星型エンジン

CM マンリーは1901 年に、ラングレーのエアロドローム航空機用に、スティーブン バルザーの回転エンジンの 1 つを改造した水冷式 5 気筒星型エンジンを製作した。マンリーのエンジンは950 rpm で52 hp (39 kW)の出力を出した。^{[ 1 ]}  

1903年から1904年にかけて、ヤコブ・エルハンマーはオートバイの製造経験を活かし、世界初の空冷式星型エンジン、3気筒エンジンを製作した。彼はこのエンジンをベースに、1907年にはより強力な5気筒モデルを開発した。このエンジンは彼の三葉機に搭載され、何度か短距離の自由飛行を行った。^{[ 2 ]}

もう1つの初期の星型エンジンは、3気筒のアンザニエンジンで、元々はW3「ファン」構成で製造され、そのうちの1つがルイ・ブレリオのブレリオXI号機をイギリス海峡横断に走らせた。1914年以前、アレッサンドロ・アンザニは、3気筒（120°間隔）の星型エンジンから、200馬力（150kW ）の巨大な20気筒エンジンまで、さまざまな星型エンジンを開発していた。3気筒エンジンは、オリジナルのブレリオ工場で製造された有名なブレリオXI号機のフランス製モデル数機に使用されたほど初期のものであった。20気筒エンジンは、5気筒ずつ4列に配置された巨大なエンジンであった。^{[ 1 ]}  

ほとんどの星型エンジンは空冷式だが、初期の星型エンジンの中で最も成功したものの1つ（そして第一次世界大戦の戦闘機用に製造された最も初期の「定置式」設計）は、大量生産された9気筒水冷星型エンジンのサルムソン9Zシリーズだった。ジョルジュ・カントンとピエール・ウンネは1909年にオリジナルのエンジン設計の特許を取得し、サルムソン社に提供した。このエンジンはしばしばカントン・ウンネとして知られていた。^{[ 3 ]}

1909年から1919年にかけて、星型エンジンは、その近縁種である回転式エンジンに影を潜めていた。回転式エンジンは、いわゆる「固定式」星型エンジンとは異なり、クランクケースとシリンダーがプロペラと共に回転する。概念的には後の星型エンジンと似ており、主な違いは、プロペラがエンジンに、クランクシャフトが機体にボルトで固定されている点である。初期の「固定式」星型エンジンの大きな問題であったシリンダーの冷却の問題は、エンジンが独自の冷却気流を生成することで緩和された。^{[ 4 ]}

第一次世界大戦中、多くのフランス軍機やその他の連合国軍機は、グノーム、ル・ローヌ、クレルジェ、ベントレーなどのロータリーエンジンを搭載して飛行した。これらのエンジンの最高出力は250馬力（190kW ）に達したが、 160馬力（120kW ）を超えるものはどれも成功しなかった。1917年までに、ロータリーエンジンの開発は、1918年までに400馬力（300kW ）もの出力を誇るようになった新型直列エンジンやV型エンジンに後れを取っていた。これらのエンジンは、フランスとイギリスの新型戦闘機のほぼすべてに搭載されていた。      

当時のドイツの航空機のほとんどは、水冷式の直列6気筒エンジンを使用していた。モトーレンファブリーク・オーバーウルゼルは、グノームとル・ローヌのロータリー動力装置のライセンス生産を行い、シーメンス・ハルスケは独自の設計を製造した。その中には、シーメンス・ハルスケ Sh.III 11気筒ロータリーエンジンも含まれていた。このエンジンは、クランクシャフトが機体のフレームにしっかりと固定されていない状態で、クランクケース後端のベベルギアトレインを介してギア駆動されるという点で、当時としては珍しいものであった。そのため、エンジンの内部作動部品（クランクケースベアリング内で「浮動」する完全内部のクランクシャフト、コンロッド、ピストン）は、クランクケースとシリンダーとは逆方向に回転した。ただし、プロペラはクランクケース前面にしっかりと固定されていたため、通常のウムラウフモーター式ドイツ製ロータリーエンジンと同様に、プロペラ自体も回転していた。

戦争終結までに、ロータリーエンジンは設計上の限界に達していた。特に、中空クランクシャフトを通してシリンダーに吸入できる燃料と空気の量に関して限界があった。一方、冶金技術とシリンダー冷却技術の進歩により、定置式星型エンジンがロータリーエンジンに取って代わるようになった。1920年代初頭、ル・ローヌ社は自社のロータリーエンジンのいくつかを定置式星型エンジンに改造した。

