Evolución De Los Sist. Propulsivos

CONTENIDO

Introducción

Este trabajo está enfocado en representar cronológicamente la evolución de los sistemas propulsivos en aeronáutica. Es una investigación que se presentará a manera tal que se comprendan los cambios, a través de la historia, que han ocurrido para el mejoramiento de dichos sistemas propulsivos.

Los sistemas propulsivos son sistemas formados por un motor y algún medio de conversión de energía. El motor suele ser el encargado de accionar el sistema para que se produzca la propulsión (desplazamiento de una aeronave mediante la aplicación de una fuerza llamada empuje).

Los tipos de motores utilizados en aviación son los siguientes:

Motor de combustión interna alternativo: Es un tipo de motor equivalente a los usados en vehículos terrestres como automóviles, motocicletas, camiones, etc., y su funcionamiento es similar.

Este tipo de sistema propulsivo era el más utilizado hasta los años 50 del siglo XX. En aquella época, los grandes aviones cuatrimotores transatlánticos iban propulsados por grandes motores alternativos de configuración radial que podían generar hasta 4000 CV de potencia cada uno. En la actualidad este sistema se usa solamente en aviación ligera y deportiva.

Motor de combustión interna rotativo: Se divide en motores a reacción (motor más tobera) y motores de turbina de gas. La turbina de gas es un motor endotérmico de funcionamiento continuo y gran capacidad que se usa en la actualidad para la motorización de la mayoría de aviones de línea aérea.

DESARROLLO

La tecnología, al igual que los seres vivos, evoluciona a través del tiempo. Esto es a causa de generar mejoras a las tecnologías antes creadas, para así obtener sistemas que trabajen óptimamente, facilitando al humano el tener una buena calidad de vida.

Esta evolución ha tenido mayores efectos en lo que respecta al transporte aéreo, puesto que este es una herramienta bastante utilizada mundialmente para variadas funciones.

Cronología de la evolución de las turbinas de gas y de la propulsión por reacción

120-130 a.C.

Los motores a reacción se dice que tuvieron sus comienzos cuando Hero de Alejandría inventó la eolípila, un aparato que fue considerado como el primero en convertir la energía de presión en energía mecánica (Principio de la reacción). Invención que consistía en una esfera de metal hueca conectada a una caldera en la que se generaba vapor de agua. La esfera, a su vez, tenía dos pequeños tubos por donde salía el vapor a presión; al estar estos tubos orientados en direcciones opuestas, el empuje generado por el vapor hacía que la esfera girara a gran velocidad en sentido opuesto al escape.

Sin embargo, el aparato nunca llegó a ser utilizado para realizar trabajos importantes, por lo que las aplicaciones prácticas de esta invención no fueron reconocidas y fue considerada como una curiosidad que no tenía uso alguno.

Invención de Hero de Alejandría.

1550

El célebre Leonardo Da Vinci inventa un aparato que utilizaba corriente de humo de un hogar, conducido a través de una chimenea, que movía una rueda que actuaba sobre un cuerpo para moverlo, mediante un sistema de engranajes.

Invento de turbina de Leonardo Da Vinci.

1687

Es formulada la famosa tercera Ley de la Dinámica o mejor conocida como la tercera ley de Newton, formulada por el mismo Isaac Newton. Esta dice que “a toda acción se opone una reacción de igual magnitud pero de sentido contrario”, misma que reconocía la posibilidad de disponer de un sistema propulsivo que actuara mediante esta ley.

Dibujo del carro de Newton.

1791

El inglés John Barber patentó, después de haber sido diseñada por él mismo, la primera turbina de gas. El esquema presentado fue algo rudimentario por lo que no reflejaba las características que presentaba el diseño.

Modelo de turbina de gas de John Barber.

1807-1808

Comienzan las creaciones de turbinas de gas.

Sir George Cayely aporta con la invención del motor más antiguo de combustión interna que actuaba mediante termodinámicamente como un volumen de control a presión constante.

1837-1850

Era presentada en parís, por el francés Bresson, una turbina de gas. Esta aportaba aire procedente de un turboventilador (turbofan) a presión hacia una cámara de combustión, estos gases producidos eran enviados a una rueda de turbina para ser movida.

16 de enero de 1930

Este día se patentó por primera vez una turbina de gas en la propulsión por reacción por el inglés Frank Whittle. Este motor de reacción tenía únicamente una cámara de combustión, y la turbina estaba refrigerada con agua; el compresor era radial de dos entradas, una a cada lado del eje de rotación del compresor.

