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martes, 25 de julio de 2017

LAS AERONAVES COMERCIALES DEL SIGLO XXI

En octubre de 2008, dentro del programa "NASA Fundamental Aeronautics", la NASA  solicitó a la industria y a las universidades que desarrollasen conceptos avanzados de aeronaves de pasajeros, capaces de satisfacer las necesidades del transporte aéreo comercial de acuerdo a los objetivos de 2030 en cuanto a eficiencia de consumo energético, cuidado del medio ambiente y operación. Dichos estudios perseguían identificar las necesidades claves de desarrollo en tecnología para capacitar a estas previstas aeronaves y sistemas de propulsión. Se formaron cuatro equipos de investigación por personal de General Electric, del Massachusetts Institute of Technology, de  Northrop Grumman y The Boeing Company. El resultado de esta investigación fueron cuatro informes relativos a cuatro conceptos de aeronaves  y motores. Se trata de diferentes conceptos de diseño, no muy exóticos, pero prometedores en cuanto a los beneficios que presentan.
Estos fueron los resultados:

1º Concepto de diseño de avión comercial de 20 pasajeros de GE Aviation


Imagen: NASA / GE Aviation
El equipo de GE Aviation definió el concepto de diseño de un avión de 20 pasajeros que podría reducir la congestión en los aeropuertos principales (los denominados hubs) empleando aeropuertos regionales para viajes de enlace. La aeronave tiene una sección oval que permite cuatro asientos por fila. Otras características de la aeronave son la forma que reduce el flujo de aire sobre todas las superficies así como células generadoras de electricidad para suministrar energía a sistemas eléctricos avanzados. La planta motriz seria empleando turbohélices con hélices de baja emisión de ruidos. Se mitigaría en lo posible el ruido permitiendo realizar despegues y aterrizajes cortos y ascensos rápidos.

2º El concepto fuselaje extremadamente ancho (doble burbuja) D8 del MIT

Cortesia: NASA / MIT
El equipo del MIT presentó un concepto de avion de 180 pasajeros en una configuración de “doble burbuja” (double bubble) uniendo dos fuselajes que permiten una sustentacion adicional e incorporando tres motores turbofan en la cola, lo que permite bloquear parte del ruido de los motores. Una parte importante de este concepto de aeronave la forma los materiales compuestos que reducen el peso así como los mencionados motores turbofan que tienen una “ultra alta” derivación (lo que supone que el flujo de aire hacia del motor es incluso menor que hacia el ventilador o “fan”) con el fin de obtener un empuje más eficiente. A la inversa de las actuales tendencias de diseño, este concepto del MIT aumenta la relación de derivación minimizando la expansión del diámetro del ventilador contrayendo en su lugar el diámetro en la tobera. El equipo del MIT afirmó que este concepto es capaz de realizar el mismo perfil de misión que un Boeing 737-800, solo que con una cabina más espaciosa. Este concepto de diseño además permite aplicar el principio de “ingestión de capa límite” estudiado con el fin de reducir el consumo de combustible.

3º El transporte comercial de eficiencia silenciosa y bajas emisiones  de Northrop Grumman.

Cortesia: NASA /Northrop Grumman
El equipo de Northrop Grumman prevé la gran necesidad de aviones de menos de 120 pasajeros adaptados para pistas cortas con el fin de reducir los retrasos de los grandes aeropuertos. Su objetivo consiste por tanto en operar en aeropuertos con pistas de 1.500 metros, lo que reduciría el tráfico alrededor de los grandes aeropuertos y lo distribuiría más eficientemente.El equipo describe el Transporte comercial eficientemente silencioso y de bajas emisiones (Silent Efficient Low Emissions Commercial Transport, or SELECT), un concepto “revolucionarion en sus prestaciones, aunque no en su aspecto”. Este concepto emplea en su estructura materiales cerámicos, nanotecnología y aleaciones especiales con “memoria de forma” asi como motores de ultra alta relación de derivación.

