성형 엔진

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1. 개요
2. 구조
- 2.1. 특징
3. 엔진 작동
4. 역사
5. 직렬 엔진과의 비교
6. 다른 유형의 성형 엔진
참조

1. 개요

성형 엔진은 크랭크축을 중심으로 실린더가 방사형으로 배치된 형태의 내연기관이다. 짧은 크랭크축으로 인해 제조가 용이하고 냉각이 효율적이며, 다기통화가 가능하다는 특징을 갖는다. 4행정 사이클을 따르며, 4행정 엔진의 경우 홀수 기통이 일반적이다. 초기에는 항공기에 주로 사용되었으며, 제1차 세계 대전 이후 금속 및 냉각 기술의 발전으로 다시 주목받았다. 제2차 세계 대전 당시에는 다양한 군용 항공기와 전차에 사용되었으며, 현재는 경비행기, 곡예 비행기, 모형 항공기 등에 사용된다. 다열 성형 엔진, 디젤 성형 엔진, 압축 공기 성형 엔진 등 다양한 유형이 존재한다.

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성형 엔진
기본 정보
방사형 엔진의 애니메이션
종류	왕복 엔진
실린더 배열	방사형
크랭크샤프트	단일
작동 방식	4행정 또는 2행정
발명자	샤를 벤와
개발 시기	1901년
설계 및 작동
실린더 배치	크랭크케이스를 중심으로 방사형으로 배치
피스톤 작동	메인 크랭크핀에 연결
실린더 개수	홀수
크랭크샤프트 회전	실린더 회전 없음
장단점
장점	크랭크샤프트가 짧고 무게가 가벼움 구조적으로 강하고 작동이 매끄러움 실린더당 냉각 면적이 넓음 고출력 가능
단점	복잡한 흡기 및 배기 시스템 크랭크케이스 단면적이 큼 공기역학적으로 불리함 제조 및 정비 어려움
역사
초기 개발	자동차 및 항공기용으로 개발
전성기	제1차 세계 대전부터 제2차 세계 대전까지 항공기 엔진으로 널리 사용
현대	가스터빈 엔진 등으로 대체
활용 예시	항공기: 고정익기 및 헬리콥터 탱크 선박 오토바이 자동차
기타
관련 용어	로터리 엔진 (회전 크랭크케이스) 성형 엔진 (일본어식 표현)
참고	방사형 엔진은 실린더가 단일 크랭크샤프트 주위에 원형으로 배열된 왕복 엔진이다. 실린더는 크랭크 케이스 주위에 방사형으로 배치되어 있으며, 피스톤은 모두 메인 크랭크핀에 연결된다. 실린더 수는 보통 홀수이며, 3, 5, 7 또는 9개의 실린더를 갖춘 설계가 일반적이다.

2. 구조

성형 엔진은 크랭크축을 중심으로 실린더가 방사형으로 배치된 형태를 가진다. 커넥팅 로드는 마스터 로드와 서브 로드를 사용하는 방식을 통해 크랭크축에 연결된다. 하나의 피스톤이 마스터 로드를 거쳐 크랭크 핀에 연결되고, 다른 실린더는 서브 로드로 마스터 로드에 연결된다. 회전에 따라 마스터 로드가 요동하기 때문에 서브 로드 부착부의 운동 궤적은 타원이 되고, 마스터 로드의 기통과는 스트로크 길이, 사점 위치, 사점 타이밍이 어긋난다. 이러한 차이는 기통마다 다르지만, 1% 정도의 기통 용적 차이나 1~2°의 사점 타이밍 어긋남은 무시해도 문제가 되지 않는다. 그러나 성능에 큰 영향을 주는 상사점 위치(압축비)와 점화 시기는 보정하여 맞출 필요가 있었다.

상사점 위치는 서브 로드 또는 실린더 길이 조정, 마스터 로드에 대한 부착구멍 위치 이동 중 하나로 맞출 수 있는데, 보통 부품 종류 증가를 막기 위해 구멍 위치 이동이 채택되었다. 점화 시기는 포인트 개폐용 캠 산 형상을 불균등 간격 배치하여 사점 타이밍 어긋남에 맞추었다.

