Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Aviones, helicópteros y demás medios aéreos.

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Turborreactores alemanes SGM, el programa oficial II

Notapor Quinto_Sertorio el Sab 24 Ene 2009 14:43

Además de las cuatro clases previstas y anteriormente citadas, la previsión oficial del T.A.; era que a partir de la segunda clase, se siguiera una línea paralela, para la realización de turbohélices; que estarían basados directamente en los modelos de turborreactor, pero con una etapa adicional de turbina (dos en el caso de la clase IV), que estaría encargada de mover la reductora de las hélices. Walter Brisken y Emil Waldmann, miembros del departamento de Schelp, realizaron un amplio trabajo en este sentido. Tengamos en cuenta, que los turbohélices, se caracterizan aún hoy, no por la velocidad que proporcionan al aparato (las características aerodinámicas de las hélices no lo permiten), sino por su eficiencia a velocidades medias. Estos turbohélices (ya hablaremos del tema) no volaron en la SGM, pero, por ejemplo, sus diseños fueron directamente empleados por los soviéticos, para diseñar sus turbohélices, como los del “Bear”. También, hicieron estudios sobre turborreactores con flujo secundario de aire, con baja y alta derivación (turboventiladores).

El desarrollo del programa oficial sobre turborreactores, tuvo inicialmente mucho apoyo por parte de Ernst Udet, jefe del T.A., recordemos; éste, que fue un piloto de fábula, estaba siempre dispuesto la innovación técnica; pero al parecer, sus habilidades como gestor, no estaban a la altura de las que tenía a los mandos de un aeroplano. Eso, y la situación que vislumbraba para Alemania, condujeron a su suicidio el 17 de noviembre de 1941. A partir de entonces, las decisiones sobre desarrollo y producción, fueron abarcadas por Erhard Milch. Milch, con buen sentido, prefería lo bueno conocido, e incrementar la producción de aquello que ya tuvieran. Pero esto tuvo el efecto secundario de dejar en segundo plano el tema de los turborreactores, no es que se parara, pero perdió la necesaria prioridad que debió tener. Esta situación duró hasta noviembre de 1943, cuando otro entusiasta de los turbos, el Oberst Ing. Siegfried Knemeyer, fue hecho responsable del desarrollo de motores y aeroplanos en el T.A.

Knemeyer, sabía que tal y como se estaban poniendo las cosas, necesitaba una ventaja de velocidad de 150 km/h, sobre los aliados; y para conseguirla, sólo había una solución. Y presionó para ir abandonando los tipos con motor de pistón, y concentrarse en los reactores. Sin embargo, la resistencia a medida tan radical, retrasó tal medida hasta que fue demasiado tarde.

Por supuesto, sería muy discutible si para el invierno del 43, se hubiera podido tomar tal medida, y si hubiera sido efectiva en el devenir de la guerra. Como también es discutible, y debatible, la intervención del TA en esta historia, de la que sólo puedo ofrecer sus trazas básicas.

En particular, es atrayente la historia de Helmut Schelp, por un lado un personaje tremendamente brillante. Por otro, desde su posición en el T.A. capaz de tomar alguna decisión tremendamente controvertida, de las que tal vez, costaron muy caras a Alemania. Ejem… Lo veremos a su debido tiempo (es que esto es como una telenovela, hay que dejar el tema abierto para el próximo capítulo…).

Como regalo, os dejo esta imagen, de turborreactores alemanes de la clase I.

Imagen
A) BMW P.3304 de 1941
B) BMW P.3302 de 1941
C) BMW 109-003A de 1944
D) Junkers Jumo 109-004 V series, de 1941.
E) Jumo 109-004 A-0, de 1942.
F) Jumo 109-004 B-0, de 1943



Saludos
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Turborreactores Alemanes SGM: HeS 8.

Notapor Quinto_Sertorio el Vie 30 Ene 2009 20:05

El Heinkel HeS 8 (109-001) fue el primer turborreactor oficialmente reconocido por el RLM, a través del TA (de ahí su serial 001). Y su historia está indisolublemente unida a la del que fue realmente, el primer avión de combate a reacción, específicamente diseñado como tal: El Heinkel He 280. Para los lectores que se acercan con curiosidad a la historia técnica de los aviones de combate de la SGM (sin ir más lejos, su seguro servidor de Dios y de ustedes); el He 280 ha sido un gran misterio, las fechas de sus primeros vuelos, aún en etapas muy tempranas de la SGM; que aparecen en los libros sobre aviones alemanes, parecen implicar que para el año 42 los alemanes tenían ya un caza reactor. Entonces ¿por qué desapareció del panorama? Es evidente, que algo no debió ir bien, pero los manuales-guía, no suelen dar la explicación correcta. Aquí la daremos.

Básicamente, el HeS 8 era la evolución natural del HeS 3b. Si éste último había sido el intento exitoso de producir el primer turborreactor que volara realmente, el HeS 8 representó el intento de construir el primer motor a reacción, útil para la producción industrial, y para su montaje normalizado en aviones de combate. Pero su historia no fue tan feliz como la de su predecesor. En el trabajo para desarrollarlo, Von Ohain ya no dispuso de la libertad de acción de la que había disfrutado anteriormente. De hecho, Von Ohain, hubiera deseado abandonar el sistema centrífugo, para trabajar con motores de flujo axial (*). Ésta era la técnica que por varias razones era preferida por el T.A., y en particular por su “cerebro gris” Helmut Shelp. Pero, aunque parezca paradójico, desde el TA se ordenó a Heinkel que mantuviera a Von Ohain trabajando en la línea de desarrollo de motores de flujo centrífugo, como una manera de aprovechar esta línea tecnológica. Y de este trabajo derivó el HeS 8.

(*) Edito: Según datos de la wikipedia, Ohain ya estaba convencido del las bondades del sistema axial, en 1938; desde un encuentro con D. Encke, del AVA.


Y al mismo tiempo, se puso en funcionamiento una nueva línea de diseño y fabricación de motores (en su momento hablaremos de esto, aún es prematuro), en este caso de flujo axial; que para poder ser llevada a cabo, requeriría, para tener medios humanos y materiales para ello, la adquisición de otra empresa: La Hirth-Motorenwerke, de Zuffenhausen, Stuttgart. En realidad, no fue tan sencillo, puesto que mientras Shelp favorecía oficialmente la compra de otra empresa por parte de Heinkel, para aumentar su potencial en el diseño y fabricación de estos motores, el jefe directo de Shelp, Hans A. Mauch, por el contrario, lo que quería era que Heinkel cediera todo el equipo, incluyendo a Von Ohain, a la Daimler Benz, donde ya habría instalaciones e ingenieros a disposición de trabajar en el tema. Esto ocasionó ciertos problemas “políticos”, hasta que Mauch dimitió; y Ernst Udet consiguió para Heinkel todo el apoyo necesario, sin interferencias, y sin tener que responder más que ante Shelp (otoño del 39). Esto aclaró la situación en Heinkel, para proceder al diseño del HeS 8 y del He 280.

A pesar de que Ohain hubiera preferido otra cosa, la verdad es que tuvo que ponerse a trabajar en otro motor de flujo centrífugo, y de hecho pensaba que tampoco estaría mal, estimó que en 14 meses, estaría listo. Y de hecho, para abril de 1940, el primero, el prototipo V1, estaba preparado para funcionar en bancada. Se había esperado que el prototipo V2 hiciera las pruebas de aceptación, y el V3 y V4 las primeras pruebas en vuelo en el He 280. Pero las cosas, desafortunadamente, esta vez iban a ser más complejas; el motor, no daba el empuje esperado, y había problemas en la distribución de temperaturas.

