Fans no entubados (Propfans) Material para Turbinas TI-3436 Fans no entubados (Propfans) ◼ ◼ ◼ Un fan no entubado (unducted fan) o propfan es una modificación de un motor turbofán, en el cual el ventilador o fan esta ubicado afuera de la nácela en el mismo eje de las palas del compresor Son conocidos también con el nombre de motores de ultra-high bypass (UHB) y mas recientemente, motores de rotor abierto El diseño busca ofrecer la velocidad y actuaciones de un turbofán, con la economía de un turboprop Propfans 2 Arreglo o montaje básico Rolls-Royce RB3011 Propfans 3 Arreglo o montaje básico Rolls-Royce RB3011 Propfans 4 Funcionamiento básico Rolls-Royce RB3011 Propfans 5 Orígenes ◼ El propfan tiene su origen en el programa de Eficiencia de Energía de Aeronaves de la NASA, que se inicio en 1975 con el fin de combatir el riesgo de aumento de costos de combustible reduciendo el consumo en diversas formas Propfans 6 Causas de su desarrollo ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ Propfans La velocidad óptima de operación para los turbohélices es de aproximadamente 700 khp, o 450 mph. A velocidades mayores las hélices pierden eficiencia. Generalmente esto ocurre porque la velocidad en la puntas de las hélices es tan elevada que se alcanzan números de Mach muy elevados e inclusive superar la velocidad del sonido. Esto produce resistencia de onda (resistencia que se produce por efectos de compresibilidad del aire y/o formación de ondas de choque) y desprendimiento de la capa limite sobre la hélice, haciendo que la hélice pierda eficiencia. En la década de 1940 los aviones que alcanzaban grandes velocidades experimentaron por primera vez este fenómeno. Una forma de contrarrestar este problema es añadiendo mas palas a la hélice, para entregar mas potencia con menos velocidad de rotación (bajas RPM). Sin embargo, cuando el aeroplano se desplaza a velocidades elevadas, la velocidad resultante en las puntas de la hélice es también muy alta, y el fenómeno mencionado reaparece 7 Causas de su desarrollo ◼ ◼ ◼ Para evitar el problema de la resistencia de onda en las palas científicos alemanes propusieron en la década de 1940 utilizar palas con flecha. Hoy en día, los turbohélices que vuelan a velocidades mayores a los 450 km/h este tipo de palas. En 1978 la NASA dio inicio al programa de investigación ATP (Advanced Turboprop Project) que tenia la finalidad de desarrollar hélices de nueva generación con base en hélices con flecha. Estas palas eran semi-arqueadas, y al igual que un ala en flecha, disminuía la relación de alargamiento sin cambiar el área de la pala. Como resultado pueden mover una gran masa de aire, sin alcanzar tan elevadas velocidades en las puntas de las palas Propfans 8 Causas de su desarrollo Propfans 9 Causas de su desarrollo Propfans 10 Causas de su desarrollo ◼ ◼ Los aviones con motores turbofán producen mucho empuje a altas velocidades que no pueden ser alcanzadas por aviones propulsados con hélices. Sin embargo, para el mismo consumo de combustible, un avión turbohélice puede producir mayor empuje que un turbofán. Debido al aumento de los precios del petróleo, es un tema de elevada importancia en la aviación comercial continuar buscando optimizar el consumo de combustible, con la meta del empuje de un turbofán y el consumo de un turbohélice Propfans 11 Causas de su desarrollo ◼ ◼ ◼ El concepto propfan fue desarrollado para tener 35% mayor eficiencia de consumo de combustible que sus turbofáns contemporáneos. En pruebas estáticas y en vuelo montado sobre un MD-80 modificado estos demostraron un aumento del 30% sobre los turbofáns. Sin embargo, el incremento del ruido respecto a los turbofáns lo descartaba según los requerimientos del FAR Part 36 Propfans 12 Desarrollo de los Propfans ◼ En 1984, la NASA contrato a: Hamilton Standard; para diseñar y fabricar un propfan de simple rotación, de ocho palas de nueve pies de diámetro Allison Gas Turbine Division of General Motors; la cual entregaría una turbina que proveyera 6000 hp y su caja de engranajes, Gulfstream