OHV 방식의 경우, 흡배기 밸브는 푸시로드를 통해 작동하며, 캠은 크랭크 케이스 바깥쪽에 위치한 원판 형태를 가진다.

엔진 중앙부에 부품이 집중되어 있는 구조상 모터 캐논은 탑재할 수 없기 때문에, 단발기의 기관총은 기축에서 떨어진 위치에 설치해야 한다.

2. 1. 특징

성형 엔진은 크랭크축이 짧아 제조가 쉽고 가벼우며 튼튼하다는 특징이 있다. 20세기 초에는 제조 기술 수준이 낮았기 때문에, 크랭크축이 길고 강성 확보가 어려운 직렬 엔진이나 V형 엔진보다 제조가 쉬웠다.^[21]

대부분의 성형 엔진은 각 실린더가 전면에 노출되어 냉각풍을 쉽게 받아들일 수 있어 공랭만으로 충분한 냉각 성능을 얻을 수 있었다. 그러나 단면적이 커서 속도가 높아질수록 프로펠러 후류(後流)가 냉각에 낭비되는 단점이 있는데, 이는 카울을 사용하여 줄일 수 있다.^[29] 또한, 추진용 프로펠러와 별도로 소형 강제 냉각팬을 이용하는 방법도 있다. 예외적으로 일부 수랭식 엔진도 존재했다.

4행정 성형 엔진은 사점 발생을 막기 위해 거의 모든 경우 홀수 기통을 채택하며, 7, 9기통 엔진이 일반적이다. 그 이상으로 다기통화할 경우, 실린더를 직렬로 연결하여 이중, 삼중, 사중 성형 엔진으로 만들기도 한다. 3중 이상의 다중 성형 엔진에서는 소형화와 고출력만을 추구한 나머지 냉각의 균등성 및 정비성이 희생된 경우도 있었다.

OHV 성형 엔진의 경우, 방사형으로 배치된 실린더 때문에 급배기 밸브를 작동시키는 푸시로드도 방사형으로 늘어서게 된다. 따라서 캠은 크랭크 케이스 바깥쪽 경계를 따르는 큰 원판 형태(플레이트 캠)를 가지며, 샤프트는 이용되지 않는 경우가 많다.

성형 엔진은 모든 방향에 대해 대칭적인 형상이므로 이론상 관성에 대해서는 실용상 거의 완전한 균형을 얻을 수 있다. 하지만 중력(또는 G) 관계상 기화기 방식에서는 모든 실린더에 균등하게 혼합기를 나눠주기가 비교적 어렵다.^[30]

성형 엔진은 몇 분 이상 정지해 있으면 오일이나 연료가 하부 실린더의 연소실이나 흡입관에 고여 엔진 시동 시 실린더로 빨려 들어갈 수 있다. 이로 인해 피스톤이 압축 행정의 상사점(TDC)에 가까워질 때 액체가 피스톤의 움직임을 멈추게 하는 하이드로록(hydrolock) 현상이 발생할 수 있다. 이 상태에서 엔진 시동을 시도하면 연결봉이 구부러지거나 부러질 수 있다.^[21]

천산 12형 시제기(B6N2)의 프로펠러를 손으로 회전시키는 지상 요원. 하부 실린더에 대한 오일 체류 방지나, 냉간 시동 전에 크랭크축이 수격 작용을 일으키고 있지 않은지 확인하는 의미도 있었다.

특히, 시계의 6시 방향에 위치한 실린더는 엔진 오일이 중력에 의해 연소실로 떨어지는 '오일 다운' 현상이 발생하기 쉽다. 이로 인해 점화 플러그 전극이 기름에 잠겨 시동 불량의 원인이 되거나, 심한 경우 실린더 전체가 오일로 채워져 수격 작용으로 커넥팅 로드(콘로드)가 휘거나 파손될 수 있다. 따라서 냉간 시동 전에는 점화 플러그를 제거하고 실린더 내부에 고인 오일을 빼내야 했다.^[31]

엔진 카울에 방한 셔터가 장착된 포리카르포프 I-15(I-15 (항공기)). 혹한의 시베리아에서 성형 엔진의 과냉각을 예방하기 위한 장비이다.