El HeS 8, tenía un compresor centrífugo de 19 hojas, que estaba precedido por un ventilador axial de 14 hojas forjadas de aluminio. Edito: Para que quede claro, la función de este ventilador axial, es conseguir un flujo de aire uniforme en la entrada del compresor propiamente dicho. La turbina, de flujo “centrípeto” era también de 14 hojas, similar al compresor, pero hechas en acero. Compresores y turbina estaban montados sobre un eje tubular que las hacía rotar solidariamente. Y este eje tubular, disponía de tres cojinetes de bolas, para montarlo y evitar la fricción. La cámara de combustión anular se había situado esta vez detrás del plano del compresor, y aprovechando en parte el espacio entre éste, el eje tubular, y la turbina; de ese modo, se reducía la sección, el diámetro, del motor. En la figura siguiente, se puede apreciar la disposición general del motor, en comparación con la de su predecesor.

Imagen
(La figura de arriba representa al HeS 3b, y la de abajo al HeS 8)
1: ventilador previo al compresor.
2: Compresor
3: Turbina


En la cámara de combustión, el combustible era vaporizado por un conjunto de 16 grupos de 8 toberas, de dos longitudes distintas, para mejorar su mezcla con el aire procedente del compresor. En estos primeros prototipos del HeS 8, no había distinción entre flujo primario y secundario de aire (el flujo primario, era el que pasaba por la cámara de combustión, mientras que el secundario, la circulaba para actuar como refrigerante). La tobera era fija, y de mayor diámetro que la toma de aire, por lo que alrededor de ésta se situaban los elementos auxiliares, que eran accionados desde el eje del motor, por medio de árboles y engranajes.

Mientras las primeras pruebas con el HeS 8 empezaban, no demasiado bien, el Heinkel He 280 proseguía su desarrollo. El diseño de este avión, empezó el 20 de junio de 1939; primero una maqueta, luego diseño de verdad bajo la dirección del nuevo director técnico de la Heinkel: Robert Lusser. En septiembre de 1940 el prototipo V1 del He 280 estaba listo… Pero no sus motores. De modo que empezó una larga serie de 40 vuelos planeados, que fueron muy bien; hasta Marzo de 1941, cuando ya el HeS 8 estaba produciendo 500 kp de empuje estático, y se decidió casar, por fin, a los unos con el otro.

To be continued (en lo más interesante, claro)….

Saludos
Última edición por Quinto_Sertorio el Sab 31 Ene 2009 23:41, editado 1 vez en total
Razón: Algunas mejoras y correcciones, que no merecen un post aparte.
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Turborreactores Alemanes SGM: HeS 8 (II)

Notapor Quinto_Sertorio el Dom 01 Feb 2009 11:48

Seguimos con el HeS 8: Esta imagen representa un motor HeS 8:

Imagen

Fíjense (en la medida en que se pueda, dada la mala calidad del gráfico), en la relación y posición entre el ventilador en el conducto de entrada, el compresor centrífugo, y la turbina. También en el modo de accionar los elementos auxiliares del motor, desde el eje central del mismo.

En Marzo de 1941, dos motores HeS 8 fueron instalados bajo las alas del Heinkel He 280 V2 (c/n: 280 000 002, GJ + CA); y el conjunto voló por primera vez brevemente el 30 de marzo de 1941 (sin embargo, otras fuentes dicen el 2 de abril, y mi propia fuente, se contradice hablando del 5 de abril en la misma página donde pone 30 de marzo, en cualquier caso, es irrelevante), siendo Fritz Schäfer el afortunado piloto. Los motores se dejaron sin carenar, para evitar que las fugas de aceite, se acumularan y se pudieran incendiar; siendo ésta la situación cuando se tomó esta foto, en otro vuelo el 5 de abril:

Imagen

El He 280 era un monoplano metálico, de ala recta y gran superficie, y el empenaje de cola con dobles timones, una disposición poco habitual en este tipo de aparatos. El fuselaje portaba el combustible, y en la proa disponía de un armamento de tres cañones de 20mm. Usaba asiento eyectable, operado por aire comprimido. Y el tren de aterrizaje, era triciclo.

El 5 de abril, se realizó un vuelo de exhibición completo ante miembros del RLM (vuelo en el que se tomó la foto anterior), y significó el permiso oficial para que Heinkel adquiriera la empresa Hirth. Un éxito, en principio.

Pero el hecho, es que aunque el HeS 8 funcionaba, el empuje que daba estaba muy por debajo de lo esperado, e incluso de lo necesario, y aún no estaba a punto. Los fallos además de los ya mencionados, estaban por ejemplo: En corrosiones y quemas de los inyectores de combustible, o en la rotura de los rodamientos, como consecuencia de una mala lubricación. Además, el motor carecía de un control automático de velocidad. Von Ohain, favoreció un rediseño total, hacia una versión que se pudo denominar HeS 8B. Pero el RLM pidió seguir con los esfuerzos en el motor existente, que denominaremos HeS 8A, para conseguir la ecualización de las temperaturas en la cámara de combustión, la mejora de la lubricación y refrigeración en los rodamientos de bolas, además de la eliminación de las roturas por fatiga en la turbina. La fiabilidad fue muy mejorada, pero a pesar de ello, el empuje sólo pudo subir a 550 kp. Estos trabajos fueron muy laboriosos, y para la primavera del 42, sólo 14 motores habían sido fabricados. Heinkel estaba empezando a perder la carrera.

En el HeS 8A V15, se instaló una etapa simple de compresión axial, tras el compresor centrífugo. Y en el HeS 8A V16, se introdujo por primera vez, la utilización de un flujo de aire secundario (que no pasaba por la cámara de combustión, sino por su alrededor), y también se añadió una tobera de salida ajustable. Esta versión, junto con la V17, se probaron bajo un He 111 especialmente modificado.

En esta vista esquemática, se aprecia a simple vista la incorporación de la etapa de compresión axial en el prototipo V15:

Imagen
El V15 es el de abajo, la etapa axial, está marcada con un 4.

Mientras, este es el diagrama interno final de la versión HeS 8 V16:

Imagen
Identificando las partes:
1- Eje de accionamiento de engranajes de (2).
2- Caja de accionamiento de elementos auxiliares.
3- Soportes de la parte delantera.
4- Inductor, o ventilador axial.
5- Cojinetes de bolas anteriores (ver bolitas, se cuentan cuatro).
6- Compresor centrífugo.
7- Inyector de combustible.
8- Mezclador de aire (mezcla el flujo primario de la cámara de combustión, con el flujo secundario).
9- Turbina de flujo centrípeto.
10- Cojinete de bolas posterior.
11- Bomba de combustible.
12- Depósito de aceite, con bomba.


Hasta el verano del 42, no hubo más ejemplares del HeS 8A para pruebas con los prototipos del He 280, en particular los V3 (julio del 42) y V5 (julio del 43). Pero este último, por ejemplo, fue destruido tras un incendio en vuelo de uno de los motores, y el inevitable aterrizaje forzoso. Vemos, por las fechas, que la cosa iba ya bastante mal. Primero por los motores, evidentemente, de modo que se decidió intentar aprovechar el He 280, para hacer pruebas con los motores de Junkers jumo, los 004. Éstos se instalaron en el He 280 V2, que voló en marzo del 43 con estos nuevos motores, y más tarde los V6 y V8. Por comparación con los HeS 8A, los He 280 equipados con Jumo 004 resultaron agradables de volar, y obtuvieron con ellos, velocidades de 800 km/h a 4.000 metros de altitud. Pero resultaba evidente por varias observaciones, incluyendo las peligrosas vibraciones detectadas en la cola; que la estructura del He 280 no era lo suficientemente fuerte para utilizar este motor, que además quedaba bajo las alas, peligrosamente cerca del suelo. También se pensó en montar el BMW 003; mientras que otras pruebas con el He 280 implicaron el montaje de pulsorreactores Argus 109-014, en el He 280 V4, como parte del desarrollo de las bombas volantes V1. Durante todas aquellas pruebas, se registró la primera eyección de emergencia de un piloto, cuando un piloto apellidado Schenk tuvo que salir por piernas del He 280 V1 que estaba siendo empleado en estas pruebas con el Argus 014.

