CXCV - Lo último en los grandes motores aereos a pistón

-Más sobre motores compuestos: los diseños más desarrollados y completos -antes de la llegada de los turboreactores- eran complejos mecanicamente y más pesados.

-Los grande motores norteamericanos tenían una máxima expresión en el proyecto de la Pratt & Whitney R-4360 con un sistema de recuperación de energía de los gases de escape, además de añadir aire de un compresor centrífugo y disponer de unas cámaras de combustión (algo no totalmente explicado en el articulo del que procede éste dibujo) como se vé en el figura siguiente. Tendríamos un recuperador de la energía de los gases de escape y/o un Turbo-Compound pero el turboreactor que se adivina a continuación se comportaría como un turboeje (?). Añadiría potencia al eje más un empuje residual por el chorro hacia atrás.

"Proyecto P&W R-4360, más turboeje acoplado"

-Los ingleses tenían un proyecto extremo en el motor a pistón de la casa Napier y su modelo Nomad. Hubo dos versiones al menos:  el Nomad y el Nomad II. Nos interesa la última versión. Se trata de un Diesel boxer de 2T. Unas informaciones hablan de camisas deslizantes, pero los 2T no las precisan.

"Arquitectura del Nomad"

-Básicamente son 12 cilindros en posición horizontal y opuestos (Boxer), los gases de escape mueven una turbina y ésta un compresor. Hasta aquí se trata de un motor turbo-sobrealimentado, pero vemos que todo está muy desarrollado. Y falta otro sistema asociado: el que lo hace Compound.  Otro esquema, con sólo una bancada de cilindros, nos lo muestra como es realmente éste motor.

"Esquema mutilado del Nomad -faltan 6 cilindros-"

-En el esquema anterior ya vemos la transmisión que vá desde el eje del turbocompresor hasta la caja de engranajes de la hélice, sumándose a la potencia nominal del motor. Supongamos que se trata del motor de 3000 HP, hay que añadir además unas 300 lbs. de empuje de los gases que salen de la turbina.

"Dos Nomad, el de dos hélices contrarotatorias y el Nomaxd II (ó 2)"

-Ha habido varias versiones del Nomad, como nos indican las fotos anteriores. En detalle vemos los principales componentes desnudos y en especial el eje flexible de transmisión de potencia de la turbina a la hélice. El voluminoso cuerpo en la parte superior trasera contiene un variador de velocidad, regulador, "damper" y mecanismos precisos para la marcha regular del motor. Se trata de un dibujo hecho por Lyndon Jones de Flight, en su colección de "Cutaways"  de motores que recomiendo absolutamente (PeT).

"Cutaway Nomad II" (Flight)

-Como es natural, se puede desarrollar mucho más la descripción de éste motor Compound, pero sólo se intentat relacionarlo con el grupo de los Turbo-Compound. Su beneficio era el bajo consumo especifico, al ser Diesel trataba con presiones altas y volumenes de cilindros más completos, lo que generaba mas caudal para la turbina, redundando sobre el motor-turbo-motor. Aparte de recuperar potencia mecánica y empuje de los gases residuales.

ReF.:  (CXCV)   RMV / Flight-L. Jones /  P&W      


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CXCIV - Turbo-Compund: concepto.

-Terminada la WWII se llevó a la práctica el concepto de los motores Turbo-Compound. Se trataba de los últimos intentos de conseguir más potencia o sobrepotencia, estrujando las posibilidades de los motores a pistón y que inevitablemente se verían superados por la relativa sencillez de los turboreactores a mediados de los 1950's, frente a la complicación -sobretodos de construcción y mantenimiento- de los motores a pistón de las últimas generaciones.

"Wright R-3350, Turbo-Compound"

-El primer éxito práctico de éste sistema lo obtuvo el Wright Cyclone R-3350 Turbo-Compound. Este motor se instaló -entre otros- en los civiles "Douglas DC-7 Seven Seas", en el "Super Constellation G" de la Lockheed o en los "Clipper B-337" de Boeing (Stratocruiser, Stratotanker, Guppy), todos transoceánicos.

"Douglas DC-7C Seven Seas" (Prototipo)

"Lockheed L1049   Super Constellation G"

-El "Power Egg" o góndola del motor, al igual que los aviones que los soportaban, tenía unas bellas lineas de diseño.

