Os avións guiaranse polo impulso do motor

2000/06/01 Kortabarria Olabarria, Beñardo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Garraioak
• Aeronautika

O programa de caza EF-2000 é o maior proxecto militar de cooperación que se puxo en marcha e case finalizado en Europa até a data. Máis de 400 empresas de Alemaña, Reino Unido, Italia e España traballan en directo no consorcio Eurofighter (British Aerospace (Reino Unido), DASA (Alemaña), Alenia (Italia) e CASA (España) que realiza o avión. Os primeiros avións da serie EF-2000, motores 148 e 363, realizaranse no ano 2001 e voarán no ano 2002.

O motor EJ-200 impulsará o avión de caza EF-2000 e o seu desenvolvemento é responsabilidade do consorcio Eurojet, Rolls Royce (Reino Unido), MTU (Alemaña), Fiat Avio (Italia) e Industria de Turbo Propulsores (ITP) de Zamudio. A construción do motor está distribuída e a empresa de Zamudio está a fabricar a tolva converxente-diverxente, o difusor de fugas da turbina, a carcasa do tubo de desvío, a carcasa do quemador posterior e os tubos e cables exteriores do motor.

Está claro que as empresas máis potentes do sector da aviación en Europa decidiron seguir o camiño da colaboración. Non tiveron máis remedio que afrontar a competencia. As empresas europeas teñen que competir con empresas estadounidenses e paira iso terán que construír motores con baixo impacto ambiental e con bo prezo sen fallos.

Os expertos prevén un crecemento do sector da aviación no próximos vinte anos e detéctase que a actual competencia intercontinental será substituída pola cooperación entre os continentes, incluídos Asia. Paira este futuro, ITP traballou e traballa cos principais produtores de motor do mundo: EJ-200 (Rolls Royce, MTU, Fiat Avio); Trent (Rolls Royce); 501K e 601K (Allison); Atar 9K50 Plus (Snecma); BR710 e BR715 (BMW-RR); Xeneral Fiat; 25Tfal.

Toda esta experiencia e, sobre todo, o camiño percorrido no desenvolvemento do proxecto da tobera do motor EJ-200, permitiron a ITP iniciar un novo proxecto que practicamente culminou: Tolva vectorial paira o motor EJ-200. Este proxecto foi considerado como traballo de I+D e non forma parte do programa actual do motor EJ-200.

Nova tolva

A tolva é a parte final do motor de reacción dos avións. Nas tolvas convencionais, o gas procedente da turbina expándese na tolva, polo que a medida que baixa a presión aumenta a velocidade dos gases de escape. Por tanto, o aire salgue a unha velocidade superior á entrada. Así xorde o empuxe que move o avión cara adiante. As toberas vectoriales teñen a mesma función: aumentar a velocidade do gas que salgue da turbina paira aumentar o empuxe do motor, pero ademais poden conducir a dirección do gas.

Por tanto, o avión pode utilizar o mesmo empuxe paira controlar e manobrar o voo. O uso do impulso paira controlar o voo non é una idea nova, pero até o momento non se puido levar a cabo debido á falta de tecnoloxía e materiais adecuados. Hoxe en día en Europa non hai avións que utilicen a tobera vectorial, mentres que noutros lugares existen. Segundo o movemento distínguense dous tipos de tolvas vectoriales: 1) Toberas vectoriales 2D: capaces de facer movemento de esquerda a dereita. 2) Toberas vectoriales 3D: aquelas que permiten o movemento de esquerda a dereita e de arriba abaixo ou abaixo cara arriba. En xeral, a tecnoloxía das tolvas vectoriales pode utilizarse con calquera turboreactor ou turbofán. Con todo, as toberas vectoriales existentes na actualidade utilízanse en avións de reacción militares de postcombustión. No futuro prevese que esta tecnoloxía se utilice tamén en avións con outro motor de reacción.

Uno dos problemas máis graves das toberas vectoriales que se deseñaron até o momento foi atopar un accionamiento capaz de despregar e pechar a parte converxente e diverxente da tobera e, ao mesmo tempo, dirixir a tolva cara a diferentes direccións. Por iso, todas as toberas vectoriales existentes utilizan un sistema de actuadores paira cada función, dúas por tanto. Ademais de atopar un sistema de bo peso, prezo e tamaño paira poder cumprir co papel da tobera vectorial, até agora foi un gran problema. A maior innovación tecnolóxica da tobera deseñada en ITP atópase no sistema de actuadores. Precisamente porque ten un único sistema de accionamiento, neste caso hidráulico, paira realizar todas as tarefas da tobera vectorial. Co mesmo accionamiento contrólase tanto a sección converxente da tobera, que é o lugar no que se decide a entrada de gas, como o diverxente, que é o punto no que se decide cara a onde se envía o gas. Está claro que isto pode ter una gran influencia no peso, custo e eficiencia do motor en xeral. Paira mellorar este aspecto da investigación, actualmente en ITP está a traballarse con novos materiais, ademais de en probas de voo e en tarefas de lanzamento da tolva.

