Frederick W. Lanchester

A finales de 1888, Lanchester empezó a trabajar para la Forward Gas Engine Company de Saltley , Birmingham , como subdirector de planta. Su contrato incluía una cláusula que estipulaba que cualquier mejora técnica que realizara sería propiedad intelectual de la empresa. Lanchester, con buen criterio, la tachó antes de firmar. Esta decisión resultó acertada, pues en 1889 inventó y patentó un regulador de péndulo para controlar la velocidad de los motores, por el que recibió diez chelines por cada unidad instalada en un motor Forward. En 1890 patentó un acelerómetro de péndulo para registrar la aceleración y el frenado de vehículos de carretera y ferrocarril.

Tras el fallecimiento del anterior director de planta, Lanchester fue ascendido a su puesto. Diseñó entonces un nuevo motor de gas de mayor tamaño y potencia que cualquiera de los fabricados hasta entonces por la empresa. El motor era vertical, con válvulas de asiento opuestas horizontales para la admisión y el escape. Tenía una relación de compresión muy baja , pero su funcionamiento era muy económico.

En 1890, Lanchester patentó un dispositivo de arranque automático para motores de gas. Posteriormente, vendió los derechos de su invento a la Crossley Gas Engine Company por una suma considerable.

Alquiló un pequeño taller junto a la fábrica de Forward Company y lo utilizó para sus propios experimentos. En este taller, construyó un pequeño motor de gas vertical monocilíndrico de 3 CV (2,2 kW) , que giraba a 600 rpm. Este motor estaba acoplado directamente a una dinamo , que Lanchester utilizaba para iluminar la oficina de la empresa y parte de la fábrica. ^{[ 5 ]}   

Lanchester empezó a encontrar molesto el conflicto entre su trabajo como jefe de fábrica y su labor de investigación. Por ello, en 1893, renunció a su puesto en favor de su hermano menor, George. Casi al mismo tiempo, desarrolló un segundo tipo de motor, de diseño similar al anterior, pero que funcionaba con benceno a 800  rpm. Una parte importante de su nuevo motor era el revolucionario carburador , que mezclaba correctamente el combustible y el aire. Su invento se conocía como carburador de mecha, porque el combustible se aspiraba a través de una serie de mechas, desde donde se vaporizaba. Patentó este invento en 1905.

Lanchester instaló su nuevo motor de gasolina en una lancha de fondo plano, que era impulsada por una rueda de paletas en la popa . Lanchester construyó la lancha en el jardín de su casa en Olton , Warwickshire . La embarcación fue botada en el astillero de Salter en Oxford en 1904, y fue la primera lancha motora construida en Gran Bretaña. ^{[ 5 ]}

Tras haber instalado un motor de gasolina en un barco, el siguiente paso lógico fue utilizarlo para el transporte por carretera. Lanchester se propuso diseñar un vehículo de cuatro ruedas impulsado por un motor de gasolina. Diseñó un nuevo motor de gasolina de 5 CV (3,7 kW) , con dos cigüeñales que giraban en direcciones opuestas, para una suavidad ejemplar, ^{[ 10 ]} y refrigeración por aire mediante paletas montadas en el volante. ^{[ 11 ]} Contaba con una revolucionaria ^{[ 11 ]} caja de cambios epicicloidal (años antes de que Henry Ford la adoptara) ^{[ 11 ]} que proporcionaba dos velocidades hacia adelante más marcha atrás, y que impulsaba las ruedas traseras mediante cadenas. Con carrocería de nogal, tenía capacidad para tres personas, sentadas una al lado de la otra. ^{[ 11 ]} (Por el contrario, el triciclo de Rudolf Egg tenía un motor monocilíndrico de Dion-Bouton de 3 hp (2,2 kW) y 402 cc {24½in ³ ) ^{[ 12 ]} y era capaz de alcanzar los 40 km/h {25 mph}, ^{[ 12 ]} y el triciclo de Léon Bollée un motor de 1,9 kW {2,5 hp} y 650 cc (40 in ³ ) ^{[ 12 ]} de su propio diseño, capaz de superar los 50 km/h {30 mph}. ^{[ 12 ]}          

El automóvil de Lanchester se completó en 1895 y se le dio su primera prueba en 1896, pero resultó insatisfactorio, ya que tenía poca potencia y problemas de transmisión. Lanchester diseñó un nuevo motor de 8  hp (6  kW) y 2895 cc (177 in³ ⁾ [ ^{11 ] refrigerado} por aire con dos cilindros opuestos horizontalmente, que aún conservaba dos cigüeñales. También rediseñó la caja de cambios epicicloidal y la combinó con el motor. Un eje de transmisión conectaba la caja de cambios a un eje rígido . El nuevo motor y la transmisión se instalaron en el automóvil original de 1895.

Lanchester trasladó su negocio a talleres más grandes en Ladywood Road, Fiveways, Birmingham, a medida que avanzaba el trabajo en el automóvil, y también vendió su casa para ayudar a financiar los costos de su investigación. Posteriormente, se construyó un segundo automóvil con el mismo motor y transmisión, pero con el diseño propio de Lanchester de suspensión en voladizo . Este se completó en 1898 y ganó una medalla de oro por su diseño y rendimiento en la Exposición y Pruebas de Automóviles de Richmond. Se le conoció como el Phaeton Medalla de Oro .