-Volviendo a la primera imagen del motor seccionado, tenemos que la sobrealimentación es mecánica de dos escalones y dos velocidades. Pero el concepto Turbo-Compound viene por las tres turbinas que están en la periferia del motor, en su parte trasera. Están movidas por los gases de escapes residuales, aprovechando la energía cinética que todavía poseen.

-Las tres turbinas tienen un eje de prolongación cada una que coincide sobre el cigüeñal principal del motor, aportando y recuperando esta potencia que se pierde a la atmósfera. De ahí ésta pequeña inclinación que tienen. Por lo visto el porcentaje de recuperación era superior al costo y peso del dispositivo.

"Proyecto P&W Turbo-Compound con un recuperador mecánico"

"Proyecto P&W, conocido como VDT"

-Más complicada es la versión VDT prevista por Pratt & Whitney en que a su gran motor R-4360 con dos turbosobrealimentadores e intercambiador, añade la turbina de recuperación de potencia que se pierde y que poseen los gases de escape, siendo un complejo "Turbo-Compound, tursobrealimentado con intercooler"

-Todavia queda la solución que la Napier inglesa hizo con los "Nomad", más compleja todavia.

ReF.:  (CXCIV)      RMV / P&W / Ceac / Arch. A-Z / Les Ailes       

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CXCIII - Turbosobrealimentación con intercambiadores

-En un capitulo anterior expuse varios sistemas de lograr sobrepotencias en los motores de aviación mediante sobrealimentación y turbosobrealimentación y con "intercooler" o intercambiador de calor.
Ponía como ejemplo un desarrollo de la Pratt & Whitney del R-4360 "Wasp Major" con todos estos dispositivos reunidos.

"R-4360 con turbosobrealimentación e intercooler"

-Pero ha habido otros ejemplos en que los turbos han sido colocados en otras partes del avión o de la góndola de potencia. Los B-17 llevaban el turbo debajo de la góndola con salida de escapes directamente al exterior. También los "Lightning" P.38  llevaban el turbo sobre las botavaras o mástiles de los empenajes de cola. Visibles en la siguiente foto, a la altura de los bordes de salida de las alas.(A media cola están los radiadores refrigerantes de los V-12 Allison).

-Pero un ejemplo muy demostrativo para mi, ha sido el que montaron los "Thunderbolt" P-47, con el P&W Double Wasp (double row) a pistón radial, conduce todos los gases de escape al turbosobrealimentador colocado en la cola. La turbina acciona el compresor que envía aire comprimido y muy caliente hacia el motor. En su camino se encuentra con el intercambiador que hace que el aire se enfrie y vuelva a ganar peso para llenar mejor los cilindros.



-Observar que el intercooler recibe el aire exterior desde la proa del avión. Pasa por debajo del motor y de la cabina del piloto, cruza el intercambiador del carburador mencionado. Pasa por encima del turbo y sale al exterior enfriando el conjunto.

ReF.:  (CXCIII)    RMV / Archiv. / A-Z  


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CXCII - El aumento de potencias en los motores a piston de aviación

-La primera forma de obtener potencias mayores es el aumento del tamaño del motor, su cilindrada. Luego con el aumento de las rpm, revoluciones por minuto. El aumento del MEP, o presión media efectiva en cada cilindro. También es sabido que el motor de 2T respecto al cuatro tiempo nos ofrece el doble de carreras efectivas. Tenemos las ventajas de un  Diesel frente a uno de gasolina. Y también las ventajas de uno de gasolina frente a un Diesel.

"Soberbia foto de un Liberty con reductora, turbo e intercooler"

-Los motores de aviación tienen una limitación y es la de que las palas de las hélices no deben pasar la velocidad del sonido para que no pierdan su efectividad. Como promedio las hélices no debían girar por encima de 2800 rpm sin llevar reductora.

"El Texan de la FIO (Fundación  Infante de Orleans)

-El autor ha observado dos casos peculiares: En el T-6 Texan bipala y en los Cessnas de la series 200 de alta gama como los modelos Centurion, llegaban a pasar ligeramente éste limite y ésto se notaba en el despegue gases a fondo como un "canto especial" de las ondas de choque en las puntas de las palas, que en esos casos tenían el perfil adecuado.

"Hélices de palas múltiples -foto Aerolatin/news-"

-Las limitaciones de las hélices se solucionaron con las cajas reductoras y poniendo más palas en las hélices, reduciendo su diámetro.

