Propfan

[amalahama]

Es curioso a veces como la tecnología es fruto de las modas y de los intereses económicos, y como las empresas usan de igual forma las ventajas y los inconvenientes de un producto como sus cartas para vender o abandonar el desarrollo de un producto. Uno de estas víctimas son los llamados Propfan, una clase de motores a caballo entre los turborhélices y los turbofan.

 

 

En general, para velocidades de vuelo bajas, el turbohélice no tiene rival en cuanto a eficiencia y consumo, mucho menor que los turbofanes corrientes. Es un hecho sin embargo que la "gente" de a pie considera un avión propulsado por hélice como un avión "antiguo", aunque su diseño tenga sólo un puñado de años y cuente con los últimos avances tecnológicos. Penosamente, mercados dónde un turbohélice es la opción sin duda alguna imbatible en cuanto a costos y consumo como es el de los viajes regionales están siendo ocupados cada vez más con aviones turbofanes que no son los más adecuados por el simple peso de la mentalidad arcaica de los viajeros. Pero en fin, ese es otro tema.

 

A mediados de los años 80, la crísis del petróleo obligó a los principales fabricantes de motores a buscar alternativas para "romper" la barrera de los consumos y conseguir disminuciones importantes sin empeorar las prestaciones. Ya que el turbohélice era la variante del generador de gas que mejores rendimientos ofrecía, se comenzó a trabajar en su redieño para adecuarlo a las altas velocidades.

 

Los problemas

 

El problema básico que tiene un turbohélice a altas velocidades subsónicas es que las puntas de la hélice pueden alcanzar velocidades supersónicas y formarse ondas de choque, con lo que la ventaja en cuanto a rendimiento se pierde completamente.

 

Las soluciones a este problema son simples conceptualmente: La primera, construir hélices más cortas, ya que cuanto menor es el brazo, menores velocidades se alcanzan en las puntas. La segunda es adecuar el diseño para intentar evitar el bloqueo sónico, en concreto introducir una cierta "flecha" a las hélices, igual que se hizo con las alas de los aviones. Ya los alemanes en la IIGM probaron configuraciones interesantes de hélices preparadas para alta velocidad introduciendo cierta flecha.

 

Los problemas no acaban ahí. El eje interno de un turborreactores puede alcanzar sin problemas velocidades de hasta 15.000 rpm. Sin embargo, una hélice habitual suele rondar los 2000-4000 rpm. Los turbohélices llevan consigo una pesada "gearbox" o reductora para adecuar las revoluciones, pero esto trae pérdidas mecánicas por rozamiento y un peso y complejidad bastante indeseables. En proyectos futuristas de propfans se propuso intentar conectar directamente las hélices con el eje y evitar así el uso de reductoras

 

Los primeros diseños

 

La NASA comenzó a trabajar en hélices adecuadas para alta velocidades en los años 70. Ya los rusos contaban sin embargo con aviones de hélices capaces de volar a velocidades muy superiores a las que volaba cualquier turbohélice de la época:

 

 

El Tupolev Tu-95, por ejemplo, era capaz de igualar la velocidad de los bombarderos americanos de su época con el uso de dos hélices contrarrotativas de pequeño diámetro. Es una solución que se adoptó para los propfan, puesto que poner varias hélices de pequeño diámetro para la misma potencia que proporciona una hélice de gran tamaño es mucho más eficiente, ya que las velocidades que se alcanzan en la punta de la hélice son menores.

 

Sin embargo, el Tupolev seguía siendo un turbohélice tradicional, donde la potencia proporcionada por el generador de gas iba prácticamente a parar a mover la hélice, y poca se dejaba para generar empuje.

 

 

Las conclusiones de la NASA se aplicaron en un motor de nuevo diseño que fabricó General Electric. Se trataba de un motor experimental, el UDF, tomando como base el turbofan militar F-404. El motor en sí puede considerarse el primer propfan, ya que tiene todos los rasgos característicos de esta clase de motores. Primero, una buena parte de la potencia se usaba en mover las hélices, pero no toda. Se dejaba otra parte para generar empuje, lo cual concuerda con el reparto óptimo de energías predichos por las ecuaciones termodinámicas para el vuelo altamente subsónco. Por otro lado, las pequeñas hélices iban directamente acopladas a una turbina libre de baja presión. Con esto evitaba conectarse al eje principal, con un giro mucho más rápido, y se evitaba poner una reductora. Por esto mismo también las hélices están situadas en la parte trasera, en configuración propulsora en vez de tractora.

