A la vanguardia de la tecnología de motores a reacción

Si bien Connecticut puede no ser conocido como un semillero de fabricación, la verdad es que el estado alberga algunos de los actores más importantes de la industria, incluidos Kaman, Praxair, Sikorsky, Gerber Scientific y muchos otros.

Una de esas empresas , Pratt & Whitney, presentó recientemente una familia innovadora de motores a reacción.

Noah Webster, el hombre detrás de los diccionarios Webster y ex residente de Connecticut, definió el área como frugal e industrial. Quizás no sea sorprendente, entonces, que estas características también personifiquen la producción de la nueva familia de motores a reacción Pure Power de Pratt & Whitney. Esta innovadora pieza de ingeniería le costó a P&W más de $ 10 mil millones y tardó más de 30 años en desarrollarse. Afortunadamente, este compromiso está a punto de dar sus frutos.

PurePower PW1000G: 16 por ciento más eficiente en combustible y 75 por ciento más silencioso

El motor PurePower PW1000G es justo lo que ordenó la industria de las aerolíneas siempre atada. Funciona más limpio, más delgado y más silencioso que cualquier otro producto anterior. Para empezar, su consumo de combustible es un 16 por ciento menor que el de cualquier otro motor en el mercado, y con el combustible para aviones actualmente alrededor de $ 3 por galón, los ahorros equivalen a casi $ 1,2 millones por avión, por año.

También utiliza un diseño de cámara de combustión que genera emisiones un 50% más bajas que los estándares de emisión CAEP / 6, que es el estándar más estricto de la industria. Y, si eres como yo y vives bajo las rutas de vuelo de los principales aeropuertos, entonces la reducción del 75% en el ruido del suelo sin duda será un regalo.

PurePower se basa en un diseño de turboventilador con engranajes, que no es un concepto nuevo. Sin embargo, hasta ahora nadie ha podido construir uno lo suficientemente grande para adaptarse a los altos requisitos de empuje de la industria de las aerolíneas comerciales. Y con la legendaria confiabilidad de los motores P&W, tampoco está plagado de problemas de confiabilidad comunes entre muchos diseños de turboventiladores con engranajes anteriores.

El nuevo diseño de P&W puede proporcionar hasta 40,000 libras de empuje, hasta ahora. Esto permite que los motores PurePower abarquen todo el mercado de aviones de fuselaje estrecho. El éxito asegurado de este motor seguramente verá su expansión al mercado de carrocerías anchas. Como los estudios de diseño para esta aplicación ya existen, es solo cuestión de tiempo antes de que los encuadres de aire aprieten el gatillo.

Por supuesto, muchos de los detalles técnicos son propietarios. De hecho, el secreto que rodea al motor es tan estrecho que uno esperaría ver al hombre fumador de cigarrillos de Expediente X parado al fondo en la conferencia de prensa. Incluso mis contactos en East Hartford son tacaños como senador frente a un gran jurado. Sin embargo, todavía hay suficiente buena información para impresionar al reductor más exigente.

Para los no iniciados, un turboventilador con engranajes es, como su nombre lo indica, un motor turboventilador con transmisión por engranajes. En el caso del PurePower, la transmisión permite que el ventilador principal gire un 30 por ciento más lento que los turbofan convencionales. Hasta ahora, la transmisión por engranajes era la razón por la que el diseño nunca llegó a una escala mayor. Este obstáculo fue resuelto por el desarrollo de P&W de una caja de cambios liviana y altamente confiable que se dice que tiene un sistema de lubricación de vanguardia, la razón principal de su confiabilidad y rendimiento. Sin embargo, la transmisión por engranajes es solo uno de los trucos que P&W tiene bajo la manga. El ventilador principal más grande y de menor velocidad significa que el compresor de baja presión (LPC) funciona a velocidades más altas, requiriendo menos etapas. Los turboventiladores suelen requerir seis o siete etapas LPC; PurePower usa solo tres. Eso es una reducción de 1500 hojas. La velocidad de rotación más rápida también significa que el aire que ingresa al compresor de alta presión (HPC) se mueve bajo una presión aún mayor. Las ocho etapas del HPC también son mucho menos de las que se encuentran normalmente en un turbofan estándar.

Para HPC, la innovación gobierna el día. El sistema utiliza menos etapas, que consisten en rotores de palas integrales o IBR en lugar de palas y discos de compresor separados. También conocido como blisks, se trata de un rotor de una pieza con disco y palas integrados en una sola estructura. La cámara de combustión también usa un sistema de pared flotante dentro de la cámara de combustión anular. Esta tecnología ya se ha implementado en los motores P&W utilizados en el F-22 Raptor: consiste en una serie de paneles aislados térmicamente compuestos de material resistente a la oxidación con alto contenido de cobalto. Hay beneficios aún mayores en el lado de la turbina. La turbina de baja presión (LPT) requiere solo tres etapas, a diferencia de las nueve que requerían los diseños anteriores de P&W. Eso equivale a 3500 aspas de ventilador menos.

Parte inferior del ventilador turbo estándar PurePower Top

Hablando de aspas de ventilador, hay otro secreto digno de Mulder & Scully: P&W usa una nueva estructura de aspa de ventilador hueca metálica híbrida desarrollada detrás de la puerta de hierro en East Hartford. Como era de esperar, los métodos de fabricación y la composición siguen siendo un secreto.

Las aspas de ventilador huecas son una característica distintiva de P&W: el diseño innovador reduce el peso de la aspa mientras mantiene la misma resistencia que las unidades mucho más pesadas.

Todo lo que se sabe sobre las palas de turbina patentadas de P&W es que están compuestas de superaleaciones, con recubrimientos de barrera térmica y una característica de enfriamiento avanzada que fue desarrollada para el F-35 Lightning. Estas características permiten que el HPT de PurePower funcione más caliente y más rápido que cualquier otra cosa jamás desarrollada. Cuando le pregunté a un amigo qué tan caliente, todo lo que pude conseguir fue un encogimiento de hombros y la respuesta "realmente caliente". Ok, lo averiguaré cuando esté obsoleto.

Cuchillas PurePower HPT prestadas del F-35

El PurePower HPT utiliza cuchillas desarrolladas para el motor P&W F135 implementado en el F-35. Este motor tiene el récord mundial del combustor y la turbina más calientes jamás ejecutados.

Las bajas emisiones de NOx de este motor son parte integral del HPT y la cámara de combustión; también es responsable de la reducción del 75 por ciento del ruido.

La cámara de combustión, llamada TalonX, fue diseñada en conjunto con la NASA y se basa en el ciclo de combustión rico-apagado-magro de la agencia espacial. En este diseño, las emisiones están controladas por la zona de enfriamiento del estator de la primera etapa antes de las palas HPT de la primera etapa.

La principal ventaja de todas estas innovaciones es que hay muchas menos partes móviles. Menos piezas significan menos mantenimiento y más horas en el aire. Para la industria de las aerolíneas, el ROI es una obviedad. Otra cosa a considerar es que este es un motor nuevo; Incluso con la inquietud inherente de la industria de las aerolíneas, P&W ya tiene pedidos de 7.000 unidades provenientes de más de 70 clientes en más de 30 países.

La previsión, el compromiso y la perseverancia de Pratt & Whitney simbolizan las características que construyeron la industria estadounidense y ciertamente llevarán a P&W a la preeminencia en la industria aeroespacial.

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