혹한 환경에서는 엔진 시동성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 캐나다 북부에서는 엔진 오일을 빼내고 실린더에 담요를 덮어 온도를 유지하고, 다음날 아침 데운 오일을 다시 넣어 시동하는 방식이 사용되었다.^[32] 미국 공군에서는 엔진 오일에 항공 연료를 섞어 점도를 낮추는 윤활유 희석 장치(oil-dilution system^영어)가 개발되어 널리 사용되었다.^[33]^[34]^[35]

3. 엔진 작동

4행정 성형 엔진은 열당 홀수 개의 실린더를 가지며, 일정한 간격의 점화 순서를 통해 부드러운 작동을 제공한다. 예를 들어, 5기통 엔진의 경우 점화 순서는 1, 3, 5, 2, 4 순으로, 연소 행정 중인 피스톤과 압축 행정 중인 피스톤 사이에 항상 한 피스톤 간격을 유지하여 운동을 균일하게 만든다. 짝수 개의 실린더를 사용하면 동일한 시간의 점화 사이클을 실현할 수 없다.

크랭크축은 각 피스톤의 4행정(흡입, 압축, 연소, 배기)을 완료하는 데 두 바퀴가 걸린다. 캠축 링은 크랭크축보다 느리고 반대 방향으로 회전하도록 기어링된다. 캠 로브는 흡입 밸브용 하나와 배기 밸브용 하나의 두 열에 배치된다. 성형 엔진은 일반적으로 다른 유형보다 캠 로브 수가 적다. 예를 들어 5개의 실린더에 10개의 밸브를 작동시키는데 4개의 캠 로브만으로 충분하지만, 일반적인 직렬 엔진은 10개가 필요하다.

대부분의 성형 엔진은 리프터에 의해 구동되는 오버헤드 팝펫 밸브를 사용하지만, 키너 B-5(Kinner B-5)와 러시아의 슈베초프 M-11(Shvetsov M-11)과 같은 몇몇 소형 성형 엔진은 각 실린더마다 크랭크케이스 내에 개별 캠축을 사용한다. 브리스톨 허큘리스(Bristol Hercules)와 브리스톨 센타우루스(Bristol Centaurus)와 같이 슬리브 밸브를 사용하는 엔진도 있는데, 소음이 적고 작동이 부드럽지만 훨씬 더 엄격한 제조 공차가 필요하다.

4. 역사

시코르스키 H-19 헬리콥터에 장착된 프랫 & 휘트니 R-1340 복렬 성형 엔진

1901년 찰스 맨리(C. M. Manly)는 새뮤얼 랭글리(Samuel Pierpont Langley)의 에어로드롬(Aerodrome) 항공기에 사용하기 위해 스티븐 발저(Stephen Balzer)의 회전식 엔진을 개조하여 수냉식 5기통 성형 엔진을 제작했다. 이 맨리-발저 엔진(Manly–Balzer engine)은 950 rpm에서 52마력(약 39kW)을 출력했다.^[1]

1903년에서 1904년 사이에 야곱 엘레하머(Jacob Ellehammer)는 오토바이 제작 경험을 바탕으로 세계 최초의 공랭식 복렬 성형 엔진을 만들었는데, 이는 3기통 엔진이었다. 1907년에는 이를 기반으로 더 강력한 5기통 모델을 만들었으며, 자신의 삼엽기(triplane)에 장착하여 몇 차례의 짧은 자유 비행을 성공적으로 수행했다.^[2]

또 다른 초기 복렬 성형 엔진으로는 3기통 안자니(Anzani) 엔진이 있다. 원래 W3 "팬" 구성으로 제작된 이 엔진 중 하나는 루이 블레리오(Louis Blériot)의 블레리오 XI(Blériot XI)가 영국 해협을 횡단하는 데 사용되었다. 1914년 이전에 알레산드로 안자니(Alessandro Anzani)는 실린더 3개(120° 간격)부터 200마력(약 150kW)의 20기통 엔진(5기통씩 4열 배치)까지 다양한 복렬 성형 엔진을 개발했다.^[1]

