¿Por qué los motores de pistón para aviones rara vez funcionan con diésel?

Tiene razón, hay pocos aerodiésel modernos, tan pocos que podemos repasar la breve lista uno por uno:

• Thielert : Se trata de un desarrollo basado en los coches diésel de Mercedes-Benz, de los que se fabricaron más de 1500 motores de 1,7 litros. Actualmente, se ofrece un motor de 2.0 litros. La empresa original de Thielert quebró en 2008 y ha sido absorbida por Continental.
• Austro-Engine , otra conversión de un coche diésel para uso aeronáutico. Es el resultado de la decepción del principal cliente de Thielert, Diamond Aircraft, con el récord del motor Centurion 1.7 inicial de Thielert.
• SMA : un diésel francés turboalimentado de 5 litros de cilindrada. Actualmente, se han entregado alrededor de 100 de ellos después de casi 20 años de trabajo de desarrollo.
• Zoche : El producto de un equipo padre-hijo con muchos detalles ingeniosos , pero un cuarto de siglo de trabajo de desarrollo aún no ha dado como resultado un certificado de aeronavegabilidad para sus motores diesel radiales de dos tiempos. Si bien Zoche afirma ser víctima de una conspiración de las autoridades, los acusados ​​se quejan de que los motores no pudieron mantener sus culatas encendidas durante el tiempo suficiente.

¿Qué ha detenido a los diésel durante tanto tiempo?

• Costo: el desarrollo de los motores de pistón de aviación se ha detenido efectivamente con la era de los aviones a reacción. Los diseños existentes eran simplemente lo suficientemente buenos hasta que los precios del combustible se dispararon. Esto hizo que los diésel solo fueran atractivos en nichos y, como consecuencia, las series de producción fueron demasiado pequeñas para justificar el gran esfuerzo de desarrollo. Los motores de aviación funcionan constantemente a alrededor del 70 % de su potencia máxima , por lo que los motores de automóviles normales no se pueden usar sin modificaciones importantes. Como consecuencia, ¡ un kit de conversión puede costarle $89,000 !
• Peso y complejidad: la mayor relación de compresión de 1:30 requiere una estructura más pesada, y la inyección de combustible, una caja de cambios y un turbocompresor elevan el número de piezas muy por encima del de un motor de gasolina. Una vez que compara la masa del sistema (combustible más motor), el diesel gana solo en rangos que ahora son volados principalmente por aviones a reacción. Sí, el flujo de combustible es menor (10 galones por hora para un diésel contra 13,5 galones por hora para un motor de gasolina comparable), pero solo ayudará en rangos superiores a un par de cientos de millas.
• ¡Vibración! Con esa relación de compresión, cada encendido provoca una sacudida tres o cuatro veces mayor en el motor y la estructura del avión. No solo el motor, sino toda la estructura del avión debe diseñarse teniendo esto en cuenta.

Para ser justos, un motor de gasolina moderno también se beneficiará de la inyección de combustible, una caja de cambios y turbocompresor, y Zoche inicialmente no usó un sistema eléctrico, confiando en cambio en aire presurizado para arrancar el motor (una botella de presión pierde mucho menos de su energía almacenada después de todo, cuando se enfrían a -20° que una batería), pero los aerodiésel prácticos son mucho más complejos que los motores a los que deben reemplazar, lo que crea una desventaja obvia de confiabilidad.

Thielert Centurion 1.7 en un Diamond Twin Star ( fuente de la imagen )

Aunque esto se ha cubierto parcialmente en esta pregunta , es lo suficientemente diferente como para justificar una respuesta.

Una palabra: costo

En la gran mayoría de los aviones ligeros de pistón, los beneficios del diésel son mucho menores que los costos involucrados.

Los motores diesel son pesados, esto se debe a que el ciclo diesel depende de la presión del cilindro en lugar de una chispa para encender la mezcla de combustible y aire. Esto significa que los bloques del motor diésel deben ser al menos en parte de acero, ya que el aluminio no es lo suficientemente resistente para contener las presiones. Todos los motores aerodiesel sobre los que he leído tienen un bloque híbrido de acero y aluminio, que es más duro y caro de fabricar. El peso del motor tiene el siguiente impacto en los costos:

• Tienes que tener un accesorio de paso variable para obtener la misma cantidad de rendimiento.
• El peso adicional en la parte delantera significa que debe reorganizar el equilibrio del avión, moviendo las partes de adelante hacia atrás.
• El combustible diésel requiere una reelaboración completa del sistema de combustible, por lo que las alas deben abrirse por completo para los nuevos tanques y las nuevas tuberías. Parte de esta tubería es para hacer circular el combustible calentado a través de los tanques para evitar que el combustible se gelifique a bajas temperaturas.
• Aunque los motores diesel no requieren una chispa, están muy computarizados, por lo que requieren energía eléctrica constante para funcionar. Se requieren 2 baterías para la redundancia. Más peso, más costo
• La aeronave debe tener un STC (conversión de tipo suplementario) para ser legal. Si su avión no tiene uno, tendrá que pagarlo usted mismo, lo que cuesta entre decenas de miles y millones de dólares.
• Tu tablero tiene que ser modificado para los nuevos instrumentos y controles

Por lo tanto, no solo los motores son más caros en primer lugar, sino que instalarlos también es muy costoso. A menos que su avión vaya a volar mucho, tardaría décadas en recuperar los costos. Muchas de las otras desventajas (falta de combustible Jet A1 en muchos aeródromos de GA, falta de apoyo de ingeniería para los motores, etc.) desaparecerían si fuera más barato instalar un diésel.

El problema del peso de HP ya ha sido superado por muchos fabricantes. Hay motores diesel de 200 hp en el mercado, que son más pequeños y pesan menos que sus contrapartes de Lycoming o continental. De hecho, su dimensión frontal es más pequeña que la de los motores avgas, lo que permite la posibilidad de capotas más pequeñas y aerodinámicas, lo que se traduce en un menor peso y un mayor rendimiento. Este motor se puede mejorar aún más mediante el uso de hélices MT que son más ligeras que las hélices tradicionales y proporcionan un mejor rendimiento de ascenso.

El costo del motor Diesel bajará al igual que las computadoras con más volumen. Si consideramos que el jet fuel puede ser 50% a 60% más económico y algunos motores son 30% a 40% más eficientes que los motores avgas, amerita que los nuevos aviones consideren el uso de diesel y abandonen la obsolescencia cercana a los 100 años. tecnología de los motores avgas.

Además, los motores diésel se prestan para el uso futuro de combustibles alternativos y biodiésel que podrían producirse a un precio más económico que el biocombustible para motores que queman avgas.

Hasta que la tecnología eléctrica para la aviación no alcance un punto de equilibrio entre velocidad y alcance, considero que el futuro para nosotros, los pilotos reales que tenemos que hacer frente a costos de vuelo cada vez mayores, se beneficiaría de costos operativos más bajos si hubiera aviones diésel disponibles.