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Sistemas de propulsión
- 1. Curso 2.007÷2.008 1 SISTEMAS DE PROPULSION Tema IV-1
- 2. INTRODUCCION Curso 2.007÷2.008 2 Descripción general de los Aerorreactores Ingeniero aeronáutico Segundo año de carrera
- 3. INTRODUCCION Curso 2.007÷2.008 3 (1) Los sistemas de propulsión por chorro no autónomos, es decir, que necesitan propulsar aire exterior, fundamentalmente, son denominados Aerorreactores. Naturalmente estos sistemas, por su naturaleza, tienen limitada su actuación al espacio que abarca la atmósfera terrestre. Tras la “captura” del gasto de aire necesario la primera etapa es conseguir una compresión del mismo a fin de elevar su presión y temperatura y poder realizar así una combustión mucho mas eficiente del combustible inyectado. En función del modo en que se logre esta compresión se pueden clasificar los aerorreactores de la manera siguiente: Si la compresión es “activa”, es decir, mediante la actuación de un compresor: Turborrectores Turbofanes Si la compresión se “pasiva” es decir, se logra por condicionamientos aerodinámicos en alta velocidad: Estatorreactores
- 4. INTRODUCCION Curso 2.007÷2.008 4 Pulsorreactores, (2) Las investigaciones sobre la propulsión a chorro comenzaron simultáneamente en Alemania (Dr. Hans von Ohain, 1.936) y en Inglaterra (Sir Frank Whittle, 1.930) en los años anteriores a la II Guerra Mundial si bien el modelo alemán voló ANTES (1.939) que el británico (1.941) y con motivo de la entrada en guerra de ambos países, impulsó enormemente la puesta en funcionamiento y producción en serie a partir de los prototipos existentes.
- 5. INTRODUCCION Curso 2.007÷2.008 5 Whittle y Von Ohain (hacia 1.978) (3) Tripulación: 1 Envergadura: 13.11 m Longitud: 12.57 m Alto: 3.96 m Peso Máx.: 5332 kg Motores: 2 x Rolls Royce W1 Velocidad Máx.: 793 km/h Velocidad Crucero: 570 km/h Techo servicio: 9145 m Autonomía: 1 hr. 15´ Armamento: 4 de 20 mm
- 6. INTRODUCCION Curso 2.007÷2.008 6 Adicional: cañón en morro Gloster METEOR 1er vuelo : 5-3-1.943 (y 4) Función primariaAvión experimental. Fabricante: Ernst HEINKEL Flugzeugwerke AG de Warnemünde(Pomerania Occ) Motorización Un motor He S3 B Empuje: 450 kg Longitud: 7,48 m Alto: 2,10m Envergadura: 7,20 m Velocidad: 584 km/h (crucero) - 700 km/h (máx.)
- 7. INTRODUCCION Curso 2.007÷2.008 7 Altura: ND Peso máximo al despegue: 1998 kg Alcance: ND Tripulación: 1 Heinkel He 1781er vuelo : 27-8-1.939Despliegue: Unidades constrídas: Nunca 1
- 8. TURBORREACTORES Curso 2.007÷2.008 8 (1) , Hoy en día solamente se pueden encontrar en modelos civiles muy antiguos o con sistemas de aplicación militar dotados ó no de postcombustor
- 12. TURBORREACTORES Curso 2.007÷2.008 12 De Havilland “Ghost” (1950´)
- 14. TURBORREACTORES Curso 2.007÷2.008 14 De Havilland “Ghost” (1950´)
- 16. TURBORREACTORES Curso 2.007÷2.008 16 , Jumo 004-B (1943)
- 17. TURBORREACTORES Curso 2.007÷2.008 17 ( 5) Réplica (Festival ILA-Berlín) , MESSERSCHMIDT ME-262 Original 1944
- 18. Curso 2.007÷2.008 18 , TURBORREACTORES (6) MESSERSCHMIDT ME-262 CARACTERISTICAS TECNICAS TIPO Cazadesuperioridad aerea TRIPULACION 1 hombre MOTOR Dosturboreactoresdeflujoaxial JunkersJumo004B-1 a 900 kg deempuje estatico VELOCIDAD MAXIMA Km/h aniveldel mar/ 870 Km/h a 6000 m830 VELOCIDAD DE TREPADA 1200 m/min AUTONOMIA 1050 Km TECHO DE SERVICIO 12200m ARMAMENTO Cuatro cañonesMk 108A-3 de 30mm en lanariz 3795 6387 Vacío Máximo KGMASA
