Pratt & Whitney R-2800: Die US-Doppelsternmotor-Legende

Es ist noch früh am Morgen. Auf dem Platz ist es ruhig und beschaulich, aber vor den Hangartoren herrscht bereits rege Betriebsamkeit. Die Chance Vought F4U-5NL, D-FCOR wird für einen Werkstattflug klargemacht. Ein Fluggerätmechaniker der Firma MeierMotors lächelt mich an – ich hätte dadurch gewarnt sein sollen – und sagt nur: "Zehn Blatt." Der Pratt & Whitney R-2800 will geweckt werden, aber dafür ist erst schweißtreibende Arbeit nötig. Es ist Usus bei Sternmotoren, wie auch bei Motoren mit hängenden Zylindern à la Daimler-Benz DB 605, den Motor vor dem eigentlichen Startvorgang per Hand durchzudrehen. Während der Standzeit sammelt sich das Öl in den unteren Zylindern, und es muss behutsam wieder in den Ölkreislauf zurück. Würde man direkt mit dem elektrischen Starter agieren, kann es zu einem Ölschlag (hydraulic oder liquid lock) kommen, da Öl inkompressibel ist. Das Triebwerk wäre dann fällig für eine größere Revision. Beim Durchdrehen per Hand spürt man diese eventuelle Blockade, und man kann den betreffenden Zylinder entleeren, indem man die Zündkerze herausdreht. In der Regel reicht es aber vollkommen aus, das Triebwerk per Hand durchzudrehen und dadurch das Öl über die Ventile wieder in die richtigen Bahnen zu lenken.

Checkliste für den Triebwerksstart

"Zehn Blatt." Es ist sehr schwer und auch schweißtreibend, dieses 2800-Kubikzoll-Triebwerk (45,9 Liter) durchzudrehen, bis eben zehnmal ein Blatt des gewaltigen Vierblattpropellers die Sechs-Uhr-Position durchlaufen hat. Die Propellerkanten sind scharf, Handschuhe obligatorisch, und man sollte sich sicher sein, dass die Zündung ausgeschaltet ist. Jetzt ist der Pilot an der Reihe. "Clear prop!" tönt es aus dem Cockpit, "Prop clear!" vom Boden. Die Checkliste für den Piloten ist kurz: Zündung aus, Mixture (Benzingemisch) auf Idle/cut off gesetzt, den Propeller auf hohe Drehzahl gefahren (high RPM –low pitch), Kompressor auf "low rate", Vergaserheizung auf aus, Kühlerklappen voll öffnen, Ölkühlerklappen zu und den Gashebel etwa ein Viertel des Weges aufziehen. Die Benzinpumpe wie auch die Hilfspumpe auf on. Jetzt kann der Starter geschaltet werden. Dem Handbuch folgend soll das Triebwerk rund weitere 20 Blätter drehen, bis beide Zündschalter auf on geschaltet werden können. Nun wird auch Zusatzkraftstoff (primer) eingespritzt. Es ist eine Kunst, nicht zu viel und nicht zu wenig zu primen. Bei zu wenig startet das Triebwerk nicht, bei zu viel schlagen Flammen aus dem Auspuff. Letzteres ist zwar spektakulär anzusehen, aber für das Triebwerk nicht gerade gesund. Die Zündung dieses Aggregates ist immer wieder ein Erlebnis, ein Augen- und Ohrenschmaus. Nur widerwillig erwachen die Zylinder zum Leben. Es hat etwas Archaisches, bis das Triebwerk in den dumpf grollenden Leerlauf fällt. Das Benzingemisch wird auf automatisch reich, also recht fettes Gemisch, umgeschaltet. Das Triebwerk sollte nun auf rund 700 U/min gefahren werden und der Pilot peinlich genau auf den Öldruck achten. Befindet er sich im vorgeschriebenen Rahmen, wird das Triebwerk für den Warmlauf auf 1000 U/min gebracht. In der Warmlaufphase macht man auch den sogenannten Magnetcheck. Dazu schaltet der Pilot von beiden Magneten zuerst auf den rechten, dann über beide auf den linken Magneten und wieder zurück auf beide. Während dieses Checks darf die Drehzahl des Triebwerks nicht merklich abfallen. Bevor sich die Corsair in die Lüfte erheben kann, ist noch eine weitere Prüfung notwendig, der Power Check. Hier wird das Triebwerk auf eine Drehzahl von rund 2200 U/min gebracht. Jetzt bebt die Erde, das Sounderlebnis ist unbeschreiblich! Der Öldruck bei 60 Grad Celsius sollte bei rund 85 Psi/6 Bar liegen, die Zylinderkopftemperatur 200 Grad Celsius nicht überschreiten. Natürlich wird noch der Propellerverstellmechanismus geprüft und das Triebwerk wieder in den Leerlauf gefahren. Daumen hoch, die Flügel heruntergeklappt und losrollen Richtung Startbahn. Der R-2800 ist ein 18-Zylinder-Doppelsternmotor und hört auf den Namen "Double Wasp". Interessant ist, dass dieses sehr erfolgreiche Aggregat – immerhin verließen über 125 000 Stück die Werkshallen – der erste Doppelsternmotor aus amerikanischer Fertigung war.

