lunes, 27 de marzo de 2017

DCLXXXIV - Enfriamiento forzado en motores de pistón

-En los motores radiales fijos a pistón el enfriamiento del motor se produce por el avance del propio avión. Pero no es lo mismo en tierra cuando el motor tiene un diseño que la temperatura de los cilindros asciende rapidamente. Hay aditamentos como hélices de forma especial y más a menudo añadiendo una corona de aletas o ventilador que fuerza la entrada de aire hacia los cilindros.

"Trimotor Ju-52 de CASA con motores Elizalde "Beta" y hélices ENHASA" (foto Museo del Aire-CV)
-En el avión Junkers Ju-52-3m de la foto anterior vemos la forma de "cuchara" cerca de la raíz de cada pala. Esto ayudaba a introducir una mayor cantidad de aire a los cilindros, sobretodo en tierra, cuando no hay incidencia del aire dinámico por el avance (ram air).


"Alimentación forzada en un motor Bristol"   (de un anuncio comercial)
-La solución que tenemos más observada en los radiales es la adición de una corona de aletas sobre el cono de la hélice, justo detrás de la misma y en el espacio que hay hasta el capot circular exterior. Girando a la misma velocidad o a mayor intercalando un tren de engranajes multiplicadores. Los ejemplos más comunes los tenemos en los BMW 801 y 802 y también en los Bristol de camisas deslizantes "Hercules" y "Centaurus".

"Motortes Bristol Hercules en el avión "Azor" del 35º Escuadrón, EdA"  (foto jactres)

"Aletas enfriadoras sobre el plato posterior del cono de la hélice"  (PeT)
-En los motores alemanes BMW 801 utilizados en los  Focke-Wulf 150, la corona de álabes de enfriamiento giran a mayor velocidad debido al engranaje multiplicador que ésta en el bloque frontal del motor.


"Alojamiento de los engranajes multiplicadores de velocidad" (flecha)
"Piñones multiplicadores con toma tras la reductora, BMW-801"  (PeT)
-También el motor BMW 802 llevaba el sistema de alimentación forzada, pues era un motor más forzado y potente.

"Motor BMW-802"    (Arch. A-Z)
-Otra cosa han  sido los motores de helicópteros, que debido a su condición de "estacionarios" y en los que no se puede aprovechar el efecto del avance de la aeronave, todos llevan un sistema de enfriamiento forzado.

"El montaje de un ventilador ha sido normal en los helicópteros" (Anuncio de Alvis"
-Los motores de cilindros opuestos de los pequeños helicópteros también llevan ventilador y carenado (ejemplos de los primeros Hughes 269 y luego los Robinson 22 y 44. Al mismo modo que lo hacían en la primera época los motores, especialmente los colocados como empujadores, o sea "pushers".

"El ventilador -en negro- entre el motor y las poleas"

"Renault V8 "pusher" enfriado por aire forzado"   (Arch. A-Z)
-En general, las mayoría de los motores de aviación enfriados por aire no llevan dispositivos adicionales, basta con el aire que se recibe de la hélice o del avance del avión. Se mejora con unos deflectores y pantallas que hacen circular el aire alrededor de las partes más difíciles o escondidas como las traseras de los cilindros de manera que el aire "lame" esas aletas posteriores.

ReF.:    (DCLXXXIV)           RMV   / Museo del Aire de C.V. / Blog Jactres / Arch. A-Z /

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jueves, 16 de marzo de 2017

DCLXXXIII - HIGHLIGHTS en las 6ª Jornadas Técnicas en el Instituto "Illa dels Banyols" del Prat. (Parte 2 de 2)

-Otra ponencia técnica de éstas Jornadas la dí yo mismo, RMV, como Mecánico de Aviación  (TMA) ya jubilado y en nombre de La Aeroteca (BCN). El lugar era en el hangar de Prácticas  de la Escuela IES "Illa dels Banyols" habilitado con proyector y suficientes sillas para varias promociones de estudiantes.

