Rolls-Royce ha confirmado que para mediados de este año espera congelar el diseño de una versión demostradora más pequeña de su motor, con tecnología geared-fan, UltraFan, y apunta directamente al mercado de los nuevos aviones de pasillo único, que se esperan como sustitutos de la serie A-320y del B-737para la década de 2030, o incluso para nuevas versiones de estos aparatos. Con ello, la compañía avanza hacia uno de los objetivos estratégicos anunciados por su CEO, Tufan Erginbilgic, a finales de 2023: volver con fuerza a un segmento que abandonó tras vender en 2012 su participación en el consorcio International Aero Engines a Pratt & Whitney.
Este nuevo demostrador está previsto que comience sus pruebas en tierra en 2028 y será la base de un motor de más de 30000 libras de empuje (~13600kg).
Este motor competirá en el rango de empuje con el Open Fan, el motor de rotor abierto en desarrollo por CFM (GE Aerospace + Safran) y contra una futura versión mejorada del PW1100G de Pratt & Whitney.
El nuevo UltraFan compacto se beneficiará de la tecnología geared turbofan desarrollada para el UltraFan original de 80000 libras de empuje —el cual se probó por primera vez en 2023—, de componentes diseñados para el Pearl 10X —motor para reactores ejecutivos basado en el núcleo Advance2—, así como de tecnologías desarrolladas dentro del proyecto europeo HEAVEN (Hydrogen Engine Architecture Virtually Engineered Novelly). El nuevo motor podrá alimentarse de keroseno, SAF o hidrógeno. Se espera una reducción del consumo del 20%.
Con el demostrador tecnológico se espera validar la reductora avanzada, un nuevo diseño de cámara de combustión y una turbina de presión intermedia optimizada. La segunda fase del proyecto Clean Aviation en Europa permitirá escalar estos avances hacia un motor a escala real.
Aunque Rolls-Royce ha evitado comentar directamente los informes sobre negociaciones con el gobierno británico para cofinanciar parte del costo estimado de 3900 millones de dólares del proyecto, un portavoz de la empresa señaló que representaba una oportunidad única para impulsar el crecimiento económico de Reino Unido. La empresa estima que este mercado podría aportar más de 100 mil millones de libras a la economía británica mediante empleos, exportaciones y actividad en la cadena de suministro. Rolls-Royce, que ya emplea a 21000 personas en el Reino Unido e invierte cerca de 800 millones de libras anuales en I+D, estima que este programa podría generar hasta 40000 empleos cualificados adicionales.
La industria coreana se ha abierto hueco últimamente en el blog con su caza KF-21, del que han anunciado recientemente el inicio de su producción en serie. Incluso le hemos dedicado un podcast.
Por eso recordaréis que, aunque inicialmente el Boramae irá equipado con General Electric F404fabricados bajo licencia, la idea final es hacerlo con un motor de desarrollo propio, que ha sido presentado en Farnborough esta semana.
KF-21 Boramae (Halcón) se está desarrollando en tres variantes distintas: KF-21EA, EX y SA.
El KF-21EA tomará el KF-21B biplaza y acomodará una estación dedicada de Oficial de Guerra Electrónica (EWO) en la cabina trasera (altamente modificada). Estará equipado con dos dispositivos de Inteligencia Electrónica (ESM) y tres dispositivos de Ataque Electrónico (EA).
En cambio, el KF-21EX tiene como objetivo transformar el Boramae en un avión capaz de rivalizar con los aviones de combate de quinta generación. Esta variante incorporará una bahía interna de armas (IWB) para lograr este objetivo.
La tercera variante del Boramae, de exportación, denominada KF-21SA, se adaptaría específicamente a las necesidades de los clientes de exportación. Y será la primera en contar con el nuevo motor.
Una vez desarrollado este motor, se desarrollarán variantes en las que servirá como núcleo, para motorizar otros sistemas surcoreanos, como los vehículos aéreos de combate no tripulados, el avión de transporte MC-X o futuros buques de guerra surcoreanos.
Tampoco es nuevo el empleo de sus motores para motocicleta en aeronaves, aunque en general ha quedado restringido su uso a aeronaves de construcción experimental y amateur.
Y ayer, en Farnborough, en una conferencia de prensa conjunta ambas han anunciado sus planes de expansión en el mercado de los motores aeronáuticos con una gama de propulsores capaces de funcionar con combustible de aviación, SAF, biocombustibles e incluso hidrógeno.
