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  • 2 Post By Teodofredo

Tema: Turborreactor y turbofan

  1. #1
    Colaborador Avatar de Teodofredo
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    Predeterminado Turborreactor y turbofan

    Turborreactor o turbofan

    A raíz de que en el foro, surge vuelta a vuelta la incertidumbre por la falta de abastecimiento de motores para algunos de nuestros cazas. Es muy común ver que se propone entre otras tantas soluciones, fabricar dentro del país alguna versión de esos motores. Por lo general (y no es que sea un aguafiestas) trato de hacer ver, que no es negocio montar una gigantesca planta de desarrollo de metales, ensamblaje y pruebas, para producir un viejo “Ford T” de la 2º Guerra Mundial.
    Por lo general el talón de Aquiles de la industria aeronáutica es la producción de motores, porque como a veces tratamos de explicar, fabricantes de aviones se cuentan por docenas. En cambio fabricantes de motores hay 4 o 5 en el mundo entero.
    Si bien la dinámica en la evolución de los diseños de avión es una constante, la de los motores es más rápida, mas activa y mas exigente, porque enfrenta además de las modas y el confort de los nuevos aviones, el constante desafío de llegar mas lejos y gastar menos, sumado al constante problema de enfrentar medidas cada vez mas restrictivas con el consumo, la contaminación y la de los elevados precios del combustible.

    La finalización de la 2º GM, trajo una gran cantidad de avances en motores que fueron rápidamente aprovechados por los grandes paises. Y aunque el principio (la propulsión a chorro) data desde hace 2.000 años, fue en 1791 cuando el ingles John Barber patentó el primer motor-reactor, he hizo realidad la turbina de gas como impulsor con los principios como se conocen hoy.
    Pero la primera turbina de gas con un funcionamiento autosostenido, fue construida en 1903 por el ingeniero noruego Aegidius Elling (el gas impulsa la turbina y la fuerza generada en ella, transmite el movimiento al compresor, así ininterrupidamente hasta que se corta el suministro de combustible)
    En 1932, Frank Whittle en Inglaterra, patentó el primer turboreactor con un compresor axial de dos etapas y uno centrífugo como se lo conoce en la actualidad. Estas ideas llegaron en 1935 a Alemania de la mano de Hans von Ohain (seguramente robadas a través del espionaje) que empezaron a trabajar en un diseño idéntico. Los alemanes trabajaron infructuosamente antes y durante la segunda guerra mundial, pero no fue hasta la finalización de la misma, con mas tranquilidad, tiempo y dinero para la investigación que fue posible producirlas en serie y que fueran motores fiables y seguros.



    Turborreactor (Imagen Wikipedia)


