Tecnología: Motor aeronáutico (Parte 2)

Motor aeronáutico 


Parte 1 - Parte 2


Los motores a reacción 
La parte clave de un motor a reacción es la tobera de escape. Esta es la parte que produce empuje del chorro, el flujo de aire caliente del motor se acelera al salir de la boquilla, la creación de empuje, que, junto con las presiones que actúan en el interior del motor que se mantienen y el aumento de la constricción de la boquilla, empuja el avión hacia adelante. 
Los motores a reacción más comunes para la propulsión de un avión son el turborreactor, el turbofan y el cohete. Otros tipos, como pulsejets, estatorreactores, scramjets y motores de detonación de pulso también han volado. 

Turborreactor 
Un turborreactor es un tipo de motor de turbina de gas que se desarrolló originalmente para los cazas militares durante la Segunda Guerra Mundial. Un turborreactor es el más simple de todas las turbinas de los aviones de gas. Cuenta con un compresor para extraer el aire y comprimirlo, una sección de combustión que agrega combustible y lo enciende, uno o más turbinas que extraer energía de los gases en expansión para accionar el compresor, y una tobera de escape que acelera los gases de escape por la parte trasera del motor para crear el impulso. Cuando se introdujeron los turborreactores, la velocidad máxima de aviones de combate equipados con ellos era por lo menos 100 millas (180 km) por hora más rápido que la competencia de aviones de pistón. La relativa sencillez de los diseños de turborreactor que prestó a la producción en tiempos de guerra. En los años posteriores a la guerra, los inconvenientes de los turborreactores poco a poco se hicueron evidentes. Por debajo de Mach 2, el consumo de combustible de los turborreactores son muy ineficientes y crean una enorme cantidad de ruido. Los primeros diseños también respondían muy lentamente a los cambios de alimentación, un hecho que mató a muchos pilotos experimentados cuando se intentó la transición a los aviones. Estos inconvenientes finalmente llevaron a la caída del turborreactor puro, y sólo un puñado de tipos todavía están en producción. El avión de pasajeros que utilizaron última turborreactores fue la Concorde, cuya velocidad Mach 2 permite que el motor sea muy eficiente. 

 
Un turborreactor General Electric J85-GE-17A. Este corte muestra claramente las 8 etapas de compresor axial en la parte frontal (lado izquierdo de la imagen), las cámaras de combustión en el medio, y las dos etapas de las turbinas en la parte trasera del motor


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Turbofan 
Un turboventilador es lo mismo que un turborreactor, pero con un ventilador en la parte delantera ampliada que proporciona el empuje de la misma manera como una hélice de conductos, lo que mejora la eficiencia del combustible. Aunque el ventilador crea empuje como una hélice, el conducto que lo rodea libera de muchas de las restricciones que limitan el rendimiento de la hélice. Esta operación es una forma más eficaz de proporcionar el empuje que el simple uso de la boquilla de jet único y turboventiladores son más eficientes que las hélices en el rango de transmisión de sonido de velocidades de las aeronaves, y puede operar en el campo supersónico. Un turboventilador tiene típicamente etapas adicionales de la turbina a su vez el ventilador. Los turboventiladores fueron los primeros motores para usar carretes múltiples ejes concéntricos que están libres para rotar a su propio ritmo, con el fin de permitir que el motor reaccione más rápidamente a las necesidades cambiantes de energía. Los turboventiladores están groseramente divididos en categorías de bajo pasaje (bypass) y alto pasaje. Los flujos de paso de aire a través del ventilador, pero alrededor del núcleo de chorro, no mezclados con el combustible y la quema. La relación de este aire a la cantidad de aire que fluye a través del núcleo del motor es la relación de derivación. Los motores de bajo pasaje (Low-bypass) son los preferidos para aplicaciones militares, como cazas debido a la alta relación empuje-peso, mientras que los motores de alta pasaje son los preferidos para el uso civil de la eficiencia de combustible y bajo nivel de ruido. Los turboventiladores de alta derivación son generalmente más eficientes cuando el avión se desplaza a 500 a 550 millas por hora (800 a 885 km/h), la velocidad de crucero de la mayoría de los grandes aviones de pasajeros. Los turboventiladores de bajo pasaje puede alcanzar velocidades supersónicas, aunque normalmente sólo cuando con postcombustión.


 


Motor cohete 
A pocos aviones han utilizado motores de cohetes de empuje principal o de control de altitud, en particular el Bell X-1 el North American X-15. 
Los motores cohetes no se utilizan en la mayoría de los aviones, dado que la eficiencia energética y el propulsor es muy pobre, excepto a altas velocidades, pero se han utilizado para las explosiones cortas de la velocidad y el despegue. 
Los motores cohetes son muy eficientes a velocidades muy altas, aunque son útiles, ya que producen grandes cantidades de empuje y pesan muy poco.