 

Aunque los turbohélices también suelen ir conectados a una turbina de baja libre, sin embargo el diseño de la turbina en sí es bastante diferente. En el UDF la turbina de baja está compuesta por 14 etapas de diseño especial para que la velocidad de giro final sea lo menos posible, aportando la mayor potencia y las menores pérdidas. Lo normal es que la turbina de baja tenga 2 o 3 etapas como mucho. Cabe notar sin embargo que el régimen de giro de las hélices de un propfan sin reductora son mayores sin embargo que el de un turbohélice normal, y sus hélices estan expresamente diseñadas para funcionar a altas velocidades de giro como ya habiamos indicado antes.

 

Se probó a bordo de un MD-80 y los resultados fueron bastante prometedores: un 30% menos de consumo frente a los JT8D que montaban la serie 80 de MDD. Todo un logro para un primer prototipo con aún muchas cosas que pulir.

 

Sin embargo, se reportaron fuertes vibraciones y un ruido bastante superior al de un turbofan típico. Rediseños de la hélice y del sistema mecánico consiguieron que cumpliese las normativas Stage III y reducir la vibración a valores admisibles, con modelos capaces de cumplir la normativa Stage IV en el tablero de diseño.

 

Boeing y McD comenzaron a sacar diseños de aviones que usaban Propfan, el Boeing 7J7 y el MD-94X. Era el motor del futuro, iba a dejar desfasados todos los demás motores, comenzaron a aparecer diseños cada vez más avanzadas en los tableros de los mayores fabricantes de motores...

 

Y de repente, todo se paró, se acabó. Los fabricantes abandonaron todos sus proyectos y volvieron a sus antiguos turbofanes. Rusia sin embargo contínuo su desarrollo, pero versiones más convencionales y parecidas a un turbohélice que a un propfan realmente. El Progress D-27 es el propfan montado en el An-70:

 

 

Y probablemente vaya a ser el primer propfan en servicio. Sin embargo, su configuración es mucho más convencional; tiene hélices impulsoras y una reductora como en los turbohélices para disminuir la velocidad de giro. Lo único que lo hace especial realmente es que, efectivamente, una gran parte del empuje se realiza más en la tobera que en las hélices realmente.

 

Actualidad

 

Y sin embargo, actualmente de nuevo vuelven a sonar las campanas que llaman a desenpolvar los viejos diseños de propfan desarrollados por General Electric y Pratt&Whitney. Las sucesivas crisis petroleras y la escalada del precio de los combustibles obligan a los fabricantes de motores a investigar nuevas formas para obtener reducciones importantes en el consumo, y ésta parece la más prometedora. ¿Veremos algún día propfans como los substitutos de los turbofans? Bueno, no sé. Todo depende desde luego de lo que nos quieran vender los fabricantes de motores. Lo que está claro es que cuando uno se atreva a dar el paso y tirarse a la piscina, su éxito está asegurado y conseguirá tener una importante ventaja frente a sus competidores. Quizás se repita la historia de Rolls-Royce y su Rb-211, motor que lo hizo quebrar pero que posteriormente lo ha convertido en líderes en el mercado (gracias a su sistema de tres ejes único).

 

Saludos!!!!!

[paratrapo]

Qué cacho ladrillo

Interesante reportaje he leido por hay que airbus está desarrollando un diseño con propfan, aunque no tengo detalles.

Edited June 10, 2007 by paratrapo

[amalahama]

Qué cacho ladrillo

Interesante reportaje he leido por hay que airbus está desarrollando un diseño con propfan, aunque no tengo detalles.

 

Jajaja pos sip un poco extenso me quedo al final, pero bueno, la verdad es que me parece siempre interesante cuando rompen los típicos clichés en algún campo de la ingenieria para hacer algo revolucionario, en todos los campos vamos.

 

Bueno, si alguien quiere indagar más, puede encontrar el diseño y los test (700 paginas en total) del UDF por la web. Ojo que son muy técnicos:

 

DISEÑO

 

TEST

 

Saludos!!!