1918年までに、第一次世界大戦の航空機に搭載されていた水冷式直列エンジンや空冷式ロータリーエンジンに比べて、空冷式星型エンジンの潜在的な利点が認識されていたものの、実現には至っていなかった。イギリスの設計者は1917年にABCドラゴンフライ星型エンジンを開発したが、冷却の問題を解決できず、ブリストルとアームストロング・シドレーがブリストル・ジュピター^{[ 5 ]}やアームストロング・シドレー・ジャガーなどの信頼性の高い空冷式星型エンジンを生産したのは1920年代になってからだった。

米国では、 1920年に国家航空諮問委員会（NACA）が、空冷星型エンジンは出力重量比と信頼性の向上をもたらす可能性があると指摘した。1921年までに、米海軍は空冷星型エンジンを搭載した航空機のみを発注すると発表し、他の海軍航空部隊もそれに続いた。チャールズ・ローレンスのJ-1エンジンは、海軍の資金援助を受けて1922年に開発され、鋼鉄製ライナー付きアルミニウム製シリンダーを使用することで、当時50時間の航続時間が一般的だった時代に、前例のない300時間の稼働を実現した。陸軍と海軍の要請により、ライト航空会社はローレンスの会社を買収し、その後のエンジンはライトの名で製造された。星型エンジンは、長距離洋上飛行を行う海軍パイロットに自信を与えた。^{[ 6 ]}

1925年にライトが開発した225馬力（168kW ）のJ-5ワールウィンド星型エンジンは、「真に信頼できる最初の航空機エンジン」として広く称賛された。^{[ 7 ]}ライトは、このエンジンを披露するための航空機の設計をジュゼッペ・マリオ・ベランカに依頼し、その結果生まれたのがライト・ベランカWB-1で、同年後半に初飛行した。J-5は、チャールズ・リンドバーグが初の単独大西洋横断飛行を行ったスピリット・オブ・セントルイス号など、当時の多くの先進的な航空機に使用された。^{[ 8 ]}  

1925年、アメリカのプラット・アンド・ホイットニー社が設立され、ライト兄弟の星型エンジンと競合した。プラット・アンド・ホイットニー社の最初の製品であるR-1340ワスプは同年後半に試験運転され、その後25年間にわたって14気筒2列のプラット・アンド・ホイットニーR-1830ツインワスプを含む一連のエンジンが誕生した。ツインワスプは航空史上、他のどの航空機用ピストンエンジンよりも多く生産され、約17万5000基が製造された。^{[ 9 ]}

イギリスでは、ブリストル飛行機会社がジュピター、マーキュリー、スリーブバルブ式のハーキュリーズなどの星型エンジンの開発に注力していた。ドイツ、日本、ソビエト連邦は、アームストロング・シドレー、ブリストル、ライト、プラット・アンド・ホイットニーの星型エンジンのライセンス生産から始め、その後、独自の改良型を開発した。フランスは様々なロータリーエンジンの開発を継続したが、ブリストルの設計、特にジュピターをベースにしたエンジンも生産した。

現代のプロペラ機では他のピストンエンジンやターボプロップエンジンが主流となっているが、ライトR-3350デュプレックスサイクロン星型エンジンを搭載したグラマンF8Fベアキャットであ​​るレアベアは、依然として最速のピストンエンジン機である。^{[ 10 ] [ 11 ]}

アメリカのプラット・アンド・ホイットニー R-2800 ダブルワスプ ツインロー 18 気筒エンジンは、排気量 2,800 立方インチ⁽ 46 L)、出力 2,000 ～ 2,400  hp (1,500 ～ 1,800  kW) で、125,334 基がアメリカの単発機ヴォート F4U コルセア、グラマン F6F ヘルキャット、リパブリック P-47 サンダーボルト、双発機マーティン B-26 マローダー、ダグラス A-26 インベーダー、ノースロップ P-61 ブラックウィドウなどに搭載された。同じ会社の前述の小排気量 (30 リットル) のツインワスプ14 気筒ツインロー 星型エンジンは、 B-24 リベレーター、PBY カタリナ、ダグラス C- 47 の主エンジンとして使用され、それぞれの設計は生産数でトップクラスだった。各機体設計タイプごとの累計生産台数。

アメリカのライト・サイクロン・シリーズの二列星型エンジンは、アメリカの軍用機に搭載された。排気量約43リットル、14気筒のツイン・サイクロンは、単発エンジンのグラマンTBFアベンジャー、双発エンジンのノースアメリカンB-25ミッチェル、およびダグラスA-20ハボックの一部の機種に搭載され、排気量約55リットル、18気筒の大型二列星型エンジンであるデュプレックス・サイクロンは、四発エンジンのボーイングB-29スーパーフォートレスなどに搭載された。