Percorrido 10 anos

Segundo o devandito, pódese pensar que o proxecto da tobera vectorial está terminado, pero non é así, aínda que percorreu un longo camiño, aínda queda por facer. O proxecto propiamente devandito comezou en 1990. Durante o cinco primeiros anos do proxecto patentouse a idea, realizouse o deseño conceptual e construíuse a maqueta. ITP contou naqueles anos coa colaboración da empresa alemá DASA no ámbito da consultoría, que é un potente impulsor da tecnoloxía asociada á tobera vectorial.

Una vez feito isto, procedeuse ao deseño aerodinámico. Ao mesmo tempo, até atopar o máis adecuado, procedeuse á selección dos materiais lixeiros necesarios paira facer realidade o proxecto da tolva vectorial. En xeral, a maior parte das partes da tolva están formadas por aliaxes de titanio e níquel.

Nos primeiros meses de 1997 púxose en marcha o deseño do prototipo de tolva vectorial paira ensaios. E é que querían empezar a facer probas o ano que vén.

Antes de comezar as probas, con todo, había algo que facer. Estaban destinados á fabricación de compoñentes da tobera vectorial, así como aos actuadores que lle daban movemento á tolva. Baixo as ordes de ITP foron realizadas pola empresa madrileña CESA. Non só iso, senón que ademais da fabricación de compoñentes e actuadores, tamén se comprobou a súa correcta resposta, xa que se realizaron varias probas.

O ano 1998 foi un ano importante paira o proxecto da tobera vectorial, xa que naquel ano acabáronse varios traballos xa iniciados. Inicialmente desenvolveuse o sistema electrónico de control da tolva vectorial. Posteriormente realizouse a integración da tolva vectorial no motor EJ-200. Finalmente, os sistemas de control probáronse nun simulador de voo virtual. Os traballos foron realizados pola empresa alemá MTU, única socia de ITP neste proxecto. A empresa MTU tamén se encarga do control electrónico do motor no consorcio Eurojet paira a execución do motor EJ-200 orixinal. Una vez desenvolvidos os compoñentes, os actuadores e o sistema de control, realizouse a montaxe e instrumentación da tolva.

Ademais de nos simuladores, antes das probas que se realicen nos voos antes de saír ao mercado, é necesario realizar probas de terra no taller. A pesar de que estas probas se realizan en bancos de ensaio previamente preparados, debido a que o proxecto da tolva vectorial é especial, houbo que adaptar o banco de ensaios. Una vez preparado o banco de ensaios realizáronse os tests a realizar no chan, colocando a tolva en diferentes situacións que tería nun voo real. Nestas probas obtivéronse datos que acreditaban o correcto funcionamento da tobera.

Despois de máis dun ano desde a realización dos tests terrestres, o seguinte paso será realizar as probas en voos reais, xa que antes de empezar coa produción é imprescindible probar a tecnoloxía voando. Por último, loxicamente, o produto debería comercializarse. De momento parece que o mercado será único, o militar. Se responde correctamente nos avións militares, non cabe dúbida de que no futuro esta tecnoloxía poderase utilizar tamén na sociedade civil.

Ao iniciar o proxecto, o obxectivo principal de ITP, loxicamente, era facer negocio, pero non era o único. Os pasos que se deron até o momento permitiron demostrar en ITP que a tecnoloxía das toberas vectoriales pode ter futuro, o que permitiu aos potenciais clientes do futuro. Desde o punto de vista técnico, o traballo realizado ha permitido a ITP ampliar os seus coñecementos sobre as toberas vectoriales, calibrar os seus sistemas de cálculo e traballar con sistemas hidráulicos paira accionamientos -no proxecto orixinal EJ-200 a tobera é responsabilidade do ITP, pero o sistema hidráulico e os actuadores son responsabilidade de Fiat Avio, mentres que no proxecto de tobera vectorial, o sistema hidráulico e accionador son responsables de PD.

A predición pode ser demasiado perigosa, pero si avánzase no camiño das toberas vectoriales, é posible que o control dos avións futuros e a capacidade de manobrar teñan pouco que ver cos actuais.