Historia de los aerorreactores principio acción y reacción

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Gregorio L. Juste , ETSI Aeronáuticos, UPM

~ 400 AC Archytas y su paloma voladora

150 AC Herón de Alejandria

1232 los chinos comienzan a utilizar cohetes como arma.

1500 Leonardo da Vinci “the chimney jack”

1629 Giovanni Branca desarrolla una turbina

1678 - Ferdinand Verbiest diseña un carro propulsado por un chorro de

vapor

1687 Isaac Newton

1791 John Barber patenta un diseño que utiliza el ciclo termodinámico Bra.

1872 Dr. F Stolze; 1897 Sir Charles Parson;

1903 Wilbur y Orbile Wright vuelan por primera vez en Kitty Hawk

1908 Rene Lorin propone un sistema ramjet

1905-1920 se construyen numerosas turbinas de gas en europa

Nace el aerorreactor

1929 Frank Whittle patenta un turborreactor

1937 Hans von Ohain realiza las primera pruebas

1939 Vuela el primer avión propulsado por un turborreactor

…..

Historia de los aerorreactores

“principio acción y reacción”

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Gregorio L. Juste , ETSI Aeronáuticos, UPM [email protected]; http://labprop.dmt.upm.es

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Frank Whittle

Hans von Ohain

• Nació en Coventry,

Inglaterra el 1 de Junio de

1907

• Murió en Baltimore,

Maryland, USA el 9 de

Agosto de 1996

• Nació en Dessau, Alemania el

14 de Diciembre de 1911

• Murió en Melbourne, Florida,

USA el13 de Marzo de 1998

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Wu2

Whittle1

Turborreactor W.1

usado para propulsar al

avión Gloster E28/39

El Gloster E28/39 propulsado por un

turborreactor W.1 que voló en 1941

El primer motor experimental,

funcionó en Abril de 1937

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W12

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Early History of the Whittle Jet Propulsion Gas Turbine*

By AIR COMMODORE FRANK WHITTLE, C.B.E., R.A.F., M.A., Hon. M.I.Mech.E.

OCTOBER I1TH, I945, FLIGHT

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Von Ohain engine He S-3

usado para propulsar el

avión He-178

Primer reactor, Heinkel He-178

propulsado por el motor He S-3

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Caza a reacción Messerschmitt Me 262,

primer avión a reacción producido,

propulsado por dos turborreactores

Jumo 004B. El primer vuelo del Me 262

fue el 18 de Julio de 1942. El Jumo 004

fue diseñado por el Dr. Anselm Franz de

la Junkers Engine Company

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Empuje = 10 kN; Gasto = 22 kg/s

Relación de compresión = 3.14

Temperatura de entrada de turbina = 1100 K

Consumo específico = 4.0 10

-5

_kg/Ns;

Peso = 825 kg; Diámetro = 76 cm; Longitud = 3.8 m;

Rendimientos: 78% compresor.

95% cámara de combustión.

79.5% turbina.

El Me 262 alcanzaba los 805 km/h

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Otros motores:

Diseñado por Gyorgy Jendrassik en 1938 el

Cs-1 fue el primer turbohélice . Funciono por

primera vez en 1940. Se esperaba obtener

1000 hp, nunca proporciono más de 400 hp

por problemas de combustión

El motor Campini "Thermojet”fue diseñado

por el Ing Secondo Campini en 1931

.

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1945-1950: LA POSGUERRA

Soluciones tecnológicas

Compresores axiales

Producción en serie

NENE

DERWENT

AVON

ADDER

VIPER

Derwent V – Gloster Meteor

1945-1946, 610 mph, 14000

motores

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1941 - La tecnología inglesa (Whittle) fue llevada a USA. Las Fuerzas Aéreas americanas

eligieron a “General Electric” para desarrollar el motor a reacción. La Armada escogió a

“Westinghouse” para desarrollar pequeños motores axiales para utilizar como „booster‟.

“Pratt & Withney” continuó sus realizaciones en motores alternativos.