Finalmente el Heinkel He 280, junto con el desafortunado HeS 8A, fueron cancelados por el RLM, por orden directa de Erhard Milch, el 27 de marzo de 1943. Fue una decisión correcta, incluso demasiado tardía, recordemos:

(A) Los motores, no habían conseguido funcionar según las prestaciones requeridas, no daban el empuje necesario, y no eran para nada fiables, nunca consiguieron madurar a pesar de un prolongado periodo de pruebas; Para el momento en que se cancelaron había ya otras líneas de diseño mucho más exitosas.

(B) El He 280, por su parte, tenía una estructura demasiado convencional para un aparato destinado a usar los nuevos motores; y resultó ser demasiado frágil, incluso para aprovechar otro tipo de motor a reacción, y menos en condiciones de combate; especialmente, del mismo modo que con los motores, cuando había ya otras alternativas.

Saludos

PD: Creo que ya lo he puesto, pero por si acaso repito: La fuente fundamental en estos post sobre turborreactores alemanes, es el libro:

Turbojet: History and development 1930-1960. Volume 1 Great Britain and Germany

Antony L. Kay
Ed. Crowood

Obviamente, lo que voy poniendo ni es la mitad de la mitad, claro... Un libro muy recomendable, sin duda.
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Turbos alemanes SGM: HeS 9 y HeS 10

Notapor Quinto_Sertorio el Dom 01 Feb 2009 22:15

HeS 9 y HeS 10

Es obligado mencionar algo de estas dos denominaciones:

El HeS 9 fue una idea para mejorar el diseño básico del HeS 8. Incorporando un compresor “oblicuo” en vez de centrífugo, y dos etapas de compresión axial. No se construyó, pero en parte dejó su herencia en el HeS 011.

El HeS 10 (denominación oficial: 109-010) fue el primer turboventilador, diseñado a partir de un HeS 8, buscando mayor economía y eficiencia a velocidades medias.

El HeS 10 tenía un ventilador de gran diámetro, en la parte anterior del motor, que sustituía al inductor axial del HeS 8. El flujo de aire de este ventilador pasaba en parte alrededor del motor básico HeS 8, que a su vez estaba encerrado por el carenado exterior del conjunto.

El flujo de aire exterior, del ventilador, se mezclaba a la salida con el flujo de la combustión, el cual pasaba por la turbina de salida, de flujo centrípeto del HeS 8. Como ésta resultaba insuficiente para mover el ventilador, se añadió una etapa de turbina axial.

Se cree, que un ejemplar pudo ser construido junto con los ejemplares iniciales del HeS 8. Se buscaba una potencia de 900 kp a 600 km/h, a 13.500 rmp, y un peso de 500 kg

En esta imagen, como otras anteriores que he puesto, se aprecian los grandes rasgos del diseño del HeS 9 (arriba) y HeS 10 (abajo):

Imagen

Notar, que el compresor del HeS 9 no es ya centrífugo, sino “oblicuo” (3), y representa la etapa de entrada a dos etapas de compresión axial. Esta faceta, fue desarrollada en el HeS 011, el turborreactor de tipo II que estuvo cerca de entrar en servicio. El HeS 10 suprime el inductor de entrada (1) y los sustituye por un ventilador (7), que dirige su flujo en parte al compresor axial, y en parte por fuera del núcleo motor del HeS8; también incluye una etapa de compresión axial adicional.

Saludos
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Notapor Quinto_Sertorio el Mar 03 Feb 2009 23:12

Hola, ahora, una breve disquisición, antes de emprenderla con el siguiente motor...

En abril del 41, se incorporó la Hirth Motoren GmbH, especializada en pequeños motores de aviación; aunque una cosa es la compra o toma de control, y otra la efectiva incorporación de esta empresa a las estructuras de Heinkel (reordenamientos, reequipamientos, etc), cosa que llevó hasta abril del 43, dos años por tanto; Hirth aportó dos factorías, una en Stuttgart/Zuffenshausen, y otra en Berlín/Grünau. Mientras esta absorción no se inició, Von Ohain y Max Adolf Mueller permanecieron inicialmente en Marienehe con sus grupos de trabajo (si, este Mueller es nuevo en esta historia... :P ).

Particularmente, Hirth aportaba experiencia en en turbosobrealimentadores y en turbinas auxiliares de gas, justo lo necesario para este tipo de diseños. También tenía un equipo de buenos técnicos e ingenieros, más herramientas e intalaciones de prueba (de ahí su interés para Heinkel). Durante 1941, el grupo de trabajo de Mueller se trasladó a Zuffenhausen, y después siguió von Ohain el año siguiente. Hay que decir, que el permiso oficial para la adquisición de Hirth, estaba condicionado a que la nueva compañía debería iniciar el desarrollo de un nuevo turborreactor de clase II (ver post anteriores), y este trabajo, que conduciría al diseño del HeS 011, fue el de von Ohain tras el abandono del HeS 8.

Por su lado, Max Mueller (hasta la dimisión de éste, tras una monumental bronca con Ernst Heinkel) y su grupo, se ocuparían de otros diseños, en una línea paralela, pero completamente diferente de la de von Ohain. Esa línea, vino representada principalmente por el HeS 30 (109-006) que fue tal vez, tal vez, el error clave de los alemanes, en la carrera por conseguir el caza a reacción.... Lo veremos en el próximo capítulo...

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Re:

Notapor Quinto_Sertorio el Mié 04 Mar 2009 23:11

Hola:

Había entrado a revisar una cosilla, y me encuentro esto, de hace ya más de dos años... ¡cómo pasa el tiempo! ¿eh? :-{

javier roncal escribió:El hecho de que el DB601 fuera V invertida me imagino que complicaría el engrase del cigüeñal, aunque no me suena que diera problemas como consecuencia de ello. En principio se me ocurren como únicas ventajas de la disposición en V invertida la posibilidad de hacer un morro del avión con mejor visibilidad o el mayor espacio que queda para instalar ametralladoras sobre el capo.
También me imagino que el acceso al motor para los mecánicos sería más cómodo. No se si fueron estas ventajas las que tuvieron en cuenta los ingenieros a la hora de diseñarlo o fueron otras.


Pues el hecho es que... Si dió problemas la disposicion en V invertida, de hecho, problemas bastante serios. Otro día entro más en detalles, pero hay que tener en cuenta una serie de cosas. En primer lugar, por supuesto, la lubricación de estos motores de aviación, era un tema muy importante, y a esas alturas de la historia de su desarrollo, los motores no tenían un "charco" de aceite en el cárter, para que el cigüeñal se fuera mojando... No, eran sistemas más sofisticados y complejos.

Pero aún así, el aceite que lubricaba el cigüeñal, y los pistones, aún muy bien medido, tendía a acumularse en los cilindros invertidos, y aunque el diseño del sistema de lubricación y los anillos de sellado del pistón tendían a evitarlo, el hecho es que en estos motores en V invertida, había cierta tendencia a filtrar aceite a la cámara de combustión, sobre todo en motores maltratados, claro. Especialmente en un banco de cilindros, según el sentido de rotación del cigüeñal, que iba lanzando vapor/gotillas de aceite.

El problema de eso, es que al mezclarse el aceite con el combustible y el aire, contaminaba a éstos, y HACÍA DISMINUIR SU OCTANAJE EFECTIVO, es decir, de hecho tendía a hacer detonar prematuramente la mezcla. Obviamente, esto era un problema, y la Daimler Benz, en un rasgo tal vez algo chapucero, decidió que para evitarlo, lo mejor era contrarrestarlo reduciendo la relación de compresión en los cilindros del banco de cilindros sobre el que caía la lluvia de aceite del cigüeñal. Y eso ocurrió tanto en los DB 605, como en los DB 603. En los que la relación de compresión era (por ejemplo, escribo de memoria) de 7'5:1 en un banco de cilindros y 7'3:1 en los otros.

