lunes, 15 de febrero de 2016

Los difusores de entrada I

Aunque puedan pasar desapercibidas, las entradas de aire de los motores a reacción juegan un papel importante a la hora de recoger el aire enfrente de los álabes del compresor. Dichas entradas o "air intakes" o difusores de entrada pueden ser de muchos tipos dependiendo de donde vaya colocado el motor (alas, fuselaje, cola, etc.), pero todas ellas disponen de una geometría muy estudiada para efectuar el trabajo de comprimir el aire.

La función principal del difusor de entrada es la de ayudar a la ingestión de aire, de forma eficiente, teniendo en cuenta las prestaciones del avión (resistencia mínima), pero además intentando incrementar la compresión de este aire. Para ello se utilizan entradas que tienen una forma divergente, es decir que se expande en la dirección del fluido. De esta forma el aire se amontona delante de la primera etapa del compresor ayudando a este empezar el trabajo. Las entradas de aire de los motores las fabrica la misma casa que produce el avión, pero se realiza teniendo en cuenta las características especiales del fabricante del motor. Con la entrada de aire divergente la velocidad decrece y la presión se incrementa, tal como se puede ver en el gráfico a continuación.


En el punto V0, justo delante del difusor, la velocidad del aire empieza a decrecer y el aire se agolpa incrementando la presión hasta el punto V1.

La ingestión o cantidad de aire que se le puede proporcionar al motor depende de muchas cosas, pero principalmente es función del régimen de revoluciones del motor, la velocidad que lleve el aeroplano en ese momento y la densidad del aire. En un avión comercial moderno estos valores pueden ser de entre 300 y 700 kg de aire por segundo. Esta cantidad luego hay que multiplicarla por el número de motores que vayan montados en el avión. En un cuatrimotor comercial moderno, como en el caso del A340 los motores siempre se cuentan de izquierda a derecha tal como se muestra a continuación.



Los difusores de algunos antiguos aviones comerciales fueron emplazados en sitios muy diferentes, algunos de ellos se encontraban formando parte integral del ala, como fue el caso del Comet.


Con la cantidad de aire que estos motores pueden ingerir no es de extrañar que se deban de extremar las medidas de seguridad para evitar accidentes. 


Las casas que producen los aviones se encargan de mostrar las áreas de peligro para que los operarios no sufran accidentes. Boeing por ejemplo muestra este tipo de gráficos que se puede ver a continuación donde se muestran los pasillos de seguridad para poder aproximarse a los motores cuando estos están en marcha. En estos gráficos se detallan los ángulos y las distancias necesarias.



Las operaciones militares son algo diferentes. También se extreman las medidas de seguridad, pero las operaciones aéreas en este tipo de ambientes son muy exigentes y el personal a veces baja la guardia. A mediados de los 90, recuerdo que participé en una maniobras conjuntas de la OTAN en la Base Aérea Italiana de Trápani (Sicilia). En estos ejercicios se nos requería estudiar y entender como se hacía el servicio de tierra de las diferentes aeronaves de la alianza. España participaba con los F-18 entrenando a otros miembros del ejercicio y nosotros fuimos a su vez invitados a entender el "cross-servicing" de los F-16 turcos (Block-40). Durante las explicaciones del personal técnico se nos advirtió constantemente sobre el peligro de ser ingeridos por el motor si no respetábamos estrictamente las normas de seguridad en tierra. Esta (junto con la famosa Hidracina ó I-70) era una de las cosas qu menos me gustaban a la hora de aproximarme a uno de estos aparatos. Ver post del accidente de un F-16.

El respeto por la posibilidad de ser ingerido siempre me acompaño durante todos los años que trabajé con aviones militares. Si alguien se pregunta si es posible que esto suceda, la respuesta es si. Ha sucedido en algunas ocasiones. En una de ellas precisamente cuando yo estaba destinado en la Base Aérea de Zaragoza, donde un operario que se acercó al difusor de entrada durante una prueba de motores en tierra con un F-18, fue succionado y falleció en el accidente. En ese desgraciado accidente no se estaban usando protecciones en los difusores porque las condiciones meteorológicas lo desaconsejaban. Si se montan protecciones (una especie de mallas de seguridad) con las temperaturas muy bajas y humedad ambiente se podría formar hielo y una vez desprendido podría dañar el motor. En estos casos las medidas de seguridad se deben extremar al máximo y se deben de respetar las zonas de seguridad marcadas en los propios motores.

