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Ramón Casanova Danés y su pulso-reactor de 1918

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.

Patente original del motor a reacción

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!

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El Gloster Meteor «a hélice»

Gloster Trent, vía Wikipedia

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.

Esquema de funcionamiento de un turborreactor
Esquema de funcionamiento de un turbohélice

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.

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XB-47D, el Stratojet con dos turbohélices y dos turborreactores

XB-47D vía Wikipedia

Tal vez recordaréis el B-47 de otras entradas, como Lanzar una bomba atómica haciendo un looping, y hoy vamos a conocer el día que le instalaron turbohélices para aumentar su alcance.

Al final de la Segunda Guerra Mundial estaba claro que la época de los aviones de motor de pistón había finalizado. Sin embargo los turborreactores puros consumían muchísimo combustible, y los turbohélices son mucho más eficientes en cuanto a consumo, así que, ¿por qué no intentar tener lo mejor de ambos mundos? Así nació el XB-47D, tratando de aunar la alta velocidad obtenida con los turborreactores puros, pero mejorando la autonomía gracias al bajo consumo de los turbohélices.

Foto vía National Museum

Con este fin, la USAF solicitó modificar un par B-47B y convertirlos en bancos de ensayos en los que probar esta combinación de motores.

En abril de 1951, Boeing recibió un contrato para modificar de dos B-47B bajo la designación XB-47D. Los escogidos para la modificación eran los S/N 51-2103 y 51-2046. Se les asignaron números de empresa de Modelo 450-162-48 y 450-162-49 respectivamente.

Los motores instalados en la parte más externa del ala serían los originales, los turborreactores J47-GE-23 que montaba el B-47B. Los dos turborreactores que iban montados emparejados cerca del encastre del ala serían reemplazados por un único turbohélice Curtiss-Wright YT49-W-1 de 9710 HP. El T49 era una versión turbohélice del Wright J65, que a su vez era un Armstrong Siddeley Sapphire británico fabricado bajo licencia en los Estados Unidos. Cada turbohélice movería una hélice de 4.5m de diámetro.

Los flaps tuvieron que modificarse para adaptarse a los T49, y se adaptó el cuadro de instrumentos para proporcionar información de cuatro motores, en lugar de los seis originales.

El programa se retrasó por problemas con el motor T49, que no superó exitosamente los ensayos de certificación de 50h.

No fue hasta finales de 1955 que los aviones estuvieron listos para sus primeros vuelos. El XB-47D 51-2103 voló por primera vez el 26 de agosto de 1955, y el 51-2046 lo siguió el 15 de febrero de 1956.

Sorprendentemente, el rendimiento del XB-47D fue bastante similar al del B-47 de propulsión convencional. Las carrera de aterrizaje del bombardero se acortó considerablemente al contar con la reversa de los turbohélices. Y, aunque las fuentes no lo dicen, es de esperar que también se acortara considerablemente la carrera de despegue, debido a dos factores: el soplado de los flaps por las hélices, y la posibilidad de utilizar un paso corto para acelarar el avión durante la carrera de despegue. No olvidemos que los primeros aviones a reacción tenían aceleraciones muy lentas, por eso tuvieron problemas para adaptarlos a los portaaviones.

La velocidad máxima alcanzada por el XB-47D durante estas pruebas fue de 597 mph (880 km/h) a 13,500 pies, lo que lo convierte en el avión con propulsión combinada turbohélice y turborreactor más rápido en volar. Sin embargo, esto se logró a máxima potencia y el consumo de combustible fue excesivo. La velocidad de crucero era de 462 mph (740km/h) a 42 400 pies (12 923,5 m) de altitud.

Finalmente se prefirió continuar con los B-47 Stratojet con todo turborreactores y se abandonó el proyecto XB-47D.

Especificación de Boeing XB-47D:

  • Motores: 2x turbohélices Wright YT49-W-1, 9710 HP + 2x turborreactores J47-GE-23 de 5800 lbf.
  • Velocidad máxima 597 mph a 13,500 pies.
  • Techo de servicio 33,750 pies.
  • Tasa de ascenso inicial 2910 pies por minuto.
  • Dimensiones:
    • envergadura 116 pies (35.4m)
    • longitud 108 pies (33m)
    • altura 28 pies (8.5m)
    • superficie alar 1428 pies² (132.6m²)
  • Pesos:
    • Vacío: 79800 libras (36230kg)
    • Al despegue 184428 libras (83730kg)
  • Armamento: El XB-47D no estaba armado.

Ampliamos la entrada con una información que nos ha hecho llegar @MassiasThanos

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[Vídeo] Airbus y CFM ensayarán un motor de rotor abierto en el A380

Imgaen vía Airbus

La colaboración entre Airbus, General Electric y Safran (estos dos últimos forman el consorcio CFM) no se detiene en el motor Passport modificado para ser alimentado con hidrógeno para volar a lomos de un A-380, sino que además han firmado ensayar el motor de rotor abierto (también conocido como open-rotor, y antiguamente como unducted-fan y antes aún como prop-fan) instalado como motor interior izquierdo de un A-380.

El acuerdo se ha dado a conocer hoy en la feria de Farnborough.

Imgaen vía Airbus

La tecnología del rotor abierto no es nueva. Nació y se ensayó durante la anterior crisis petrolífera, conocida como Crisis de la OPEP. ¿Su ventaja? Consumir mucho menos que los turborreactores y motores de bajo índice de derivación empleados entonces. ¿La desventaja? El ruido. Y aunque hoy día se utilizan motores con alto índice de derivación y la mejora en consumo respecto a los mismos no es tanta, en una coyuntura económica donde el combustible va a escasear y va a subir de precio, cualquier ahorro es bienvenido. ¡Ah! y, además, es verde y compatible con otras tecnologías como la híbrida eléctrica o el hidrógeno.

¿Qué es un rotor abierto? Básicamente un turbofan con un ventilador tan grande que se hace poco práctico carenarlo con un fan-cowl. O un cruce entre turbo-fan y turbohélice.

¿Y el problema con el ruido que hizo que no triundaran en los 70 y 80? He aquí la verdadera maravilla e innovación de estos motores. Las nuevas tecnologías han logrado desarrollos más silenciosos.

¿Cuánto tardaremos en ver al político de turno quejándose de que los aviones a hélice son cosa del pasado y tercermundistas? Amigos míos, si logran que vean que son más verdes, con suerte, no los veremos.

El avión se instrumentará para ensayos en vuelo, y se rediseñará el pilón que soporta el motor, así como localmente la estructura del ala a la que va unido.

La evolución del motor ha ido cambiando, desde el unducted-fan de GE, en el que cada rotor era movido por una turbina distinta, al CROR desarrollado bajo el programa marco Clean Sky, en el que los rotores eran contra-rotativos, al actual concepto, similar al de un turbo-fan, con un rotor y un estator cuyas palas pueden variar su paso en vuelo.

Además, General Electric realizará pruebas en tierra sobre un 747.

Se espera que el motor consuma un 20% menos que un motor actual, y que tenga un empuje de 20 a 35 mil libras, como un turbofan LEAP 1, como los montados por algunos A-320.

Fuentes: Airbus y Aviation Week

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