La Junkers Jumo, en sus 211 y 213, si no ando muy equivocado, evitó este problema mediante un sistema de lubricación distinto, y parecido al de las últimas series del RR Merlín, que no tenía tantas pérdidas, de modo que hacía el problema irrelevante.

Quería hacer esta aclaración.

Saludos
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Heinkel Hirth HeS 30 (109-006)

Notapor Quinto_Sertorio el Sab 07 Mar 2009 22:59

El HeS 30 (109-006).

Fue este motor, uno de los tres motores alemanes principales de clase I. Y fue descartado, frente a los de BMW y Junkers Jumo; como consecuencia de una decisión oficial, bastante más que discutible.

El diseño de este motor, fue responsabilidad del ya mencionado Max Adolf Mueller, desde octubre del 39; con un plan de desarrollo que debía ir paralelo al del HeS 8, para ser completado en principio en un año, que se convirtió en dos. Incluso se pensó en él como alternativa para propulsar al He 280.

Básicamente, el HeS 30 era un turborreactor axial (al contrario de lo hecho hasta ahora en Heinkel, cuya línea fundamental había sido el de los turborreactores de flujo centrífugo), el compresor tenía cinco etapas, movidas por una sola etapa de turbina. También disponía de 10 cámaras de combustión individuales; estas pasaban de una forma circular a una forma aproximada de “corazón” justo antes de la etapa de turbina; y estaban formadas por una superposición de cilindros que dejaban pasar aire del flujo secundario al interior de las mismas. La entrada a la turbina era regulada por unos alabes de guía, que acondicionaban el gas a la entrada de la turbina. Y la tobera de salida era de área variable usando el movimiento adelante o atrás el carenado interior de la tobera de salida; esta pieza, estaba unida a tres largueros aerodinámicos concéntricos que unían este carenado interior a una “bala” central, que era movida hacia fuera por un muelle, y recuperado por un sistema de cable y poleas, arrastrando consigo al citado carenado interior.

Inevitablemente, habrá que poner un dibujito esquemático de este motor, para que podáis haceros una idea de lo que significa (más o menos) el párrafo anterior.

Esquema de corte principal del HeS 30
Imagen
1- Carenado de admisión.
2- Compresor axial de 5 etapas.
3- Diez cámaras de combustión (féjense en las forma de “latas superpuestas” que tiene).
4- Cable de gobierno de (5).
5- Alabes de guía controlables, de entrada a la turbina.
6- Turbina de etapa simple.
7- Tobera de salida de área variable, operada por cable.
8- Mecanismo de unión conectando los alabes de entrada de la turbina.
9- Rodamientos del rotor de la turbina.
10- Rodamientos del rotor del compresor.


Perspectiva artística del HeS 30
Imagen

En el gráfico anterior, pueden apreciar con cierta perspectiva, cómo era por dentro este motor, de modo que complemente lo mejor posible al primer gráfico. Observen sobre todo la presencia de diversos engranajes auxiliares, la forma del compresor, de las cámaras de combustión y de la forma de montar la turbina de salida. Además del conjunto móvil de la tobera de salida.

Se le asignó la denominación oficial 109-006, y se encargaron tres motores experimentales, pero la empresa, aún no podía progresar lo suficientemente rápido. Lo que dio lugar a un cierto y comprensible retraso, originado por los naturales problemas de estos diseños. Resultó difícil casar la turbina con el compresor (obviamente, los gases de escape al pasar por la turbina movían esta, que a su vez arrastraba al compresor); éste último tenia una eficiencia del 87%, y comprimía en una relación 3:1.

Finalmente, el primer motor funcionó en Agosto del 42, pero (cosas que pasan) el mes siguiente Mueller tuvo una monumental bronca con Ernst Heinkel, y dimitió en un momento en que el motor estaba funcionando ya aceptablemente, proporcionando 820kp de empuje estático, y para octubre del 42, estaba dando ya 860kp. De hecho, la relación empuje/peso era mucho mejor que para cualquier otro motor semejante, y no se volvió a alcanzar hasta 1947.

Y entonces todo se vino al traste, en una decisión que como ya comenté, puede ser considerada muy discutible, por varias razones. Este motor, no era favorecido por Schelp, por causa de algunas facetas del diseño. Por ejemplo, el diseño del compresor, empleando un sistema de alabes del tipo “de reacción” (*). O el empleo de rodamientos anti-fricción, muy caros. Además, Schelp pensaba que el HeS 30 llegaba ya un poco tarde, con una potencia baja respecto a la esperada de la competencia, y que no merecía por tanto la pena continuar con este motor, cuando supuestamente el BMW 003 o el Jumo 004 estaban ya listos, para producirse. Y además, esto dejaría vía libre a Heinkel para dedicarse al diseño del HeS 011.

Lo cierto es que tanto uno como otro, tuvieron múltiples problemas de puesta a punto y de vida útil. Y aparcar este motor pudo significar perder la tercera oportunidad de tener un tercer motor de la clase I, que no tuviera esos problemas, por ser de diseño radicalmente diferente. Nunca se sabrá, ciertamente, pero a mí me parece que tal vez fue un error. El trabajo en el HeS 30 se paró oficialmente, pero se trabajó un poco en él, con la esperanza de que la orden de paro fuera revocada, y para 1945 estaba dando 910 kp, a 10.500 rpm y con un peso de 390 kg. De todos modos, como no se puso en producción, no sabemos con seguridad cómo hubiera ido, obviamente.

(*) Nota: Confieso que no termino de entender qué significa esto. Normalmente los álabes del ROTOR (que se mueven) empujan el aire contra los álabes del ESTATOR (los que están quietos), consiguiendo así la compresión. Tal vez este diseño en particular, hiciera que esa compresión se hiciera de modo algo diferente, repartiendo las fuerzas de modo distinto al común.
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Turborreactores alemanes SGM: Junkers RT0 y RT1

Notapor Quinto_Sertorio el Mar 24 Mar 2009 20:46

El primer turborreactor Junkers Jumo.

La verdad, es que hablar de turborreactores alemanes de la SGM, lleva inevitablemente a hablar del Junkers Jumo 004, el ejemplo más representativo. Hubo otros fabricantes, por supuesto; pero en lo que se refiere a la Junkers Jumo parece que el modelo 004 lo eclipsa todo. De hecho, la historia fue mucho más compleja. Pocos aficionados saben, que hubo algo antes del 004, algo en cierto modo mucho más avanzado y prometedor, algo que hay que describir porque es necesario para comprender por qué estaba hecho el 004 como estaba hecho…

En esta historia, hay dos personajes que hay que conocer, de uno ya hemos comentado algo, Max Adolf Mueller; el otro debe ser presentado ahora: Herbert Wagner.

Tras el robo a mano armada de la Junkers Flugzeug und Motorenwerke A.G. por parte del gobierno alemán, y la muerte de Hugo Jünkers; el nuevo Director General de la compañía, un tal Heinrich Koppenburg, reclutó a Herbert Wagner. Doctor en diseño aeronáutico por la Technisches Hochschule de Danzing; y desde 1930, con el título de Profesor Doctor ingeniero (palabras mayores en la Alemania de aquellos años, en la que los títulos universitarios significaban algo), enseñó en la Technisches Hochschule de Berlín, donde su asistente fue, casualmente, Adolf Mueller. Desde 1934, Wagner empezó a proyectar un motor turbohélice axial, y cuando en 1935 fue invitado a desembarcar en Junkers, se llevó consigo este proyecto, y a Mueller. Wagner fue designado director del departamento de desarrollos especiales en la planta de Magdeburgo, evaluando diversos tipos de motores.

