¿Qué impulsa y/o permite el cambio a turboventiladores de derivación superior en los aviones de pasajeros?

Nota: De ninguna manera soy un experto en nada de esto, solo tengo curiosidad.

Parece haber una tendencia general hacia relaciones de derivación cada vez más altas en los motores de aviones comerciales. (Estoy pensando aquí en aviones de tamaño 737/A320 y más grandes).

Entiendo por qué sucede esto (eficiencia de combustible y ruido). Pero, ¿qué ha dictado el extraño ritmo del desarrollo?

Obviamente, desde el principio hubo un impulso hacia un desvío más alto. Por ejemplo, los motores P&W JT8D introducidos en 1962 funcionaban a 0,96:1, mientras que, solo unos años más tarde, en 1966, el JT9D funcionaba a 5:1. Todo un salto.

Pero luego me parece que se asentó alrededor de 5-6:1 durante 25 años. El próximo gran salto parece ser el GE90 en el que funciona a 9:1. Eso fue en 1992 y luego volvió a establecerse en gran medida en 9-10:1 durante un par de décadas más. El último salto (más pequeño) parece ser el PW1000G a 12:1.

¿Qué ha causado tales saltos repentinos y mesetas? ¿Por qué tampoco ha habido una progresión más lineal desde la década de 1960 hasta ahora? ¿O una progresión mucho más rápida hacia las proporciones que vemos hoy? Obviamente son deseables.

Puedo imaginarme a los ingenieros de P&W mirando el JT9D a mediados de la década de 1960 y pensando "bueno, pasamos de 1:1 a 5:1 de una sola vez. ¡Vamos a por 10:1 a continuación!". Pero eso no sucedió. Parece que su siguiente gran motor de avión fue el PW2000, 20 años después, con una relación de 6:1.

  • ¿Se debió a limitaciones técnicas o de fabricación?
  • ¿Ha cambiado el énfasis en ciertas características de rendimiento? Por ejemplo, asentarse más permanentemente en la economía sobre la velocidad.
  • ¿Es simplemente que las flotas se estabilizaron alrededor de ciertas aeronaves y no se necesitaron/desearon nuevos motores durante mucho tiempo?

El último punto parece muy plausible. Aun así, el 747-8, el 737-MAX y el A320neo, si bien son comparables a sus antepasados ​​en tamaño y función, han dado saltos repentinos de motores 5-6:1 a 10-12:1. Eso se siente como algo que posiblemente podría haber sucedido antes o más gradualmente.

Por supuesto, sé que la relación de derivación no es la única métrica interesante para un motor, pero es notable, incluso para el ojo inexperto; los motores son simplemente cada vez más grandes. Pero también es por eso que estoy preguntando sobre el ritmo de desarrollo, ya que "hacer que el ventilador sea más grande" parece un paso obvio (sé que hay más, pero aún así). También parece algo que es más probable que suceda gradualmente, en lugar de a borbotones.

Nuevamente, no soy un experto, solo he estado buscando en Google. Pero puede que me haya perdido algo básico.

su declaración sobre el P&W JT8D me deja en duda sobre mi comprensión de la relación de derivación. ¿Cómo puede ser <1:1?
Y también me pregunto por qué '@Flambino' sigue desapareciendo al principio de mi comentario... Debe ser una peculiaridad de la aplicación de iPad con la que trabajo.
@RobVermeulen How can it be <1:1?Si pasa más aire a través del núcleo que a su alrededor. Por ejemplo, con un motor 5:1, cinco veces más aire rodea (puentea) el núcleo que el que pasa a través de él. Con un motor 0.2:1, sería lo contrario: cinco veces más aire que el que circula. Y: No es tu iPad. Como estás comentando mi pregunta, la @flambinoparte está implícita: Veré tu comentario automáticamente. Solo necesita la @ si su comentario está dirigido a alguien que no sea el propietario de la publicación.
¡Gracias Flambino, por hacerme más sabio en dos temas a la vez! No me di cuenta de que siempre hay aire pasando por alto el núcleo, obviamente, y que es parte del cálculo de la relación.

Respuestas (1)

Para obtener una pista, observe la evolución del precio del petróleo:

Gráfico histórico del precio del petróleo

Gráfico histórico del precio del petróleo ( fuente )

Si bien el primer desarrollo en la región 5:1 es anterior a la primera crisis del petróleo (1973) y fue impulsado por el ahorro de combustible, una mejor autonomía y un menor ruido del aeropuerto, el siguiente paso lo inició la segunda crisis a principios de la década de 1980. Se tardó una década en desarrollar los motores y los aviones que pudieran adaptarse a ellos, por lo que la combinación Boeing 777 - GE90 apareció en 1995 en una época de caída de los precios del petróleo.

La siguiente ronda solo se inició después de la invasión estadounidense de Irak, que hizo que los precios del petróleo se dispararan a partir de 2003. Una vez más, los motores tardaron una década en estar disponibles, pero ahora el aumento del diámetro es menos drástico y los diseños existentes pueden equiparse con ellos ( A320neo , 737MAX ).

Antes de principios de la década de 1960, la relación de derivación no podía crecer más porque

La primera crisis del petróleo de 1973 inició el desarrollo del motor propfan sin conductos (UDF), que se ha visto frenado por problemas de ruido. Nuevamente, tomó alrededor de una década hasta que pudo salir al aire.

