Le Rolls-Royce R était un moteur d'avion fabriqué par la compagnie Rolls-Royce plc (Public Limited Company). Le « R » était un gros moteur de conçu par une équipe menée par Ernest Hives et composée de Cyril Lovesey, Arthur Rowledge et Henry Royce. Ce moteur était destiné aux hydravions Supermarine pour participer à des courses de vitesse.
Le R a été utilisé avec succès lors des compétitions d'hydravions de la coupe Schneider organisées en Angleterre en 1929 et 1931. Peu après la compétition de 1931, un moteur R utilisant un mélange de carburant spécial a permis à l'avion gagnant, le Supermarine S.6B, d'atteindre un nouveau record de vitesse à ( par heure). Durant les années 1930, des moteurs R neufs et d'occasion ont aussi été utilisés pour réaliser divers records de vitesse sur terre et sur eau par des personnalités telles que Sir Henry Segrave, Sir Malcolm Campbell et son fils Donald, le dernier record ayant été établi en 1939. La tentative de record de vitesse sur l’eau par Donald Campbell en 1951 n’a pas abouti.
L’expérience acquise par les concepteurs de Rolls-Royce et de Supermarine avec le moteur R a été précieuse pour le développement ultérieur du moteur Rolls-Royce Merlin qui a équipé, entre autres, les Hurricane, Spitfire, Lancaster, Mosquito, Mustang, et quelques autres.
Trois exemplaires du moteur R sont exposés au public dans les musées britanniques depuis l'année 2014.
Conception et développement Origine En 1928, chez Rolls-Royce on réalisa que le moteur Napier Lion utilisé dans le Supermarine S.5, vainqueur du Trophée Schneider 1927, était en bout de développement, et que pour que l'équipe britannique engagée dans la course suivante soit compétitive, il fallait un nouveau moteur. Les premiers dessins d'un moteur de course en « H », basé sur le Buzzard, ont été transmis à chez Supermarine le , permettant à Mitchell de commencer la conception du nouvel hydravion S.6 pour le Trophée Schneider. Peu de temps après, le moteur fut renommé « R » pour « Racing ». Le Gouvernement britannique ne délivra le contrat pour le lancement du projet qu'en , ce qui ne laissait à Rolls-Royce que six mois pour développer le moteur avant les courses du Trophée Schneider de cette année-là.
Description Le R reprenait du Buzzard les cotes d'alésage x course et la cylindrée, avec le même angle de 60°. Il fut équipé d'un nouveau compresseur à deux chambres et un seul étage, les cylindres furent redessinés, et les bielles renforcées. Les deux bloc-cylindres reçurent des chemises humides. Pour le carter principal et celui du réducteur pour l'hélice, on utilisa l'alliage d'aluminium et, en raison de la courte longévité à laquelle on s'attendait, l'aluminium forgé remplaça le bronze et l'acier pour de nombreuses pièces.
Pour que le R soit aussi compact que possible, plusieurs modifications furent apportées par rapport au Buzzard : le carter du réducteur pour l'hélice fut redessiné, les couvercles des arbres à cames modifiés pour s'intégrer au mieux à la forme du nez de l'avion, l'admission d'air positionnée dans le V du moteur (ce qui aida aussi à éviter l'ingestion d'embruns), et sous le moteur les éléments auxiliaires furent rehaussés un peu pour mieux s'intégrer au fuselage. La longueur du moteur fut réduite en ne plaçant pas les têtes de bielle côte à côte sur chaque maneton. En premier lieu, on utilisa des têtes de bielle « à fourche », la bielle située en face venant dans la fourche. Cependant, après des ruptures de bielles pendant les essais, on en vint à une bielle maîtresse et l'autre articulée dessus (comme pour les moteurs en étoile).
L'introduction de bielles articulées fut considérée par l'ingénieur Arthur Rubbra comme une erreur à cause des problèmes inhérents à cette disposition. La géométrie compliquée faisait que les bielles n'avaient pas la même longueur, donnant une course de piston plus longue du côté des bielles articulées. En conséquence il fallut rallonger les chemises pour que les segments n'en sortent pas au point mort haut. Par la suite, l'ingénieur Arthur Rowledge conçut un nouveau système de bielles à fourche pour le moteur « R » de 1931.
Les moteurs « R » ultérieurs reçurent des soupapes d'échappement au sodium, avec d'autres modifications comme un carter inférieur plus bas, et un segment râcleur sous l'axe de piston, mesure reprise ensuite pour le Merlin. Un vilebrequin équilibré fut introduit en , et le taux de compression des moteurs « sprint » de cette année-là fut porté de 6:1 à 7:1.
L'allumage était confié à deux magnétos montées à l'arrière du moteur, entraînées par engrenages à partir du vilebrequin, chacune alimentant deux bougies, une par banc de cylindres. Cette disposition est couramment utilisée sur les moteurs d'avion, car elle assure l'allumage en cas de défaillance d'une des deux magnétos, et a de plus l'avantage d'une meilleure combustion qu'avec un simple allumage.
Refroidissement Refroidir ce gros moteur tout en minimisant la traînée aérodynamique constitua de nouveaux défis, tant pour l'équipe de Rolls-Royce que pour celle de Supermarine. Les radiateurs traditionnels « en nid d'abeilles » causant une forte traînée en vol, il fut décidé d'utiliser des radiateurs de surface sur les ailes et les flotteurs du S.6, en faisant circuler le liquide réfrigérant dans une double « peau ». L'huile moteur était refroidie de la même façon à la surface du fuselage et de l'empennage. Le S.6 était décrit comme un « radiateur volant », et il avait été estimé que ce système dissipait en chaleur l'équivalent de (environ ). Cependant, on nota des surchauffes du moteur durant les vols en course, ce qui obligeait le pilote à réduire les gaz pour maintenir une température acceptable en sécurité.