En 1898, Lanchester diseñó una versión refrigerada por agua de su motor de 8 CV (6,0 kW) , que se instaló en una embarcación para accionar una hélice. En 1900, el Gold Medal Phaeton participó en la primera prueba de 1000 millas del Royal Automobile Club y completó el recorrido con éxito tras una avería mecánica durante la ruta. ^{[ 5 ]}  

En diciembre de 1899, Lanchester y sus hermanos crearon la Lanchester Engine Company con el fin de fabricar automóviles que pudieran venderse al público. Adquirieron una fábrica en Montgomery Street, Sparkbrook , Birmingham , conocida como Armourer Works. ^{[ 13 ] [ n 2 ]} En su nueva fábrica, Lanchester diseñó un nuevo motor bicilíndrico de diez caballos de fuerza. Decidió utilizar una transmisión de tornillo sin fin y diseñó una máquina para cortar los engranajes helicoidales. Patentó esta máquina en 1905 y continuó durante 25 años produciendo todos los engranajes helicoidales de Lanchester. También introdujo el uso de ejes y acoplamientos estriados en lugar de chavetas y chaveteros, otra innovación que patentó. El eje trasero tenía cojinetes de rodillos y Lanchester diseñó las máquinas para fabricarlos. Su automóvil fue diseñado con el motor colocado entre los dos asientos delanteros en lugar de en la parte delantera, y también tenía una palanca de dirección montada lateralmente en lugar de un volante. La transmisión también incluía un sistema similar a los frenos de disco modernos que sujetaba el disco de embrague para frenar, en lugar de utilizar un sistema separado como en la mayoría de los automóviles. ^{[ 5 ]} El 1 de diciembre de 1902, Lanchester recibió la patente n.° 26.407 para el freno de disco. ^{[ 21 ]}

El nuevo  automóvil de 10 hp apareció en 1901 y se mantuvo en producción hasta 1905, con solo pequeñas modificaciones de diseño. Se hizo amigo de Rudyard Kipling y le enviaba modelos experimentales para que los probara. En 1905, Lanchester produjo un  motor de cuatro cilindros de 20 hp, y en 1906 produjo un  motor de seis cilindros de 28 hp. Aunque Sir Henry Royce ya había abordado el problema de la oscilación torsional del cigüeñal y la vibración consecuente en los motores de seis cilindros en línea , Lanchester analizó el problema científicamente e inventó el amortiguador de vibraciones torsionales del cigüeñal como solución al problema del equilibrio del motor. ^{[ 22 ]} Su diseño, patentado en 1907, utilizaba un volante secundario acoplado al extremo del cigüeñal con un embrague viscoso . Casi al mismo tiempo, Lanchester también patentó un equilibrador armónico para cancelar las fuerzas secundarias desequilibradas en un motor de cuatro cilindros, utilizando dos contrapesos que giraban al doble de la velocidad del cigüeñal en direcciones opuestas. ^{[ 22 ]}

La Lanchester Engine Company vendió alrededor de 350 automóviles de diversos diseños entre 1900 y 1904, año en que quebró debido a la incompetencia de su junta directiva. Inmediatamente se reconstituyó como The Lanchester Motor Company . Durante este período, también experimentó con la inyección de combustible , los turbocompresores , añadió volantes en 1907 e inventó el pedal del acelerador para ayudar a controlar el funcionamiento del motor, que anteriormente no se detenía si el operador tenía problemas. Inventó (o fue el primero en utilizar) ruedas de radios desmontables, cojinetes lubricados a presión, pistones de acero estampado , anillos de pistón , bielas huecas , el amortiguador de vibraciones torsionales para motores de 6 cilindros y el equilibrador armónico para diseños de 4 cilindros.

Finalmente, Lanchester se desilusionó con las actividades de los directores de la empresa y, en 1910, renunció a su cargo de gerente general, convirtiéndose en consultor y asesor técnico a tiempo parcial. Sus hermanos, George y Frank, asumieron la responsabilidad técnica y administrativa de la compañía.

En 1909, Lanchester se convirtió en consultor técnico de la compañía Daimler, donde participó en varios proyectos de ingeniería, incluido el motor Daimler-Knight, cuyas variantes impulsaron el autobús gasolina-eléctrico KPL y el tren de carretera Daimler-Renard , ^{[ 23 ]} y los primeros tanques pesados ​​británicos de la Primera Guerra Mundial, e impulsó todos los automóviles Daimler desde 1909 hasta mediados de la década de 1930, ganando en 1909 el codiciado Trofeo RAC Dewar .