- 19. TURBOFANES Curso 2.007÷2.008 19 TURBORREACTORES (y 7) Primer vuelo Supersónico (NASA-Dryden1.947) BELL X-1
- 20. Curso 2.007÷2.008 20 Máximo peso al despegue: 5.557 kg Planta motriz: Motor cohete Reaction Motors XLR-11-RM3 de 26,7 kN de empuje (1) Turbofan, voz inglesa derivada de una mezcla de Turbo y de “Fan” ,ventilador, no es más que un reactor puro al que se le han prolongado los alabes de la primera etapa del compresor de baja (rotor + estator) y se le , ha dotado de una carena exterior, a fin de producir un flujo de aire secundario que NO esta sometido a la mezcla y combustión con combustible (como el flujo primario) y que al expandirse genera un empuje auxiliar de
- 21. TURBOFANES Curso 2.007÷2.008 21 manera análoga a como ocurriría con una hélice carenada. La disposición más habitual es la de “colgar” estos motores debajo de las alas R & R TRENT 900
- 22. TURBOFANES Curso 2.007÷2.008 22 (2) Anclaje sobre fuselaje
- 24. TURBOFANES Curso 2.007÷2.008 24 IL-62 MK en Budapest/Ferihegi (5-3-2007) L-1011 “TRISTAR”
- 26. TURBOFANES Curso 2.007÷2.008 26 R & R TRENT 900 v.s. EJ200 (4) El datos geométrico principal que define a un Turbofan es el INDICE DE DERIVACION (Λ) que es la relación de gastos entre el flujo secundario respecto del primario.
- 31. TURBOFANES Curso 2.007÷2.008 31 Militar EJ-200 para el EF2000 Eurofighter
- 32. TURBOFANES Curso 2.007÷2.008 32 (7) El empleo de Turbofanes se generalizó rápidamente , sobre todo en aviación comercial, debido a las enormes ventajas que presentan frente a los Turborreactores tradicionales, tales como: Periodos de mantenimiento más espaciados Menores costes de mantenimiento Menores consumos específicos , Menor nivel de ruidos
- 33. TURBOFANES Curso 2.007÷2.008 33 (8) Así pues, la variable fundamental del diseño de un Turbofan es el Índice de derivación y el mayor empeño de los grandes fabricantes (GE y P&W) es incrementar su valor el máximo posible.
- 34. TURBOFANES Curso 2.007÷2.008 34 En la actualidad P&W lidera el programa “Geared engine” que trata de aumentar el mejorando los mecanismos de transmisión de actuación del ventilador principal. ,
- 35. TURBOFANES Curso 2.007÷2.008 35 (9) El empleo de de aleaciones metálicas de ultima generación ha potencia el aumento de temperaturas interiores operativas del motor. La introducción de materiales compuestos es bastante mas limitada que en el caso de las estructuras de avión y se centran, fundamentalmente, en Materiales Compuestos de Matriz Metálica
- 38. TURBOFANES/Ensayos Curso 2.007÷2.008 38 ENSAYOS EN BANCO
- 40. TURBOFANES/Ensayos Curso 2.007÷2.008 40 INTA Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial “Esteban Terradas” R&R TRENT 700
- 41. Curso 2.007÷2.008 41 CELDA DENSAYOS DEL INTA (E ≤ 140,000 LB)
- 44. TURBOFANES/Ensayos Curso 2.007÷2.008 44 Ensayos del P&W F-135 para el JSF (“Joint Strike Fighter”) (14) ENSAYOS EN VUELO
- 47. TURBOFANES/Ensayos Curso 2.007÷2.008 47 Ensayos del GE-90 utilizando un B-747 como banco volante
- 48. TURBOHELICES Curso 2.007÷2.008 48 (1) Estas ventajas no son de aplicación en el caso de los turbohelices, en los que el eje de giro de la turbina de alta presión esta conectada con una hélice a través del desmultiplicador, por lo que suelen emplear motores sin derivación. Dado que la propulsión se realiza por hélice no es fundamental aprovechar todas la ventajas que ofrece el turbofan ya que en principio el motor esta menos , exigido (gira mas lento) y su góndola ofrece menor superficie frontal.