-Los aumentos de potencia históricos, son conocidos como el del incremento de  la relación se compresión (en la WWI estaban alrededor de 4 a 1) y que fueron en creciendo a medida que las gasolinas se iban resistiendo a la detonación: el Indice de Octano. Hoy dia un avión privado ligero puede comprimir por encima de 8 a 1.

"Lycoming sobrealimentado IGSO-540 -observar las bobinas de baja encima"

"Lycoming turbosobrealimentado TIGO.541 "

-Lycoming describe sus motores con letras precedentes al cubicaje: la "S" significa sobrealimentación mecánica (Rodetes de compresores accionados mecanicamente a través de un tren de engranajes multiplicadores) y la letra "T" indica Turbosobrealimentación, los compresores se accionan por una pequeña turbina movida por los gases de escape. Ambos casos llevan la letra "G" de Geared, que indican reductora pero mientras que en el primero es concéntrica de engranajes planetarios y satélites, en la segunda es de engranajes simples superpuestos.

-En los radiales antes de fines de los años 1920's el rodete posterior no se utilizaba como sobrealimentación sino como un discribuidor de la mezcla por igual a todos los cilindros, superiores e inferiores. No confundir con sobrealimentadores que giran a mayor ratio.

"Diferentes compresores centriíugos -una cara activa-"

-Los otros aumentos se consiguen con la sobrealimentación o con la turbosobrealimentación. Y otras soluciones como los "Compound" o las que surgieron durante la WWII en que tuvimos las soluciones que yo nombro "quimicas", la inyección de agua, methanol, nitrometano, etc., los llamados genericamente como ADI (Anti Detonant Injection). Estos merecen capitulo aparte.

ReF.:  (CXCII)   RMV/ Arch A-Z / FIO /  Aerolatin-news / NASM       

                 
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CXCI - Lycoming versus Pratt & Whitney

-No son competidores pues cada uno cubre una gama de motores de aviación diferente, excepto en una ocasión. Resulta que Lycoming está especializada en pequeñas potencias para la Aviación General, con menos de 400 CV y la Pratt & Whitney cuando construía motores de pistón estaba en la gama de motores de gran potencia, militares y de aerolinea.

-Hay una historia interesante. Es sabido que en la WWII los norteamericanos tuvieron en el B-17 el principal bombardero de larga distancia. A finales de ésta guerra apareció el B-29 en el frente del Pacifico. Luego salió el B-36, el máximo exponente con motores de pistón antes de la entrada de las turbinas en el SAC, el Boeing B-47.

"Las dos flechas señalan 4 turboreactores"

-Pues hay una anécdota que el autor de éste blog recogió de una publicación americana y que desea transmitir en ésta ocasión. La marca Lycoming, en su factoria de Williamsport, llegó a construir un gran motor radial de enorme potencia para la época, quizá fué el mayor en su momento, el XB-7755 de 5000 CV y que por cierto iba destinado al B-36.

"El colosal Lycoming XB-7755,  junto a un habitual de la marca"

-Era un radial con 9 bloques de cuatro cilindros enfriados por líquido. Tenía 36 cilindros por tanto, 7755 pulgadas cúbicas de desplazamiento,  36 inyectores y 72 bujías. El consumo era de 280 galones USA de gasolina por hora. La circulación del liquido refrigerante era a razón de 750 galones por minuto. Todo descomunal para éste motor tan colosal.

"Lycoming XB-7755"

-Pues bien, tal como dice el articulo de la mencionada publicación, "La historia de éste motor tuvo un fin DESALMADO, pues estando destinado al B-36, las presiones politicas hicieron que se instalaran los P&W R-4360, menos potentes, de 3500/4000 CV".

-La "chapuza" quedó confirmada al tener que añadirse cuatro turborreactores GE J-47 en los extremos de las alas para conseguir que el avión fuera operacional. Increible!!!.

"R-4360 propulsor y con ventilador del B-36

-El R-4360 de P&W era el conocido entre los mecánicos como "la mazorca" en castellano, "panocchia" en italiano, "panocha" en catalán,  etc, debido a su aspecto. Realmente proliferó mucho en los aviones militares del último momento y en las aerolineas, pero quizá no fuera el más idóneo para el B-36, debido a la solución final que se le dió.

ReF.:  (CXCI)     RMV / Les Ailes / PM / Arch. A-Z

    
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CXC - Merlins, sobrealimentación mecánica

-Durante la WWII los motores ingleses más utilizados fueron los Rolls-Royce Merlin. Entre la propia Rolls-Royce, la Ford, la Packard y Continental fabricaron unos 150000 motores de éste modelo en sus diferentes variantes. Se hicieron famosos en los Spitfire. Otros constructores como la CAC  también lo hicieron pero en cantidad irrelevante.

