Abioitan helizeak berriro

Hamilton Standard etxearen azken emaitza. Propultsio-helize bikoitz honek (2x6 hegats) 3,5 metroko diametroa du. 11.000 zaldiko turbinaren eraginez, aurten hegan egingo du.

Abioigintza, benetan alor harrigarria da. Arrakastaz erabili izan den zenbait teknologia, halako batean zokoratu egingo dute, eta zenbait urtetan ilunpetan egon ondoren, bertute berriez jantzirik pil-pilean jarriko dute berriro. Horrelako zerbait ari zaio gertatzen globo gidagarriari; zenbait globozaleren eskutik modan jartzez ari bait da azken aldian.

Antzeko zerbait gertatu zaio helizeari. Egia da oraindik ez dela abioitatik erabat desagertu, baina bide horretan abiatua zen. Orain ordea, ikerketa-laborategitan bapatean ugaltzen hasi dira eta mila modutako saioak jasaten ari da. Diotenez gainera, garraio-abioitan maiz ikusiko ditugu hemendik aurrera. Baina guzti horrek funtsik baldin badu, zer ari da gertatzen ikerketa-laborategitan? Helizearen iraultzaren atarian gaudela egia ote da?

Lehen abioiek, helizeari esker hegan egin dute. Hori bait zen zilindrozko motorearen indarra propultsio bihurtzeko sistemarik egokiena; egokiena eta bakarra ere bai mende honen hasieran.

Baina 1939.ean, ehizegazkin aleman batek 700 km/h abiadura pasa zuenean, helizezko propultsioaren mugak nabarmentzen hasi ziren. Minutu gutxi batzuetan motorea gehiegi berotzen zen eta hozketa-sistemak ezin zuen arazoa konpondu.

Helizearen hegatsak airea jotzeko duen abiadura, biraketa- eta translazio-abiaduraren konbinazioa da; gero eta handiagoa hegatsaren muturrera hurbildu ahala.

Soinuaren abiaduraren inguruan (Mach 1en inguruan) 330 m/s edo 1190 km/h abiaduran eta itsas mailan, hegatsaren ondoko airearen fluxuak perturbazio konplexuak jasaten ditu airearen konprimagarritasuna medio: talka-uhinak agertzen dira, lorratz aerodinamikoa asko hazten da, esfortzu aerodinamikoen indar ordezkariaren aplikazio-puntua desplazatu egiten da eta 0,7 Machetik gora airearen fluxua eta errendimendua kalitatez jaisten hasten dira. Labur esanda, helize klasikoa duen hegazkina 0,65 edo 0,7 Machetik aurrera oso gaizki ibiltzen da.

Hegazkin honetan, 7 tona indarreko turborreaktore baten ordez 11 tona indarreko hegats bikoitzeko helizea (3,6 metro diametrokoa) ipini da. Foto hau iazko abuztuan aterea da. Aurten, MD-80 birreaktorean ipiniko dute honelako helizea.

Bigarren mundu-gerran, alemanek errekazio-abioak seriez fabrikatzen hasi ziren, baina horretaz gain airearen fluxu sonikoak birsortzeko tunel aerodinamikoa ere egin zuten. Tunel aerodinamiko hau, Austrian egitekotan ziren, baina azkenean Frantzian eraiki izan zen Modane-Avrieux-en. Zortzi metro diametroko zuloan, soinuaren abiadura lortzen du aireak, eta berrogei urte geroago, sekula baino erabilgarriagoa da orain helize azkarrekin saiakuntzak egiteko.

Baina gatozen helize eta hegats hauek nolakoak diren ikustera. Injineruek erabaki zutenez, hegatsek meheak eta zorrotzak izan behar zuten; muturra gutxi biribildua zutenak. Izan ere hegaldian abioiaren abiaduran potentziak adina garrantzi dute hegoen aerodinamikak eta helizeak.

Soinuaren abiadura gainditzearren, helizea alde batera utzi behar izan zuten eta hegazkinen hegoei forma egokiak eman zizkieten. Beraz, gezi-formako hegoak zituzten turborreaktoreak agertu ziren. Horiek izan dira orain arte jaun eta jabe. Gerra-abioitan ere, abiadura eta potentzia lortzearren, oso erabiliak dira.