4º el SUGAR Volt de Boeing

Cortesia: Boeing
El equipo de Boeing denominado SUGAR (Subsonic Ultra Green Aircraft Research) examinó cinco conceptos, seleccionando el SUGAR Volt, una aeronave bimotor con una tecnología de propulsión hibrida, un fuselaje con forma de tubo y un ala alta arriostrada. Comparado con las alas convencionales, las alas de SUGAR Volt tiene mayor envergadura (distancia de punta a punta), es más estrecha y más recta (menor flecha). También incluye articulaciones para plegar las alas para facilitar el estacionamiento (igual que hacen algunas aeronaves de los portaaviones).  Volt empleará dos motores turbofan híbridos, empleando combustión de fuel durante el despegue y energía eléctrica en crucero.

Referencias

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viernes, 31 de marzo de 2017

¿Pudo funcionar realmente el motor de Virgilio Leret?





Recientemente en los medios [4] se ha recordado la figura de Virgilio Leret, militar e ingeniero español conocido por ser probablemente la primera víctima de la guerra civil española, pues fue fusilado en Melilla nada más estallar la insurrección. También es conocido por haber patentado  en julio de 1935 un motor a reacción en la misma época en que Sir Frank Whitlle y Hans Von Ohain estaban desarrollando sus modelos de reactores. Realmente en 1913  René Lorin   propuso una primera solución a la propulsión a chorro, con el "estatorreactor". Se trata de un motor muy sencillo, prácticamente sin piezas, pero que necesita que el aire entre en el motor a gran velocidad, como minimo a 300 Km/,  para que el aire se comprima lo suficiente y así generar la combustion y el empuje. SI queremos que nuestro motor comprima el aire a menores velocidades o con el avión parado hay que emplear medios mecánicos. Henri Coanda ya ideó en 1910 un sistema de compresión del aire, empleando un motor de pistón, sistema que empleó el avión italiano "campini".  La solución de los motores de Whittle como el de Von Ohain fue mediante compresión de aire "centrifuga", consistente en un disco que lograba empujar el aire a la periferia del disco y derivarlo al interior del motor, así se lograba comprimir el aire hasta cuatro veces su presión de entrada.

La idea de Leret consiste en un ingenioso sistema en el que la etapa de compresión es mixta, es decir compresión centrífuga  y después  volumétrica. Esto se consigue mediante unos pistones que Leret llama "embolillos" accionado por fuerza centrífuga generada por unas masas circunscritas a un rotor coaxial con el eje del compresor centrífugo[2].  Este novedoso sistema daba al invento del ingeniero español unas prestaciones que mejoraban a los otros, pues lograba una relación de compresión de 200 a 1.
Desgraciadamente este invento genial no pudo desarrollarse y cayó en el olvido hasta hace no mucho, gracias al empeño de la viuda de Leret, Carlota O´Neil, quien custodio los planos del diseño de su marido, y actualmente al de la hija de Leret [6], se ha podido rescatar el legado del gran ingeniero y militar.  Como colofón de esta iniciativa, y gracias a la participación del Ejército del Aire, en abril de 2.014  se termino una maqueta del mototurbocompresor que actualmente se puede ver en el Museo del Aire, en Cuatro Vientos (Madrid) [6][3].
Maqueta del mototurbocompresor de Virgilio Leret (fuente:Ejercito del Aire)


Hay medios que afirman que incluso el diseño del motor de Leret pudo servir para el desarrollo del reactor en Reino Unido [1][4]. Esto se justifica porque Carota O´Neill, tras salir de la cárcel donde estaba recluida y encontrar los planos del mototurbocompresor entre los efectos personales de su marido, decidió entregar una copia al agregado de la embajada Británica, quien los envío a Inglaterra.