Lanchester comenzó a estudiar aeronáutica seriamente en 1892, once años antes del primer vuelo motorizado exitoso. Durante una travesía del Atlántico hacia Estados Unidos, estudió el vuelo de las gaviotas argénteas , observando cómo aprovechaban las corrientes ascendentes de aire con sus alas inmóviles. Midió diversas aves para comparar su centro de gravedad con su centro de sustentación. Fruto de sus reflexiones, Lanchester formuló su teoría de la circulación del vuelo, base de la aerodinámica y fundamento de la teoría moderna de los perfiles aerodinámicos . En 1894, puso a prueba su teoría con varios modelos. En 1897, presentó un artículo titulado "El planeo de las aves y las posibilidades del vuelo mecánico" a la Sociedad Física , pero fue rechazado por ser demasiado avanzado para su época. Lanchester comprendió que el vuelo motorizado requería un motor con una relación potencia-peso mucho mayor que la de cualquier motor existente. Propuso diseñar y construir dicho motor, pero le advirtieron que nadie lo tomaría en serio. ^{[ 5 ]}

Lanchester se sintió desanimado por la actitud hacia su teoría aeronáutica y se concentró en el desarrollo del automóvil durante los siguientes diez años. En 1906 publicó la primera parte de una obra en dos volúmenes, Vuelo Aéreo , que trataba sobre los problemas del vuelo motorizado ( Lanchester 1906 ) . En ella, desarrolló un modelo para los vórtices que se producen detrás de las alas durante el vuelo, ^{[ 41 ]} que incluía la primera descripción completa de la sustentación y la resistencia . Su libro no tuvo buena acogida en Inglaterra, pero despertó interés en Alemania, donde el científico Ludwig Prandtl confirmó matemáticamente la validez de la teoría de vórtices de Lanchester. En su segundo volumen, Lanchester centró su atención en la estabilidad de las aeronaves, Aerodonética ( Lanchester 1908 ) , desarrollando su teoría fugoide que contenía una descripción de las oscilaciones y las pérdidas de sustentación. Durante este trabajo, esbozó la configuración básica utilizada en la mayoría de las aeronaves desde entonces. La contribución de Lanchester a la ciencia aeronáutica no fue reconocida hasta el final de su vida.

En 1909 se creó el Comité Asesor de Aeronáutica de H. H. Asquith , y Lanchester fue nombrado miembro. Lanchester predijo correctamente que las aeronaves desempeñarían un papel cada vez más importante en la guerra, a diferencia del mando militar, que concebía la guerra como un proceso que continuaría prácticamente igual que en el pasado.

Ese mismo año, 1909, Lanchester patentó hélices contrarrotatorias . ^{[ 42 ]}

En 1914 impartió la «Conferencia James Forrest» de la Institución de Ingenieros Civiles , sobre el tema «La máquina voladora desde un punto de vista de la ingeniería». ^{[ 43 ]}

Lanchester estaba particularmente interesado en predecir el resultado de las batallas aéreas. En 1914, antes del inicio de la Primera Guerra Mundial , publicó sus ideas sobre la guerra aérea en una serie de artículos en Engineering . ^{[ 44 ]} Estos artículos se publicaron en forma de libro en 1916 con el título Aircraft in Warfare: The Dawn of the Fourth Arm ( Lanchester, 1916 ) e incluían la descripción de una serie de ecuaciones diferenciales conocidas actualmente como las Leyes de Potencia de Lanchester . ^{[ 45 ]} Estas leyes describían cómo dos fuerzas se desgastarían mutuamente en combate y demostraban que la capacidad de las armas modernas para operar a larga distancia cambiaba drásticamente la naturaleza del combate: una fuerza que era el doble de grande había sido el doble de poderosa en el pasado, pero ahora era cuatro veces mayor, el cuadrado del cociente. ^{[ 46 ]}

Las leyes de Lanchester se aplicaron originalmente en la práctica en Estados Unidos para estudiar la logística , donde evolucionaron hasta convertirse en investigación operativa (IO) . Actualmente , las técnicas de IO se utilizan ampliamente, sobre todo en el ámbito empresarial .

Tras la guerra, la compañía introdujo el motor Forty, más convencional, rival del Rolls-Royce de 40/50  CV; en 1924 se le unió un motor de seis cilindros con árbol de levas en cabeza y 21  CV (según la clasificación RAC). En 1921, Lanchester fue la primera compañía en exportar coches con volante a la izquierda. También se introdujeron por primera vez cristales tintados en estos coches. En el Rally de Southport de 1928 se presentó un motor de ocho cilindros en línea  de 4440 cc , también con árbol de levas en cabeza: resultó ser el último Lanchester "auténtico". En 1931, la compañía fue adquirida por BSA, que también era propietaria de la Daimler Company desde 1909. Desde entonces hasta 1956, los coches Lanchester se fabricaron en la fábrica de Daimler en Coventry como coches hermanos de Daimler, al igual que RR con Bentley [véase la trilogía Lanchester Legacy].

Los documentos, cuadernos y material relacionado de Lanchester se encuentran dispersos entre varias colecciones de archivos, incluidas las de la Universidad de Coventry , la Biblioteca de la Universidad de Southampton , el Birmingham Museums Trust , la Biblioteca Aeroespacial Nacional , la Institución de Ingenieros Mecánicos , el Centro de Archivos Churchill de la Universidad de Cambridge y la Biblioteca Bodleiana de la Universidad de Oxford . ^{[ 47 ]}