CXCVII - Botadores de "Ajuste 0"

-Son los botadores que eliminan automáticamente la distancia entre balancín y válvula en cualquier circunstancia, para ello poseen una cámara y un pistón que se llena con aceite del propio motor, eliminando la distancia constantemente entre las dos partes mencionadas, el "gap". Son los botadores hidraulicos.

"Botador mecánico"

-El botador mecánico posee una base o rodillo que se apoya sobre las levas del eje de levas de un motor lineal o plato de levas de un motor radial. La transmisión de movimiento es directo y cualquier desgaste, dilatación o desajuste hace que la holgura necesaria haga que el motor pierda rendimiento por retrasos o adelantamientos en el "cruce" de válvulas o que las válvulas pisadas (en caso de reglaje incorrecto) hará que se quemen o haya retorno de llamas, etc.

"Dilatacion y alargamiento del cilindro"

-Una causa de la necesidad de un reglaje correcto es por la dilatación de los cilindros que están solo sujetos por su base. Con el calor se produce un alargamiento como vemos en el ejemplo de la figura. Esto no ocurriría si el motor fuese OHC (On Head Cam).

-En mis buenos tiempos de mecánico d aviación de "infantería" tuve que hacer muchos reglajes de válvulas en radiales y otro detalle que tenía que tener en cuenta era que los platos de levas solían tener un cierto desgaste interior con el tiempo -los aceites minerales de antes tampoco eran como los sintéticos actuales- y eso nos llevaba a tener en cuenta otra operación.

"Plato de levas centrado y caído"

-Se debía "anular" éste desgaste para que el reglaje fuera lo más correcto posible. La solución era descomprimir los muelles de las válvulas opuestas a los cilindros que íbamos a hacer el reglaje. Es decir en el caso de la segunda figura del dibujo anterior, descomprimir los muelles de los cilindros inferiores para que la presión de los cilindros superiores -a los que se les estaba haciendo el reglaje de válvulas- se quedaran sin la holgura del plato.

-Toda ésta historia se elimina si el motor lleva los relativamente modernos "botadores hidráulicos" de ajuste "0". Consisten en un botador hueco dentro del cual hay una válvula antiretorno y un pistón que se levanta con la ayuda del aceite de engrase a presión del propio motor. Los motores americanos a partir de los 1950's de Continental o Lycoming los introdujeron y a partir de ese momento fué una operación de mantenimiento menos a ejecutar.

-Se instala entre la leva y la varilla de empuje.  El aceite que lubrica el cuerpo exteriormente entra por un canal hacia la parte inferior interna. De ahí sube a la válvula unidireccional y levanta un pistón hasta hacer contacto con la varilla -con la ayuda de un pequeño resorte-. Se trata de un equilibrio de fuerzas, el dispositivo tiene sus fugas por el pistoncillo y permite una corriente de aceite. Pero cuando se produce el empuje de la leva, la válvula se cierra y el aceite que es incomprimible empuja todos los mecanismos, corrije las dilataciones del cilindro o el alargamiento de las válvulas, etc.

"Mecanismo de botador hidráulico de Lycoming" (del SM)

ReF.:  (CXCVII)    RMV / Ceac  


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CXCVI - Clasificación por la situación de los cilindros

-La situación de los cilindros en un motor de aviación viene dada por el número de ellos necesarios para una determinada potencia y su tamaño. La disposición alrededor de su eje motor, el cigüeñal, también tiene un denominador común que es la presentación de la menor área frontal para minimizar la resistencia al avance.

"Relación de áreas frontales respecto al 9 cilindros"

-Esto ha dado soluciones de todo tipo y ensayos muy curiosos. También  ha habido otras premisas como la fiabilidad de un tipo de motores sobre otros y una primera clasificación puede hacerse entre dos grupos principales: los enfriados por aire o por agua. Durante la segunda guerra mundial cada país tomo sus preferencias, la mayoría empezaron con motores enfriados por líquido (en V) y terminaron la guerra fiándose más de los radiales enfriados por aire.

-El encaje de impactos en un motor enfriado por aire era más resistente que un frágil motor enfriado por agua, con sus conductos, nodrizas, radiadores y un bloque de motor en que una simple fisura arruinaba todo el avión. Además el motor radial frontal ofrecía un blindaje protector al piloto para los ataques de frente, aunque en perjuicio de una mayor área frontal que se resolvía con carenados eficientes.

-El autor de éste "Blog" hizo un libro en el año 1966 titulado "Motores de Aviación (Alternativos)" (Editorial CEAC) en el que hizo una clasificación por la posición de los cilindros alrededor del cigüeñal, inspirado en una relación que hizo Assen Jordanoff en su "Potencia y Vuelo". En aquel momento se pudo ampliar con nuevas aportaciones de RMV. Hoy dia se puede hacer una relación todavia mayor con lo descubierto por el autor.

-Empezaba con el primer motor utilizado por los hermanos Wright -como no- que era un cuatro cilindros abatidos horizontalmente a un costado del cigüeñal. El Cirrus Hermes con cilindros en linea verticales de pié.