대부분의 성형 엔진은 공랭식이지만, 초기 성형 엔진 중 가장 성공적인 엔진 중 하나는 대량으로 생산된 살몽(Salmson) 9Z 시리즈(Salmson 9Z series)의 9기통 수냉식 성형 엔진이었다. 조르주 깡통(Georges Canton)과 피에르 위네(Pierre Unné)는 1909년에 원래 엔진 설계에 대한 특허를 받아 살몽(Salmson)사에 제공했다. 이 엔진은 종종 깡통-위네(Canton-Unné)로 알려져 있다.^[3]

1909년부터 1919년까지 성형 엔진은 회전식 엔진(rotary engine)에 밀려났다. 회전식 엔진은 크랭크케이스와 실린더가 프로펠러와 함께 회전한다는 점에서 "고정식" 성형 엔진과 달랐다. 이는 후기 성형 엔진과 개념이 유사했지만, 주된 차이점은 프로펠러가 엔진에 볼트로 고정되고 크랭크축이 항공기 동체에 고정된다는 점이었다. 초기 "고정식" 성형 엔진의 주요 요인이었던 실린더 냉각 문제는 엔진이 자체 냉각 기류를 생성함으로써 완화되었다.^[4]

제1차 세계 대전에서 많은 프랑스 및 기타 연합군 항공기는 놈(Gnome), 르론(Le Rhône), 클레르제(Clerget), 벤틀리(Bentley) 회전식 엔진을 사용했다. 당시 대부분의 독일 항공기는 수냉식 직렬 6기통 엔진을 사용했다. 오버우르젤(Motorenfabrik Oberursel)은 놈과 르론 회전식 엔진의 라이선스 복제품을 제작했고, 지멘스-할스케(Siemens-Halske)는 자체 설계 엔진을 제작했다.

전쟁이 끝날 무렵 회전식 엔진은 설계 한계에 도달했다. 그러나 야금술과 실린더 냉각 기술의 발전으로 고정식 성형 엔진이 회전식 엔진을 대체하게 되었다. 1920년대 초 르론은 여러 회전식 엔진을 고정식 복렬 성형 엔진으로 개조했다.

1918년까지 공랭식 성형 엔진의 잠재적 이점이 인식되었지만 실현되지는 않았다. 1920년대에 브리스톨(Bristol)과 암스트롱 시들리(Armstrong Siddeley)가 브리스톨 주피터(Bristol Jupiter)^[5]와 암스트롱 시들리 재규어(Armstrong Siddeley Jaguar)와 같은 안정적인 공랭식 성형 엔진을 생산하기 시작했다.

미국에서 국립항공자문위원회(NACA)는 1920년에 공랭식 성형 엔진이 출력 대 중량비와 안정성을 향상시킬 수 있다고 지적했다. 1921년까지 미국 해군은 공랭식 성형 엔진을 장착한 항공기만 주문하겠다고 발표했고, 다른 해군 항공대도 이에 따랐다. 찰스 로런스(Charles Lawrance)의 로런스 J-1 엔진(Lawrance J-1 engine)은 1922년 해군 자금으로 개발되었으며, 당시로서는 전례 없는 300시간 동안 작동했다. 라이트 항공기 회사(Wright Aeronautical Corporation)는 로런스의 회사를 인수했고, 이후 엔진은 라이트(Wright)라는 이름으로 제작되었다. ^[6]

1925년 라이트(Wright)의 225마력(약 170kW) 라이트 J-5 휘얼윈드(Wright J-5 Whirlwind) 복렬 성형 엔진은 "최초로 실제로 안정적인 항공기 엔진"으로 널리 알려졌다.^[7] 찰스 린드버그(Charles Lindbergh)는 이 엔진이 장착된 성 루이스의 정신(Spirit of St. Louis)으로 최초의 단독 대서양 횡단 비행을 했다.^[8]

1925년 미국의 프랫 & 휘트니(Pratt & Whitney)사가 설립되어 라이트의 복렬 성형 엔진과 경쟁했다. 프랫 & 휘트니 R-1340(Pratt & Whitney R-1340 Wasp)은 이후 25년 동안 여러 엔진을 선보였다. 특히 프랫 & 휘트니 R-1830 트윈 와스프(Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp)는 항공 역사상 가장 많이 생산된 항공 피스톤 엔진으로, 거의 17만 5천 개가 생산되었다.^[9]

