¿Por qué los motores del Airbus A330 no se diseñaron con un sistema para detener sus ventiladores?

Complejidad y peso, lo que más odian las aerolíneas.

¿Se ha hecho antes? Sí. Una variante del Convair B-36 Peacemaker pudo detener el molino de viento cuando no se necesitaban los motores a reacción (esa variante tenía motores de 6 pistones y 4 motores a reacción).

( Fuente )

Los pétalos de metal que llenaban la entrada impidieron que los chorros giraran con el viento mientras el B-36 navegaba durante largos períodos de tiempo con ellos apagados. Los pétalos se retrajeron para permitir que los motores a reacción se encendieran para obtener un empuje adicional durante el despegue y las carreras de alta velocidad. Un puntal sostiene la góndola contra el balanceo de lado a lado.

Ampliar esto para los motores de gran diámetro para esa falla de motor muy rara no es rentable. En cambio, los aviones pueden sobrevivir y se prueban exhaustivamente para detectar vibraciones y aleteos .

¿Qué tan raro es muy raro?

En la década de 1970, el avance de la tecnología había preparado el escenario para que los aviones de dos motores propulsados ​​por turbinas superaran con seguridad la restricción operativa de 60 minutos [lejos del aeropuerto más cercano]. El resultado fue ETOPS, que comenzó en 1985 con una autoridad de desvío de 120 minutos y el requisito de una tasa promedio de apagado del motor en vuelo (IFSD) de solo 0,05 por 1000 horas-motor. Con la autoridad ETOPS de 180 minutos, que siguió en 1988, se especificó un objetivo de confiabilidad aún más estricto de solo 0,02 IFSD por 1000 horas de motor ( Boeing , 2003).

Según los principios generales de ingeniería, existen múltiples razones por las que un dispositivo de bloqueo de este tipo podría ser inútil en el mejor de los casos y peligroso en el peor de los casos:

• Sería un sistema más que añade peso y complejidad.
• Ocuparía espacio adicional que no está disponible, y hacer ese espacio afectaría la aerodinámica y el peso.
• Sería un sistema más a revisar y mantener.
• Si falla, ¿falla de una manera que hace que un motor en marcha se detenga, creando así una situación peligrosa, o falla de una manera que no lo hace mejor que no tenerlo en absoluto?
• ¿Es más fiable que el motor a reacción?
• Hay situaciones en las que es deseable hacer un molino de viento, lo que convierte la aplicación del freno en una cosa más que los pilotos deben decidir hacer. ¿Vale la pena la carga cognitiva de los pilotos?

Las fallas de motor de cualquier tipo son raras y, como sucedió con este incidente, a menudo se pueden sobrevivir. No vale la pena el costo de diseño, costo de material, costo de peso, costo de mantenimiento o costo de capacitación para tener un dispositivo de bloqueo de turbina.

En este caso, lo único que habría logrado un freno es la reducción de la vibración. Con uno de los dos motores apagados, los pilotos aún habrían traído el avión para un aterrizaje temprano y no habrían continuado hacia su destino planificado.

Si bien este vuelo no estaba bajo la jurisdicción de los EE. UU., los motores Rolls Royce Trent 700 utilizados en la aeronave aún deben cumplir con las regulaciones de la FAA, aunque solo sea por el hecho de que las aeronaves A330 vuelan en los Estados Unidos. En particular, 14 CFR Parte 33 se titula "Estándares de aeronavegabilidad: motores de aeronaves", y dice lo siguiente en §33.74 Rotación continua :

Si alguno de los sistemas giratorios principales del motor continúa girando después de que el motor se apague por cualquier motivo durante el vuelo, y si no se proporcionan los medios para evitar que continúe girando, entonces cualquier rotación continua durante el período máximo de vuelo y en el vuelo condiciones que se espera que ocurran con ese motor inoperativo, pueden no resultar en ninguna de las condiciones descritas en §33.75(g)(2)(i) a (vi) de esta parte.

Los puntos descritos en §33.75(g)(2)(i) a (vi) son:

i) No contención de desechos de alta energía;

(ii) Concentración de productos tóxicos en el aire sangrado del motor destinado a la cabina suficiente para incapacitar a la tripulación o los pasajeros;

(iii) Empuje significativo en la dirección opuesta a la comandada por el piloto;

(iv) fuego descontrolado;

(v) falla del sistema de montaje del motor que conduce a la separación inadvertida del motor;

(vi) Liberación de la hélice por el motor, si corresponde;

Dado que no puedo encontrar ninguna documentación que demuestre que el Trent 700 tiene un dispositivo de bloqueo del rotor, debe estar diseñado para cumplir con estas normas. La vibración no figura como una de las condiciones peligrosas. Es cierto que la vibración puede ser peligrosa, pero eso es más para un motor en marcha, y existen sistemas de monitoreo de vibración para apagar un motor que funciona mal.

Sin duda, otros organismos reguladores tienen requisitos similares. Elegí la FAA porque es la que más conozco.

Sí, las hélices pueden emplumar, una característica que se requiere para entregar empuje en una amplia gama de velocidades aerodinámicas. Las hélices de palas fijas tenían un problema con la entrega de un buen empuje de despegue o con la limitación de la velocidad máxima de la aeronave. Las hélices de paso variable se inventaron antes de la Segunda Guerra Mundial y se implementaron ampliamente debido a las limitaciones de las hélices de pala fija.

Los turboventiladores tienen un disco de ventilador dentro de una cubierta, que desacelera el aire antes de que golpee las aspas del ventilador. Esta configuración se puede optimizar para condiciones de crucero y aun así ofrece un buen empuje de despegue. El núcleo del motor a reacción entrega parte del empuje de despegue directamente. El ventilador es de paso fijo porque puede serlo: un mecanismo de paso variable, o un freno, agrega costo y complejidad. La mayoría de los aviones de pasajeros actuales tienen estos motores, incluido el A330.

Sin embargo, cuanto más grande es el ventilador en un turboventilador de derivación, más eficiente es, y un ventilador grande de paso fijo comienza a tener los mismos problemas que una hélice de paso fijo. Así que ahora se están desarrollando grandes turboventiladores de paso variable de derivación, por ejemplo, el Rolls Royce Ultrafan .

El ventilador de paso variable en realidad no es una idea nueva, Turbomeca desarrolló el Astafan en la década de 1960.

El windwilling de cualquier ventilador, de paso variable o no, no es malo per se:

• Se puede reiniciar un motor de molino de viento, prioridad 1 en un motor sin daños.
• Los motores de molinos de viento tienen menos arrastre que los motores no rotativos y menos empuje asimétrico de los motores restantes para recortar.

Si se puede demostrar que un motor de molino de viento con una aspa de ventilador rota solo causa molestias leves y no más catástrofes, y que la incidencia es muy rara, entonces no hay ningún problema real que resolver.