Turborreaktore hauek bazuten eta badute ordea akats handi bat: kontsumo ikaragarria. Kilo bat indar ordubetean egiteko, kilo bat erregai behar dute, eta horrek zenbait abioitan bost tona orduko esan nahi du. Material asko eta ordu luzetan egin beharreko garraioetarako beraz, turboerreaktoreek erregai gehiegi xahutzen zuten.

Urteetan zehar, fluxu bikoitzeko eta gero eta errendimendu hobeko turborreaktoreak agertu ziren, eta azkenean, helizearen erabilpenera itzultzen ari dira. Dena den zenbait kasutan helizea gas-turbinaz eraginik beti erabili da; karga txiki eta ertaineko garraio-abioitan adibidez.

Baina helizeari oztopo asko ikusi zaio orain arte: bibrazioak, pisua, zarata, konponketa garestia, translazio-abiadura mugatua, etab. Helizeak bazuen hala ere abantaila handi bat: kontsumo txikia. Baina erregaia merke zegoenez, abioien erabilpen-gastuetan eragin txikia zuen eta ez zen kontutan hartzen. Baina fluxu bikoitzeko turborreaktoreak garatzeari ekin ziotenean agertu zen helizea berriro.

General Electric/SNECMA-ren UDF abioi honek, turborreaktore normalek baino %25 gutxiago erretzen du.

Turborreaktore hauetan, turbinaren parte batek aire hotza botatzen duen haizagailuari eragiten dio. Aire hotz hau, atzera botatzen du haizagailuak, baina gas-turbinak motorearen erditik botatzen duen gas berozko zorrotada baino askoz ere abiadura txikiagoz.

Higidura-kantitatearen printzipio fisikoa aplikatuz, propultsio-errendimendua aire-kantitate handia abiadura txikian jaurtikita hobea dela ikusten da. Abiadurak beti ere translazio-abiadura baino handiagoa izan behar du, noski.

Praktikan, fluxu bikoitzeko turborreaktoretan propultsio-errendimendua hobea da disoluzio-koefizientea handiagotzen den neurrian. "Disoluzio-koefizientea", haizagailuak botatako aire-kantitatearen (aire hotza) eta gas-turbinak jaurtikitako aire-kantitatearen (aire beroa) arteko erlazioa da. Horregatik, disoluzio-koefiziente handiak nahi izaten dira.

Kontutan hartu behar da ordea haizagailu handia astuna dela, eta kanpoko euskarri zirkularra ere bai. Horrek gainera, beste oztopo aerodinamiko bat ezartzen du abioian. Horregatik, irtenbide desberdinak hartu dira abioi desberdinetan. Fluxu bikoitzeko turborreaktoreak dituen gerra-abioiaren disoluzio-koefizientea, 0,25 eta 1 bitartekoa da; entrenamendu-abioietako motoreetan berriz, 1 eta 3 bitartekoa, eta oraingo garraio-abioitakoetan 4 eta 6 bitartekoa. Turbopropultsoreetan, helizearen diskoa zeharkatzen duen aire hotzaren fluxua eta turbomotorearen aire beroarenaren arteko erlazioa, 40 eta 60 bitartekoa izan daiteke. Horrek berekin duen erregai-aurrezpena beraz, oso kontutan hartzekoa da; batzuetan erabilpen-kostuaren %40 erregaitan xahutzen dela gogoan izanik berriz, zer esanik ez.

Petrolioaren prezioak gora egin zuenean, kontsumoari begiratzen hasi ziren injineruak. Hegazkinaren forma aerodinamikoa hobetuta, kontsumoa %10 jaistea lortu dute. Gas-turbinatan tenperatura eta presio handiagoak erabilita, beste %10 inguru, etab. Hurrengo urteetan material berriei (arinagoei) esker beste %10en bat aurreztea ere espero da.

Injineruek, sistema guztiak landu dituzte kontsumoa jaistearren eta horietako bat helize berriena izan da. Arazorik latzenetakoa, hegatsei forma egokia ematea da. Horretan aurrerapen handiak egin ditu NASAk eta Hamilton Standard-ek. Hauek "propfan" (fan = haizagailua) izenez bataiatutako helize ultrasonikoa diseinatu dute.

UDFren motorearen ebakidura ikusten da. Bi turbina mantso mailakatu, 1200 b/min abiaduraz biratzen dira. Hegats biragarriak dituzte kanpokaldean. Ez dago beraz erreduktorerik.