영국에서는 브리스톨 항공기 회사(Bristol Aeroplane Company)가 주피터(Jupiter), 머큐리(Mercury), 슬리브 밸브(sleeve valve) 브리스톨 허큘리스(Bristol Hercules) 복렬 성형 엔진과 같은 복렬 성형 엔진 개발에 집중했다. 독일, 일본, 소련은 자체 개량형을 생산하기 전에 암스트롱 시들리, 브리스톨, 라이트 또는 프랫 & 휘트니 복렬 성형 엔진의 라이선스 버전을 제작했다. 프랑스는 다양한 회전식 엔진을 계속 개발했지만 브리스톨 설계, 특히 주피터에서 파생된 엔진도 생산했다.

터보프롭 엔진이 현대 프로펠러 항공기에서 성형 엔진의 자리를 차지했지만, 라이트 R-3350 듀플렉스 사이클론(Wright R-3350 Duplex-Cyclone) 복렬 성형 엔진을 장착한 그루먼 F8F 베어캣(Grumman F8F Bearcat)인 레어 베어(Rare Bear)는 여전히 가장 빠른 피스톤 추진 항공기이다.^[10]^[11]

제2차 세계 대전 동안, 미국의 프랫 & 휘트니 R-2800 더블 와스프(Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp)는 12만 5,334개가 생산되어 여러 미국 군용기에 동력을 공급했다. 더 작은 프랫 & 휘트니 R-1830 트윈 와스프(Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp)는 여러 항공기에 사용되어 가장 많이 생산된 항공기 엔진 중 하나가 되었다. 미국의 라이트 사이클론 시리즈(Wright Cyclone series) 이중열 복렬 성형 엔진은 미국의 전투기를 추진했다. 소련의 슈베초프(Shvetsov) 설계국은 제2차 세계 대전 항공기에 사용된 모든 소련 정부 공장 생산 복렬 성형 엔진의 유일한 설계 출처였다. 일본과 영국에서도 다양한 복렬 성형 엔진이 생산되어 여러 군용기에 동력을 공급했다.

4. 1. 항공기

제1차 세계 대전 이전부터 다양한 항공기에 성형 엔진이 사용되었다. 제2차 세계 대전 시기에는 F4U 콜세어, F6F 헬캣, P-47 썬더볼트, B-29 슈퍼포트리스, 영식 함상전투기, Fw 190 등 많은 군용 항공기에 사용되었다. 현대에도 경비행기, 곡예 비행기 등에 사용된다.

대표적인 항공기용 성형 공랭식 엔진은 다음과 같다.

제조사	엔진명	기통 수	주요 탑재 기종
나카지마	스이(寿)	성형 9기통	96식 함상전투기 등
나카지마	사카에(栄)	복렬 성형 14기통	영식 함상전투기 등
나카지마	호마레(誉)	복렬 성형 18기통	시덴개 등
BMW	BMW 801	복렬 성형 14기통	Fw 190 등
프랫앤드휘트니	트윈 와스프	복렬 성형 14기통	F4F 등
프랫앤드휘트니	와스프 메이저	사중 성형 28기통
오가와정기	FR5-300	50cc 성형 5기통	대형 모형 비행기용
커티스-라이트	Wright R-975 Whirlwind^영어	성형 공랭식	M4 중전차 등 미군 군용 차량 (컨티넨탈 모터스사 라이선스 생산)

그 외에는 항공기용 엔진 목록을 참조하면 된다.

4. 2. 전차

제2차 세계 대전 발발 전, 장갑차량의 필요성이 대두되면서 설계자들은 차량 동력원으로 항공기 엔진, 그중에서도 항공용 성형 엔진 사용을 고려했다. 당시 일반적인 직렬형 자동차 엔진보다 항공용 성형 엔진은 출력 대 중량비가 높고 신뢰성도 우수했기 때문이다. 그러나 엔진을 수직으로 장착할 경우, 성형 엔진의 큰 직경으로 인해 전차의 전체 높이가 높아지는 단점이 있었다.

컨티넨탈 R-670 엔진은 M1 전투차, M2 경전차, M3 스튜어트, M3 리, LVT-2 워터 버펄로 등 다양한 전차에 널리 사용되었다.