- 49. TURBOHELICES Curso 2.007÷2.008 49 R & R AE 2100 (2) ,
- 50. TURBOHELICES Curso 2.007÷2.008 50 Esquema general (3) Un turbohélice formado por la combinación de un motor, derivado de un aerorreactor, y por lo tanto mas revolucionado de lo aconsejable con una hélice de baja velocidad conduce a , diseños muy desproporcionados
- 51. TURBOHELICES Curso 2.007÷2.008 51 El PT6 (PRATT & WHITNEY de Canadá) (4) Las aplicaciones principales de este tipo de motores se centran en la aviación general, los “commuters” y los transportes militares, dado que sus velociades de vuelo son bastante menores que los aviones transoceanicos ó transcontinentales y los aviones de combate.
- 52. TURBOHELICES Curso 2.007÷2.008 52 , Lockeed C-130 “HERCULES”
- 53. Curso 2.007÷2.008 53 TURBOHELICES (5) La antigua URSS alcanzo un magnifico nivel en el campo de los Turbohélices en general, y en particular, en las aplicaciones de hélices contra-rotatorias. La Compañía KUNETZOV produjo, en los años 50´, la familia del modelo NK- 12 que desarrollaba 8,948 kW (12,000 ehp) y que equipo a muchas aeroanves de la familia Tupolev , entre ellas el TU-95, el TU-142 , el TU-114, etc
- 54. Curso 2.007÷2.008 54 TU-24 BEAR “A” (1.951) TUPOLEV 95 MS BEAR (actual) ,
- 55. Curso 2.007÷2.008 55 TURBOHELICES (6) El TP-400, ahora en desarrollo, será el mayor turbohélice jamás construido (10,000 SHP)
- 56. Curso 2.007÷2.008 56 TP400 de Europrop equipará al A400M TURBOHELICES/Ensayos(7) ENSAYOS EN BANCO TP400 para el A400M
- 58. Curso 2.007÷2.008 58 AE 2100 para el ATR72
- 59. TURBOEJES Curso 2.007÷2.008 59 (1) Una variante de los Turbohélices lo constituyen los Turboejes (ó Turboshaft) que fueron desarrollados y se emplean, fundamentalmente, para propulsar los rotores principales de los Helicópteros.
- 62. TURBOEJES Curso 2.007÷2.008 62 (3) El mayor turboeje existente es el TF53 de Allison 25.000 ÷ 40.,000 SHP ,
- 63. TURBOEJES Curso 2.007÷2.008 63 (4) Ahora mismo, el turboeje más conocido y famoso en España es MRT 390 2C fabricado por el consorcio SNECMA/MTU que equipa al helicóptero de combate EUROCOPTER ”Tigre” ,
- 64. TURBOEJES Curso 2.007÷2.008 64 MRT 390 2C
- 66. Curso 2.007÷2.008 66 TURBOEJES/Ensayos (1) El ensayo de un Turboeje requiere una instalacion dotada de un potente freno hidráulico para absorber la potencia generada. ,
- 67. Curso 2.007÷2.008 67 R & R GEM TURBOEJES/Ensayos (y 2) ,
- 68. Curso 2.007÷2.008 68 KAHN Mod. T700 PULSORREACTORES (1) Desarrollado por el ingeniero alemán Paul SCHMIDT de la década de 1,920 consiste en un reactor sin compresor de funcionamiento abierto y continuo pero de combustión intermitente en 1.920 La estructura de un Pulsorreactor se compone de tres partes fundamentales: 1. Sistema de válvulas de admisión y cierre 2. Cámara de combustión 3. Tobera de salida de gases El esquema de funcionamiento se muestra en la figura siguiente:
- 69. Curso 2.007÷2.008 69 PULSORREACTORES (2) El Su funcionamiento depende de un flujo de aire (1) que entra a través de las válvulas situadas en la parte frontal del reactor donde se mezcla con el combustible (2) que sale de un conjunto de inyectores situados en el sistema de válvulas. Una bujía hace explotar la mezcla (3), haciendo que la fuerza de la explosión acelere los gases en ambas direcciones lo cual provoca que las válvulas de admisión de aire se cierren haciendo que el gas se vea forzosamente obligado a salir por el tubo de salida de gases (4), produciendo el Empuje necesario y luego