Pratt & Whitney – einer der Großen

Doch zurück zu den Anfängen. Pratt & Whitney ist eine alte Manufaktur, deren Gründung auf das Jahr 1925 datiert. Das Unternehmen mit Sitz in East Hartford, Connecticut, zählt heute zu den großen drei Herstellern von Flugzeugtriebwerken, ist also auf Augenhöhe mit Rolls-Royce und General Electric. Pratt & Whitney beschäftigt über 30 000 Mitarbeiter und ist ein Global Player mit Kunden in über 150 Ländern. Dabei fing das Ganze eher beschaulich an. Gründungsväter der einstigen Pratt & Whitney Machine Tool waren Frederick Rentschler, sein Bruder Gordon und Edward Deeds, allesamt aus Ohio und mit hoher Affinität zur Aviatik. Die notwendige Erfahrung brachte Frederick Rentschler von seinem vorherigen Arbeitgeber Wright Aeronautical mit. Sein Erstlingswerk sollte einluftgekühlter Sternmotor sein. Und es gelang ihm ein großer Wurf, denn der Pratt & Whitney R-1340 Wasp konnte schon nach nur drei Läufen, im März 1926, den Navy-Qualifikationstest erfolgreich durchlaufen. Der 425-PS-Motor zeigte sich sehr standfest und auch sehr leistungsstark. Im Oktober desselben Jahres verkaufte Pratt & Whitney 200 dieser Motoren an die Navy. Schnell machte sich das Triebwerk einen Namen, auch dank derErfolge von Wiley Post und Amelia Earhart, die ihre Rekordflugzeuge mit dem neuen Motor ausgerüstet hatten. Dann ging es Schlag auf Schlag: Das kleinere Aggregat, der R-985 Wasp Junior, überzeugte ebenso wie der größere R-1690 Hornet. Frederick Rentschler zog eine ganze Serie an Sternmotorkonstruktionen mit unterschiedlichen Hubräumen und Leistungsklassen aus der Schublade und begeisterte damit. Selbst heute noch, 90 Jahre nach dem ersten Lauf, ist die Wasp-Serie im Einsatz und verleiht Agrarflugzeugen die notwendige Leistung und Zuverlässigkeit. Das dürfte wohl einzigartig in der Geschichte des Flugmotorenbaus sein. Im Jahr 1929 kam es zur Fusion mit dem Boeing-Konsortium. Dank Rentschlers Verhandlungsgeschick ging aber der ursprüngliche Markenname nicht in der United Aircraftand Transport Corporation unter, sondern blieb weiterhin bestehen. Schaut man etwas näher auf die Luftfahrt in den Vereinigten Staaten und die Kunden von Pratt & Whitney, so findet man alle berühmten Flugzeugtypen der 1920er bis 50er Jahre wieder. Diese alle aufzuzählen, würde den Rahmen dieses Artikels definitiv sprengen, reicht doch die Liste vom Gee Bee Racer über Stearman und AT-6 bis hin zum schweren Bomber der 50er, die Convair B-36, welche von den gigantischen 28 Zylindern des R-4360 Wasp Major angetrieben wurde. Auch dergrößte jemals hergestellte Sternmotor geht auf Rentschlers Konto.