Tratando de responder a esta pregunta de que si realmente estos planos llegaron ser consultados por ingenieros británicos, y éstos sirvieron para mejorar los problemas con los que se enfrentaba en esos momentos Whittle, solo podemos conjeturar que es bastante improbable, pues el modelo de Leret es diferente a la solución aplicada en el motor británico, por lo cual solo se nos ocurre pensar que fue archivado o simplemente olvidado en algún cajón. Solo sabemos que el agregado que se llevó los planos murió en la II Guerra Mundial y no se conoce qué es lo que hizo con éstos.
Ante la cuestión de que si, más que una simple idea que Leret concibió mientras estaba recluido,[5]  se trataba de un diseño factible, el ingeniero aeronáutico Martin Cuesta Álvarez estudió en el año 2.002 la documentación de dicha patente[2], concluyendo que no sólo era un planteamiento correcto y un diseño viable, sino que se trataba de un invento “verdaderamente ingenioso”[6]

Resultado de imagen de planos del motor de virgilio leret
Vista en sección del motor de Virgilio Leret, realizada por Martin Cuesta Álvarez[2]

Vista en seccion del motor de Sir Frank Whittle

Motor HeS3B de Hans Von Ohain

De acuerdo al estudio de Martin Cuesta Álvarez en la revista El Aeroplano, la comparación de los motores daba un empuje de 734 Kg para el motor de Leret frente a los 386 Kg de la patente de Whittle y 500 Kg del motor de Von Ohain. Se trataba por tanto de un motor con unas prestaciones competitivas y a la altura de los otros desarrollos. También sabemos que esta propuesta si captó el interés de las autoridades, pues tal y como cuentan las memorias de Carlota O´Neill, Leret pudo explicar su proyecto de motor al presidente de la Republica, Manuel Azaña, quien se interesó por el proyecto.  Azaña nombró a Leret Jefe de la Escuela de Mecánicos de Cuatro Vientos y en junio de 1.936 se comenzó a construir un prototipo, con el objetivo de probarlo y evaluarlo en los talleres de la Hispano Suiza, y ponerlo en vuelo en septiembre de 1.936. [5][7] Se trataba de un proyecto con toda seguridad secreto, del que no se tiene más testimonio que las memorias de Carlota O´Neill. Solo sabemos que poco después Leret fue destinado a la base de hidros de Melilla.[5] y allí murió tras comenzar la rebelión militar en julio de 1936. La desaparición de Leret provocó el fin del posible desarrollo de este avanzado motor. A pesar de todo, si este si se hubiera seguido adelante, se tendría que enfrentar a no pocas complicaciones, fundamentalmente la económica, dada la importante inversión que supone un desarrollo semejante. Había que tener en cuenta que llevar a cabo este proyecto hubiese implicado construir junto con el prototipo, instalaciones de pruebas donde realizar los ensayos, y nuevos diseños en el caso de necesitar implementar mejoras. Además, un motor así significaba un nuevo tipo de aeronave, un nuevo reto que de haber prosperado el motor hubiese significado también una partida presupuestaria importante. Nos hubieramos encontrado con un caso similar al del HA-300, un reactor avanzado desarrollado en La sevilla de los años 60 pero que tuvo que cancelarse por falta de fondos.
Tres años después de la injusta muerte de Leret, y cinco antes del estallido de la II Guerra mundial, despegó el primer avión propulsado por un motor a reacción, el Heinkel He 178. El modelo británico, el Gloster E.28/39, lo hizo en 1.941. Del genial invento de Leret, solo sabemos que no era una idea descabellada y que de haber culminado el prototipo, pudo haber funcionado. Junto con el autogiro, el motorturbocompresor hubiera significado una importante contribución de España  al desarrollo de la tecnología aeronáutica.


Referencias


[2] Martín Cuesta Álvarez en el número 20 de la revista Aeroplano, año 2002, editada por el Ministerio de Defensa.
[7] Carlota O´Neill Una mujer en la guerra de España. Oberon, 2003
[8] El joven cientifico. El libro de los Jets. SM. 1979
[9] The Jet Engine. RollsRoyce. 1996

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