Motor GE36 UDF instalado en el MD-81

Motor GE36 UDF instalado en el MD-81 ( fuente de la imagen )

El desarrollo de un nuevo motor lleva más tiempo que el de un avión, por lo que cada vez que se necesitaba un gran impulso, desencadenado por un salto sustancial en los precios del petróleo, se iniciaba el desarrollo de una nueva generación con una relación de derivación significativamente mayor. Una vez que la tecnología del motor estuviera lista y certificada, se incorporaría rápidamente a muchos modelos, porque la mejor economía de combustible obligaría a todos a actualizarse.

Naturalmente, el precio del petróleo es una causa fundamental, pero no había tenido en cuenta el tiempo de desarrollo. Ciertamente tiene sentido. Así mismo la parte de motores evolucionando de aplicaciones militares y su colocación en la aeronave. Aún así, me parece divertido que no haya habido un impulso más continuo hacia motores de derivación más altos, dado que una mejor eficiencia de combustible y un ruido más bajo suenan como una situación en la que todos ganan, independientemente de los precios del petróleo. Aunque supongo que lo mismo es cierto para los autos, lamentablemente.
@Flambino: Sí, es beneficioso para todos, pero los fabricantes primero tuvieron que superar el obstáculo para comenzar el desarrollo. Esto necesitaba el dolor de precios del petróleo mucho más altos. Una vez que los motores estuvieron disponibles, todos los aviones nuevos tuvieron que usarlos para seguir siendo competitivos. Es por eso que casi no tienes movimiento y luego un salto repentino.
De nuevo: tiene mucho sentido. Simplemente no puedo evitar encontrar un artefacto económico extraño que los fabricantes de motores y/o los fabricantes de aeronaves no hagan el cambio incremental ocasional por su cuenta. Creo que el término comercial es "proactivo". Claro, si los clientes exigen una mejor eficiencia de combustible debido a los precios del petróleo, entonces sucederá, pero también podría ver a las empresas superándose entre sí con más frecuencia en lugar de permanecer al mismo nivel que lo han hecho.
@Flambino: Lee a Dilbert y todo debería quedar claro. Todas las empresas involucradas están dirigidas por gerentes, no por visionarios con visión de futuro.
Es tan malo, ¿eh? Sí, supongo que lo es. Es un contraste divertido con otras industrias, donde las empresas habitualmente entran en competencias (a menudo ridículas) por cosas que los clientes realmente no han pedido (por ejemplo, televisores 4K cuando hay poco o ningún contenido para ellos). Tampoco es exactamente algo visionario, sino algo así como el resultado opuesto.
También hay un elemento del hecho de que si acaba de actualizar a un motor 5: 1, es probable que no tenga prisa por cambiarlo por un motor 6: 1 un año después debido a que el costo/beneficio no está alineado. hasta. Sin embargo, cambiar eso 5 años después por un 9: 1 es una historia diferente, ya que obtiene más beneficios y está más cerca del momento en que tendría que reemplazarlo de todos modos (es decir, menos costo irrecuperable)
@JonStory Oh, ciertamente (aunque son más como 25 años entre intercambios). Esa fue mi propia teoría para esto; los portaaviones se apegan a ciertos modelos de avión y motor, dictando así el desarrollo (o la falta del mismo). Tiene sentido para los transportistas. Pero hay muchos portaaviones, al menos desde la década de 1980, por lo que incluso si el portaaviones A se apega a su flota de motores 5:1 durante la próxima década, el portaaviones B podría estar buscando aviones nuevos y relucientes. Así que uno pensaría que habría un mercado para un motor 6:1, y luego uno 7:1, y así sucesivamente. En cambio, todos compran las mismas cosas durante 25 años, o más.
@Flambino: con bienes de consumo como televisores 4k no es necesariamente importante que alguien los haya pedido. Mientras suene genial y prestigioso, algunas personas se convencerán de que lo quieren solo porque está disponible, incluso si realmente no tiene sentido. Por lo tanto, ofrecer tales productos significa una ganancia financiera inmediata para los fabricantes de televisores, etc. OTOH, si sus clientes son compañías como las aerolíneas, cada gasto se verificará minuciosamente para ver si realmente tiene sentido desde el punto de vista económico.
@leftaroundabout Oh, sé que la televisión 4K no es una gran comparación por varias razones. Pero todavía encuentro divertido el contraste. Para la electrónica de consumo es en gran medida "la invención es la madre de la necesidad", y alguien siempre comprará lo último, tenga o no sentido. Y para el mundo de las aerolíneas es exactamente al revés, extremadamente. Parece que a todo el mundo le gustaría construir/comprar nuevos motores con más frecuencia, pero es solo un punto muerto, con ambas partes conformándose con lo mismo durante décadas, hasta que surge algo más para romper el punto muerto.
@Flambino: lo probado funciona. Si toma una nueva ruta, debe obtener la certificación y aceptación del nuevo dispositivo por parte de una fuerza laboral escéptica. Cuando la seguridad cuenta, ¡Oh... brillante! no será suficiente
Ese UDF es un motor de aspecto malo.
Las raíces de las alas del Comet no fueron en realidad un problema de diseño para el Rolls-Royce Conway, ya que el Comet impulsado por Conway (el Comet 5) debía tener motores en cápsula, en lugar de los motores enterrados del Comet 1-4.
@Sean Cuando comenzó el desarrollo de Conway, el Comet 5 aún estaba lejos en el futuro. Rolls-Royce no pudo anticipar lo que DeHavilland planearía una década después. Además, el Victor fue una razón importante para mantener baja la relación de derivación, y nunca se puso en marcha ninguna versión con motor podded del Victor.
¿Qué impulsa y/o permite el cambio a turboventiladores de derivación superior en los aviones de pasajeros?
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