar 1935.Lumsden 2003, p. 203. Oprindeligt skulle motoren have benyttet fordampningskøling, som var meget på mode i de år. Dette viste sig at være upålideligt, og da forsyninger af ethylenglykol fra USA blev tilgængelige, blev motoren tilpasset til et konventionelt væskekølingssystem. Hart K3036 blev efterfølgende overdraget til Rolls-Royce hvor den gjorde tjeneste som flyvende prøvestand for Merlin, og den gennemførte over 100 timers flyvning med Merlin C- og E-motorer.Mason 1991, p. 168.
I 1935 udstedte det britiske luftfartsministerie "Specifikation F10/35" for et nyt jagerfly, med en topfart på mindst 310 mph (500 km/t). Heldigvis var der allerede udviklet to forskellige design: Supermarine Spitfire og Hawker Hurricane; den sidste som respons til den tidligere specifikation "F36/34".McKinstry 2007, p. 53. Begge flyene var designet på grundlag af PV-12 i stedet for Kestrel, og var de eneste tidssvarende britiske jagere der var udviklet til den. Produktionskontrakter for begge flytyper blev udstedt i 1936, og udviklingen af PV-12 blev givet både topprioritet og statsmidler. Ifølge firmaets standard med at navngive fly-stempelmotorer efter rovfugle, kaldtes Rolls-Royce motoren for Merlin efter dværgfalken, Falco columbarius, som er vidt udbredt på den nordlige halvkugle.Gunston 1989, p. 137.
Umiddelbart før krigen blev yderligere to motorer tillagt Rolls-Royces portefølje. Den 700 hk (520 kW) store Rolls-Royce Peregrine var en opdateret udgave af det tidligere V-12 Kestrel design, forsynet med kompressor, mens den 1.700 hk (1.268 kW) store 42-liters (2.560 cu.in.) Rolls-Royce Vulture benyttede fire Kestrel cylinderblokke, der trak på en fælles krumtapaksel, og dermed formede en 24-cylindret X-motor.Rubbra 1990, p. 139. Denne motor var tiltænkt større fly som f.eks. Avro Manchester.Lumsden 2003, pp.198–200.
Selv om Peregrine var et udmærket design fik den aldrig lov til at modne, eftersom Rolls-Royces førsteprioritet var at forbedre Merlin. Som følge, blev Peregrine kun brugt i to fly: Westland Whirlwind jageren, og i en af Gloster F.9/37 prototyperne. Vulture blev forsøgt i Avro Manchester bombeflyet, men viste sig at være upålidelig, og jageren der blev designet til motoren – Hawker Tornado – blev derfor aflyst.Lumsden 2003, p. 200. Siden Merlin selv begyndte at levere effekt i 1.500 hk (1.119 kW)-klassen, blev Peregrine og Vulture taget ud af produktion og udvikling i 1943, og midt i 1943 blev Merlin selv overtrumfet af den større Griffon.Rubbra 1990, p. 118. Griffon indeholdt adskillige forbedringer i forhold til Merlin, og endte med at erstatte denne.
Udvikling Til at starte med var den nye motor plaget af problemer, såsom fejl i gearsystemerne til f.eks. knastakslerne og flækkede kølemanchetter på cylindrene, og adskillige forskellige konstruktionsmetoder blev forsøgt, før det grundlæggende design af motoren var på plads.Rubbra 1990, pp. 64–117. Tidlige produktions-Merlins var også upålidelige: almindelige problemer var revnede topstykker, lækager i kølesystemet, og overdrevent kraftigt slid på knastakslernes og krumtapakselens lejer.Rubbra 1990, pp. 82–92.
Tidlige motorer Prototyperne, udviklingsmodellerne og de tidlige produktionsmotorer var:
PV-12 Det oprindelige design med fordampningskøling. To stk. bygget, de bestod typecertificeringen i en bænktest i juli 1934, og leverede 740 hk (552 kW) ved et tryk svarende til 12.000 ft. (3.700m) flyvehøjde. Først fløjet 21. februar 1935.
Merlin B To stk. bygget, nyt væskekølesystem med ethylenglykol. Indsugningsventilerne havde en vinkel på 45 grader i forhold til cylindrene. Bestod typecertificeringen i februar 1935, og leverede 950 hk (708 kW) ved et tryk svarende til 11.000 fods (3.400 m) flyvehøjde.
Merlin C Videreudvikling af Merlin B; krumtaphuset og de to cylinderblokke blev tre separate støbeemner, topstykkerne blev boltet på. Første flyvning i en Hawker Horsley 21. December 1935, 950 hk (708 kW) ved et tryk svarende til 11.000 fods (3.400 m) flyvehøjde..Morgan and Shacklady 2000, p. 607.
Merlin E Magen til C med mindre designændringer. Bestod den 50-timer lange civile test i december 1935, og leverede konstant 955 hk (712 kW) og kunne nå en max. belastning på 1.045 hk (779 kW). Fejlede den militære 100-timers test i marts 1936. Denne model var motoren i Supermarine Spitfire prototypen.Lumsden 2003, p. 204.
thumb|alt=A sectioned, parallel valve, aircraft engine cylinder head is shown with colour-coded internal details. Coolant passageways are painted green; the valves, valve springs, camshaft and rocker arms are also shown.|Merlin topstykke med parallelle ventiler.