ソ連のシュベツォフ設計局（OKB-19）は、第二次世界大戦中にソ連の航空機に使用されたソ連政府工場生産の星型エンジンの設計を独占的に行いました。その始まりはシュベツォフM-25 （アメリカのライト・サイクロン9の設計に基づく）で、戦闘機用の排気量41リットルの14気筒星型エンジン、シュベツォフASh-82、そして1946年には排気量58リットルの巨大な18気筒星型エンジン、シュベツォフASh-73を設計しました。戦争中にシュベツォフ設計局が設計した最小排気量の星型エンジンは、独自設計の排気量8.6リットルの5気筒星型エンジン、シュベツォフM-11でした。

ドイツ製の排気量42リットル、14気筒、2列のBMW 801エンジンは、1,560～2,000 PS（1,540～1,970  hp、または1,150～1,470  kW）の出力を持ち、ドイツの単座単発機フォッケウルフFw 190ヴュルガーと双発機ユンカースJu 88に28,000基以上搭載された。

日本では、ほとんどの飛行機は、14気筒の三菱瑞星（11,903基、例：川崎Ki-45）、三菱金星（12,228基、例：愛知D3A）、三菱火星（16,486基、例：川西H8K）、中島栄（30,233基、例：三菱A6M、中島Ki-43）、18気筒の中島誉（9,089基、例：中島Ki-84）などの空冷星型エンジンを搭載していた。川崎Ki-61と横須賀D4Yは、当時日本の液冷直列エンジン搭載機としては珍しい例であったが、後に川崎Ki-100と横須賀D4Y3として星型エンジンを搭載するように再設計された。

イギリスでは、ブリストル社はスリーブバルブ式と従来のポペットバルブ式の両方の星型エンジンを製造しました。スリーブバルブ式の設計では、57,400基以上のハーキュリーズエンジンがビッカース・ウェリントン、ショート・スターリング、ハンドレー・ページ・ハリファックス、およびアブロ・ランカスターのいくつかのバージョンに搭載され、8,000基以上の先駆的なスリーブバルブ式ブリストル・ペルセウスがさまざまなタイプで使用され、スリーブバルブを使用したブリストル社製の最大排気量のイギリス製星型エンジンであるブリストル・ケンタウルスが2,500基以上、ホーカー・テンペストIIとシーフューリーに搭載されました。同じ会社のポペットバルブ式星型エンジンには、ショート・サンダーランド、ハンドレー・ページ・ハンプデン、フェアリー・ソードフィッシュに使用されたブリストル・ペガサス約32,000基と、ウェストランド・ライサンダー、ブリストル・ブレンハイム、ブラックバーン・スクアの動力源として使用された、1925年製の9気筒マーキュリー20,000基以上が含まれていた。

第二次世界大戦に至るまでの数年間、装甲車両の必要性が認識されるにつれ、設計者たちは車両の動力源の問題に直面し、航空機用エンジン、中でも星型エンジンの使用に目を向けた。星型航空機用エンジンは、当時利用可能だった従来の直列型車両用エンジンよりも出力重量比が高く、信頼性も高かった。しかし、この依存には欠点もあった。M3リーやM4シャーマンのようにエンジンを垂直に搭載した場合、その比較的大きな直径のため、直列型エンジンを使用した設計よりも戦車のシルエットが高くなってしまうのである。

1931年に初飛行した7気筒星型航空エンジンであるコンチネンタルR-670は、M1戦闘車、M2軽戦車、M3スチュアート、M3リー、LVT-2ウォーターバッファローなどに搭載され、広く使用される戦車の動力源となった。

ギバーソンT-1020は9気筒星型ディーゼル航空エンジンで、M1A1E1に使用され、コンチネンタルR975はM4シャーマン、M7プリースト、M18ヘルキャット駆逐戦車、M44自走榴弾砲に使用されました。

