El único motor reciente que usa tecnología GTF es el PW1000G, sin embargo, algunos diseños antiguos como ALF502 o TFE731 usan esta tecnología. Entiendo el concepto básico del beneficio que obtiene el motor introduciendo esta tecnología (básicamente dando otro parámetro para optimizar RPMs a baja presión turbina y ventilador) y ese beneficio se compensa con el aumento de peso.
¿Qué impide que esta tecnología se incluya más en los turboventiladores modernos? ¿Es solo un caso de negocios para la arquitectura P&W?
¿Qué hizo posible en PW1000G que bloqueó PW8000?
Los factores que son relevantes aquí son:
Por lo tanto, a largo plazo, se trata de si la caja de cambios es más pesada que un LPT de giro más lento y si un posible aumento en los costos de mantenimiento debido a la caja de cambios es aceptable para la ganancia en eficiencia o la reducción del peso del motor. Con mayores aumentos en las relaciones de derivación del motor, la caja de cambios se vuelve cada vez más atractiva.
A corto plazo, también se trata de si una empresa quiere arriesgarse a desarrollar un componente completamente nuevo, con problemas potenciales antes y después de la entrada en servicio. Además, con una determinada cantidad de dinero y mano de obra para desarrollar un nuevo motor, la gerencia se preguntará: ¿Dónde van a marcar una mayor diferencia las horas de ingeniería, en diseños/materiales mejorados de ventiladores, compresores, turbinas y cámaras de combustión/... o en un diseño de caja de cambios.
Entonces, mientras que, por ejemplo, Rolls-Royce no fabrica un turboventilador con engranajes en este momento, su proyecto de motor de investigación "UltraFan" sí incluye una caja de cambios. Creo que es seguro decir que es solo cuestión de tiempo hasta que la mayoría de los turboventiladores comerciales incluyan una caja de cambios.
Para completar la respuesta de @JulianHzg:
Es muy deseable aumentar la relación de derivación para mejorar la eficiencia del motor y, para la misma cantidad de empuje, esto significa aumentar el diámetro del ventilador.
Aumentar la relación de derivación es sin duda una forma de alcanzar una mayor eficiencia (y tal vez el tema más desarrollado en este momento en los motores de aviones), pero solo si puede proporcionar al motor un generador de gas lo suficientemente potente, por lo que aumentar la relación de derivación está limitado. por otros parámetros como la temperatura de la cámara de combustión y la eficiencia de la turbina.
Para mantener el ventilador en su mayor parte subsónico, la velocidad de rotación del ventilador tiene que disminuir con el aumento de los diámetros del ventilador. Las puntas de las aspas del ventilador supersónico son posibles y están en uso, pero pierde eficiencia y aumenta el ruido, por lo que es deseable limitar esto al área más externa.
Además, las palas sometidas permanentemente a ondas de choque tienden a tener una vida útil muy corta debido a la fatiga de ciclo muy alta. Por lo tanto, la gente tiende a evitar las condiciones de flujo supersónico.
Para la misma eficiencia, una turbina de baja velocidad requiere más etapas y, por lo tanto, más peso en comparación con una turbina de alta velocidad. Compare el LPT de 3 etapas (engranado) del PW1100G con el LPT de 7 etapas del LEAP-1A (no engranado).
Básicamente, la velocidad de rotación de cada elemento debe adaptarse a la velocidad del fluido. Entonces, si todos los elementos rotativos son accionados por el mismo eje, el flujo debe adaptarse agregando etapas en los módulos de turbina o compresor. Si tiene dos ejes, uno lento (bueno para el ventilador) y otro rápido (bueno para la turbina), obtendrá un mejor compromiso en términos de eficiencia. Sin embargo, esto plantea otros problemas (inestabilidades rotodinámicas, por ejemplo) que explican por qué Rolls-Royce es el único fabricante que propone tres ejes (incluso mejores en términos de eficiencia pero también muy complejos).
La caja de cambios permite seguir utilizando dos ejes mejorando la adaptación entre el fluido y el elemento giratorio.
La cuestión del peso de la caja de cambios es muy importante, hay que recordar que una caja de cambios debe poder transmitir la potencia del LPT al ventilador, por lo que no es una simple caja de cambios de tu coche. Además, aunque las cajas de engranajes epicicloidales tienen una muy buena eficiencia, la transmisión de potencia utilizando tales trenes cuesta energía, genera calor, requiere lubricación y mantenimiento.
Para concluir, esta es una tecnología muy conocida, incluso conocida en la industria aeronáutica (¡cómo crees que vuelan los helicópteros!), pero que nunca se usó en motores de aviones de alta potencia. Otra aplicación de las cajas de cambios son los motores de rotor abierto que implican transmisiones aún más complejas mediante ventiladores contrarrotativos.
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Proyecto Trebia.
Martín James