Ein Patent garantiert den Welterfolg

Zurück zu den "Zehn Blatt". Bei der Bezeichnung R-2800 steht R für"round engine"(Sternmotor), die Zahlenkombination für den Hubraum, also 2800 Cubic inches, was etwa 46 Litern entspricht. Der luftgekühlte Motor wurde erstmals im Jahr 1937 gezündet. Auch dem R-2800 war wieder ein großer Erfolg beschieden. Dieser erste amerikanische 18-Zylinder-Doppelsternmotor war aus dem Stand kraftvoller als sein einziger Wettbewerber, der Gnome-Rhone 18L, der sogar über 56 Liter Hubraum verfügte. Der R-2800 galt als relativ klein, umso beachtlicher war die Leistungsausbeute. Dennoch mussten Temperaturprobleme gelöst werden. Die üblicherweise gegossenen oder geschmiedeten Kühlrippen an den Zylinderköpfen reichten bei dieser Leistungsklasse zur Kühlung nicht mehr aus. Man entwickelte wesentlich feinere und viel enger gestaffelte Kühlrippen und erreichte dadurch eine größere Oberfläche. Der Kopf wurde nun nicht mehr mit den Rippen gegossen, sondern aus dem Vollguss zugesägt und gefräst. Die feinen Sägen wurden in Gruppen geführt und ermöglichten somit sehr feine, exakte Schnitte tief in den Zylinderkopf, welcher den Ventiltrieb mit einem Einlass- und Auslassventil beherbergt. Natürlich war dies ein sehr aufwendiges Konstruktionsprinzip, aber zielführend. Die R-2800 gelten als thermisch sehr gesund. Die P&W-Aggregate haben ein kleines, aber feines Alleinstellungsmerkmal, welches mit zum weltweiten Erfolg beitrug. Es handelt sich hierbei um ein Patent auf eine spezielle Legierung der Lagerschalen. Sie ist extrem haltbar und trägt zu der beeindruckenden Langlebigkeit des Triebwerkes und dadurch zu einem klaren Wettbewerbsvorteil gegenüber dem Konkurrenten Wright bei.

Leistungsvoll von Anfang an

Die Doppelmagneten sitzen vorne auf der Getriebeglocke und können wohl als Erkennungsmerkmal des Triebwerks angesehen werden. Die Zündkabel führen dabei direkt zu den Zylindern. Dadurch ist die Wartung des Zündgeschirrs sehr einfach. Die großen Instandhaltungsarbeiten werden alle 50 Stunden vorgenommen. Auch eine interessante Tatsache ist, dass die sonst übliche Leistungssteigerung während des Produktionszeitraumes weitgehend ausblieb. Schon zu Beginn der Produktion im Jahr 1939 leistete der Double Wasp beachtliche 2000 PS und stieg bis Produktionsende nur auf 2400 PS (ausgenommen Versuchsmotoren). Die Flugzeug- hersteller waren auf jeden Fall begeistert, und so wurde der R-2800 das Standardtriebwerk für die schweren Jagd- und Kampfflugzeuge dieser Zeit. Die berühmte Chance Vought F4U Corsair wurde sogar um diesen Motor herum entwickelt. So war der Prototyp der Corsair, die XF4U-1, das erste Flugzeug, welches mit dem Motoren-Prototyp XR-2800-4 am 29. Mai 1940 abhob. Dank des sehr starken Triebwerks und auch wegen der genialen Konstruktion der Corsair wurden im Oktober desselben Jahres erstmals 400 mph (ca. 640 km/h) im Horizontalflug erreicht. Der R-2800 wurde auch für die Grumman F6F Hellcat auserwählt, ferner entschieden sich die Luftstreitkräftefür den Einbau bei der Republic P-47 Thunderbolt, sogar in Verbindung mit einer Abgasturbolader-Anlage. Der Doppelstern trieb auch die schweren Flugzeuge à la Martin B-26 Marauder und Douglas A-26 Invader an und verhalf ihnen zu atemberaubenden Leistungsdaten. Der Double Wasp wurdeschließlich auch in der Nachtjagd eingesetzt und befeuertedie nicht minder berühmte Northrop P-61 Black Widow. Die Triebwerke wurden teilweise mit 115-Oktan-Sprit betrieben und bekamen gegen Ende noch eine WassereinspritzungzurLeistungssteigerung. Die Notleistung stieg damit auf nahezu 2800 PS.