現在でも多くの企業が星型エンジンを製造し続けている。ヴェデネエフ社は、ヤコブレフやスホーイの曲技飛行機に使用されている360～450馬力（270～340kW）のM-14P星型エンジンを製造している。M-14Pは、カルプ・スペシャルやカルプ・ソッピース・パップ^{[ 12 ]}、ピッツS12「モンスター」、マーフィー「ムース」などの自作航空機の製造にも使用されている。ポーランドでは、WSK PZLカリシュ社がシュヴェツォフASh-62エンジンを製造している。直接噴射式のバージョンも開発されている^{[ 13 ]} 。オーストラリアのロテック・エアロスポーツ社からは、 110馬力（82kW ）の7気筒エンジンと150馬力（110kW ）の9気筒エンジンが入手可能である。 HCI Aviation ^{[ 14 ]}は、R180 5気筒 ( 75 hp (56 kW) ) と R220 7気筒 ( 110 hp (82 kW) ) を提供しており、「すぐに飛行可能」な状態と、自分で組み立てるキットとして入手可能です。チェコ共和国のVerner Motor は、 25～150 hp (19～112 kW)の出力範囲のいくつかの星型エンジンを製造しています。^{[ 15 ]}模型飛行機 用の小型星型エンジンは、 OS Engines、日本の斎藤製作所、中国の石家荘、および米国の Evolution (ドイツの Wolfgang Seidel が設計し、インドで製造) と Technopower から入手可能です。            

当初、星型エンジンはシリンダーが1列だけでしたが、エンジンの大型化に伴い、シリンダー列を追加する必要が生じました。2列設計を採用した最初の星型エンジンとして知られているのは、1912年に開発された160馬力のグノーム「ダブルラムダ」ロータリーエンジンです。これは、同社の80馬力ラムダ 単列7気筒ロータリーエンジンの14気筒2列バージョンとして設計されましたが、信頼性と冷却の問題により、その成功は限定的なものとなりました。 

1930年代、航空機のサイズと重量が増大し、必要な出力を持つ単列エンジンでは実用的ではなくなるほどになったため、2列エンジンが数多く登場し始めた。2列エンジンは、後部シリンダー群の冷却に問題が生じることが多かったが、様々なバッフルやフィンが導入され、これらの問題はほぼ解消された。欠点は、十分な気流を確保するために前面を比較的大きく開けておく必要があり、抗力が増加することである。このため、1930年代後半には、現代の戦闘機のような高速航空機に星型エンジンを使用する可能性について、業界で大きな議論が巻き起こった。

この解決策は、BMW 801 14気筒二列星型エンジンで導入されました。クルト・タンクはこのエンジン用に新しい冷却システムを設計し、高速ファンで圧縮空気をバンクの中央に送る通路に送り込み、そこで一連のバッフルによって空気をすべてのシリンダーに導くようにしました。これにより、エンジンの周囲にカウリングをぴったりと取り付けることができ、空気抵抗を低減しながら、（数々の実験と改良を経て）後部にも十分な冷却空気を供給することができました。この基本コンセプトはすぐに他の多くのメーカーに模倣され、第二次世界大戦末期の多くの航空機は、より新しく、はるかに大型の設計が導入されるにつれて、星型設計に戻りました。例としては、ホーカー シーフューリーに搭載されたブリストル ケンタウルスや、ラボーチキン La-7に搭載されたシュベツォフ ASh-82などがあります。

さらなる出力向上を目指して、後部バンクに必要な空気の流れを確保することが困難であったため、列数を増やすことは現実的ではないと考えられた。より大型のエンジンが設計され、その多くは水冷式であったが、これにより構造が大幅に複雑化し、放射状空冷式の利点の一部が失われてしまった。このコンセプトの一例として、BMW 803が挙げられるが、これは実戦投入されることはなかった。

風洞やその他のシステムを用いた星型エンジンの周囲の気流に関する大規模な研究が米国で行われ、慎重な設計によって十分な気流が得られることが実証された。これにより、4列のトウモロコシの穂軸のような配置で28個のシリンダーを備えたR-4360が開発された。R-4360は第二次世界大戦後、大型のアメリカ製航空機に搭載された。米国とソ連はより大型の星型エンジンの実験を続けたが、英国はセントーラスの新型を採用し、アームストロング・シドレー・パイソンやブリストル・プロテウスなどのターボプロップエンジンの使用へと急速に移行した。これらのエンジンは、重量や複雑さを伴わずに星型エンジンよりも容易に高出力を得ることができた。

大型星型エンジンは、他の用途向けにも製造され続けましたが、現在では一般的ではありません。一例として、5トンのズベズダM503ディーゼルエンジンがあります。これは、7気筒×6列、42気筒、排気量143.6リットル（8,760立方インチ）、出力3,942馬力（2,940キロワット）です。このうち3基は、高速オサ級ミサイル艇に使用されました。もう1つは、ライカミングXR-7755で、これは米国で製造されたピストン式航空機エンジンとしては最大で、36気筒、排気量約7,750立方インチ^（ 127リットル）、出力5,000馬力（3,700キロワット）でした。    