[paratrapo]

Qué cacho ladrillo

Interesante reportaje he leido por hay que airbus está desarrollando un diseño con propfan, aunque no tengo detalles.

 

Jajaja pos sip un poco extenso me quedo al final, pero bueno, la verdad es que me parece siempre interesante cuando rompen los típicos clichés en algún campo de la ingenieria para hacer algo revolucionario, en todos los campos vamos.

 

Bueno, si alguien quiere indagar más, puede encontrar el diseño y los test (700 paginas en total) del UDF por la web. Ojo que son muy técnicos:

 

DISEÑO

 

TEST

 

Saludos!!!

Si no fuera por mi pésimo ingles.....

joer que estas cosas molan un huevo

[Bear]

Buen post, habrás echado merienda para acabarlo.

 

¿Puede ser que a finales de los 80 hubiera algún avión pequeño con esa tecnología?

Leyéndolo me ha venido a la memoria en la Airex de Reus había un avión bimotor de pasajeros pequeño, con planos canard delante y las hélices cortas y montadas hacia atrás. Lo que no consigo recordar es la configuración de las mismas.

 

¿Te suena?

[escaner]

Buen artículo, Amalahama.

 

Realmente lo de los propfan fue algo sorprendente. En las revistas (bueno, revista, porque creo que a parte de Avion Revue no había nada en castellano) lo ponían como el motor del futuro, muy eficiente y que iba a usar la siguiente generación de aviones. Pero increíblemente se dejó de hablar de ellos y nunca más se supo.

 

Buen post, habrás echado merienda para acabarlo.

 

¿Puede ser que a finales de los 80 hubiera algún avión pequeño con esa tecnología?

Leyéndolo me ha venido a la memoria en la Airex de Reus había un avión bimotor de pasajeros pequeño, con planos canard delante y las hélices cortas y montadas hacia atrás. Lo que no consigo recordar es la configuración de las mismas.

 

¿Te suena?

 

Lo recuerdo, era un Piaggio Avanti.

La semana pasada vi uno aterrizar en Barcelona, operando para Blue Panorama. Diría que es de pistón. Voy a buscar la foto para ponerla.

[escaner]

Aquí está el Avanti.

Me he colado, es turbohélice, no de pistón.

 

[Bear]

Ese es, efectivamente, visto de perfil recordaba su línea semajante a una morcilla con alas.

Buen trabajo.

 

No recordaba exactamente sus motores, si que tenía claro que las hélices no eran tan largas como en un avión de pistón "clásico".

[Smoje]

Que motores más raros dios mio , aunque si conocía el Piaggio Avanti (existe para el FS).

 

Ahora entiendo el éxito que está teniendo ATR con sus aviones 42 y 72 en compañías de vuelo regulares (como Binter), ¿pero realmente llegarían a suplantar a los modernos turbofan actuales de los grandes aviones?

 

Por cierto amalahama, gracias por los PDF's, asi da gusto meterse a leer esta clase de cosas :P, por cierto, espero respuesta del MP que te he enviado esta tarde

[escaner]

De hecho, los motores del Avanti deben ser de los pocos PT6A que están montados "del derecho", porque es un motor de flujo inverso: cuando tienes la hélice delante, con la admisión de aire está detrás y la salida de gases de escape delante. En cambio aquí, va como en los reactores.

[amalahama]

Que motores más raros dios mio , aunque si conocía el Piaggio Avanti (existe para el FS).

 

Ahora entiendo el éxito que está teniendo ATR con sus aviones 42 y 72 en compañías de vuelo regulares (como Binter), ¿pero realmente llegarían a suplantar a los modernos turbofan actuales de los grandes aviones?

 

Por cierto amalahama, gracias por los PDF's, asi da gusto meterse a leer esta clase de cosas :P, por cierto, espero respuesta del MP que te he enviado esta tarde

 

Cada motor tiene su rango de aplicación, no hay motores "mejores" ni "peores". Los turbohélices son el rey en los vuelos regionales, el rendimiento es imbatible cuando un avión no pasa de los 10.000 pies y los 400 o 500 km/h, mucho mejor que cualquier turbofan. Si ahora están saliendo aviones regionales con turbofanes no es con otro sentido que el de proporcionar una "buena" imagen a la compañia aérea. Cuando se estrello un CN-235 de Binter por un fallo en uno de los motores, bueno en realidad no se estrelló, sino que pasó la pista creo, no recuerdo bien, pero me acuerdo que salio mucha gente y "expertos" argumentando que los aviones de Binter eran desfasados porque eran de hélices.... por favor...