Aerospace; para modificar un Gulfstream II al cual se le montaría el motor PTA en el ala, y Lockheed-Georgia Company; como responsable del análisis y evaluación de ruido y vibración Propfans 13 Propfans 14 Desarrollo de los Propfans ◼ ◼ En 1986 se concluyó el programa de pruebas estáticas del motor, y las pruebas de aeronavegabilidad en el Gulfstream En 1987 se iniciaron las pruebas de vuelo Propfans 15 Desarrollo de los Propfans ◼ ◼ ◼ ◼ Durante 1986 y 1987, se llevaron a cabo las pruebas de vuelo de un Boeing 727 con un motor General Electric GE36, que sustituía a su motor derecho. El General Electric GE36 es un fan no entubado o propfan desarrollado por General Electric Aircraft Engines en 19811982, y fabricado en 1983. Esta se basaba en el turbofán General Electric F404 El GE36 es un propfan tipo pusher con dos juegos de rotores contrarrotarios de ocho palas cada uno. La turbina mueve un de los rotores mientras que el otro es accionado por una turbina libre en sentido contrario La turbina mueve un de los fans, mientras que el otro es accionado por una turbina libre en sentido contrario, sin utilizar caja de engranajes, siendo conducidas directamente por las turbinas. Eliminar la caja de engranajes reducía peso ahorraba en sistema de enfriamiento. Propfans 16 Desarrollo de los Propfans General Electric GE36 Propfans 17 Desarrollo de los Propfans General Electric GE36 Propfans 18 Desarrollo de los Propfans Fans conducidos directamente por las turbinas Propfans 19 Desarrollo de los Propfans ◼ ◼ Propfans En 1987 General Electric construyó otro GE36 para ser probado en un McDonnell Douglas MD-80. Se removió el JT8D del lado izquierdo y se sustituyo por el propfan. Se obtuvo un ahorro de combustible de un 30 %, pero un excesivo aumento de ruido y vibraciones de baja frecuencia. 20 Desarrollo de los Propfans ◼ ◼ ◼ ◼ La NASA inicio un nuevo programa para desarrollar tecnología propfan con fines comerciales en 1986. Para esto se integraron Allison y Pratt & Whitney, junto con Hamilton Standard para el propfan y Rohr Industries para la nacela. El equipo diseño y fabrico un motor conocido como Pratt & Whitney/Allison 578-DX capaz de desarrollar 10.000 hp y producir empuje con un propfan pusher contrarrotatorio con dos rotores de seis palas Se tenía planeado tanto por Boeing como por McDonnell Douglas producir aeronaves en serie con motores propfans a ser entregadas no antes de 1992. Luego, debido a la caída de los precios del petróleo y los altos costos del proyecto, estos se postergaron, y nunca se reanudaron Propfans 21 Desarrollo de los Propfans ◼ ◼ ◼ ◼ La Unión de Republica Socialistas Soviéticas se intereso por los propfans a principios de la década de 1990. En 1991 probaron en vuelo el propfan D-236 de 10.850 hp en un Yakovlev Yak-42 modificado para tal fin, denominado Yak-42LL, que montaba al D-236 en lado derecho sustituyendo uno de sus tres turbofans. El D-236 movía un par de fans tractores contrarrotatorios uno de 8 palas (frontal) y el otro de 6 (posterior). Con la caída de la URRS, el programa quedo sin fondos. Propfans 22 Desarrollo de los Propfans ◼ ◼ La compañía Antonov desarrollo en 1994 el An70, el cual es propulsado por cuatro propfan D-27. Este motor fue desarrollado por Ivchenko-Progress en 1992. El desarrollo del Antonov An-70 se inicío en la era soviética y a sufrido contratiempos. En la actualidad Ucrania y Rusia financian el proyecto y se espera la entrega del primer modelo de serie en el 2011. Propfans 23 Desarrollo de los Propfans ◼ ◼ Propfans El Progress D-27 posee un compresor axial de baja presión, seguido de un compresor axial de alta presión, una cámara de combustión anular, una etapa simple de turbina de alta presión y otra turbina simple de baja presión. El sistema de propfan contrarrotatorio SV-27 fabricado por SPE Aerosila, es movido por cuatro etapas de turbina conectadas a una caja reductora planetaria por un eje. 24 Desarrollo de los Propfans Progress D-27 Propfans 25 Desarrollo de los Propfans Progress D-27 Propfans 26 Propfans 27