Toma de aire o difusor de un Grumman EA-6 Prowler. Existe espacio suficiente para que una persona (como este operario) pueda entrar a inspeccionar los álabes del compresor.



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3 comentarios:

  1. Manolo:

    A propósito de los difusores o tomas de aire, me viene a la cabeza algo curioso que pasó con el North American F-100 Super Sabre y que puede añadir una nota anecdótica a tu documentada entrada . Como sin duda sabes fue el primer caza supersónico en entrar en servicio con la USAF, y como tal, un modelo revolucionario, su ala aflechada a 45º ("sabre 45"), las nuevas aleaciones, el pedazo motor P&W J-57... Y como tal precursor también tuvo su cuota de problemas, entre otros su difícil aterrizaje ("Sabre Dance", hay por internet unos vídeos escalofriantes al respecto) o el entonces poco conocido fenómeno del acoplamiento inercial que se llevó por delante a gente tan notable como al héroe de Pearl Harbor George Welch. Pero, sin embargo, en un campo tan delicado como el de las tomas de aire, que en el reino del vuelo supersónico son tan vitales, no tuvo problemas especialmente graves, y fue más por chamba que por diseño, ya que el conducto de admisión, al tener que esquivar el puesto de pilotaje, hacía una serie de ángulos y acodos que conseguían ese efecto que tú tan bien explicas ahí arriba, con lo que el flujo de aire llegaba más o menos bien al ávido J-57. Y creo que algo parecido le pasó a un contemporáneo suyo, el F-8 Crusader con su toma frontal.

    Claro que, para difusores raros (más bien extremos), el de los estatoreactores, o el del P&W J-58 del A-12/YF-12/SR-71.

    Un saludo.
    Pablo.

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    1. Hola Pablo,

      Muchas gracias por tu interesantísimo comentario. Efectivamente, el famoso "Hun" sufrió de varios problemas. Que se lo digan al pobre Barty R. Brooks, que fue el primero en experimentar el famoso baile en 1956 :)

      Así es, los F-100 (apodados Hun) eran más grandes que los F-86. En teoría se suponía que debían ser superiores en todos los aspectos (no solo en tamaño y potencia), pero a la hora de diseñarlos se incluyeron muchas novedades que al final dieron como consecuencia un avión con algunos puntos débiles. Además del poderoso J-57 a estos modelos producidos en 1953 (los primeros A y C, ya que el B nunca existió) se les añadió el famoso postcombustor (muy nuevo en aquella época). El ala se aflechó desde los 35° del F-86 hasta los 45°, como muy bien dices, pero ello además tenían el problema de que no contaban con slats (...o leading edge flaps), lo cual significaba unas velocidades de aproximación realmente altas comparadas con los reactores anteriores.

      Todo esto unido a las características de pérdida del ala hacían de los Hun unos aparatos difíciles de pilotar (tenías que ser un piloto habilidoso y muy rápido a la hora de tomar decisiones). En estos aparatos las puntas de las alas (debído al extremo afechamiento -xtreme sweep wing-) entraban en pérdida antes que el resto del plano a bajas velocidades. La pérdida iba progresando hacia el interior del ala, no solo dejando a los alerones sin autoridad, sino que además causaba un cambio en el centro de presiones del ala con respecto al centro de gravedad del avión. El resultado era que el avión "tiraba morro arriba" y si estabas alabeado la cosa todavía era peor. En estos casos el F-100 desarrollaba otra tendencia "insidiosa", cual era el llamado "adverse yaw" asociado al alabeo. El pobre Brooks entro en este área de la envolvente de vuelo llamada "the back side of the power curve" donde se necesita mucha más potencia para seguir volando, comenzando la famosa "danza del sable". Brooks no tenía velocidad ni altura suficiente para eyectarse, ya que las sillas de aquel entonces no eran "zero-zero". Brooks intentó desesperadamente controlar su aparato, pero finalmente se estrelló y los equipos de rescate nada pudieron hacer por salvar su vida.

      Hubo más accidentes y muchas otras historias relacionadas con este aparato. Gracias a tu comentario queda pendiente pues una revisión de este caza, que era uno de mis favoritos cuando yo era pequeño (...y no sabía nada de aerodinámica).

      En la parte II del post también haré referencia alas entradas supersónicas ;)

      Un abrazo
      Manolo

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    2. ...por cierto, este es uno de los aparatos que se nombran en la famosa canción “Give Me Operations”:

      Don’t give me a One-Double-Oh
      To fight against friendly or foe
      That old Sabre Dance made me
      crap in my pants
      Don’t give me a One-Double-Oh

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