 

De hecho, los turborreactores, que fueron los primeros en aparecer y que hoy día ya han caído en el olvido, también son los más eficientes en un cierto rango de velocidades, en este caso supersónicas bajas (Mach 1.5 a 3). De hecho, los motores militares son turbofanes de muy baja relación de derivación (menor que uno), de forma que realmente pueden casi considerarse turborreactores puros. Se volverá a los turborreactores en la aviación civil cuando se decida alguna compañía a producir un avion de transporte supersónico.

 

Los turbohélices de hecho no son los motores más convenientes para el típico vuelo de un avión de transporte, los turbofanes son mucho mejores, pero realmente ninguno de los dos tiene el "pico" de eficiencia a las velocidades subsónicas altas. Por eso apareció el propfan en un intento de construir un híbrido que tuviese su "pico" justo en esas velocidades.

 

Además, los turbohélices de gran potencia tienen otro problema. Los turbohélices no generan empuje, sino tracción. Por tanto, cuando hay que transmitir 18.000 Cv de potencia como el que tiene el TP400 al aire, es realmente un problema igual que cuando hay que transmitir 500 cv al asfalto en el caso de los coches deportivos. Allí el diseño de los neumáticos y las suspensiones es crucial para que toda la potencia se transmita al suelo; aquí igual, el diseño de la hélice es increiblemente importante, y de hecho el diseño de grandes turbohélices es más caro que el de un turbofan normal. Para pequeños aviones sin embargo, donde la potencia es mucho más moderada, se usan diseños estandard igual que usamos para nuestros coches de 60 cv ruedas normales y corrientes jaja.

 

Como curiosidad, hay una cierta tendencia para mejorar los turbofanes que es cuanto menos bastante curiosa. En un turbofan el combustible se usa en dos cosas: por un lado en acelerar el aire, y por otro en calentarlo. El aire efectivamente se calienta, y mucho, y realmente eso es energía que se pierde, y hace que el rendimiento de los turborreactores realmente sea penoso (mucho menor que los motores de pistón). Ahora se quiere aprovechar esa energía usando un circuito de agua en la tobera de salida, para convetirla en vapor y mover una turbina secundaria con la que dar presión neumática y abastecimiento al avión.

 

Saludos!!!!!

[Guest MORK]

Gracias por tu pedazo articulo, tambien yo he pasao un rato entretenido. Me he acordado de cuando todo esto y la verdad es que siempre me pregunte que debio pasar con eso. No acabo de ver claros los motivos de su desaparicion, sinceramente. Estoy de acuerdo con que los mas admirable del tema es que por una vez alguien invierta dinero en hacer algo radicalmente distinto, para avanzar en alguno de los campos de la aeronautica. Siempre me he quejado de que los grandes avances en aeronautica desaparecieron del mapa hace ya decadas, y parece que nadie esta dispuesto a arriesgar nada. Lo unico un poco diferente en las ultimas decadas fue el Sonic Cruiser, pero no era mas que una herramienta politica sin futuro para distraer la atencion de airbus... y asi les fue.

[Winglet]

Muy interesante el articulo amalahama. Gracias por el tiempo invertido en escribirlo.

 

Como alguien dice por ahí arriba, el ATR siempre ha tenido mucho éxito. En Canarias lo tenemos hasta en la sopa pues hacen como un millón de vuelos al día entre las islas, van como tiros, es muy maniobrable y ves haciendo unos visuales impresionantes, los tios ruedan a toda ostia y siempre ha sido curioso como paran un motor antes de llegar al parking casi (ya encarados con la línea), y el otro lo van casi parando antes de pararse, aprovechando la inercia que lleva el avión antes de pararse y así consumen el mínimo posible. En un ratito están en el aire de nuevo.

 

Ahora está Binter cambiando los ATR72-202 por los ATR72-212, fáciles de distinguir porque las hélices tienen 6 palas en lugar de 4 y porque vienen con la pintura nueva de Binter, así como otros detalles. Se nota como son muchísimo más silenciosos y la verdad es que están chulísimos.