Lehen saiakuntzak, tunel aerodinamikoan egin ziren eta aerodinamikaz gain helizeak ateratzen zuen zarata ere aztertu zuten. Lortutako emaitza onek, abioigile bat baino gehiago bultzatu dute propfan sistema aztertzera. General Electric etxeak bere UDF (Un Ducted Fan) hegazkinean gas-turbina eta propfan bikoitza erabiltzen du. Boeing etxeak ere aditzera eman du 1992.ean 150 plazako antzeko "7J7" eredua aterako duela. Douglas eta Lockheed etxeek beren interesa agertu dute propfan-aren inguruan.

Propfan-aren eredu desberdinei begira, ia guztiak bikoitzaren aldekoak dira, bakunaren ondoan errendimenduan %8 edo 10eko aldea dagoelako. Helizearen inguruan eraztun finkoa jartzea ala ez jartzea erabakitzerakoan ordea, guztiak ez daude hain ados. Kanpo-eraztundun propfan-a, seguruagoa da. Errendimendu hobea izateaz gain, hegats bat hautsita ere kalteak txikiagoak izango lirateke. Kanpo-eraztunarekin bestetik, helize ultrasonikoaren efektu akustikoak desagerterazi egiten dira. Efektu akustiko hauek, helizearen hegatsen inguruko paretetan nekea sor dezakete. Horregatik, propfan libreak (kanpo-eraztun gabeak), abioiaren atzekaldean bakarrik ipin daitezke. Eraztundunak ordea, edozein tokitan ipinita ere ez dituzte arazo horiek sortzen. Gainera eraztunari esker propfan-aren diametroa txikiagoa izan daiteke errendimendu hobea duelako.

Kanpo-eraztunak bere desabantailak ere baditu ordea. Pisua du eta konponketak erraz egiteko oztopo da. Baita hegazkinaren aerodinamikarentzat ere. Horregatik Boeing eta Douglas etxeek, eraztunik gabeak eta abioiaren atzean ipinitako propfan-ak aukeratu dituzte.

Beste aukera bat, turbina eta helizeen abiadurarik egokienak lortzeko erreduktore bat ipintzea da. Baina erreduktorea astuna da eta lekua behar du. Gainera potentzia zurgatzen du, hoztu egin behar da, etab. Guzti hori kontutan harturik, eritziak erdibanaturik daudela dirudi: batzuk errendimendu onaren zale dira, eta besteak berriz sinpletasunaren zale.

Erreduktorerik ez badago, propfan-ak zuzenean turbinako gurpilei lotzen zaizkie, eta horregatik, motore-armazoiaren atzeko aldean. Erreduktorea baldin badu ordea, helizeak aurrean ipin daitezke turbopropultsore klasikotan bezalaxe, eta turbinako gas beroak ez du hegatsen oinik ukituko.

NASAren eraginez, Allison, Hamilton Standard eta Lockheed bildu egin dira propfan bakuna, kanpo-eraztunik gabea eta 3 metro diametrokoa frogatzeko. 6.000 zaldiko turbomotre batek eragingo dio erreduktorea duen propfan honi. Lurrean saiakuntzak egiten ari dira jadanik eta airean ere, hegazkinari ipinita, berehala hastekoak dira.

Rolls-Royce-k, 20 edo 25 tonako indarretarako turbina mantsoak proposatzen ditu; erreduktorerik gabeak eta kanpo-eraztundunak, errendimendua hobetzearren.

General Electric etxea berriz, 1985.ean SNECMArekin elkartu zen eta 3. irudiko propfan-a garatu dute. Hauek 1990. urtean propofan sistemaz abioiak normal egitea espero dute.

Alemanian eta Frantzian ere hasi dira propfan-ekin saioak egiten. Baina Europan agian arlo honetan aurreratuena dagoena Rolls-Royce britainiarra da. Irtenbide desberdinak proposatzen ditu etxe honek. Honako hauek hain zuzen:

4 eta 11 tona bitarteko propultsio-indarretarako, propfan bikoitza, kanpo-eraztunik gabea eta erreduktoreduna.
11 eta 18 tona bitarteko propultsio-indarretarako, errotore bakarrekoa, kanpo-eraztunduna eta erreduktoreduna.

• 20 tona inguruko propultsio-indarretarako, propfan bikoitza, kanpo-eraztunduna eta erreduktorerik gabea.

Saiakuntza guzti hauen ondorioz, 0,8 Macheko abiaduraz azpitik propfan sistemak arrakasta izango duela esan daiteke. Helizearen bigarren aroa hastear dago beraz.