Al finalizar la guerra, la industria alemana había sido destruida y los ingleses quedaron

líderes en motores de reacción. Comenzaron desarrollos en motores con compresores

axiales, con compresores centrífugos y en turbohélices.

Estos desarrollos presentaban pobres actuaciones (relación de compresión 4:1, y

temperatura fin de combustión de 1050 K) y corta vida (alrededor de 10 h).

En esta época, las principales discusiones técnicas eran referentes a:

Alas rectas vs. Alas en flecha.

Compresores axiales vs. Centrífugos.

Turbohélices vs. Turborreactores.

1947 - Boeing construyo el B47 dando un Mach de vuelo de crucero elevado y baja

resistencia. Alas en flecha y góndolas para los motores serían usados en los futuros

aviones de reacción.

1949 - El B-52 cambió los motores turbohélices por turborreactores. “Pratt & Whitney”

diseñó el “JT-3” (J57), un turborreactor bi-eje de alta relación de compresión.

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J35

J47

J31

J73

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1952 - El B-52 voló y demostró una gran autonomía. El JT-3 demostró tener un

reducido consumo específico. Desde entonces los turbohélices no se han considerado

más para la propulsión de bombarderos y aviones de transporte de gran radio de acción.

El JT-3 fue equipado con un postcombustor y propulsó el primer avión supersónico de

caza, el “F-100”.

El JT-3 también demostró un tiempo entre revisiones mucho más largo que los motores

alternativos, e hizo que las aerolíneas compraran motores de reacción para los aviones

de transporte.

1956 - “General Electric” era una de los fabricantes más importantes de motores de

reacción. Los ingleses no podían competir con los EE.UU. por falta de medios

económicos. “General Electric” diseñó el G.E. J-79, usando estátores variables y una

relación de compresión muy grande en un monoeje (16:1). Resultó ser un motor muy

ligero y de altas prestaciones que propulsó muchos aviones, de los cuales el caza

“F-4” fue el de mayor éxito, convirtiéndose en el caza “standard” americano durante 20

años.

En la misma época aparece el motor de “Pratt & Withney” JT-4 (J-75), de diseño

similar al J-57, pero con un 50% más de empuje. Este motor hizo del 707 un auténtico

avión trans-atlántico, y dio un gran empuje a la aviación civil.

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1950-1960: LA DECADA PRODIGIOSA

Intenso I+D

Nace el JT-3 para el B-707

Nace la aviación comercial

(vuelos trans-oceanicos, DC-3, DC-4

JT3C

TURBOFAN JT3D

JT8

Fan tip diameter: 39.9 - 49.2 in //Length, flange

to flange: 120.0 - 154.1 in

Takeoff thrust: 14,000 - 21,700 lb(62 to 77

kN)//Flat rated temperature: 77 - 84° F

Bypass ratio: 0.96 - 1.74

overall pressure ratio: 15.4 - 21.0

Fan pressure ratio: 1.92 - 2.21

modern derivative, the -200 series, covers the

18,500 to 21,700 pound-force (82 to 97 kN)

thrust range and powers the

McDonnell Douglas

MD-80

, Since starting service in 1980, more

than 2,900 -200 series engines have been

produced.

Airplanes Powered

Boeing 727

Boeing 737-100/-200

McDonnell Douglas

DC-9

Boeing MD-80

Super 27 Re-engining Program

1960-1970: LOS TURBOFANES

El JT-3 se rediseña como JT-3D

El Blackbird y el Concord

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El JT-3D remotorizó al B-52 y 707, y demostró una mejora en el radio de acción del

15%. El turbofán demostró ser claramente superior al turborreactor de flujo único para

la aviación de transporte. Sin embargo, surgió un nuevo problema: el ruido del fan. Para

obviar este problema el JT-3D tuvo que ser reconstruido aumentando el espaciado entre

los álabes del fan y de los estátores correspondientes.

1963 - Vuela el 727 con el nuevo motor JT-3D pero de dimensiones más pequeñas.

Hasta la fecha se han construido mucho más de 10000 unidades para más de 140 líneas

aéreas.