"Aspecto de la ponencia de RMV sobre motores"  (Foto Genis Hernandez)
-Mi ponencia tuvo dos vertientes: una sobre motores de pistón referente a los temas que siempre me quedan pendientes en las conferencias que periódicamente efectúo en la Sala de Actos de la Librería Aeronáutica Miguel-Creus (L'Aeroteca). O sea, temas periféricos que no tengo incluidos en los "Power Points" con los que me apoyo. La otra parte sobre turbinas, turboreactores.


-El primer tema trataba del desarrollo de los motores a pistón: los normalmente aspirados llamados también "atmosféricos", luego los sobrecomprimidos, los sobrealimentados mecánicos de 1 etapa, los de 2 etapas, los turbosobrealimentados y los aditamentos como los "intercoolers" y sistemas de inyección de combustible.  Precisamente la evolución de las gasolina fué un tema importante, porque en mi experiencia personal conocí todos los tipos de gasolina de la carta anterior.  Expliqué el porque de dos referencias numericas en el N.O. (Número del indice de Octano) referidas a la mezcla pobre y la rica utilizada durante la operación y sobre todo el color de cada gasolina debido a las anilinas que incorporaban, para identificarlas y para ayudar a la detección de fugas.

"Lycoming O-360, de la IES, Illa dels Banyols"  (Foto Autor)
-Finalmente, en los últimos años nos ha quedado la 100-LL o Low Lead (bajo en plomo) y  más cerca la que se utiliza en los EEUU y Europa, la sin plomo 92/96 UL (Un Leaded) por Normativa Medioambiental. Por cierto, en nuestro pais y por desidia administrativa seguimos con la gasolina con Plomo (del Tetraetilo de Plomo, el aditivo antidetonante) 100-LL en aviación contaminando los cielos. Mientras atacamos los coches Diesel por el dióxido de nitrógeno (NO2) y gasolina por el plomo que ya no utilizan. El plomo es veneno puro, lo detectamos en el interior de los tubos de escape por una crostra blanca que es óxido de plomo, base de la antigua pintura blanca también.  

"Controles de calefacción del carburador, mando de gases y control de mezcla" (Pintererst)
-La combustión perfecta de aire y combustible está en la proporción de 15 a 1, en peso. Pero ésta proporción varía mientras nos elevamos pues mientras el combustible no pierde peso, el aire al perder densidad si que pierde peso al dilatarse con la altura. Esto obliga a disponer de un medio para corregir esta variación. Puede ser automáticamente mediante los AMC (Automatic Mixture Control) automáticos, consistentes en unas cápsulas aneroides que, o bien restringen el combustible o aumentan el paso de aire. Pero esto siempre será un ajuste grueso, el piloto deberá hacer el ajuste fino. Y lo hace normalmente con la ayuda de un instrumento, el EGT "Exhaust Gas Temperature".

-El EGT es un indicador al que le llega una pequeña corriente de milivoltios generada en un termopar bimetálico colocado directamente en el tubo de escape, cerca del cilindro. A mayor temperatura de la llama, mayor deflexión de la aguja. El indicador tiene divisiones cualitativas, no cuantitativas. A cada altura y circunstancia ambiental, la deflexión será diferente para la misma selección de potencia.

"Supongamos que el mando dibujado es el rojo de control de mezcla" (dibujo del autor)
-Si volamos en crucero estabilizado y deseamos corregir la mezcla, tiraremos del mando rojo presionando al mismo tiempo el botón "Vernier" central (es una avioneta Cessna). A medida que nos acerquemos a la proporción ideal de 15/1 la aguja del indicador de EGT (Exhaust Gas Temperature) se irá hacia el máximo (Peak), y si continuamos volverá a descender la temperatura por inanición. Es la zona peligrosa para la integridad del motor porque las mezclas pobres son extremadamente más calientes pudiendo quemar las válvulas, por ejemplo.

-Volviendo el mando hacia adelante recuperaremos el "Peak" y sin presionar el botón del mando Vernier haremos el ajuste fino girando el pomo: colocamos la aguja amarilla encima como referencia y seguiremos enriqueciendo dos divisiones de 25ºF del indicador hacia adelante siempre (Rich) para asegurarnos que estamos en el punto de la zona rica que nos protege el motor. Ambos puntos de la parte alta de la curva -de mezcla rica y pobre- indican lo mismo en el instrumento pero uno es el lado bueno y el otro es el lado malo. Y a cada cambio de potencia o nivel de vuelo hay que repetir la operación.