- 70. Curso 2.007÷2.008 70 crea un vacío haciendo que las válvulas de admisión vuelvan a abrirse para posteriormente repetir ciclicamente esta operación. Un reactor de este tipo presentaba una ventaja principal, la SENCILLEZ , pero presentaba también muchos inconvenientes: Alto consumo Altisimo nivel de ruido Fatiga termica de los materiales Dificil control
- 71. PULSORREACTORES Curso 2.007÷2.008 71 (3) El Un reactor de este tipo, el “ARGUS” euipo a las famosa V-1 que empleo el II reich para bombardear Londres en la ultima fase de la II Guerra mundial Lanzamiento desde rampa Lanzamiento desde un He-111
- 72. PULSORREACTORES Curso 2.007÷2.008 72 (4) En vuelo En la rampa de lanzamiento desde Holanda El - Longitud: 8,22 metros - Diámetro: 1,50 metros - Envergadura: 5,50 metros - Peso: 2170 kilogramos (De estos 900 pertenecían a la cabeza de guerra compuesta TNT y nitrato amónico) - Velocidad máxima: 643 Km/h
- 73. PULSORREACTORES Curso 2.007÷2.008 73 - Techo operacional: 2100 metros - Alcance: 400 kilómetros - Horas de trabajo empleadas por unidad: 280
- 74. PULSORREACTORES Curso 2.007÷2.008 74 (y 5) El
- 75. PULSORREACTORES Curso 2.007÷2.008 75 Ensayos en vuelo de un Argus con un Ghota Go-145 (~ 1.941)
- 76. ESTATORREACTORES Curso 2.007÷2.008 76 (1) El Ramjet es un tipo de reactor sin partes móviles, en el que debido a la propia velocidad de entrada del aire, y el diseño interior, este se comprime en la cámara de combustión permitiendo alcanzar velocidades supersónicas superiores a Mach 15. La idea original del hiperreactor nace a principios del siglo XX, en 1913 (fecha de la patente) de las manos de René Lorin. Este ingeniero francés pone las bases teóricas, bajo el simple ciclo termodinámico de 3 etapas, compresión, combustión, y expansión, pero no fue si no hasta décadas más tarde, 1933, que René Leduc redescubrió las ideas de René Lorin, y entonces el Ramjet apareció como el reactor ideal, de gran potencia, máxima eficiencia y mínimo coste de producción, pues al desaparecer las partes mecánicas quedaba como un mero tubo, de muy fácil manufactura.
- 77. Curso 2.007÷2.008 77 ESTATORREACTORES (2) Pero el Ramjet tiene el inconveniente de que es incapaz de despegar por sí mismo. Un avión con una propulsión hipersónica de este tipo necesita ser acelerado por otro hasta una velocidad mínima (Mach 3) o estar equipado con un motor híbrido que pudiera funcionar como un turboreactor para el despegue y aterrizaje, que no existe por el momento; y permitiera un modo Ramjet, durante el vuelo . Para tener una idea del salto entre este reactor y el resto debemos tener en cuenta que el propulsor atmosférico más rápido es el SR-71 “Blackbird” que alcanza Mach 3, mientras el Ramjet podría alcanzar Mach 10.
- 78. ESTATORREACTORES Curso 2.007÷2.008 78 . SR-71 “Blackbird”
- 80. ESTATORREACTORES Curso 2.007÷2.008 80 (4) . LEY DE EMPUJE
- 82. ESTATORREACTORES Curso 2.007÷2.008 82 Aplicación al Misil “METEOR” (6) . NASA X-15 El X-15 fue un avión-cohete experimental que fue ensayado a partir de 1.959 del cual se hicieron 3 prototipos que
- 83. ESTATORREACTORES Curso 2.007÷2.008 83 totalizaron unos 200 vuelos tripulados y el tercero de ellos fue destruido en un accidente en Noviembre de 1.967. Llegó a alcanzar Mach 10
- 84. ESTATORREACTORES Curso 2.007÷2.008 84 (7) Si la combustión se realiza TAMBIEN en régimen Supersónico , el Ramjet se denomina SCRAMJET (“Supersonic Combustion RAMJET”) NASA Hyper X-43A (5/3/07)” .
- 85. ESTATORREACTORES Curso 2.007÷2.008 85 HyFly-Mach 6 (8) . NASA Hyper X-43A (5/3/07)
- 86. ESTATORREACTORES Curso 2.007÷2.008 86 Perfil de vuelo del ensayo Imagen (y 9) .
- 87. ESTATORREACTORES Curso 2.007÷2.008 87 Proyecto de avión futurista hipersónico francés