"El de los hermanos Wright y el Cirrus Hermes"

-Un clásico para nosotros es el "Tigre" de Elizalde con cilindros en linea verticales invertidos. A continuación el de cilindros horizontales opuestos tipo boxer (Continental, Lycoming, Franklin, etc).

"El Tigre y el Continental"

-Ha habido motores de cilindros horizontales opuestos que se han diseñado para ir en posición vertical, para helicópteros. Caso del Franklin siguiente.

"Franklin de helicóptero"

-Los motores en "H" suelen llevar dos cigüeñales y los hay de dos tipos, los "H verticales" y los "H horizontales". El Napier "Rapier" tenía cuatro hileras de cuatro cilindros enfriados por aire.

"Napier Rapier" 

-El siguiente motor en un "H horizontal" de 24 cilindros de la Rolls-Royce, el "Eagle" (no confundir con el primer Eagle, un V-12 de la misma marca), enfriado por agua. Por cierto el Napier "Sabre" tenía esta misma fórmula. La imagen a su lado es de un R-R Merlin de 12 cilindros en "V" vertical, esta disposición ha sido muy usada entre y durante las guerras mundiales por la mayoría de países constructores.

"Eagle y Merlin"

-Los motores V-12 verticales se hicieron como  V-12 invertidos. Alemania fué adicta a ésta fórmula que ofrecía una gran ventaja de visibilidad hacia adelante (los Daimler Benz series 600 o los Junkers Jumo series 200).

-La marca americana Ranger los hizo pero enfriados por aire.

"Ranger y Allison V-3420"

-En una variedad del motor en "V" tenemos los motores "Dobles" como el Allison V-3420 que era el resultado de la unión de dos V-1710. Se considera un "VV".

"Napier Lion y el Abadal"

-Los motores "W", no son "VV" pues poseen diferente arquitectura. El Napier Lion es un "W" vertical pero la variante Lioness es en "W" invertida. La casa Lorraine tuvo éxito con sus "W" en los años 1920's. Cuando los bloques laterales están abatidos a 180º, el motor es u "T" invertida, los hizo Farman e Hispano-Suiza.

-A continuación un motor en "Y", el poco conocido Abadal diseñado en Barcelona por Paco Abadal. Los rusos tienen un modelo de Y invertida.

"Packard 24X y el Chieftain"

-Los  motores en "X" tenían un sólo cigüeñal por converger sus cilindros sobre él, a diferencia de los motores en "H". Un ensayo en "Exágono" fué el Curtiss Chieftain.

-Los motores en "Abanico" (Fan), tienen los cilindros sólo en la parte superior del cigüeñal y el ejemplo más típico y popular han sido del Anzani (el del Bleriot, etc). Pero la Farcot y la REP (Robert Esnault Pelterie)  los desarrollaron mucho más.

"Farcot en abanico"

-Los motores dobles (como el V-3420 antedicho fueron una manera de obtener más potencias sin tener que iniciar con un diseño especial para ello. Solo una caja de engranajes que los uniera, con sus embragues y reductora si era preciso. Muchas veces daban salida para hélices dobles contrarotatorias.

"King-Bugatti y Double Menasco"

-Otras soluciones han sido el de unir dos motores como en el caso de los King-Bugatti a veces denominado en "U" o el Lockheed Double Menasco (ó Unitwin Power), un "U" invertida.  Entre los motores dobles puede que el motor Fiat del avión del Trofeo Scheneider, el Macchi MC-72, ha sido uno de los más famosos, su motor era un Fiat AS-6 resultado de unir dos motores Fiat AS-5 en tandem pero enfrentados (ver "Los Motores Aeroespaciales, A-Z").

"Fiat AS-6"

-Sin olvidarnos de los radiales. En un principio los radiales más efectivos fueron los rotativos, muy utilizados en la WWI: los Gnôme, Le-Rhone, Oberursel, etc. En los años 20's se afianzaron los radiales fijos de una estrella, doble o cuadrúple. Finalmente llegariamos a los Compound (ver capitulos anteriores de éste blog).

-Los "Compound" recuperaban energía de los gases de escape mediante turbinas que la devolvían al cigüeñal mediante transmisión mecánica. Caso de los aviones Neptune, DC-7, Super-Constellation, etc.

"Un Wright R-3350 Turbo-Compound en el Neptune"

-Otra clasificación de motores especiales podrían ser los Fairchild "Caminez", radial pero sin cigüeñal: en su lugar una doble leva en forma de ocho. O los Toridales. O los de tipo "barril" o "revólver". Existe una infinidad de motores especiales. Como los nuevos Diesel-Air de cilindros con pistones dobles opuestos y cigüeñales en los extremos a modo de los Jumo alemanes o los SPA italianos.

ReF.: (CXCVI)    RMV / Assen Jordanoff / CEAC / Los motores Aeroespaciales, A.Z /  


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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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