Motor de seis cilindros y 4.5 litros mostrado en el stand de VoltAero stand. (Stephen Bridgewater/RAeS)
Kawasaki pretende fabricar motores alternativos con un peso casi idéntico al de motores turboeje similares, pero con una reducción del consumo de combustible de entre el 30 y el 50%. Interesante, teniendo en cuenta que a partir de ciertas potencias se abandonó el uso de motores de pistón a favor de las turbomáquinas (turboejes, turbohélices, turborreactores y turbofanes, en función de la velocidad de vuelo, para optimizar su redimiento) debido a que a igualdad de potencia, el motor alternativo pesa más que el de turbina.
Kawasaki quiere combinar la experiencia adquirida en la colaboración con VoltAero y su propio proyecto para crear una moto con motor alimentado por hidrógeno, la Ninja H2 HySE que se exhibía en el stand de VoltAero), creando una nueva división que desarrolle motores de pistón aeronáuticos.
Los motores propuestos son:
4 cilindros de 1,0 litros que desarrolla 120 CV como motor atmosférico y 235 CV si lleva turbo
6 cilindros y 2,1 litros (245 CV atmosférico o 375 CV con turbo)
6 cilindros de 4,5 litros (400 CV atmosférico o 670 CV con turbo)
12 cilindros de 9,0 litros (800 CV atmosférico o 1.340 CV con turbo)
La empresa tiene previsto suministrar la primera unidad a los clientes en 2025, y espera obtener la certificación de tipo en 2030. Pero todos esos motores los pretende desarrollar también alimentados por hidrógeno,. Espera tener las primeras variantes propulsadas por hidrógeno en 2029 y obtener la certificación en 2035.
Creemos que los motores alternativos presentan muchas ventajas y tienen un gran potencial, especialmente cuando se trata de conseguir la neutralidad de carbono en la aviación.
director general de Kawasaki
Motor de Kawasaki de seis cilindros mostrado en el stand de VoltAero en Oshkosh 2023
Una vez que se llega a un megavatio, un motor de turbina simplemente no puede ser competitivo en términos de coste, emisiones y consumo. Así que, hoy por hoy, creo que lo que estamos viendo es el principio de un cambio de juego.
Jean Botti, de VoltAero
Por cierto, también esta semana —el 22 de julio— hacía Kawasaki una demostración pública de una moto de hidrógeno en el circuito de Suzuka.
Lo bueno de tener amigos aerotrastornados es que cuando encuentran una rareza te la hacen llegar. Ese ha sido el caso de este inventor, Ramón Casanova Danés, cuyo motor a reacción del tipo pulso-reactor nos mandó el conocido autor de vídeos aeronáuticos Ernest Artigas «Tuckie».
El inventor
El inventor nació en Campdevánol, en el Pirineo. Estudió en los maristas de Blanes, pero su actividad laboral e inventiva la desarrolló en Barcelona.
Su padre era propietario de la forja Casanova, en Ripoll, que trabajaba, entre otros, para la Hispano Suiza. La fragua, que heredó, Fragua Casanova (anteriormente Fragua Grau y después Farga Font i Cia) sigue existiendo en la actualidad como empresa pública bajo el nombre Comforsa.
El barrio en el que vivía era conocido como La Hispano, por la compañía de motores Hispano-Suiza, y por sus inventos acabó recibiendo el mote de boig de l’Hispano, el loco de la Hispano.
Los motores a reacción más sencillos: el estato-reactor y el pulso-reactor
La idea de la propulsión a chorro no es nueva. Ya Herón de Alejandría hizo un juguete propulsado por gases saliendo a altas velocidades escapando por unas toberas. Si expulsamos un gas a alta velocidad en un sentido, nuestro vehículo se desplazará en el contrario.
La propulsión a chorro se emplea sobre todo en aviones de alta velocidad, o en cohetes, o en misiles… Y según la zona de vuelo y la velocidad que vaya a alcanzar el cacharro que lo monta, es más adecuado uno u otro motor…
El combustible es quemado, es decir, oxidado. El oxidante, puede ser el oxígeno procedente de la atmósfera, o bien puede ser proveniente de tanques especiales. Dentro de estos primeros encontramos el estato-reactor, el pulso-reactor, el turbo-reactor, el turbo-fan, los turbo-hélices y turbo-ejes. Los segundos, los componen los motores cohete.
