Nuevas patentes de Safran dan pistas sobre lo que quieren para su rotor abierto RISE

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.

Las patentes hacen referencia a:

  • Palas de recuperación de remolinos: Estas palas, ubicadas detrás del ventilador, son esenciales para el rendimiento del motor de rotor abierto. Ayudan a «enderezar» el flujo de aire y a limitar las pérdidas aerodinámicas. Sin ellas, el flujo rotativo podría causar pérdidas significativas de empuje y eficiencia en el sistema de propulsión.
  • Diseño de palas con perfil de sierra: Se proponen palas de estator con bordes de ataque en forma de sierra para reducir el ruido generado por la interacción del flujo de aire. La interacción de las filas sucesivas de palas puede «generar emisiones de ruido», y la ausencia de una carenado en el diseño de rotor abierto permite la difusión directa de este ruido al ambiente. Un perfil serrado, que debe tener al menos tres dientes, ayuda a mitigar el ruido y limitar las pérdidas aerodinámicas. Con dientes más inclinados, se pueden eliminar mejor los efectos negativos de las interacciones con los vórtices de punta de las palas del ventilador.
  • Cuchillas protectoras contra objetos extraños (FOD): Se sugiere un conjunto de cuchillas que giran junto con el ventilador para «cortar» cualquier objeto extraño, como hielo o materia volátil —¿protección ante impacto de pájaro?—, antes de que pueda ser ingerido por el motor. Esto no solo protege el motor, sino que también mejora el rendimiento del turbomáquina al influir en el flujo de aire que sale de las palas del rotor.
  • Caja reductora: Una de las patentes menciona el uso de una reductora, como en los motores llamados geared turbofan, que permite que cada elemento (ventilador, compresor, turbina) gire a su velocidad óptima, permitiendo alcanzar relaciones de derivación más altas y mejora la eficiencia propulsiva general al reducir la velocidad de rotación y aumentar la potencia extraída por la turbina de baja presión.

vía Flight Global

Boeing 7J7, el «airliner» del futuro nacido en los 80

7J7, el avión de aerolinea con rotor abierto que no fue

Cada vez que se habla del rotor abierto nos viene a la memoria el prop-fan, y los ensayos que hicieron Allison y McDoneld-Douglas. Y, cuando vemos las nuevas configuraciones con rotores abiertos en cola, no podemos hacer otra cosa que pensar en el Boeing 7J7, el avión con prop-fans que debía haber sustituido al 737 y competido contra el 320.

El 7J7 heredaba sus formas del los DC-9 y 727, debía sustituir al 737 y ser el encargado de matar al recién llegado Airbus A-320. Eran los años 80. Y, por lo que parece, los aviones de pasajeros de nuestro futuro se le parecerán mucho.

Fue diseñado para un mercado de 150 pasajeros en el que ya volaban miles de 737 más antiguos, algunos de los cuales se acercaban a los veinte años.

Interior del 7J7, como se mostraba en Le Bourget en 1987

También necesitaba reemplazar el 727 y los DC-9 de McDonnell Douglas, que había sido adquirida y absorbida por Boeing. Boeing necesitaba el nuevo avión para llenar el vacío entre el 737 y el 757, y tenía que hacerlo en una época de altos precios del combustible. Es por eso que el avión estaba diseñado para montar el novedoso prop-fan, el motor de rotor abierto que prometía grandísimos ahorros de combustible: ¡hasta un 60% menos que los turbofanes de bajo índice de derivación de entonces!

Dimensiones del 7J7.

Como explicábamos no hace mucho, el concepto de rotor abierto viene a ser algo así como un turbofan de tan alto índice de derivación que se prescinde de su carcasa exterior, convirtiéndose en un híbrido entre turbofan y turbohélice. Concretamente, la arquitectura del que equiparía el 7J7 sería de rotores contrarrotatorios, en contraste con la tecnología que proponen probar CFM y Airbus, con un rotor y un estátor.

A diferencia del 737, conocido y popularizado como «el avión de los pilotos» en oposición al A-320 por no tener FBW, el 7J7 se planeó desde el comienzo como fly-by-wire.

La disposición de la cabina de pasajeros, como se puede ver en las fotos de arriba, sería de 2-2-2.

El 787 es conocido como el primer programa de Boeing que tuvo gran participación internacional. Pero en el 7J7 ya se planteaba la participación de otras empresas de otros países, para compartir los gastos y los riesgos de desarrollo. De hecho la J era de Japón.

Los 4 mil millones de dólares que costaría su desarrollo serían compartidos entre Boeing, un consorcio de empresas japonesas llamado Japanese Aircraft Development Corporation, que aportaría un 25%, y además los suecos Saab y los británicos Short Brothers. Boeing aportaba el 51%.

Las versiones a desarrollar serían 7J7-100, de 150 pasajeros y 7J7-110, acortada para 100/110 pasajeros.

En 1987 Boeing presentó el avión a las aerolíneas, y varias se interesaron por él. SAS quería ser el cliente de lanzamiento, y 100 aviones. British Airways quería 35, y American Airlines 100, si se hacía una versión alargada para 170 pasajeros.

Se esperaba que el precio de venta de cada aparato fuera de 28 millones de dólares de la época.

Sin embargo las compañías tenían dudas sobre el diseño: lo veían ruidoso, y su crucero de Mach 0.84 era más rápido que el de los turbohélices, pero más lento que el de los reactores de pasajeros de la época.

Como es sabido, el prop-fan no tuvo buen término por ser un motor excesivamente ruidoso que no cumplía con las restricciones de ruido que se estaban imponiendo poco a poco entodas las ciudades. Los nuevos turbofanes de alto índice de derivación habían reducido ostensiblemente el consumo, y la crisis petrolífera se había soloucionado. El 737 sería finalmente reemplazado por otro 737, con motores más grandes, y su característico carenado achatado por debajo, para respetar las distancias mínimas al suelo.

En 1988 Boeing pararía el diseño para «replantearse el mercado» y se centraría en el 757 y el 737, hasta nuestros días.

Fuentes

[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