9기통 성형 디젤 엔진인 기버슨 T-1020은 M1A1E1에, 컨티넨탈 R975는 M4 셔먼, M7 프리스트, M18 헬캣, M44 자주포에 탑재되었다.

4. 3. 현대

현재에도 여러 회사에서 복좌식 엔진을 계속 생산하고 있다. 베데네예프는 야코블레프, 수호이 곡예 비행기에 사용되는 360hp~450hp의 M-14P 복좌식 엔진을 생산한다. M-14P는 컬프 스페셜(Culp Special), 컬프 소푸위스 퍼프(Culp Sopwith Pup)^[12], 피츠(Pitts) S12 "몬스터", 머피 무스(Murphy "Moose")와 같은 자작 항공기 제작자들도 사용한다. 호주의 로텍 에어로스포츠는 로텍 R2800(110hp) 7기통과 로텍 R3600(150hp) 9기통 엔진을 제공한다. HCI 에비에이션^[13]은 R180 5기통(75hp)과 R220 7기통(110hp) 엔진을 "바로 비행 가능"한 형태와 직접 조립 키트로 제공한다. 체코의 베르너 모터는 25hp~150hp의 다양한 출력 범위의 복좌식 엔진을 생산한다.^[14] 무선 조종 비행기용 소형 복좌식 엔진은 O.S.엔진, 일본의 사이토 세이사쿠쇼, 중국의 시가주앙, 독일의 볼프강 자이델이 설계하고 인도에서 제조하는 에볼루션, 미국의 테크노파워에서 생산한다.

5. 직렬 엔진과의 비교

성형 엔진은 크랭크축이 짧아 제조가 쉽고 가벼우며 튼튼하다. 각 실린더가 전면에 노출되어 냉각이 쉬워 대부분 공랭식으로 충분하다. 그러나 단면적이 커서 속도가 높아질수록 항력이 증가하는 단점이 있는데, 이는 카울을 사용하여 줄일 수 있다.^[29] 특히 NACA 카울링은 항력을 줄이고 냉각 성능을 개선하는 데 효과적이었다.

액체 냉각 시스템은 전투 피해에 취약하지만, 공랭식 성형 엔진은 작은 피해에도 영향을 덜 받을 수 있다.^[16] 단열 성형 엔진은 모든 실린더를 고르게 냉각할 수 있지만, 다열 성형 엔진은 후면 실린더 냉각에 어려움이 있을 수 있다.^[18]

6. 다른 유형의 성형 엔진

성형 엔진은 초기에는 실린더를 한 줄로 배열했지만, 엔진이 커지면서 여러 줄로 배열하는 방식으로 발전했다.

1930년대 항공기 성능 향상을 위해 더 강력한 엔진이 필요해지면서 이중 열 성형 엔진이 등장했다. 이중 열 엔진은 뒷 열 실린더 냉각 문제가 있었지만, BMW 801처럼 냉각 시스템을 개선하여 해결했다. 쿠르트 탱크(Kurt Tank)가 설계한 BMW 801 냉각 시스템은 냉각 효율을 높이고 항력을 줄였다. 이러한 발전으로 제2차 세계 대전 후반기에는 많은 항공기가 성형 엔진을 다시 사용했다. 브리스톨 센타우루스(Bristol Centaurus)는 호커 시 퓨리(Hawker Sea Fury)에, 슈베초프 ASh-82(Shvetsov ASh-82)는 라보치킨 La-7(Lavochkin La-7)에 사용되었다.

더 큰 출력을 위해 3열, 4열 엔진도 개발되었다. R-4360은 4열 엔진의 대표적인 예시로, 제2차 세계 대전 이후 대형 미국 항공기에 사용되었다.

대부분 성형 엔진은 가솔린 엔진이었지만, 디젤 성형 엔진도 있었다. 디젤 엔진은 연료 효율이 높고 화재 위험이 낮다는 장점이 있었다. DR-980은 1931년에 급유 없이 84시간 이상 비행하는 기록을 세웠다.^[22] 디젤 성형 엔진에는 브리스톨 피닉스(Bristol Phoenix), 클레르제(Clerget) 14D, 노드버그 제조 회사(Nordberg Manufacturing Company) 엔진, 일렉트로-모티브 디젤(Electro-Motive Diesel)(EMD) "팬케이크" 엔진, 조체 항공 디젤(Zoche aero-diesel) 등이 있다.