El estato-reactor: Es el tipo de motor a reacción más simple de todos. Consiste en una tubería hueca. Se compone tres partes, la entrada es el difusor, que hace que baje la velocidad del aire e incremente su presión. En la parte central se encuentra la cámara de combustión, donde este aire a alta presión se mezcla con el combustible y donde se produce el encendido de la mezcla. La última parte es la tobera, en la que los gases pierden presión y ganan velocidad. Como norma general, se emplean lo que se denominan Toberas adaptadas, es decir, la presión de los gases es igual a la presión atmosférica. Para que este motor funcione, el vehículo debe encontrarse ya en movimiento, así que suelen ser aviones lanzados desde otros aviones, o bien misiles… Este motor no tiene utilidad fuera del mercado militar o aviones de investigación. Y el hecho de necesitar que el vehículo se encuentre ya en movimiento es una gran desventaja…
El pulso-reactor: Este sistema de propulsión es similar al anterior, y fue utilizado de forma operativa, en la V1. En el artículo sobre la V1 explico como funciona… y dice así
«El sistema de propulsión consistía en un motor del tipo llamado “pulso-reactor”, formado por un tubo de acero soldado, que componía el difusor, cámara de combustión y tobera, de 3.35m de longitud.
A la entrada del tubo (difusor) se encontraba una válvula de persiana y nueve inyectores de combustible. La velocidad de avance hacía que la válvula se abriera, entrando aire en la cámara de combustión, en la cual era inyectado el combustible. La presión inicial de la combustión hacia que la válvula de no-retorno se cerrara, así que el aire se expandía a través del tubo y era expulsado a gran velocidad a través de la tobera de salida, proporcionando la propulsión a chorro. La inercia de los gases escapando reducía la presión en la cámara de combustión, que era alimentada con butano, el cuál era encendido por una única bujía que se mantenía en funcionamiento hasta que la temperatura de las paredes de la cámara de combustible era suficientemente alta como para permitir el auto-encendido. La bajada de presión en la cámara de combustión provocaba la apertura de la válvula y se comenzaba a repetir el proceso. Esto se realizaba entre 40 y 45 veces por segundo (y daba a este motor su característico sonido, por el que los aliados la conocieron como la Buzz-bomb, impulsando a la bomba a una velocidad que variaba entre 624 y 656km/h. La riqueza de la mezcla aire-combustible se mantenía en la proporción adecuada con respecto a la velocidad de vuelo y la altitud (es decir, respecto a la densidad del aire) gracias a un mecanismo de compensación regulado por un tubo pitot.»
El invento
El invento él mismo lo describe en su patente Motor de explosión para toda clase de vehículos como un motor a reacción, pues impulsa al vehículo por la reacción que causa expulsar gases contenidos en un recipiente a mayor presión que la atmosférica.
Continúa la patente con la descripción del motor, básicamente como un cilindro con una o muchas entradas de aire y una o muchas salidas de aire. En las entradas de aire se encontrarían unas válvulas controladas por resortes que se abrirían o cerrarían de forma intermitente. El movimiento de avance causaría que se abrieran, hasta que se alcanzara el equilibrio de presiones y se cerrara, y entonces un sistema eléctrico dispararía en el momento adecuado la ignición de la mezcla de aire y combustible, procedente del carburador, que causaría que los gases salieran por el/los agujeros de salida y que proporcionarían el empuje necesario para mover el vehículo. Como se ve, la descripción concuerda perfectamente con el funcionamiento del pulso-reactor de la V-1 descrito más arriba.
Lo mejor, es que no se quedó en patente, sino que llegó a construir y probar un prototipo.
Como en la mayoría de las invenciones españolas adelantadas a su tiempo que hemos visto en este blog, no se aprovechó el posible impacto sobre la aviación, ya en pleno desarrollo, y el inventor ni pudo continuar sus investigaciones ni comercializar sus resultados, algo de lo que él mismo se quejaría al comprobar cómo un invento como el suyo funcionaba en las bombas volantes V-1.
Otros inventos…
Haciendo una búsqueda en la base de datos de patentes españolas, encontramos otras cinco patentes. Pero posiblemente su patente más conocida, la que todos hemos tenido en la mano y hemos manejado es… un abrelatas.