 

http://www.jetphotos.net/viewphoto.php?id=249156

 

http://www.jetphotos.net/viewphoto.php?id=420984

 

Todo Canario al mirar al cielo ve un Binter Canarias volando, jeje.

 

 

Además, ¿¿¿con qué otro avión ibas a hacer BURRADAS como esta???

 

 

 

El tipo lo metió eh...

 

Pero es que macho, para ir de Gran Canaria a Tenerife suben como a FL080 o FL090.... imaginate hacer eso con un reactor... bueno subirias un poco mas como a FL130, pero sería en plan tiro parabólico y quemarías una de fuel.....

 

Marcos.

[paratrapo]

Con dos cojones!!!, eso es un aterrizaje!!! nada de aproximaciones desde el quinto carajo, en picado directo a la pista

[Guest MORK]

El vuelo parabolico suele ser el mas eficiente para un turboreactor. Por cierto esta claro que a los de Binter les falta un tornillo tio, por que hacer eso con pasajeros... hay que estar mas palla que paca. Que hacer cosas asi mola, yo tambien lo he hecho, pero joer, con pasaje... no se yo, mas de uno fijo que no vuelve a volar :D

[Smoje]

Y además lo curioso del tema es que no va muy rápido para ir tan picado (el marcador está en 130 a 2.500 pies).

 

Como dice MORK, estos pilotos canarios son la ostia

[Guest MORK]

Y además lo curioso del tema es que no va muy rápido para ir tan picado (el marcador está en 130 a 2.500 pies).

 

Como dice MORK, estos pilotos canarios son la ostia

 

no digo que sean la ostia, mas bien al reves, son unos flipaos. Y luego pasan cosas... <_<

[Winglet]

Es lo que tienen las hélices también, a mínimo son un buen aerofreno... por eso le puede picar así y el avión casi no se acelera, fíjate en los parámetros del motor, torque a 0% y demás...

 

De todos modos eso es una sobrada. No es la norma desde luego.

 

A pesar de todo, la pista tiene 3.5 Km y es innecesario tomar en la cabecera.

 

A juzgar por la posición en la segunda foto y que está a 500 ft, diría que pasa el umbral de la pista como a 400 ft (en lugar de a los 50 que te lleva el ILS en el humbral).

 

Ojo también al vario en la segunda foto... flipante...

[Smoje]

no digo que sean la ostia, mas bien al reves, son unos flipaos. Y luego pasan cosas... <_<

 

Yo nunca he volado en Binter, ¿pero todos son así o que?

[Winglet]

no digo que sean la ostia, mas bien al reves, son unos flipaos. Y luego pasan cosas... <_<

 

Yo nunca he volado en Binter, ¿pero todos son así o que?

 

 

No.

[Santi_]

Si quereis ver al an70 colgao de las helices .

 

http://www.flightlevel350.com/Aircraft_Ant...Video-2599.html

 

Una pasada despega en un plis.

[amalahama]

Si quereis ver al an70 colgao de las helices .

 

http://www.flightlevel350.com/Aircraft_Ant...Video-2599.html

 

Una pasada despega en un plis.

 

:shok: Que pasada!!!! A mi me gusta mucho más la configuración de hélices contrarrotativas de los antonov que la de hélice simple del A400m, pero claro eso es como las palas de los kamov, o te has dedicado toda tu carrera a diseñar cosas así o no vas a poder competir empezando un diseño desde cero.

 

Saludos!!!

[paratrapo]

Cojones con el bicho!!! eso es potencia pura, lo más parecido que he visto fue al prototipo del C295 haciendo lo mismo pero con un motor parado, nos quedamos...

[Vincy]

no digo que sean la ostia, mas bien al reves, son unos flipaos. Y luego pasan cosas... <_<

 

Yo nunca he volado en Binter, ¿pero todos son así o que?

 

 

Joer con el Jeronimoooooooo del Pitufo puesto. La verdad que no vuelan siempre asi, pero si es cierto que algunas veces se tiran de cabeza y nunca mejor dicho. Y por si habia alguna duda pa contarlo er tio va y dise, jasme afotos... pa que se vea bien.

[Bear]

Impresionante ambas cosas, el An-70 y los de binter buscando cascarse la cabeza contra la pista.