Erfolgreich in der Militär- und Zivilluftfahrt

Die Erfolgsstory ging nach dem Zweiten Weltkrieg weiter. Der R-2800 wurde sowohl im Koreakrieg vielfältig genutzt als auch bei anderen Luftwaffen bis hinein in die 60er Jahre. Er war auch in der zivilen Luftfahrt sehr erfolgreich. Damit zeigte das Triebwerk erneut sein Ausnahmetalent. Andere in Kriegszeiten entworfene Triebwerke entwickelten im Laufe der Zeit immer höhere Leitungsausbeute, dies geschah aber zu Lasten der Standfestigkeit. Es war durchaus üblich, dass die Triebwerke nach 50 Flugstunden an der Verschleißgrenze waren, nicht jedoch der R-2800. Das extrem zuverlässige und langlebige Triebwerk wurde in Air-linern und Transportflugzeugen genutzt, ein Erfolg, der zum Beispiel dem Rolls-Royce Merlin nicht vergönnt war. Zu den bekanntesten Flugzeugen dieser Ära zählt die Douglas DC-6. Weitere Verwendung fand der 18-Zylinder im Löschflugzeug Canadair CL-215. Denzahlreichen Untervarianten des Triebwerks (A bis E) gemein ist der Betrieb mit 100-Oktan-Sprit. Zu den A-Versionen zählt derR-2800-1, welcher als Vater der ganzen Serie gilt. Er leistete rund 1500 PS bei 2400 U/min. Wie seinerzeit üblich, verfügte das Triebwerk über eine mechanische Aufladung mit einem Zweistufenlader. Zwei dieser Aggregate wurden in einer Vultee YA-19B testgeflogen. Das Nachfolgemuster, der R-2800-5, leistete schon 1850 PS und wurde zum Beispiel in der Martin B-26 verwendet. Er wurde auch in Lizenz bei Ford montiert.

B-Serie und ihre Unterserien

Die B-Serie ist etwas weiter verzweigt, leistete rund 2000 PS und verfügte nun über einen Zweistufenlader mit Zweiganggetriebe. Der R-2800-8 erhielt im November 1941 Bendix- Stromberg-PT-13D-4-Druckvergaser und wurde in der Chance Vought F4U-1 und -2 Corsair verbaut. Von den rund 4000 gebauten Aggregaten fertigte Nash rund 1700 in Lizenz. Die Hauptserie des R-2800-8 war die Unterserie W. Das W steht für Water Injection (Wassereinspritzung). Das Triebwerk leistete rund 2250 PS und wurde fast 9000-mal produziert, wieder mit von der Partie der Lizenznehmer Nash. Verwendung fand der -8W in der Chance Vought F4U Corsair. Die Unterserie -10, basierend auf dem R-2800-8, erhielt eine Vergaserbestückung mit Stromberg PT-13G6-10. Die Leistung ging in Meereshöhe auf rund 2000 PS zurück, war auf 5000 Metern Höhe aber mit 1800 PS bei 2700 U/min besser. Durch die Wassereinspritzung war eine temporäre Leistungssteigerung auf wieder 2250 PS möglich. Verbaut war die 10er-Serie in der Grumman F6F Hellcat wie auch in dem Nachtjäger Northrop P-61 Black Widow, wo es eben auf die Höhenleistung ankam. 17 600 Einheiten wurden produziert, der Löwenanteil davon von Nash. Erwähnenswert ist die Variante R-2800-21, fand dieses Triebwerk doch Anwendung in der P-47 Thunderbolt. Es war speziell auf die Turbolader-Ausrüstung von General Electric abgestimmt und leistete 2000 PS bei 2500 U/min. Selbst in 25 000 Fuss Höhe stand diese Leistung noch zur Verfügung und verhalf der Thunderbolt zum durchschlagenden Erfolg als Begleitschutz für hoch einfliegende Bomber. Über 5700 Einheiten wurden hergestellt, davon ein Großteil beim Lizenznehmer Ford. Dem R-2800-21 wurde die Untervariante -59 mit ähnlichen Leistungsdaten zur Seite gestellt. Hier gibt es feinere Unterschiede im Zündgeschirr. Auch dieses Triebwerk fand Anwendung in der Thunderbolt und wurde 11 000-mal gebaut. Mit dem R-2800-59 endete die B-Serie nach 47 000 Einheiten.