Fue entonces cuando Wagner, a base de pura matemática, llegó a la conclusión de que el turborreactor era el futuro; y convenció de ello a Koppenburg. Éste, desde abril del 36, creó un equipo, casi secreto, bajo el mando de Wagner, en Magdeburg; para crear una turbina de gas. Pronto este equipo, independiente, creció y fue conocido como Konstruktinobüro II o Kobü II.

Además del trabajo en el turbohélice. Comenzó en abril del 36 el diseño y construcción de un turborreactor axial, denominado Rückstoss-Turbine 0 ó RTO; similar al turbohélice, con un compresor axial de 12 etapas, cámara de combustión anular, y una turbina de dos etapas. El diseño del compresor fue responsabilidad de Robert Friedrich (otro ingeniero mecánico que se unió a Junkers en el 33, y que dominaba el campo de los aeroperfiles), y tenía la característica de que la compresión se realizaba al 50% entre las palas del rotor, y las del estator (en esta disposición, se denominan “compresores de reacción”, pero no termino de entenderlo, y ver la diferencia con los compresores axiales “normales”). Por otro lado, se hizo en paralelo el diseño de los alabes de las turbinas, huecos y refrigerados por aire. Los alabes de los compresores eran de duraluminio, con terminación a mano. Todos estos trabajos, se llevaron a cabo entre 1936 y 1938 en Magdeburgo, aunque Wagner los controlaba desde Dessau. Y para 1939, el turborreactor RTO estaba completo, como para realizar pruebas preliminares en banco de pruebas, inicialmente usando propano.

Las pruebas, continuaron hasta julio del mismo año; para entonces, las modificaciones realizadas sucesivamente, habían hecho cambiar el motor tanto que ahora se denominaría RT1. Aunque se obtuvieron 6500 rpm, las pruebas fueron un fracaso, en conjunto; y el 31 de julio del 39 el Kobe II de Magdeburgo fue cerrado, las pruebas en el RT1 continuaron brevemente en Dessau, se supone, pero el proyecto completo terminó en un sonoro fracaso.

Había varios problemas técnicos. Pero estos se unieron a diveros problemas organizativos y personales. Por una serie de razones difíciles de entender en la distancia, el equipo que estaba desarrollando este motor, se desmanteló. En primer lugar, Wagner dejó el tema a finales de 1938, para dedicarse a otras cosas. En segundo lugar, el RLM decidió financiar el RT1, pero con la condición de que los trabajos en él pasaran al control directo de Junkers (recordemos, que el KoBü II era un equipo independiente, una especie de “capillita”, como decimos en España), cosa que no gustó a sus miembros. En 1939, Mueller partió hacia Heinkel, seguido poco más tarde por una quincena de técnicos del grupo del RT1, y allí, trabajaron en el HeS 30, que ya hemos visto; y que tenía una clara herencia del primero.

Imagen
Imagen del RT0, es de notar, el elevado número de etapas del compresor, la turbina de doble etapa (en el extremo de la derecha) y entre medias, la cámara de combustión anular. Fíjense en los “Agujeritos” que cubren toda la superficie cilíndrica; esta cámara se alargó en la variante RT1.
Nota: Para ver mejor esta imagen, como casi todas, seleccionar con el ratoncito "abrir en pestaña nueva", se ve más grandote..

En su momento (fechado el 5 de agosto del 39), Anselm Franz (ya hablaremos más largo y tendido de él) realizó un informe sobre el RT0/RT1. Lo más importante de lo que decía ese informe, es que estos motores no funcionaban porque el compresor no comprimía lo suficiente, a pesar de sus 12 etapas, incluso la presión caía en las últimas de éstas; es más, a altas revoluciones, los rotores se calentaban demasiado, hasta 800º, haciendo termodinámicamente ineficaz el trabajo de comprimir; era un compresor mal hecho. Además, la combustión tenía lugar parcialmente fuera de la cámara de combustión, incluso detrás de la turbina, de modo descontrolado. Y además consumía más de lo previsto. Era necesario un rediseño total, un replanteamiento de la situación, partiendo casi desde cero. Fue el camino hacia el 004.

Saludos
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Junkers Jumo 004 (I)

Notapor Quinto_Sertorio el Jue 16 Abr 2009 20:13

Junkers Jumo 004

Seguimos adelante...Ya vimos, cuál fue la primera experiencia de la casa Junkers, aunque de modo un tanto peculiar, en el diseño de turborreactores. El estudio del fracaso de esta experiencia, guió los pasos dados por el equipo dirigido por Anselm Franz(*) en el siguiente intento.

La proposición inicial de Franz, fue la de diseñar un motor de 600kp de empuje estático, denominado T1; aún en el verano del 39, esta propuesta condujo al encargo del RLM para construir un turborreactor, oficialmente denominado 109-004, para ser puesto en producción cuanto antes. En el diseño, se dio a Junkers libertad de actuación, siendo los requerimientos básicos que el motor alcanzara los 600kp a 900km/h, equivalente a 680kp de empuje estático; y (esto es importante) se aceptaba oficialmente, que consiguiendo ese empuje, la cualidad principal del motor sería su capacidad de entrar rápidamente en producción. Y ya se mejoraría después…

Entre las facetas básicas del motor, se escogió el empleo de un compresor axial, por tener el flujo de aire más directo y superficie frontal menor. El compresor de impulso, en vez del reactivo de los RT0 y RT1; fue diseñado en la AVA de Göttingen, y la turbina simple por el profesor Kraft de la AEG. Para el sistema de combustión se eligió emplear cámaras de combustión individuales en vez de la cámara de tipo anular, debido a la facilidad de prueba y control de las cámaras individuales, y su menor exigencia respecto a las prestaciones del compresor. En esto, inevitablemente influyó la experiencia previa con la cámara de combustión anular de los RT0 y RT1; y el deseo de evitar los problemas registrados con éstos.

Aunque se quiso emplear un modelo a escala para acelerar las pruebas, se vio que era inútil, y se procedió con el diseño directo del 109-004A, iniciado en diciembre del 39. Este motor, tenía un compresor axial de 8 etapas (inicialmente se consideró la posibilidad de hacerlo contrarotatorio, pero se rechazó rápidamente esa idea), con seis cámaras de combustión independientes, y una turbina de etapa simple; y se preparó en principio sin preocuparse de las medidas de ahorro de material y peso, estos refinamientos llegarían una vez probado el diseño básico. El prototipo de este 004A, llegó el 11 de octubre de 1940, y para enero del 41, estaba dando 450kp a 9.000 rpm. Aparecieron problemas de vibración en los alabes del estator del compresor que casi destruyeron el prototipo, por lo que su diseño y material fueron modificados, pasando de aluminio a acero; toda una serie de modificaciones de detalle, permitieron que el 6 de agosto de 1941, se alcanzara el objetivo de diseño de 600kp en banco.

El 15 de marzo de 1942, un 109-004A fue probado en vuelo, usando un Me 110; y pronto se enviaron dos para ser montados en un prototipo del Me 262. Y el 18 de julio de 1942, el Me 262 V3 (PC+UC) hizo el primer vuelo a reacción de este avión, con dos 004A-0 de 840kp de empuje estático. En ese momento el motor estaba ya en fase de preproducción, siendo esta serie de motores de preserie denominada 004A-0, siendo montados una treintena de éstos. Otros dos de ellos se emplearon en el 262 V2 (PC+UB) del 2 de octubre del 42; y otros más de esta serie A-0 fueron montados en los prototipos del Arado Ar 234. En banco, se obtuvo con el prototipo V5 de esta serie 004A-0 hasta 1000kg de empuje, exprimiéndolo un poco. Pero en general, los 004A-0 se describen como de 840kp a 9.000rpm y un peso de 850kg, siendo el diámetro de 0’960m, y la longitud de 3’80m.