ほとんどの星型エンジンはガソリン用に製造されてきたが、ディーゼル用の星型エンジンも存在する。ディーゼルエンジンには、燃料消費量の少なさと火災リスクの低減という2つの大きな利点がある。

パッカード

1928年、パッカードは9気筒、排気量980立方インチ（16.06リットル）の4ストロークディーゼル星型航空機エンジン、225馬力（168kW ）のDR-980を設計・製造した。1931年5月28日、ウォルター・エドウィン・リーズとフレデリック・ブロッシーが操縦するDR-980エンジン搭載のベランカCH-300（燃料481ガロン）が、給油なしで84時間32分飛行するという記録を樹立した。^{[ 23 ]}この記録は、ルータン・ボイジャーによって破られるまで55年間保持された。^{[ 24 ]} 

ブリストル

1928年から1932年にかけて開発された実験機ブリストル・フェニックスは、ウェストランド・ワピティ機での飛行試験に成功し、1934年には第二次世界大戦まで破られることのない高度記録を樹立した。

クレルジェ

1932年、フランスのクレルジェ社は14気筒2ストロークディーゼル星型エンジンである14Dを開発した。一連の改良を経て、1938年には14F2型が1910rpmの巡航出力で520hp （390kW ）を発揮し、当時のガソリンエンジンと同等の出力重量比と、同等のガソリンエンジンの約80%の比燃料消費率を実現した。第二次世界大戦中も研究は続けられたが、ナチス占領のため量産は行われなかった。1943年までに、このエンジンはターボチャージャーを搭載し、1,000hp （750kW ）を超える出力を発揮するまでに成長した。戦後、クレルジェ社はスネクマ社に統合され、 4,000馬力（3,000kW ）の32気筒ディーゼルエンジンの開発計画を立てていたが、1947年にピストンエンジンの開発を断念し、台頭しつつあったタービンエンジンの開発に注力するようになった。      

ノードバーグ

米国のノードバーグ製造会社は、1940年代後半から、主にアルミニウム製錬所での発電や揚水用に、大型の2ストローク星型ディーゼルエンジンをシリーズ開発・製造しました。これらのエンジンは、1つのバンク（または列）に偶数個のシリンダーがあり、珍しいダブルマスターコネクティングロッドを備えている点で、ほとんどの星型エンジンとは異なっていました。ディーゼル油、ガソリン、またはその両方の混合燃料で運転できるバリエーションが製造されました。これらのエンジンを多数使用した発電所が米国に数多く建設されました^{[ 25 ]。}

EMD

エレクトロ・モーティブ・ディーゼル（EMD）は船舶用に「パン​​ケーキ」エンジン16-184と16-338を製造した。^{[ 26 ]}

ゾチェ

ゾッヘ航空ディーゼルは、4気筒または8気筒の偶数個のシリンダーを持つプロトタイプの星型設計ですが、これは問題になりません。なぜなら、これらは2ストロークエンジンであり、クランクシャフト1回転あたり4ストロークエンジンの2倍の動力行程があるからです。^{[ 27 ]}

圧縮空気で動作するラジアルモーターが数多く設計されており、そのほとんどは模型飛行機やガス圧縮機での使用を目的としている。^{[ 28 ]}

多気筒4ストローク模型エンジンは、1986年に日本のOS Max社が発売した5気筒、排気量3.0立方インチ（ 50cm³ ^）の「シリウス」ラジアルエンジンFR5-300を皮切りに、ラジアル構成で市販されるようになった。アメリカの「テクノパワー」社は1976年には既に小排気量の5気筒および7気筒模型ラジアルエンジンを製造していたが、OS社のエンジンは模型飛行機の 歴史上、初めて量産されたラジアルエンジンの設計であった。日本のライバル企業である斎藤製作所はその後、OS社の設計に直接対抗する形で、同様のサイズの5気筒ラジアル4ストローク模型エンジンを自社で製造し、さらに0.90立方インチ（ 15cm³ ）から4.50立方インチまでの3気筒メタノールおよびガソリン燃料模型ラジアルエンジンシリーズも開発した^。（75  cm ³ ）排気量のものもすべて、ガソリンで使用できる最大 84  cm ^{3排気量のスパーク点火形式でも入手可能です。 [ 29 ]} ドイツの Seidel 社は、かつては 7 気筒と 9 気筒の「大型」（排気量 35 cm ³から）ラジアル エンジンを製造しており、主にグロー プラグ点火用で、実験的な 14 気筒の 2 列ラジアル エンジンも試作されていました。現在、アメリカの Evolution 社が Seidel 社設計のラジアル エンジンを販売しており、製造はインドで行われています。