Merlin F (Merlin I) Magen til C og E. Første flyvning i en Horsley 16. juli 1936.Morgan and Shacklady 2000, p. 610. Dette blev den første produktionsmodel, og blev kaldt Merlin I. Det var ingen succes og kun 172 blev bygget. Fairey Battle var det første produktionsfly der havde Merlin I som motor. Flyet fløj første gang 10. marts 1936.
Merlin G (Merlin II) Erstattede topstykket med de skrå ventiler med et opskaleret Kestrel-topstykke, som havde parallelle ventilskafter. 400-timers fløjet udholdenhedstest udført ved Royal Aircraft Establishment i juli 1937; accepttest 22. september 1937. Motoren blev først leveret som Merlin II med 1.030 hk (770 kW) i 1938, og produktionen blev hurtigt sat op.
Merlin III Merlin II med en standardiseret de Havilland/Rotol Society of British Aerospace Companies propelaksel, og dobbelt tilbehørsdrev. 1.030 hk (770 kW) ved 3,000 rpm i 10.250 fods flyvehøjde og +6.5 lb. boost.1954 | 1296 | Flight Archive
"Racing" Merlin Racermotor for 1937/38 "Speed Spitfire" - forsøget på at bryde verdensrekorden for hastighed. Merlin III med forstærkede stempler, stempelpinde og plejlstænger, kørte på højoktan brændstof, udviklede 2.160 hk (1.610 kW) ved 3.200 rpm og +27 lb. boost, et effekt/vægt forhold på 0.621 lb per hestekraft. Gennemførte en 15-timers udholdenhedskørsel ved 1.800 hk (1.342 kW), 3.200 rpm og +22 lb boost.
Merlin IV Merlin med tryk-vandkøling for Armstrong Whitworth Whitley IV.
Merlin VIII Mellem-trykladet Merlin udviklet for Fairey Fulmar I, effekt 1.010 hk (754 kW) ved 2.850 rpm i 6.750 fods højde, 1.080 hk (805 kW) ved 3.000 rpm for take-off. Benyttede 100 oktan brændstof.
Merlin X Første Merlin med to-trins kompressor, 1.145 hk (853 kW) i lavt gear ved 5.250 fod, 1.010 hk (754 kW) i højt gear ved 17.750 fod. Det første af Rolls-Royces standardiserede "Power Plant" installationsdesigns var med denne motor i 1937 og blev benyttet i Handley Page Halifax I, Vickers Wellington II, og Armstrong Whitworth Whitley V and VII.
Merlin XII Merlin med et 0.477:1 reduktionsgear installeret i nogle Spitfire II sammen med en trebladet Rotol constant-speed propel. Effekt 1.150 hk (857 kW) ved 3.000 rpm i 14.000 fods højde.
Merlin XX Merlin X med Stanley Hooker re-designet kompressor"World Encyclopedia of Aero Engines - 5th edition" by Bill Gunston, Sutton Publishing, 2006, p.190 med re-designet indsugning, forbedrede ledeskovle på impelleren og ændret gearing; 8:15:1 for lavt gear, 9:49:1 for højt gear. Ny og større SU karburator. Motoren kunne udskiftes med en Merlin X. Effekt 1.240 hk (924 kW) ved 2.850 rpm i lavt gear, 10.000 fod og +9 lb. boost; 1.175 hk (876 kW) ved 2.850 rpm i højt gear, 17.500 fod og +9 lb. boost. Revideret Rolls-Royce standard "Power Plant" installationsdesign. Motoren blev benyttet i Bristol Beaufighter II, Boulton Paul Defiant II, Handley Page Halifax II og V, Hawker Hurricane II og IV, og Avro Lancaster I and III. Første Merlin produceret af Packard Motor Car Company som V-1650-1, og navngivet Merlin 28 af Rolls-Royce.
Produktionsmotorer Merlin II og III serierne var de første serieproduktions-versioner af motoren. Merlin III var den første der fik en "universel" propelaksel, der tillod valgfri anvendelse af enten de Havilland eller Rotol propeller.Fozard 1991, p. 125.
Den første hovedversion der havde indført ændringer som følge af operative erfaringer var type XX, som var designet til at køre på 100 oktan brændstof. Dette brændstof tillod højere tryk i indsugningsmanifolden, hvilket blev opnået ved at øge ladetrykket ("boost") fra kompressoren. Merlin XX benyttede også Rolls-Royces totrinskompressorer, hvilket - i forhold til tidligere versioner - gav en højere motorydelse i stor flyvehøjde. En yderligere forbedring, introduceret med Merlin X, var anvendelsen af en 70 % – 30 % vand-glykol blanding af kølevæsken, i stedet for den tidligere anvendelse af 100 % glykol. Dette gav en substantiel forbedring af motorens levetid og pålidelighed, fjernede brandfaren ved ren ethylenglykol, og reducerede de olielækager som havde været et problem med de tidlige Merlin I, II og III serier.Fozard 1991, pp. 127, 165.