Une mesure allant de pair avec un système de refroidissement si particulier était de régler la carburation assez riche, ce qui provoquait fréquemment l'émission de fumées noires par les échappements. Quoique ceci diminuait légèrement la puissance du moteur, cela améliorait la fiabilité et réduisait l'éventualité de détonation dans les cylindres.
Suralimentation et carburant Les atouts du moteur R étaient la conception de son compresseur, sa capacité à tourner vite de par sa solidité structurelle, et les carburants spéciaux utilisés. Le compresseur à double chambre était une nouvelle idée de Rolls-Royce : Tournant avec un rapport de réduction de 8:1, il pouvait gaver les admissions à (relatif), à comparer avec le précédent moteur Kestrel qui n'avait été suralimenté à qu'en 1934. Au début, la haute pression de suralimentation causa des défaillances des bougies, et le problème fut résolu avec l'adoption de bougies Lodge X170, qui se révélèrent tout à fait fiables.
La mise au point du carburant spécial fut confiée à « Rod » Banks, un ingénieur spécialisé dans le développement des carburants et des moteurs. Après avoir utilisé du benzol (benzène plus toluène) pour les premiers tests, un mélange composé de 11 % d'essence aviation, 89 % de benzol, avec de plomb tétraéthyle par gallon () fut essayé. C'est ce mélange qui a été utilisé pour gagner la course du Trophée Schneider en 1929, et il le resta jusqu'en 1931. On découvrit qu'ajouter 10 % de méthanol faisait gagner 20 ch au moteur, avec l'avantage supplémentaire d'un poids de carburant réduit grâce à la moindre masse volumique de l'alcool, ce qui était précieux pour un usage aéronautique. Pour la tentative de record en 1931, de l'acétone fut ajouté pour éviter les ratés d'allumage. La composition finale était de 30 % de benzol, 60 % de méthanol, 10 % d'acétone, et de plomb tétraéthyle par gallon.
Lors des premiers essais au banc, le moteur R délivrait (), et tournait gentiment au ralenti à . Avec des pressions de suralimentation plus fortes et le carburant mis au point par Banks, le R produisit finalement () à : c'était plus du double de la puissance du Buzzard ( () à ). Les essais continuèrent, et on arriva à () à avec une suralimentation à , utilisables pour une course de courte durée. Cette configuration ne fut cependant pas utilisée, parce qu'on craignait que la cellule du S.6B ne puisse la supporter, et aussi que l'appareil ait du mal à emporter la charge du surplus de carburant nécessaire à cause de la consommation plus élevée.
Essais Essais au banc Le premier démarrage du moteur R1 eut lieu à l'usine Rolls-Royce de Derby le , et celui du R7 le lendemain. Il y eut de nombreuses défaillances mécaniques, dont des soupapes brûlées, des ruptures de bielles, des serrages de paliers. Les ressorts de soupapes donnèrent beaucoup plus de souci qu'attendu : une fois, deux ou trois étaient cassés après que le moteur n'ait tourné que . Mais les composants furent sans cesse redessinés et testés jusqu'à résoudre les problèmes. À l'insu de Royce lui-même, les ingénieurs avaient aussi monté des pistons Wellworthy, qui supportaient bien mieux les de la pression des explosions.
Durant les essais, on utilisait trois moteurs Kestrel : un pour produire le flux d'air de la vitesse, un pour la ventilation de l'aire de test, et un pour refroidir les carters. Les compresseurs étaient essayés sur un autre banc, entraînés par un autre moteur Kestrel. Il fallait huit hommes pour mener une cellule de tests, dirigés par le « chef de tests » qui relevait les données et dirigeait les autres opérateurs. L'un de ces « chefs de tests » était Victor Halliwell, qui perdit la vie à bord d'une tentative de record de vitesse sur l'eau à bord du . Les conditions des essais étaient particulièrement désagréables : assourdissement et troubles auditifs se prolongeant jusqu'à deux jours même avec les oreilles bouchées de coton. Il y restait peu de temps pour le développement du moteur, et le bruit assourdissant des trois Kestrel, et un moteur R tournant à pleine puissance par jour exaspérait la population à l'entour. Le maire de Derby intervint et demanda aux habitants de supporter le bruit pour l'amour du prestige britannique. Les essais continuèrent ensuite pendant sept mois.
Pendant un essai de , un des premiers R allait consommer (60 imp.gal.) d'huile de ricin, dont la plus grande partie était recrachée par les échappements et allait tapisser les murs. On donnait du lait aux opérateurs pour minimiser les effets de ce bien connu laxatif. Pour chaque essai il fallait préparer jusqu'à () de mélange carburant, dont il fallait les premiers rien que pour amener le moteur à sa température d'utilisation. La même hélice à grand pas que celle utilisée pour les essais en vol était montée à chaque fois.
Essais en vol Supervisés par Cyril Lovesey, ils commencèrent le dans le nouveau Supermarine S.6 sur la base d'hydravions de la RAF Calshot, à Southampton Water dans le Hampshire. Durant les vérifications avant le vol, on découvrit des particules de métal sur deux des bougies, ce qui indiquait une défaillance de piston et la nécessité de remplacer ou de refaire le moteur. Le règlement de la compétition n'autorisait pas le changement du moteur, mais grâce à la prévoyance d'Ernest Hives, plusieurs ingénieurs et mécaniciens familiers du R étaient descendus à Southampton pour assister aux essais, et avec leur aide le banc de cylindres fut déposé, le piston changé, et le banc de cylindres reposé pendant la nuit, ce qui permit l'équipe de continuer la compétition.