Saludos

(*) PD: De Anselm Franz merece la pena hablar en un post dedicado, o incluso en un hilo aparte. Espero a reunir algunos datos adicionales.
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Junkers Jumo 004 (II)

Notapor Quinto_Sertorio el Mar 21 Abr 2009 19:25

Mientras se estaba probando el 004 A, se continuaba paralelamente con los trabajos en la que se pretendía que fuera la versión de producción de gran serie, denominada 004 B. El esquema de esta última fue fijada en diciembre de 1941 y el diseño de detalle en octubre del 42, haciendo los primeros encendidos en banco en diciembre del mismo año; los primeros ejemplares de la serie de preproducción, los llamados 004 B-0, empezaron a salir en enero del 43.

Las diferencias importantes de estos 004 B, respecto a los A, estaba en el uso de un compresor con discos de alabes separados y el reemplazo de las piezas de fundición, por otras de hoja de metal torneadas, en lo posible. Así como el reemplazo de más de la mitad del peso empleado de materiales estratégicos por otros más comunes (y un pequeño ahorro de peso total); también se mejoraba la aerodinámica de la toma de aire. Los alabes de la turbina seguían siendo sólidos. Estos 004 B-0 aún no eran satisfactorios del todo, pero servían para montajes en prototipos, sustituyendo en varios casos a los de la versión A-0. Por ejemplo el Arado Ar 235 V5 volaba con 004 B-0 hacia finales de 1943. Entre los datos numéricos sobre este 004 B-0, está incluido un empuje estático de 840kp a 8.700 rpm y un peso de entre 730 y 750 kg, con el mismo consumo y dimensiones que el A-0. Resumiendo, el B-0 era más ligero, y económico en dinero y materiales estratégicos que el A-0.

El modelo de producción real en gran serie, fue el 004 B-1. Con modificaciones en la admisión del compresor y las toberas de admisión a la turbina, que redujeron las vibraciones, e incrementaron el empuje a 900kp además de mejorar su durabilidad. Pero seguía habiendo un problema con la resonancia de ciertas partes, que tuvieron una resolución sorprendente, que comento más tarde. Por ejemplo, aparecían estos fenómenos de resonancia (vibraciones que entran en fase con las de frecuencia natural de oscilación del elemento en cuestión) en los alabes de la tercera fase del compresor. Los alabes, se prefería que fueran de sección fina, pero con el matiz de que con la práctica se comprobó que era mejor usar alabes de sección estrecha, pero cuerda ancha para las dos primeras etapas, y progresivamente usar secciones relativamente más anchas y de menor cuerda en las siguientes, además de más cortos, así se mejoró su eficiencia y se redujeron las vibraciones.

Los primeros 004 B-1 de producción empezaron a salir para finales de la primavera del 43 y el primer avión que los usó fue el ME 262 V6 (VI+AA), que además fue el primero en tener un tren de aterrizaje triciclo completamente operativo, volando en octubre del 43; éste fue el volado delante de Hitler el 26 de noviembre del 43. Contrariamente a lo que se afirma una y otra vez, Hitler no tuvo “culpa” en el retraso en la puesta en servicio del Me 262, y además tenía buenas razones para pedir una versión de ataque/bombardeo del mismo; pero este es otro tema. El caso, es que el 004 B-1 seguía teniendo problemas, por ejemplo los ya mencionados relativos a las vibraciones. Pero en particular, el que se reveló más complejo de arreglar, fue la entrada en resonancia; y aparición de fuertes vibraciones, por tanto; de de los alabes de la turbina; cuándo las vibraciones producidas por el funcionamiento del motor, entraban en fase con la frecuencia natural de oscilación de algunas de sus piezas; era necesario, para saber qué hacer, caracterizar cuál era esa frecuencia natural de oscilación. Y para ello, para detectar el modo y la frecuencia de oscilación natural de esos alabes de la turbina, Franz buscó la ayuda de ¡¡un violinista!!. Con la ayuda de éste, más el trabajo del Dr Max Bentele, se descubrió que los problemas de vibración de la turbina tenían relación (física, por tanto matemática, podemos decir) con las seis cámaras de combustión y los tres montantes de la bala de la tobera de salida.

Por tanto, se pudo encontrar una cura, hacia principios de 1944. Se acortaron los álabes de la turbina 1mm, se modificó su ángulo de montaje, se modificaron las toberas de entrada en la turbina, y se redujeron las rpm máximas de 9.000 a 8.750rpm. Para abril de 1944 el 004 B-1 estaba ya equipando con cierto éxito las primeras series del Me 262 y pronto del Ar 234. Digo con cierto éxito, porque como todos sabemos, seguía habiendo problemas con el motor, que se revelaban sobre todo en el tiempo de vida operativa del mismo, muy reducido, y a la necesaria delicadeza con que el piloto debía tratarlo. Más tarde comentaremos algo más acerca de los problemas que subsistían. Pero en conjunto, para el verano del 44 estaba muy claro que el 004 era un éxito, y que sería el primer turborreactor operativo construido en grandes cantidades. Claro que hoy sabemos que también estaba claro que era demasiado tarde para Alemania, pero esa es otra cuestión: Técnicamente, el programa del 004 había sido un resonante éxito.


Valores básicos de funcionamiento, Junkers Jumo 004 B-1
El Junkers Jumo 004 B-1 desarrollaba 900kp de empuje estático, o 730kp a 900km/h a nivel del mar, a 8.700rpm. Su peso neto en seco era de 720kg, con un diámetro de 0’8m y una longitud de 3’86m.

Bien, antes de entrar en la descripción más detallada de la construcción de este motor, es bueno poner una serie de gráficos, fotos, dibujitos, para que visualmente todo el mundo interesado, sepa cómo estaba hecho este motor.

Primero un corte esquemático del Junkers Jumo 004 B-1, útil para ver su disposición general, luego un dibujo artístico, y luego un corte detallado:

Imagen
Starter motor: motor de arranque, claro.
Compressor: Pues eso, compresor, vean las 8 etapas simbolizadas.
Air bled: Drenajes de aire comprimido, para la refrigeración.
Cooling air Duch: Conductos de aire de refrigeración.
Combustión chamber: Cámara de combustión, recordemos que hay seis en este motor. Alojan los quemadores, y dirigen el flujo de aire primario y secundario (más adelante explicaré qué significa esto).
Flame chamber: “Quemador”, es el lugar donde se toma aire, se mezcla con el combustible, y este se quema, expandiéndose por lo tanto.
Turbine with hollow blades: Turbina con alabes huecos (de esto hablaremos más tarde).
Control cone: Cono de control, que entra o sale variando la velocidad del flujo, ajustando el mejor empuje posible en cada situación.
Jet nozzle: Tobera de salida.

Fíjense, en el diagrama anterior, en las flechitas que indican flujo de aire, en particular las pequeñas, que son las que se refieren al aire de refrigeración. Porque este motor, usaba para su refrigeración de aire drenado del compresor, que seguía diversas rutas para refrigerar alrededor del motor, la rueda de la turbina, y mecanismos varios.


Imagen



Imagen
1: Cable tirador para el motor de arranque.
2: Tanque de combustible para el motor de arranque.
3: Motor de arranque, Riedel AK-11
4: Caja de engranajes auxiliares
5: Árbol de accionamiento de la caja de engranajes auxiliares.
6: Caja de la toma del compresor.
7: Conjunto de cojinete de bolas anterior.
8: Compresor axial de 8 etapas.
9: Cojinetes de bolas posteriores del compresor.
10: Seis cámaras de combustión.
11: Conducto de entrada a la turbina.
12: Turbina de etapa simple.
13: Eje del servomotor.
14: Cono o “bala” de la tobera de salida.
15: Tobera de salida de área variable (el cono de salida es lo que hacía variar el área).
16: Rueda de la turbina.
17: Tobera de entrada en la turbina.
18: Rodamientos de bolas posteriores del eje de la turbina.
19: Seis soportes para el carenado exterior.
20: Rodamientos de bolas anteriores del eje de la turbina
21: Conexión del compresor.
22: Tanque de aceite anular con refrigerador interno.