 
Los nuevos diseños 

La economía de los nuevos diseños 
A lo largo de la mayor parte de la historia del diseño de motores de aeronaves, que tendían a ser más avanzados que sus contrapartes del automóvil. Alta resistencia a las aleaciones de aluminio se utilizan en estos motores de décadas antes de que se hizo común en los automóviles. Del mismo modo, los motores de inyección de combustible adoptada en lugar de carburación muy temprano. Del mismo modo, árbol de levas y válvulas por cilindro, múltiples fueron introducidos, mientras que los motores de automóviles continuaron utilizando varillas de empuje y no se usan a menudo más de dos válvulas por cilindro, hasta la década de 1990. 
Hoy en día el mercado de la aviación con motor de pistón es tan pequeña que prácticamente no hay dinero para el trabajo comercial nuevo diseño. La mayoría de motores de aviación volando se basan en un diseño de la década de 1960, o antes, con materiales originales, herramientas y piezas. Mientras tanto, el poder financiero de la industria automotriz ha continuado la mejora. Un diseño de los coches nuevos es probable que utilice un motor diseñado no más de unos pocos años atrás, construido con la última aleaciones y avanzados controles electrónicos del motor. Motores de los vehículos modernos requieren muy poco mantenimiento, aparte de los cambios de aceite, motores de aeronaves son ahora, en la comparación y, paradójicamente, gran lugar, sucio y poco fiable. 
Gran parte de la innovación (y la mayoría de los aviones de nueva construcción de vuelo) en las últimas dos décadas en la aviación privada ha sido en ultraligeros y aviones de construcción casera, y también lo ha hecho la innovación en centrales eléctricas. Rotax, entre otros, ha introducido una serie de nuevos diseños de pequeña producción de motores para este tipo de embarcaciones. El más pequeño de estos en su mayoría el uso de dos tiempos de diseños, pero los modelos más grandes son de cuatro tiempos. Por las razones expuestas más arriba, algunos aficionados y experimentadores prefieren adaptar motores de los automóviles para sus aviones de fabricación casera, en lugar de utilizar los motores de aviones certificados. 
En la historia del desarrollo de motores de aviones, el ciclo de Otto, es decir, con gasolina convencional, motores de pistones alternativos han sido por mucho el tipo más común. Que no se debe a que son los mejores, sino simplemente porque estaban allí primero y de certificación de tipo de los nuevos diseños es una empresa cara, proceso que consume tiempo. 

Motor Wankel 
Otro diseño prometedor para el uso de aviones fue el motor rotativo Wankel. El motor Wankel es aproximadamente la mitad del peso y el tamaño de un tradicional motor de cuatro tiempos del pistón del ciclo de potencia de salida igual, y mucho menor en complejidad. En una aplicación de aeronave, la relación peso potencia es muy importante, por lo que el motor Wankel una buena opción. Debido a que el motor es construido con una carcasa de aluminio y un rotor de acero y aluminio se expande más que el acero cuando se calienta, a diferencia de un motor de pistones, el motor Wankel no tomar si se sobrecalienta. Este es un importante factor de seguridad para uso aeronáutico. Considerable desarrollo de estos diseños se inició después de la Segunda Guerra Mundial, pero en el momento de la industria aeronáutica ha favorecido la utilización de motores de turbina. Se creía que los turborreactores o turbopropulsores podría alimentar a todas las aeronaves, de mayor a menor diseños. El motor Wankel no encontró muchas aplicaciones en los aviones, pero fue utilizado por Mazda en una popular línea de autos deportivos. Recientemente, el motor Wankel ha sido desarrollado para su uso en planeadores del motor, donde el tamaño pequeño, peso ligero y de baja vibración son especialmente importantes [11]. 
Los motores Wankel se están convirtiendo cada vez más popular en el avión experimental de construcción casera, debido a una serie de factores. La mayoría son motores Mazda 12A y 13B, alejados de los automóviles y convertidos al uso de la aviación. Esta es una alternativa muy rentable a los motores de aeronaves certificadas, ofreciendo motores de entre 100 y 300 caballos de fuerza (220 kW) a una fracción del costo de los motores tradicionales. Estas conversiones primero tuvo lugar en la década de 1970, y con cientos o incluso miles de estos motores instalados en aeronaves, hasta el 10 de diciembre de 2006 la National Transportation Safety Board tiene sólo siete informes de incidentes de aeronaves con motores de Mazda, y ninguno de estos de un fallo debido a defectos de diseño o de fabricación. Durante el mismo período de tiempo, se tiene información de varios miles de informes de cigüeñales rotos y bielas, pistones y no los incidentes causados ​​por otros componentes que no se encuentran en los motores Wankel. Los amantes del motor rotativo se refieren a los motores de aviones de pistón como "Reciprosaurs", y señalan que sus diseños son esencialmente sin cambios desde la década de 1930, con sólo pequeñas diferencias en los procesos de fabricación y la variación en el desplazamiento del motor. 
Peter Garrison, editor colaborador de la revista Flying, ha dicho que "el motor más prometedores para el uso de la aviación es el rotativo de Mazda." Garrison perdió un avión que había diseñado y construido (y se salvó literalmente de la muerte por centímetros), cuando un avión de motor de émbolo tuvo una falla en el motor y se estrelló en el avión de Garrison, que estaba esperando para despegar. 