                                       AQUI SE HIZO UNA PAUSA

-La segunda parte de mi ponencia trató de turbinas. Las de la primera generación, como las alemanas BMW y Jumo, inglesas Avon, americanas Westinghouse, Allison y GE, que tomaban una masa relativamente pequeña de aire para lanzarla a gran velocidad, según la fórmula:


                    E (Empuje) = Masa de aire   x   (V2-V1)


-O sea, una determinada pequeña masa de aire se aceleraba  mediante el quemado de combustible a una gran velocidad, en la que (V2-V1) significa la diferencia de velocidades entre la salida y la entrada de aire al motor.

"B-52 de primera generación, luego remotorizados algunos"
-Para lograrlo se consumía mucho combustible (motores Gourmet -de grandes comedores-), hacían mucho ruido y contaminaban con penachos de humo negro.

"Westinghouse, J-34, ejemplo de turboreactor puro"   (Arch. RMV)
-La siguiente generación fúe la "By-Pass" o de mayor coeficiente de dilución. Una parte del aire  pasa por el interior del motor para generar gas para mover las turbinas y el otro por la periferia entubada -conducto- para volver a reunirse a la salida. Los motores militares de éste tipo poseían una segunda combustión tras éste punto que llegaba fácilmente a doblar el empuje del motor. De hecho los "By-pass" eran un paso intermedio con los actuales "Turbo-Fan".

"Motor By-pass con Post-Combustión"  (Pinterest)
-Se les llama "Fan" a veces y los primeros escalones del compresor de LP -baja presión- actúan de forma parecida. Tras el compresor LP han una clara división de pasos, el interior penetra en el compresor de HP o alta presión y el exterior circunvala el motor para descargar su aire fresco y prepararlo para un segundo quemado.

"Turbo-Fan Rolls-Royce Trent XWB" (del catálogo)
-Y si la anterior podemos llamarla de 2ª generación, la tercera serían los actuales grandes Turbo-Fan. Estos motores en su concepto no son turboreactores puros sinó que poseen una gran "hélice" multipala, entubada para mejor rendimiento, pero su principio está mas próximo a los turbohélices.

"Esquema de un turbofan de aerolinea"  (PeT)
-Otro tema es el del grupo de turbinas y su forma tan diferente respecto de los otros turboreactores. A medida que los gases pasan de la primera turbina HP a la segunda, han perdido parte de su energía, por ello tiene mayor diámetro y mayor área del “disco” también la cuerda media de los alabes tienen más “brazo” con el centro del eje. Tras cruzar las etapas intermedias IT, los gases siguen a las etapas LP que mueven el FAN, cada vez con mayor diámetro y más múltiples.

-Llegados a éste punto me centré en un "juguete" de Leonardo da Vinci.

-Entre los muchos inventos que hizo había uno que era la polea en “caracol” que servia para compensar la menor fuerza con un mayor brazo a medida que el resorte perdía  tensión, el diseño especial del carrete, es así:

"Sistema de compensación de Leonardo"
                                     
-En relojería de precisión se aplica éste artilugio para ir compensando la pérdida de tensión del muelle principal sobre el eje que mueve toda la maquinaria del reloj. De manera que a medida que afloja el resorte el diámetro del eje es mayor y el brazo, manteniendo el “momento”.




                                       (FIGURA 21: Dispositivo “FUSEÉ” de relojeria)

-Hablemos de Fuerzas y Momentos: Supongamos que el el primer dibujo tenemos el muelle cargado con una fuerza de "5" y la cadenilla tiene un brazo (radio) de "2". El tambor vá girando y el muelle se va descargando arrastrando el eje de "caracol". Casi al final supongamos que el muelle tiene una fuerza de "2" pero el radio es de "5". En los dos extremos tenemos el mismo momento compensado muy inteligentemente. Y en los puntos intermedios también.

-Este refinado dispositivo se ha utilizado hasta hace poco (antes de los relojes electrónicos y el GPS) para los relojes navales de precisión para conocer la “longitud” o distancia alrededor de la tierra, (la “latitud” se conoce por el sextante). Recomiendo leer el libro Longitud de Dava Sobel.