Bueno, con esto basta por hoy…

Saludos
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Notapor Satur el Mié 22 Abr 2009 12:42

No es cuestión de poner un mensaje de felicitación con cada aporte, pero estoy seguro de que muchos siguen esta serie con tanta atención como yo.

Tanto o más que los detalles técnicos es impresionante la mezcla de genios con una visión extraordinaria y mezquinos atentos a sus ideas preconcebidas, del mejor trabajo en equipo con las rencillas personales. Todo en un campo que daba sus primeros pasos uniendo la tecnología más avanzada (materiales, diseño,...) con los métodos más eclécticos (lo del violinista para investigar las vibraciones es de quitarse la gorra).

Siga así, señor Sertorio. :Bravo
Cuando el líder eficaz ha dado por terminado su trabajo,
la gente dice que todo ocurrió de un modo natural.
LAO TSE.

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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Notapor Quinto_Sertorio el Mié 22 Abr 2009 21:48

Pues muchas gracias Satur, se agradece, se agradece... y anima...

Desde luego, tienes razón en que detrás de estos temas aparentemente técnicos, hay una historia humana, más compleja y apasionante que cualquier culebrón de la TV; es algo que por desgracia se pasa por alto muchas veces, en parte porque falta información. Pero desde luego, las relaciones humanas, y sus personalidades, sus afinidades, filias, fobias, sus conocimientos e historias personales, y sus relaciones jerárquicas y organizativas; son lo que está por detrás de todo esto. Estos hombres cuyos nombres están saliendo poco a poco, eran todos personalidades tremendamente atractivas, dignas de estudio.

Lo del violinista, es verdaderamente llamativo. Se le podría sacar mucho más jugo a su historia, sin duda: Fue contratado para "tocar" la turbina, y sus alabes, como si tocara un violín, literalmente: usando su arco. Me lo imagino, sin saber de música, es un ejemplo... Do, re, mi.... siguiente octava..., a ver esto cómo suena en el borde de fuga del alabe... parece que vibra a 9.000 hz, con armónicos a 18.000 hz, ¡¡como en el 5º movimiento de la sinfonía nº 27 de Johannes Brahms...!! y de esos datos sobre el comportamiento sónico de esos elementos, sacaron la información necesaria para arreglar el problema... Fantástico!!.

Saludos
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Junkers Jumo 004 (III)

Notapor Quinto_Sertorio el Sab 25 Abr 2009 0:14

Hola de nuevo

Procede examinar una serie de fotos de un ejemplar genérico del 004 B, para familiarizarnos con algunos detalles de su construcción. Las fotos están tomadas desde la parte anterior, de admisión, a la trasera, o de escape, del motor; en algunas he marcado alguna cosa interesante.

Imagen
Admisión y primeras etapa del compresor
1: Motor de arranque. Tras éste, engranajes auxiliares
2: Primera etapa del compresor, rotor concretamente; color metal, véanse los alabes montados en su rueda o disco.
3: Etapas del estator del compresor, color celeste. Estos alabes del estator del compresor, eran fijos, por supuesto.


Imagen
Vista completa del compresor. Se cuentan las 8 etapas del rotor del compresor, su montaje, los alabes del estator, y diversos elementos auxiliares.


Imagen
Sección de cámaras de combustión.
1: En azul, conducto de aire a presión desde el compresor a la rueda de la turbina
2: En gris, costilla estructural entre los espacios de las cámaras de combustión
3: Cámaras de combustión, se ven dos de ellas, una arriba, con su cápsula externa en negro, y otra abajo cortada, apreciándose la posición y forma del quemador (en azul zonas de “aire frío” y en rojo de “aire caliente”.
4: Tobera de salida de la cámara de combustión, hacia la turbina.


Imagen
Sección de turbina.

Ésta tiene una sola etapa, en negro. Véase también el eje que partiendo de ésta mueve al compresor. Es curioso fijarse también en cómo se une la tobera de salida de la cámara de combustión, color metal, con la carcasa externa de la primera; para dirigir el gas directamente hacia la turbina. Noten también, cómo en esa tobera, hay un interior en rojo, indicando aire caliente, y entre este interior y la parte externa de la misma (que parece estar fabricada, por tanto, con una doble capa de chapa) pasa aire frío de refrigeración, en azul.

Las partes en amarillo, creo que indican zonas lubricadas.


Imagen
Sección de la tobera de salida.

Se puede ver, el accionamiento de la bala de salida (que ya se comentó en un post anterior, porque surgió el tema), así como uno de los tres montantes de soporte (plano ancho, en rojo, arriba a la izquierda). Fíjense cómo el revestimiento del motor, está formado por una doble lámina, en cuyo interior fluye aire frío, en azul, de refrigeración.

Recuerden, que la "bala" de salida, se movía alante y atrás, para variar la sección de salida de la tobera, y con ello regular y optimizar en lo posible el empuje que proporcionaba el motor, según las condiciones de vuelo.

Más tarde nos fijaremos un poco más en el tema de las cámaras de combustión, y sus quemadores. Porque es interesante.

Saludos

PD: Si se fijan, las fotos fueron tomadas por un caballero llamado Tony Ward, aunque yo les he dado la vuelta por asumir el convencionalismo de que la entrada está a la izquierda, y la salida a la derecha. Tomadas de http://www.enginehistory.org/ Justo es decirlo.
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Junkers Jumo 004 (IV)

Notapor Quinto_Sertorio el Vie 01 May 2009 20:44

Hay una parte del motor que aparece en las fotografías anteriores, y que me interesa comenta un poco más extensamente: La cámara de combustión.

La cámara de combustión, es la zona del motor en la que el aire comprimido procedente del compresor, se mezcla con el combustible; y entra en ignición, produciendo una reacción de combustión, que es altamente energética, y de la cual se obtiene la energía para mover la turbina posterior, y el empuje buscado en el motor. Pero quiero profundizar algo más.

Veamos: Lo que ocurre en un motor, es una relación de intercambio de energía. Se emplea energía en comprimir aire, en inyectar combustible, y a cambio, se obtiene MÁS energía, de la reacción química de combustión de esa mezcla. El estudio de estas relaciones de intercambio de energía, es materia de una parte de la Física, denominada Termodinámica. Que nos enseña a entender cómo se produce ese intercambio de energía.

En el caso de los turborreactores, ese intercambio de energía se realiza de un modo que se caracteriza como Ciclo Brayton. Y que establece las diferentes relaciones entre presión, volumen, entropía, temperatura del flujo de gases, en diferentes partes del motor. Es más fácil de lo que lo he dicho. Fíjense en las dos siguientes figuras, tomadas de la página de la NASA:

Imagen
Sección simplificada de un turborreactor, marcando numéricamente las secciones o puntos frontera, que luego aparecen en la gráfica siguiente

Imagen
Diagrama Presión-volumen de un ciclo Brayton ideal

En el diagrama de presión-volumen del Ciclo Brayton, están marcados tanto los números de las secciones del corte de la sección, como el nombre de los componentes principales. Este ciclo, se recorre por la línea negra, en sentido ascendente según las agujas del reloj, que marcan los números. Por tanto, en el turborreactor, se produce en el compresor una disminución del volumen del aire, acompañado del rápido y consiguiente aumento de la presión, hasta llegar al punto 3; que es el final del compresor y comienzo de la cámara de combustión. En esta cámara de combustión, de su principio (3), a su final (4), se produce un aumento ligero del volumen de aire, sin variación de la presión del gas, mucho ojito a esto, porque es clave. Tras el punto cuatro, entramos en la turbina, en la que se produce una disminución de la presión, y un aumento del volumen del gas, que se completa en la tobera de salida (nozzle) en la que aumenta muy rápidamente el volumen del gas. El ciclo se cierra con la disminución del volumen en la admisión, de modo aproximadamente inverso a lo que ocurre en la tobera de salida. Es muy importante entender que la energía útil, la que empleamos en realizar el trabajo que nos interesa, viene en este gráfico representada por el área encerrada por este ciclo; como las curvas de subida y de bajada terminan siendo casi idénticas, es la longitud de ese tramo 3-4, de la cámara de combustión, la que amplia la distancia entre ellas, y el área encerrada. Por tanto, ese área es mayor cuanto mayor es la compresión (más alta la curva) y mayor es el tramo de combustión (3-4). NOTA: Adiabático, se refiere a que este proceso se realiza sin intercambio de calor con el exterior del sistema (lo cual sólo es cierto idealmente), de manera que el trabajo obtenido se hace únicamente a expensas de la energía interna del sistema.