 
Motor de un planeador Schleicher ASH 26e auto-lanzamiento del motor, alejado de la vela y montado en un banco de pruebas para el mantenimiento en el Alexander Schleicher GmbH & Co en Poppenhausen, Alemania. A la izquierda, de arriba a la izquierda: un cubo de hélice, el mástil con el cinturón de guía, el radiador, el motor Wankel, el silenciador de mortaja


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Motor diesel 
El motor diesel es otro diseño del motor que se ha estudiado para el uso de la aviación. En general los motores diesel son más confiables y mucho más adecuada para correr durante largos períodos de tiempo en la configuración de potencia media, es por eso que son muy utilizados en camiones, por ejemplo. Varios intentos para producir motores diesel de aviones se hicieron en la década de 1930 pero, en esa época, las aleaciones no estaban a la altura de manejar las relaciones de compresión mucho más altas utilizadas en estos diseños. Por lo general, había mala relación potencia-peso y fueron poco frecuentes, pero por esa razón, por ejemplo, el motor diesel radial Clerget 14F (1939) tiene el mismo poder con el peso como la gasolina radial. Las mejoras en la tecnología diesel en los automóviles (que condujo a mucho mejores ratios de peso/potencia ), el diesel es mucho más eficiente de combustible (sobre todo en comparación con los diseños de gasolina vieja se utilizan actualmente en avioneta) y la elevada fiscalidad relativa del combustible aeronáutico en comparación con el Jet A1 en Europa han experimentado un renacimiento del interés en el concepto. Los Thielert Aircraft Engines convierte motores Mercedes a gasóleo, los certifica para uso en aviones, y se ha convertido en un proveedor OEM de Diamond Aviation para su bimotor ligero. Los problemas financieros han afectado a Thielert, por lo que la filial de Diamond  -Austro-Engine- desarrolló el nuevo AE300 turbodiesel, también se basa en un motor Mercedes. [12] Conflicto de los nuevos motores diesel pueden traer la eficiencia del combustible y las emisiones de plomo para aviones pequeños, lo que representa el cambio más grande en los motores de aviones ligeros en las últimas décadas. Wilksch Airmotive construye motor diesel de dos tiempos (el mismo poder con el peso como un motor de gasolina) para los aviones experimentales: WAM 100 (100 CV), WAM 120 (120 CV) y WAM 160 (160 CV) 

Motores a reacción pre-enfriados 
Para vuelos a muy altas velocidades supersónicas/bajas hipersónicas la inserción de un sistema de refrigeración en el conducto de aire de un motor a reacción de hidrógeno permite una mayor inyección de combustible a alta velocidad y evita la necesidad de que el conducto para hacerse de los materiales refractarios o enfriados activamente. Esto mejora la relación empuje/peso del motor a alta velocidad. 
Se cree que este diseño de motor podría permitir un rendimiento suficiente para el vuelo a Mach 5 antípodas, o incluso permitir que una sola etapa a la órbita de los vehículos para ser práctico. 

Eléctrico 
Alrededor de 60 aviones de propulsión eléctrica, como el QinetiQ Zephyr, han sido diseñados desde la década de 1960, [13] [14] Algunos son utilizados como aviones militares. [15] En Francia a finales de 2007, una avioneta convencional alimentado por un 18 kW motor eléctrico con baterías de polímero de litio fue trasladado en avión, que cubrió más de 50 kilómetros (31 millas), el primer avión eléctrico para recibir un certificado de aeronavegabilidad [13]. 
Experimentos limitados con propulsión eléctrica solar se han realizado, en particular el Solar Challenger tripulado y el Solar Impulse y los aviones no tripulados de la NASA Pathfinder.



Referencias 
11. "Alexander Schleicher GmbH & Co., ASH 26 E Information". Archived from the original on 2006-10-08. Retrieved 2006-11-24.
12. "Diamond Twins Reborn". Retrieved 2010-06-14.
13. "WORLDWIDE PREMIERE: FIRST AIRCRAFT FLIGHT WITH ELECTRICAL ENGINE", Association pour la Promotion des Aeronefs a Motorisation Electrique, December 23, 2007
14. "Superconducting Turbojet ", Physorg.com
15. "Litemachines Voyeur"


Wikipedia