                             (FIGURA 21: Maquinaria de un reloj de precisión con Fuseé)

-¿Os vale la similitud de la tobera divergente de un gran turbofan con éste mecanismo?. Sinó, podéis comprobar que las turbinas industriales y navales de vapor también tienen éste método de aprovechar la energía residual tras cada escalón de turbina.


ReF.:         (DCLXXXIII)     RMV   / IES "Illa dels Banyols"



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DCLXXXII - HIGHLIGHTS en las 6ª Jornadas Técnicas en el Instituto "Illa dels Banyols" del Prat. (Parte 1 de 2)

-Extraído de la ponencia del Técnico de Mantenimiento de Aeronaves, el Sr. Francisco Val (de Executive Airlines) y patrocinada por la "Fundació Parc Aeronáutic de Catalunya". Tras una interesante exposición sobre el desarrollo de los motores a reacción y de las primeras realizaciones en vuelo, pasó a la descripción de detalles de las turbinas: turbojets, turbohélices y turbofans.

"El Heinkel He-178, voló el primero en 1937" (Arch. J.A.)

"En 1939 el Caproni-Campini CC1 era un motoreactor" (PeT)

"El Gloster E28/36 fué el tercero en volar, en 1941" (PeT)
-Ya conocemos que en la guerra se hicieron los primeros aviones a turboreacción operativos: los Me-262 y los Gloster Meteor. De éstos últimos se comentan menos pero sus intervenciones desviando las V-1 demuestran que operaban antes de fines de la WWII.

"Meteor desviando el rumbo y derribo de una V-1" (PeT)
-Respecto de los primeros compresores axiales nos explicó Francisco Val su facilidad de entrar "en pérdida" o sea, el "stall compressor". En este Blog se comenta en un capitulo la "pérdida de compresor" en los F-86 Sabre con el motor General Electric J-47 que tuve cerca de mi durante mi formación en las Fuerzas Aéreas. Han pasado muchos años desde 1960 en que asumí la existencia de éste problema. Ahora se distinguen más las causas y las correcciones empleadas.

"Cuando dispara las 6 armas de media pulgada, pueden introducirse gases perturbadores en el compresor" (PeT)
-Algunas causas de pérdida de compresor han sido, en los aviones militares,  las maniobras fuertes de combate, resbales, etc. 

"F-86 en pruebas de disparo, alrededor de la toma" (PeT)
-Cuando el aire penetra en el compresor dando giros y llegando con ángulos de "0º" ó menores, el compresor deja de comprimir y la presión de las cámaras de combustión reburjitan hacia adelante causando impulsos y fuertes ruidos, dejando de comprimir. 

"La presión es máxima tras el difusor del compresor"
-La corrección es enderezar la maniobra, reducir gases y volver a acelerar despacio para recuperar la normalidad.

"Los aviones con motores de compresor centrifugo no padecen pérdidas de compresor" (PeT)
-Cuando se disparan las armas colocadas en la proa, las turbulencias formadas pueden producir perdida de compresor. Lo mismo puede ocurrir por la ingestión de FOD (Foreing Object Damage), "Bird Striking" (ingestión de aves). O también cuando se corta potencia muy rapidamente. O vuelo entre fuertes turbulencias o temperaturas variables del aire. 

"Turboreactor con doble eje (Twin Spool)"  (Power Point FV)
-Se solucionó posteriormente con los motores de dos ejes, con válvulas de sangrado (bleed valves). Y muy bien con compresores con los estatores de incidencia variable o una combinación de ésta y de las anteriores soluciones.

"Motor J-79 con estatores de compresor de incidencia variable (aviones B-58, Phantom, F-104, etc)" (Power Point FV)
-El último HIGHLIGHT de la ponencia de Francisco Val de muy alto interés trataba del "ACC" ó "Active Clearance Control", un dispositivo que aumenta el rendimiento del grupo de turbinas de los últimos y muy potentes Turbofan de aerolinea.