En este mismo año se realizaron los primeros vuelos de planeadores propulsados con este tipo de motores, así mismo se inició la creación de empresas que desarrollaban motores de turbina de gas para aviones.

Frank Whittle presentando su modelo.

Imagen obtenida de la biografía de Frank Whittle.

1935

Fue patentado un turborreactor de compresor centrífugo de escalón simple y turbina centrípeta por el alemán Hans Von Ohain. El flujo de aire entre el compresor y la turbina era sometido a la combustión en una cámara reversible.

Hans Von Ohain y su turborreactor.

Imagen obtenida de Scientists and Friends.

1936

En Alemania se comenzaron a estudiar diseños de turborreactores de compresores axiales.

1938

Se presentó un modelo de motor de reacción sin compresor en Paris, por el ingeniero francés René Leduc. Este diseño no progresó tal como fue presentado pero fue la base para el desarrollo básico de un estatorreactor.

Modelo de motor creado por René Leduc.

27 de Agosto de 1939

Se emprende el primer vuelvo conocido de un avión propulsado por turborreactor. El motor utilizado fue el He S3B y desarrollaba 1000lb de empuje.

1940

El ingeniero italiano Campini, creo un diseño de motor de reacción adaptando el árbol principal de un motor alternativo al movimiento de un compresor centrífugo para la compresión del aire, sometido parcialmente al proceso de combustión y a la expansión en una tobera.

El alemán Anselm Franz diseña un motor para propulsar aviones Junker 004, para el desarrollo de un turborreactor de compresor axial; este generaba 2000lb de empuje.

1941

El 15 de Mayo se realizó el primer vuelo de un avión propulsado por un turborreactor derivado de la primera patente de Sir Frank Whittle. Este motor estaba designado con la nomenclatura W1; fue la base para el desarrollo de turborreactores con compresor centrífugo.

Un motor que producía 3000lb de empuje fue creado por Frank B. Halford con la colaboración de la organización de motores De Havilland Aircraft Company (posteriormente De Havilland Engine Company que dio lugar a la división de Rolls Royce), basándose en los trabajos de Frank Whittle, dicho motor fue el turborreactor H1 de compresor centrífugo simple y cámara de combustión de flujo directo.

General Electric es autorizado, en Octubre de este año, a construir en América turborreactores de Frank Whittle.

El Doctor A.A. Griffith en Inglaterra crea diversas turbinas de gas que utilizaban el principio de flujo en derivación, fueron la base para la creación de turborreactores de doble flujo.

1942

A partir de este año comienza un crecimiento en la utilización de turborreactores en aviación, dejando de lado los motores de explosión de cuatro tiempos.

En Marzo se inicia el primer rodaje del motor W 2B.26 de Rolls Royce; este fue la primer versión de un turborreactor que trabajaba con cámaras de combustión de flujo directo, a diferencia de los anteriores que eran de flujo reversible.

En el mes de junio se probaba ya en Inglaterra el primer motor Goblin perteneciente a la familia de motores de reacción de compresor centrífugo. Varios tipos de los nuevos turborreactores eran diseñados en Inglaterra, con la denominación W2.

El motor alemán V-1 es lanzado, este era mejor conocido como la bomba volante alemana puesto que portaba el proyectil Fi-103.

1943

Se proyecta un nuevo motor el cual adopta la nomenclatura J (por su significado en inglés Jet), el J-31.

El primer turbohélice, derivado del J-31, fue probado por General Electric.

En Noviembre se efectúa el primer vuelo de un avión inglés con un truborreactor de compresor axial.

1944

Tras varias controversias, fue creado el turborreactor W 2B de Rolls Royce durante la segunda guerra mundial, donde los modelos de aviones Gloster Meteor de caza eran los únicos aviones propulsados a reacción. El motor fue renombrado posteriormente Welland.

Turborreactor Welland, primero en producción por Rolls Royce.

1945

Ya se habían realizado estudios para la combinación de varios escalones de compresor axial logrando formar un compresor de escalones múltiples, por el Doctor A.A. Griffith quien obtuvo resultados satisfactorios debido a la mejora obtenida en la relación empuje/peso y el consumo específico. Así fue como se estableció la base del motor Rolls Royce Avon con compresor axial.

En Inglaterra se inció el diseño de turbohélices con el Trent, el cual era un turborreactor Derwent 2 con diámetro del rotor reducido y siéndole incorporada

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