압축 공기를 이용하는 성형 엔진도 설계되었으며, O.S. 맥스(O.S. Max), 사이토 세이사쿠쇼(Saito Seisakusho) 등에서 모형 성형 엔진을 생산했다.^[28]

6. 1. 다열 성형 엔진

엔진 크기가 커짐에 따라, 실린더를 한 줄로 배열하는 초기 방식을 넘어 추가적인 실린더 열을 더하는 방식이 필요해졌다. 1912년에 설계된 160마력 그놈 "더블 람다" 회전식 엔진은 80마력 람다 단열 7기통 회전식 엔진을 14기통 이중 열로 만든 최초의 이중 열 방사형 엔진이었으나, 신뢰성과 냉각 문제로 큰 성공을 거두지는 못했다.

1930년대에 항공기가 커지고 무거워지면서 더 강력한 엔진이 필요해졌고, 단열 엔진으로는 한계에 다다르자 이중 열 설계가 본격적으로 등장했다. 하지만 이중 열 설계는 뒷 열의 실린더 냉각 문제가 있었는데, 다양한 배플과 핀을 도입하여 이 문제를 해결했다. 그러나 넓은 전면 면적으로 인해 항력이 증가하는 단점도 있었다.

BMW 801 14기통 이중 열 방사형 엔진은 쿠르트 탱크(Kurt Tank)가 설계한 새로운 냉각 시스템을 도입하여 이 문제를 해결했다. 고속 팬을 사용하여 압축 공기를 실린더 사이로 보내고, 배플을 통해 모든 실린더에 공기를 유도하는 방식이었다. 이를 통해 카울링을 촘촘하게 장착하여 항력을 줄이면서도 충분한 냉각을 제공할 수 있었다. 이 방식은 다른 제조업체에도 널리 적용되었고, 제2차 세계 대전 후반기에는 많은 항공기들이 방사형 엔진을 다시 사용하게 되었다. 예를 들어, 브리스톨 센타우루스(Bristol Centaurus)는 호커 시 퓨리(Hawker Sea Fury)에, 슈베초프 ASh-82(Shvetsov ASh-82)는 라보치킨 La-7(Lavochkin La-7)에 사용되었다.

더 큰 출력을 얻기 위해 3열, 4열 엔진도 개발되었다. 4열 엔진의 대표적인 예는 R-4360으로, 28개의 실린더가 4열로 배열된 ''옥수수알'' 구조를 가지고 있었다. R-4360은 제2차 세계 대전 이후 대형 미국 항공기에 사용되었다. 미국과 소비에트 연방은 더 큰 방사형 엔진 개발을 이어갔지만, 영국은 센타우루스의 최신 버전과 터보프롭 엔진으로 빠르게 전환했다.

대형 방사형 엔진은 다른 용도로도 제작되었는데, 예를 들어 42개의 실린더(7개씩 6열)를 가진 5톤 Zvezda M503 디젤 엔진은 배기량 143.6L, 출력 3942hp로 고속 오사급 미사일 고속정(Osa class missile boat)에 사용되었다. 미국에서 제작된 가장 큰 피스톤 항공기 엔진인 라이커밍 XR-7755(Lycoming XR-7755)는 36개의 실린더, 총 배기량 약 127L, 출력 5000hp를 가졌다.

6. 2. 디젤 성형 엔진

대부분의 성형 엔진은 가솔린 엔진이었지만, 디젤 성형 엔진도 존재했다. 디젤 엔진은 연료 소비량이 적고 화재 위험이 낮다는 장점이 있다.