    El turborreactor pronto se encontró con problemas y limitaciones (peso, temperatura, consumo, ruido, contaminación) por eso el segundo paso en estos motores fue la aparición del turbofan, que no era mas que un reactor simple, pero con el agregado de una carcasa envolvente y unos ventiladores agregados por delante de los compresores, que canalizaban una segunda corriente de aire fría, que pasaba por fuera del compresor y la cámara de combustión para unirse a las toberas de escape, que además de agregar un empuje extra, proporcionaban aire “limpio” a las toberas de escape, para una mejor poscombustión (militares), un flujo externo que mejora la refrigeración de las partes calientes y una manera de aumentar el empuje, disminuyendo el consumo y el ruido del motor.
    Los primeros turbofan debutaron en los venerables Boeing 707 (120B), eran los viejos y queridos Pratt & Whitney JT3D, derivados de los poco exitosos turborreactores JT3C. Los JT3D, rápidamente fueron adoptados por el competidor mas fuerte de Boeing, el californiano Douglas, para sus modelos DC-8, solamente la firma Convair para sus modelos CV880 y CV990 siguieron fieles a los turborreactores (General Electric CJ805), pero así les fue…A los pocos años de producidos la mayoría de las aerolíneas que compraron los Convair se pasaron a las filas de Boeing o Douglas.
    En Europa los últimos “mohicanos” en utilizar turborreactores fueron los De Havilland, para sus modelos “Comet” (utilizados también en Argentina por Aerolíneas), con los ingleses Rolls-Royce Avon. Los Caravelle que también utilizaban los RR Avon, los cambiaron para sus modelos “10B” por los mas fiables turbofan JT8D.
    Pero quizás a muchos se les escapa un pequeño detalle. El último avión comercial en utilizar turborreactores fueron los avanzados y modernos Concorde franco-británicos, con sus Rolls Royce Olympus 593 Mk. 610.
    Pero esta coriosidad se debió a que el proyecto del motor del Concorde (Olympus 593 – 1964), no fue mas que la necesidad de aprovechar el motor de otro proyecto, el Bristol Siddeley Olympus B.Ol.22R (Mr. 320), utilizado para el proyecto del bombardero estratégico ingles BAC TSR-2, del que solo se fabricaron unos pocos ejemplares. Siempre se dijo que era porque no podía lograrse una velocidad de supercrucero con un turbofan, cosa que es mentira porque su competidor ruso, el TU-144 montaban sin embargo, 4 modernos turbofan ( Kuznetsov NK-144) un 30% mas livianos, aviones que además eran un 20 % mas rápidos que sus hermanos occidentales.
    Seguramente el uso de los turborreactores en los últimos aviones militares (años 70), se debió a que en la aviación militar no hay tantas restricciones en el tema del ruido y del consumo y a la gran cantidad de motores ya desarrollados y disponibles, como son los casos de los Phanton F4 (J-79), Northrop F-5, Mirage III y F1, etc… Aunque la aparición de modernos turbofan en los 70/80 (mucho mas chicos y mas potentes), finalmente fueron el certificado de defunción a los turborreactores, que no motorizaron a ninguno de los cazas de 4º generación, tanto en occidente como del otro lado, en la URSS, donde los últimos en utilizar los turborreactores fueron los Mig-25 y Mig-27 y por parte de Sukhoi, los Su-24.



    Turbofan (Wikipedia)


    Y es que, además del peso del motor (fundamental en un avión), esta también la posibilidad de aumentar la compresión, la temperatura en las cámaras de combustión y por lo tanto el empuje, gracias a ese flujo que pasa por el sector externo del sector primario, que agrega empuje, además de enviar aire “nuevo” a la poscombustión, pero que además actúa como radiador de enfriamiento para el motor.
    Así se logra a construir motores como el F404 o el M-88, que son la mitad del tamaño y peso de un J-79 (Phantom F-4) tienen el mismo empuje, con la mitad del consumo (ahorro de 2 o 3 toneladas de peso y combustible o en su defecto mayor alcance.).
    En el sector comercial también se lograron grandes avances en el empuje, consumo y el peso. Un Boeing 757 tiene el mismo MTOW y el mismo alcance del Convair 990 (último avión comercial con turborreactores), sin embargo el primero necesita solo la mitad del combustible para realizar un mismo trayecto.
    Pero la aparición del turbofan, con su ahorro y eficiencia, su ilimitado espectro en el tamaño y empuje de los motores, también posibilitó la era de los grandes aviones, con gigantescos motores de hasta 520 kN (52.000 kilos de empuje ¡!!!) y alcance de mas de 15.000 kilómetros, impensable solo 20 años antes.



    Turbofan General Electric GE-90 (Wikipedia)