"Observar la tobera de salida divergente-convergente y rodeada de conductos" 
-Se trata de un dispositivo neumático que acerca el anillo exterior hacia las puntas de los alabes de la turbina para reducir el espacio (gap) y las pérdidas de gases por estos espacios. Se controla mediante la temperatura. El aire proviene del compresor y es llevado por un conducto y caja distribuidora hacia los conductos designados para cada escalón de turbina, sea HP o LP.

"Llegada del aire al grupo de turbinas"  (P.P. de F.V.)
 -Este ajuste es variable y automático para cada circunstancia del vuelo. En la siguiente ilustración vemos que el GAP es diferente cuando gira al ralentí (Idle), despegue (Take/Off), subida o Climb (CLB), crucero (CRZ), descenso (DES) y aproximación (APP).


-Y hasta aquí los puntos que consideré mas importantes de la disertación de Francisco Val. En la Parte 2 de 2, trataré de mi intervención en esas Jornadas Técnicas de la Escuela de Mecánicos de Aviación "Illa de Banyols" del Prat (BCN).


ReF.:   (DCLXXXII)      RMV / IES Illa de Banyols  / Francisco Val / Pinterest



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lunes, 13 de marzo de 2017

DCLXXXI - Motores de turbina Dobles: DOUBLE, COUPLED, TWINS, Gemeux, TRI, etc. (Parte 2 de 2)

-El "Double Python" con que se inició el anterior capitulo DCLXXX viene ahora con unas ilustraciones para ver su instalación.

"La Python de A-S/Bristol tenía cámaras de combustión separadas" (A-Z)
-Turbohélice con dobles hélices contrarotatorias y axiales. Se distingue de otros modelos de la marca por sus cámaras de combustión muy delgadas.

"Double Python, con caja reductora semejante a la de la D-Proteus" (A-Z)
-Los norteamericanos de la casa Allison también hicieron la versión doble del T-38, que se conoció como las T-40 y T-44.

"Turbohélice T-38, de la categoría de 3000 SHP " (A-Z)
"Double T-38, modelo T-40 de casi 6000 SHP" (A-Z)


"El Allison se nos podía presentar con transmisiones más largas" (A-Z)

"O con los motores superpuestos"  (A-Z)
-La Division Allison Detroit Diesel  y su famoso modelo turboeje/turbohelice "250" tuvo y tiene muchos desarrollos y precisamente el Double o Twin fué el "252".







"Arriba el 250 y encima el 252"   (A-Z)

-El montaje de tres motores Allison T-38 unidos individualmente a una caja única con salida para dos hélices coaxiales y contrarotatorias. 
"O la versión TRI-T38 que se conoció como la T-44"   (A-Z)

-Al Autor le viene ahora a la memoria el ensayo de tres motores conocidos como "TRI-Viper", ésta vez con tres motores del veterano modelo "Viper" de la Armstrong-Siddeley/Bristol/Rolls-Royce. Fué un diseño del ingeniero francés Pierre Valroger en el año 1957.


"Los tres motores como balas de revolver"  (A-Z)
-La colocación de los tres motores como en un "paquete" no estaban conectados entre si: sus chorros de escape se dirigían a un disco de turbina cuyo eje pasaba por el centro de los tres motores hacia una caja reductora en el frente del conjunto.

"Esquema del conjunto del TRI-Viper" (Arch. A-Z)
-Hasta aquí como los ensayos de uso reducido pues inmediatamente llegaron potentes y mayores motores de turbina de potencias como los rusos NK-12 de hasta 15000 SHP de los años 1950's o los actuales TP-400 europeos (del Airbus militar A-400M) con 12000 SHP.

-En Francia también hay algunos ejemplos, ultimamente para ser utilizados en helicópteros -y en usos industriales- se acoplan motores en cajas de reducción y transmisión. La empresa Turbomeca (hoy en SAFRAN) realiza éste tipo de montajes. Traemos la ilustración de uno de ellos, el Doble Bastan.

"Turbomeca Doble Bastan"
-De todas maneras, como hemos podido ver, los ingleses han utilizado mucho más ésta solución de acoplar motores para acumular más potencia.




ReP.:    (DCLXXXI)         RMV  /  "Los Motores Aeroespaciales, A-Z)



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