1964 - Se utilizaron turbofanes con postcombustores para propulsar a cazas, un ejemplo

es el TF-30 que se utilizó en el F-111.

NASA desarrolla las alas de flecha variable lo que conduce a exigencias de motores con

bajo consumo específico a velocidades de crucero bajas y alto empuje a velocidades

supersónicas. P & W estudió la posibilidad de utilizar turbofanes con postcombustores

para su posible uso en aviones de transporte supersónico.

1968 - El C-5 vuela con un motor grande y nuevo realizado por “General Electric”, el

TF-39. Se consiguen mejoras con el desarrollo de nuevos motores, combinándose los

estátores variables con los dobles ejes. Esto hace que los nuevos desarrollos tengan el

doble de relación de compresión y el doble de empuje.

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JT9

CF6

1969 - Se precisa un motor para el 747:

P & W desarrolla el JT-9D (2 ejes).

GE desarrolla el CF-6 (2 ejes).

RR desarrolla el RB-211 (3 ejes).

Esto representa la tercera generación de

motores; turbofanes de alta relación de

compresión y alta temperatura fin de

combustión.

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1972 - El F-100 de P & W propulsa el F-15 y F-16

con una relación empuje/peso mayor de 8.

1970-1980: LA CRISIS DE PETROLEO

Segunda generación de turbofanes

Consorcios internacionales

1980-1990: MADUREZ TECNOLOGICA

Nuevos conceptos: UDF, UHBR

Tercera generación de turbofanes

(pequeños y eficientes o enormes

1990-

En producción Trent, GE90, PW4000

Sanger (turbo-ramjet), X-30 NASP (scramjet)

PROGRAMA

EMPRESAS

RB-199

Rolls-Royce (Gran Bretaña), MTU (Alemania),

Fiat (Italia),

CFM-56

General Electric (EEUU), SNECMA (Francia),

RJ-500

Rolls-Royce, IHI (Japón), Kawasaky (Japón),

Mitsubishi (Japón)

MTM-380-385

MTU, Turbomeca (Francia)

Spey

RB-168-62

Rolls-Royce, Allison (EEUU)

Adour

MK,

RTM

Rolls-Royce, Turbomeca

PW 2037

Pratt & Whitney (EEUU), MTU, Fiat (Italia)

Larzac 04

SNECMA, MTU, Turbomeca, KHD (Holanda)

TFE-1042

Garret (USA), Volvo Flygmotor (Suecia)

PW-F-100

FN

Herstal

(Bélgica),

Philips

(Holanda),

Kongsberg (Noruega)

V-2500

Pratt & Whitney, Rolls-Royce, MTU, Fiat, JAE

(Japón)

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535

524 TRENT 500

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GE90

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GEnx: Next-generation technology

_{On the GEnx engine rated at 67,000 pounds of}

thrust, the bypass ratio (BPR) of the 104-inch fan is

8.4, and the overall pressure ratio (OPR) of the

engine is 39. On the GEnx engine rated at 70,000

or 72,000 pounds of thrust, the BPR of the 111-inch

fan is 9.7, and the OPR of the engine is 41.

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Powerplant: Four 14,000shp (10,440kW) Progress/Motor Sich D-27 propfans driving scimitarshaped,

reversible-pitch Aerosila SV-27 l4ft 9in (4.49m) diameter, contra-rotating propellers, each with eight

composite blades at the front and six at the rear.

Performance: Maximum speed: Mach 0.73. Normal cruise speed 405-432kts (750800km/h). Low altitude

cruise speed 297kts (550km/h). Maximum range: (35 ton payload) 940nm (3,600km); (30 ton payload)

2,700nm (5,000km); (20 ton payload) 4,00nm (7,400km). Max operating altitude 39,370ft (12,000m).

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RB199

EJ200

PEGASUS

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F100

F100-229

F119

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La relación Empuje / Peso

ha pasado de 4 a 10.

El consumo específico se

ha reducido en el 40%.

Se ha pasado de 0,2

apagadas de motor por

cada 1000 h de vuelo a

0,02

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