    En el sector militar, si comparamos el motor de un Mirage F1, el Atar 9K50 (el mas evolucionado de la familia) veremos que es un turborreactor de casi 6 metros de largo (5,90) y de 1.582 kilos de peso. Logra un empuje en seco de 49,2 kN y 70,6 kN (poscom.), el turbofan M-88 (de primera generación) tiene 3,80 metros de largo, pesa 880 kilos, sin embargo logra casi unas prestaciones similares de empuje en seco, 48 kN y 73,6 kN con poscombustión. Básicamente debido a que el 9K50 solo puede alcanzar un índice de compresión de 6,2 mientras que su hermano pequeño (M-88) llega a un índice de 24 y mientras el EGT de la turbina del Atar es de 1.270 K, en el M-88 es de 1.673 K. Aunque a simple vista no se note la diferencia, porque en apariencia conservan las mismas etapas del compresor (9) y las de la turbina (2).
    Si observamos motores mas grandes, por ejemplo el Saturn 117S, veremos que ahí las diferencias son mas abismales. El 117S es un motor de solo 4,90 metros de largo y 0,90 de diámetro, o sea 1 metro menos largo y 0,10 menos de diámetro, que el 9K50 y solo 60 kilos mas liviano…Pero el ruso tiene el doble de potencia máxima (142 kN contra 70,6) que el antiguo turborreactor francés.
    Aún así, estos motores por muy modernos que parezcan, son motores de 4º generación y algunos de estos últimos, como propulsores para los híbridos de 4º+ ( F-18, JAS 39 Gripen, etc.) y algunos prototipos de quinta. Aunque la verdad de los nuevos motores de 5º generación, aún esta por descubrirse, en el caso del PAK-FA y aún en la primera fase de evolución en el caso del Pratt & Whitney F119, motores que podrán mantener altísimas temperaturas constantes, con un empuje de crucero casi cercano a la poscombustión… ahora mas que nunca el gran secreto de los nuevos metales utilizados, aleja al común de los mortales del sueño de la producción propia y a los pocos países capaces de gastar inmensas sumas de dinero en proyectos, solo alcanzables para 2 o 3 países en el mundo.
    Última edición por Teodofredo; 23/05/2012 a las 15:50
    oscar and HUNTER like this.

  2. #2
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    Predeterminado Re: Turborreactor y turbofan

    Excelente reseña:

    Solo tengo que decir que nuestros paises deben hacer el esfuerzo en ciencia de los materiales los españoles , no sabian

    nada y hoy itp fabrica componentes para Roll Royce y otras los mexicanos con ITP y colaboaracion estan en eso asi que

    ha trabajar y no perder las esperanzas hoy dia lo mejor es licitar motores de nueva generacion es lo mas barato y mas rapido

    y un primer paso a asociarse con una empresa de punta para ir aprendiendo otra cosa es ganarles a ellos

    el caso de Kaveri con los indios es real un contrato millonario para que snecma les ayudara el motor se apunaba y volvieron a contratar a los rusos para finalizar las

    pruebas la diferencia es que ha india le sobran los dolares saludos

  3. #3
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    Predeterminado Re: Turborreactor y turbofan

    Muy bueno Gracias.

  4. #4
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    Predeterminado Re: Turborreactor y turbofan

    Estimado Teodofredo:
    Coincido con Ud. en que desarrollar y fabricar un turbofán de ultima generación es una misión imposible.
    De todas maneras creo que hay caminos que se podrían seguir para comenzar a desarrollar una industria de motores de aviación.
    Se podría desarrollar una industria de mantenimiento y reparación de motores, de manera de poder agarrar casi cualquier motor, desarmarlo y llevarlo a 0 horas. Algo así como la división de motores de IAI.
    También se podría fabricar con licencia un motor. Aquí se nos presenta una oportunidad con el Pampa, ya que se dice que se fabricarían 40 aviones, y quizá hasta 100(????). De ser así y aunque quizás no se del todo económico, nos daría capacidades que hoy no tenemos.
    Otra idea que se me ocurre es contratar a ingenieros retirados o en actividad de esas grandes fábricas para que vengan a trabajar aquí, o en su defecto "den clases" en nuestras universidades. Dentro de este punto también se podrían buscar a compatriotas que trabajen en alguna fábrica de motores y repatriarlos.
    En fin, ideas puede haber a montones pero debe haber una clara decisión política y un plan sin los cuales no llegaríamos a ninguna parte.
    Ah!! me estaba olvidando... Fabricar un turbofan para colocar en que avión?????????????????
    Cordiales saludos

  5. #5
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    Predeterminado Re: Turborreactor y turbofan

    Muy interesante, don Teodofredo, sin embargo solo querría aportar tres datos:

    1. El primer uso comercial de una turbina de gas la aplicó la empresa suiza Brown Boveri (hoy ABB) para generación eléctrica en Neuchatel en 1938.
    2. Tanto el Me-262 como el Meteor fueron producidos en serie y empleados en combate ya en la IIGM (el Me-262 primero, con diferencia de solo unos pocos días con respecto al Meteor), no se tuvo que esperar al fin de la IIGM para ver aviones a reacción (quizá solo sea redacción del documento).
    3. Finalmente, aunque no hay duda que Ohain estaba al tanto de los trabajos de Whittle, en realidad produjo un diseño original propio luego de irse a trabajar con el mismísimo Ernst Heinkel y luego produjo el primer motor a reacción en hacer volar un avión, que fue el HeS3 de 1939.

    Saludos

  6. #6
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    Predeterminado Re: Turborreactor y turbofan

    Cita Iniciado por viper64 Ver mensaje
    Estimado Teodofredo:
    Coincido con Ud. en que desarrollar y fabricar un turbofán de ultima generación es una misión imposible.
    De todas maneras creo que hay caminos que se podrían seguir para comenzar a desarrollar una industria de motores de aviación.
    Se podría desarrollar una industria de mantenimiento y reparación de motores, de manera de poder agarrar casi cualquier motor, desarmarlo y llevarlo a 0 horas. Algo así como la división de motores de IAI.
    También se podría fabricar con licencia un motor. Aquí se nos presenta una oportunidad con el Pampa, ya que se dice que se fabricarían 40 aviones, y quizá hasta 100(????). De ser así y aunque quizás no se del todo económico, nos daría capacidades que hoy no tenemos.
    Otra idea que se me ocurre es contratar a ingenieros retirados o en actividad de esas grandes fábricas para que vengan a trabajar aquí, o en su defecto "den clases" en nuestras universidades. Dentro de este punto también se podrían buscar a compatriotas que trabajen en alguna fábrica de motores y repatriarlos.
    En fin, ideas puede haber a montones pero debe haber una clara decisión política y un plan sin los cuales no llegaríamos a ninguna parte.

    Es el camino correcto, intentar raparar y también comenzar a fabricar algún elemento (que no tiene porque pertenecer a ningun avión en uso en Argentina) pero el camino es crecer y ganar experiencia (y con ella seguramente también la confianza internacional en nuestros trabajos)

    Ah!! me estaba olvidando... Fabricar un turbofan para colocar en que avión?????????????????
    Cordiales saludos
    Como digo mas arriba, no se puede fabricar un motor militar de la nada... Como bien lo enumeras en tu post, se necesita ir capacitando personal, ir ganado experiencia y con ella, aumentando la capacidad de producir cada vez mas componentes autóctonos. Y también (logicamente) habra que adecuar instalaciones y plantas nuevas...
    Si ya tuviéramos ese camino recorrido, (todo muy hipotético, claro), pués se podría remotorizar y modernizar algún caza comprado de segunda mano o incluso los mismos A-4AR...
    Saludos.

  7. #7
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    Predeterminado Re: Turborreactor y turbofan

    Cita Iniciado por Observador Ver mensaje
    Muy interesante, don Teodofredo, sin embargo solo querría aportar tres datos:

    1. El primer uso comercial de una turbina de gas la aplicó la empresa suiza Brown Boveri (hoy ABB) para generación eléctrica en Neuchatel en 1938.
    2. Tanto el Me-262 como el Meteor fueron producidos en serie y empleados en combate ya en la IIGM (el Me-262 primero, con diferencia de solo unos pocos días con respecto al Meteor), no se tuvo que esperar al fin de la IIGM para ver aviones a reacción (quizá solo sea redacción del documento).
    3. Finalmente, aunque no hay duda que Ohain estaba al tanto de los trabajos de Whittle, en realidad produjo un diseño original propio luego de irse a trabajar con el mismísimo Ernst Heinkel y luego produjo el primer motor a reacción en hacer volar un avión, que fue el HeS3 de 1939.

    Saludos
    Muchas gracias amigo Observador por el aporte. Si muchos detalles se me escapan...y seguramente (por ahí...) algún otro forista tendrá algún otro interesante detalle para acotar. Muy bueno.
    saludos.

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