Si habéis llegado hasta aquí abajo leyendo, lo vuestro ya es de aerotrastorno profundo, así que suponemos que querréis leer la patente original. La primera página aparece incompleta, pero es como está en el único escaneado que hemos encontrado disponible. ¡Y ojala encontráramos la patente del dispositivo de lanzamiento y aterrizaje de dispositivos aéreos!
El Gloster Meteor fue el primer caza a reacción británico, y el único caza a reacción británico que vio servicio activo durante la Segunda Guerra Mundial, aunque el temor de perderlo en combate sobre Alemania y que por ello cayera en manos del enemigo llevó a que su función principal fuera cazar bombas volantes V-1 sobre territorio británico. Por otro lado, era de los pocos cazas que podían dar alcance a los proto-misiles germanos.
Esquema de funcionamiento de un turbohélice Rolls Royce con compresor centrífugo
También en esta época, junto con el turborreactor, había nacido el turbohélice. Básicamente es un turborreactor a cuya turbina se acopla un eje para mover, además del compresor, una hélice. A igualdad de potencia que un motor de pistón, pesa menos. Y, aunque no puede propulsar tan rápido a un avión como un turborreactor, tiene la ventaja sobre este de un mayor rendimiento a baja cota (gasta menos), y la posibilidad de contar con las ventajas de las hélices: rendimientos propulsores próximos a uno y, si es de paso variable, una mejor aceleración desde parado así como la posibilidad de invertir el paso para frenar en menos distancia o maniobrar marcha atrás.
Y algún avión tenía que ser el primero que probara este nuevo tipo de motor. Y éste fue el Meteor.
Gloster Meteor Trent con un motor en bandera
Los motores originales del Meteor eran de compresor centrífugo, en lugar de axial, lo que hacía que su toma de aire fuera considerablemente mayor que la de los Jumo 004, de compresor axial, que montaban los Messerschmitt Me 262. Gracias a la comunalidad entre el los Rolls Royce Derwent del Meteor, y los turbohélice Rolls-Royce RB.50 Trent (unos Derwent modificados), las modificaciones del Meteor no fueron demasiado importantes.
El avión utilizado para la conversión de Trent fue uno de los primeros, un Gloster Meteor F.1 (s/n EE227).
Rolls-Royce comenzó a desarrollar el Trent en mayo de 1944.
El 7 de marzo de 1945, con las necesidades inmediatas de la RAF cubiertas por la entrega del modelo mejorado Meteor F.3, el F.1 s/n EE227 se entregó a las instalaciones de Rolls-Royce en Hucknall para servir como banco de ensayos para el recién desarrollado RB.50 Trent.
Seis meses después, el 20/10/1945, en el aeródromo de Church Broughton, el Gloster Trent despegó por primera vez con Eric Greenwood a los mandos, realizando el primer vuelo de un avión propulsado por turbohélice en el mundo. Se encontraron una serie de problemas con la estela de la hélice y de inestabilidad direccional, el Meteor Trent se devolvió a Hucknall donde se modificó, añadiendo aletas verticales para complementar al estabilizador vertical, y la aeronave volaba nuevamente en marzo de 1946, luego se instalaron hélices Rotol más pequeñas.
Alzado del Gloster Trent
En abril de 1948, el Meteor Trent fue transferido a la Royal Navy para realizar pruebas, ya que estaban interesados en el uso de aviones turbohélice para operaciones en cubierta. El 22 de septiembre de 1948, el avión fue devuelto a Rolls-Royce, donde fue restaurado a su estado original, y luego devuelto a la RAF en Farborough, donde fue desguazado en junio de 1949.
El Meteor-Trent estaba equipado con hélices Rotol de cinco palas, cada una con un diámetro de 2,41 m. Con esta configuración, parece ser que la hélice absorbía 750 hp y dejaba 454 kg de empuje residual, debido a los gases de escape. Posteriormente, la aeronave fue modificada para acomodar hélices con un diámetro menor, de 1,49 m, absorbiendo solo 350 hp y dejando un empuje residual de 635 kg.
El Meteor–Trent fue pensado sólo como un avión de investigación, y se obtuvieron valiosos resultados, especialmente en la determinación del efecto del cono de la hélice en la eficiencia de la entrada de aire en el compresor, y en el desarrollo de engranajes reductores adecuados.