Konstruktive Änderuneng bei der C-Serie

Die C-Serie wartete mit umfassenden konstruktiven Änderungen auf. So waren die Zylinder nun geschmiedet und nicht mehr gegossen. Damit einher ging die Erhöhung der Kompression von 6,65:1 auf 6,75:1. Das Propellergetriebe ist mit 0,450/1 untersetzt. Die Zylinder haben eine Bohrung von 5,75 inches, der Hub liegt bei 6 inches (15,24cm). Der knapp 1100 Kilogramm schwere Motor ist wie alle anderen Baureihen auf der Rückseite mit diversen Nebenaggregaten gespickt: Benzinpumpe, Starter, Generator, Propellerverstellmechanismus (Governor), Unterdruckpumpen usw. Das Triebwerk hat rund 140 Zentimeter Durchmesser und ist damit erstaunlich klein. Die Kurbelwelle wurde überarbeitet, der Motorblock war nun aus einem Stück gefertigt, auch erfuhr das Zündgeschirr eine größere Überarbeitung. Dank des modifizierten Zweistufenladersgab es nun eine hydraulische Kupplung für den zweiten Gang. Der R-2800-18W bekam zur Beatmung einen Bendix-Stromberg-PT-13G2-10-Vergaser.Er leistete in der Corsair kräftige 2100 PS bei 2800 U/min in Meereshöhe und immer noch 1800 PS in 7500 Metern Höhe. Neben dem R-2800-18W gibt es 37 weitere Versionen mit marginalen Unterschieden. Erwähnenswert ist noch der R-2800-73, welcher mit 2800 PS die Leistungsspitze der C-Serie darstellt – unter Zuhilfenahme eines CH-5-A3-Turboladers von General Electric. Zum Einsatz kam dieses sehr starke Triebwerk in der Northrop P-61. Der Pratt & Whitney R-2800 ist einer der Meilensteine der Motorengeschichte. Er besticht durch Zuverlässigkeit, Robustheit, Langlebigkeit und Wartungsfreundlichkeit. Das Triebwerk wurde in über 30 unterschiedliche Flugzeugmuster eingebaut: Vom Jagdflugzeug über Transporter bis hin zum eleganten Airlinerverhalf er allen zu hervorragenden Flugleistungen.

Technische Daten

Pratt & Whitney R-2800-8

Bauart: 18-Zylinder-Viertakt-Doppelsternmotor mit Kompressoraufladung

Kühlung: luftgekühlt

Hubraum: 45,9 l (Bohrung x Hub: 146 x 152,4 mm)

Verdichtung: 6,65:1

Startleistung: 2000 PS (1491 kW) bei 2700/min

höchste Dauerleistung:1675 PS (1249 kW) bei 2550 U/min

Lader: Zweigang-Radialkompressor (1. Stufe) – Ladeluftkühler – ein Radialkompressor (2. Stufe). 1. Gang 6,46:1 oder 7,93:1; 2. Gang 7,8:1

Zündung: Doppelmagnetzünder Bendix Scintilla DF-18RN

Vergaser: Bendix/Stromberg-PT-13D4-Druckvergaser

Kraftstoff: Avgas 100/130-Oktan-Benzin

Volldruckhöhe: 6858 m

Trockengewicht (mit Anlasser): 1073 kg

Länge: 2247 mm

Durchmesser: 1334 mm