팩카드(Packard): 1928년 9기통 980입방인치(16.06리터) 배기량의 225hp 디젤 성형 엔진 DR-980을 설계 및 제작했다. 1931년 5월 28일, 월터 에드윈 리스와 프레드릭 브로시가 조종하는 DR-980 엔진을 탑재한 벨랑카 CH-300은 급유 없이 84시간 32분 동안 공중 체류하는 기록을 세웠다.^[22] 이 기록은 루탄 보이저(Rutan Voyager)가 경신할 때까지 55년 동안 유지되었다.^[23]

브리스톨(Bristol): 1928년부터 1932년까지 실험적인 브리스톨 피닉스(Bristol Phoenix)를 웨스트랜드 와피티(Westland Wapiti)에서 성공적으로 시험 비행했고, 1934년에 제2차 세계 대전까지 지속된 고도 기록을 세웠다.

클레르제(Clerget): 1932년 프랑스 회사 클레르제는 14기통 2행정 디젤 성형 엔진인 14D를 개발했다. 1938년 14F2 모델은 1910rpm 순항 출력에서 520hp을 생산했으며, 당시 가솔린 엔진과 거의 동일한 출력 대 중량비와 동등한 가솔린 엔진의 약 80%에 해당하는 비연비를 가졌다. 제2차 세계 대전 동안 연구는 계속되었지만, 나치 점령으로 인해 대량 생산은 이루어지지 않았다. 1943년까지 이 엔진은 터보차저를 사용하여 1000hp 이상을 생산하게 되었다. 전쟁 후, 클레르제 회사는 SNECMA 회사에 통합되었고 4000hp의 32기통 디젤 엔진을 계획했지만, 1947년에 신흥 터빈 엔진을 선호하여 피스톤 엔진 개발을 포기했다.

노드버그(Nordberg): 미국의 노드버그 제조 회사(Nordberg Manufacturing Company)는 1940년대 후반부터 주로 알루미늄 제련소와 펌프용으로 전력 생산을 위해 일련의 대형 2행정 성형 디젤 엔진을 개발 및 생산했다. 이 엔진들은 대부분의 성형 엔진과 달리 단일 행(또는 열)에 짝수의 실린더를 가지고 있으며 특이한 이중 마스터 커넥팅 로드를 가지고 있었다. 디젤유나 가솔린, 또는 이 둘의 혼합물을 사용하여 작동할 수 있도록 다양한 변형이 제작되었다. 미국의 많은 발전소 설비에서 이러한 엔진을 다수 사용한 설치가 이루어졌다.^[24]

EMD: 일렉트로-모티브 디젤(Electro-Motive Diesel) (EMD)은 해양용으로 "팬케이크" 엔진인 16-184와 16-338을 제작했다.^[25]

조체(Zoche): 조체 항공 디젤(Zoche aero-diesel)은 4개 또는 8개의 짝수 실린더를 가진 시제 성형 설계이다. 하지만 이것은 문제가 되지 않는데, 크랭크축 회전당 4행정 엔진의 두 배인 파워 스트로크를 가진 2행정 엔진이기 때문이다.^[26]

6. 3. 압축 공기 성형 엔진

모형 비행기와 가스 압축기에 사용되는 압축 공기를 이용하는 다수의 레디얼 엔진이 설계되었다.^[27]

6. 4. 모형 성형 엔진

O.S. 맥스(O.S. Max)사가 1986년에 5기통 3.0 cu.in(50 cm³) 배기량의 "시리우스(Sirius)" 방사형 엔진을 출시하면서 다수의 실린더를 가진 4행정 모형 엔진들이 방사형으로 상용화되기 시작되었다.^[28] 미국의 "테크노파워(Technopower)"사는 1976년 초에 더 작은 배기량의 5기통 및 7기통 모형 방사형 엔진을 제작했지만, OS사의 엔진은 모형 항공 역사상 최초로 대량 생산된 방사형 엔진 설계였다. O.S.엔진과 사이토 세이사쿠쇼(Saito Seisakusho) 등에서 이러한 모형 엔진을 생산한다.^[28] 사이토 제작소는 OS 설계의 직접적인 경쟁 제품으로 동일한 크기의 5기통 방사형 4행정 모형 엔진을 생산했으며, 0.90 cu.in(15 cm³)에서 4.50 cu.in(75 cm³) 배기량에 이르는 3기통 메탄올 및 가솔린 연료 모형 방사형 엔진 시리즈도 제작하였다. 이들 엔진은 모두 가솔린 사용을 위한 84 cm³ 배기량까지 점화 방식으로도 제공된다.^[28]

참조

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