Safran Aircraft Engines ha presentado una serie de solicitudes de patente que ofrecen una visión de las innovaciones que se están considerando para el motor de rotor abierto RISE (que se espera que consuma un 20% menos que los mejores motores actuales), desarrollado en colaboración con GE Aerospace a través de su empresa conjunta CFM International, en la que Safran se hace cargo de los sistemas de baja presión y del fan en el motor RISE, mientras que GE se encarga del sistema de alta presión.
El motor de rotor abierto viene a ser un turbo-fan de tan alto índide de derivación que se prescinde de su carenado exterior, quedando así una configuración que parece un híbrido entre turbofan y turbohélice Justo tras el fan se situa un disco de estator. Mientras que en los motores turbofan y turborreactores los discos de estator y de rotor se alternan en el compresor, para aumentar la presión del aire, en el RISE —además de en el compresor—, se encuentran en la zona del ventilador. Parece ser que las turbinas de estator ayudarían a «enderezar» el aire, reduciendo los torbellinos tras el estator y reduciendo las pérdidas.
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!