-Los Merlin se podían clasificar de una forma clara en TRES TIPOS DE MOTORES según la sobrealimentación que llevaran. Las tres son de características diferentes referidas al tipo de sobrealimentación que usaran. Además corresponden a tres categorías de potencias y performances:

Merlin II

-Grupo 1. Los Merlin con el compresor de un escalón simplemente, son las series II-VII, 30, 45 y 66.

Merlin XXIII

-Grupo 2. Los de que tenían un escalón de compresión pero con dos velocidades: los de las series X y XX.

Merlin de dos escalones e intercooler

Merlin 61

Merlin 130/131

-Grupo 3. Hubo los Merlin de dos escalones de compresión y 2 velocidades con intercooler. Fueron los 61, 64, 66, 70,75, 85, 100, 130 y 140, principalmente.

Merlin-Packard 224

-Los construidos en USA (Packard, etc) fueron los modelos 24, 25 y 66 pero cambiaron la denominación por 224, 225 y 266.

Merlin 500/29 en el Mnactec de Terrassa

Hispano Aviación "Buchón" (en "La Batalla de Inglaterra")

-Las series 500 y 600 fueron militares y civiles como el 500/24. En nuestro ejercito del Aire los vimos en el Buchón (Me-109) con el motor Merlin 500/45 y el avión Casa-Heinkel 2111 que montó los Merlin 500/29.

-Hubo dos versiones más, la marina llamada Sea-Merlin y la de los blindados, el RR-Meteor.

-Actualmente se les puede ver el festivales sobre los Mustang o en las carreras de Reno todavia más repotenciados.

ReF.:   (CXC)   RMV / Arch. AZ / Free commons / AEHS


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CLXXXIX - Sobrealimentación y Turbosobrealimentación

-Hace unos 30/40 años la industria automovilística nos ofreció coches con "novedades" como la inyección de gasolina, los turbosobrealimentadores (simplificando, "Turbos"), incluso "intercoolers" (también discos de freno, etc). Todo ello dosificado en el tiempo para que fueramos cambiando periodicamente.

-Pues resulta que los sobrealimentadores y los turbosobrealimentadores en aviación son un tema antiguo. De hecho en la primera guerra mundial ya existían. Los sobrealimentadores iban movidos mecanicamente desde el cigüeñal girando a mayor velocidad por intermediación de multiplicadoras de engranajes y también con varias velocidades (Alta y Baja, como en el P&W R-2000 Twin Wasp con el que tuve 3 años de experiencia). Cada fabricante de motores de aviación hizo sus sistemas.

-Los turbosobrealimentadores se movían por los gases de escape que movian una turbina y a su vez ésta un compresor. Generalemtne en los de alto rendimiento habia que poner limitadores de presión para proteger el motor a baja altura.

-Los principales paises ensayaron estos sistemas, en Estados Unidos el pionero fué Moss (ver el Liberty de arriba), seguido por la GE -General Electric- que terminó acaparando los motores de gran potencia y por su experiencia hizo los primeros turboreactores norteamericanos. Las marcas Lycoming y Continental son los motores de aviación general y escogieron la Garrett principalemente.

-Francia fué importante en el desarrollo de la sobrealimentación con Rateau (en la foto sobre un Júpiter inglés con tubos refrigerantes a modo de intercooler -intercambiador de calor-), Planiol o Szydlowski (Turbomeca).

"Rodetes y compresores"

-Puede plantearse el desarrollo de la sobrealimentación (y Turbo) como una búsqueda de mayores potencias en los motores de aviación, la recuperación de potencia con la altura y obtener un llenado completo en los del tipo Diesel. Hace tiempo utilicé unos dibujos de P&W sobre su motor R-4360 -conocido como "la mazorca" por su similitud-, la máxima expresión en motores a pistón de la marca, para la revista Flaps, para demostrar el desarrollo final de los motores a émbolo antes del abandono y entrar en la era de los turboreactores.

-1º. Con turbosobrealimentador e intercooler.
-2º. Turbo-Compound.
-3º. Turbosobrealimentado, Campound e Intercooler.
-4º. Motor compuesto (el mazorca más reactor = motoreactor) (ver el Nomad de Napier, por ejemplo)

-En Italia al "Mazorca" se le llamó "Panocchio"


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