Como la reacción de combustión es una reacción química que tiene su estequiometría propia (relación de moles, volúmenes, etc; entre reactivos y productos); la longitud ideal de ese tramo podemos considerarlo fijo, aunque posiblemente dependiente de la compresión de partida. Lo que sí hace un buen diseño de la cámara de combustión, es aproximar lo más posible, el ciclo real, al ideal en este tramo.

En las fotos del post anterior, podéis ver cómo es la cámara de combustión por fuera, y un corte de la misma, pudiéndose apreciar el núcleo, el quemador. Y también se ven las toberas por las que el gas era dirigido hacia la turbina. En la foto siguiente, se ven tres de los seis quemadores del Jumo 004.

Imagen

El superior, tiene tras el el tubo corrugado de acero, de control de refrigeración, que rodeaba y seguía inmediatamente al quemador en el interior de la cámara de combustión. ¿Y cómo funcionaba ese quemador? Lo he tratado de simbolizar en el dibujito siguiente, hecho en paint, claro…

Imagen

En negro, he pintado las paredes exteriores de la cámara de combustión, y las internas del quemador, tras la primera, otra pared doble exterior que simboliza la tobera de salida. El aire frío, aunque comprimido, representado en flechitas azules, y el aire caliente, en flechas rojas, el combustible vaporizado, en verde.

Digamos que el aire comprimido, cuyo flujo se representa en azul, pasa en parte al interior del quemador, siendo lo que se llama FLUJO PRIMARIO; y en parte pasa alrededor del quemador, y es lo que se denomina FLUJO SECUNDARIO. El flujo primario, se mezcla con el combustible esparcido por el difusor, y arde; esa combustión se realiza a presión constante, y con aumento de volumen, como se indica en el diagrama del ciclo Brayton, son las flechitas rojas.

¿Y cuál es la función del flujo secundario?. Puesto que en principio no se mezcla con el combustible, y no se quema, parece que es inútil… Nada más lejos de la realidad. El flujo secundario, sirve para refrigerar el quemador, la cámara de combustión, así como las etapas posteriores, como la tobera de salida, que aparece en el dibujito. Además, hace de contención y control de los gases quemados del flujo primario, obligando (porque mantiene su presión) a que éstos vayan por donde deben ir, que casualmente es por donde al ingeniero de diseño le apetece :lol: … Y rodeando el flujo primario, pasa la turbina, hacia la zona de tobera de salida del motor.

Pero claro, es que además, pronto se vio que tras la turbina, al haber llegado el flujo secundario de aire, no quemado, existía un gas en gran parte fresco, con oxígeno suficiente, al que se podía inyectar de nuevo combustible, para conseguir funcionar en postcombustión.

Imagen
Dibujo cámara combustión jumo 004, de documento de la época.

En el dibujo anterior, tomado de un documento microfilmado de la época, se muestra la cámara de combustión del Jumo 004. A la derecha y exterior, el encapsulado exterior; en el interior, el quemador, que en su entrada tiene una rejilla productora de turbulencias, para mejorar la distribución del combustible, que sale del inyector. Y a la derecha, con una linea, se muestra el tubo corrugado de acero (que también se ve en la foto de los tres quemadores que hay más arriba), que sirve para mejorar la refrigeración.

Imagen

En el gráfico anterior, mirando en lo que sería desde adelante hasta atrás del motor, se ve la pieza de separación que existe entre la sección de cámaras de combustión, y la de turbina. Se ven las seis aperturas para las seis toberas de salida de las seis cámaras de combustión.

Bien, yo creo que con esto, alguien puede entender un poco mejor alguna cosilla…

Saludos
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Junkers Jumo 004 (V)

Notapor Quinto_Sertorio el Sab 30 May 2009 22:28

Venga, que no se quede parado...

En cuanto a la turbina, seguía las prácticas habituales en la época, teniendo en cuenta la colaboración de AEG en su diseño, aproximadamente el 20% de la fuerza contenida en el flujo de aire procedente de las cámaras de combustión era empleado en moverla; y a su vez por tanto, en arrastrar toda la maquinaria del turborreactor. Las bases de los alabes de la turbina estaban refrigeradas por aire tomado del compresor; de la cuarta etapa concretamente, como ya hemos visto.

Los alabes, fueron inicialmente sólidos en los modelos 004 B-1 y 004 B-2. Sin embargo pronto se desarrollaron palas huecas, refrigeradas por aire centrifugado por las mismas, extraído del compresor, permitiendo más altas temperaturas operacionales, y menor consumo de combustible, además de ahorro en peso y aleaciones.

La mayoría de los B-1, disponían de sesenta y un alabes, encajados y asegurados mediante tornillos a la rueda de la turbina. Y el material con que estaban hechas, era el Tinidur fabricado por Krupp. Esta aleación daba un buen resultado dada la carencia de materiales para fabricar aleaciones realmente adecuadas; carecía de todos modos de todo el nickel necesario, y usado en la versión británica más cercana; con lo que su integridad, se reducía drásticamente a partir de unos 580ºC. Lo que hizo a la larga absolutamente necesario buscar un diseño que permitiera refrigerar eficientemente el alabe entero. Había que hacerlo hueco, e introducir en su base aire comprimido, que saliera por su punta. Pero ello no es tan fácil… un alabe, forma un aeroperfil, cuya forma es compleja de reproducir en fabricación.

Hay que mencionar, antes de seguir, que los diseñadores trataron de encontrar una solución alternativa, que era el empleo de cerámicas; pero éstas, aunque resistentes a la temperatura, no eran mecánicamente robustas.

Así como los alabes huecos eran más difíciles de fabricar, eran la solución práctica para mejorar la refrigeración, el ahorro de aleaciones, y además, al tener una masa menor, reducían el stress a altas velocidades de rotación. Inicialmente, en Junkers se trató de tomar hojas de Tinidur, doblarlas, y soldarlas en el borde de fuga. Pero el tinidur, no era soldable con facilidad. De modo que hubo que buscar nuevamente ayuda exterior, y en febrero del 43 se pidió la ayuda de William Prym, cuya empresa estaba ubicada cerca de Aquisgrán, y que ya previamente había hecho lo mismo con álabes de turbinas para turbosobrealimentadores; las primeras 70 unidades fueron entregadas en abril del 43, aunque tenían un problema menor en relación con sus dimensiones, pero estaba claro con ellas, que era perfectamente factible fabricar los alabes huecos. Pronto la capacidad de fabricación de la firma de Prym se vio sobrepasada, y se vio obligado a abrir una nueva factoría. Además, otra firma llamada Sächsicher Metallwarenfabrik Wellner Soehner A.G. comenzó a fabricar alabes huecos en otra aleación resistente, llamada Cromadur. El Cromadur, era otra aleación de Krupp que pretendía reemplazar al Tinidur dado que usaba manganeso en vez del más escaso níckel. Además, el Cromadur tenía la ventaja de que sí se podía soldar, de modo que los alabes huecos se podían fabricar más fácilmente a partir de hojas de metal dobladas, soldando el borde de fuga. Aunque se suponían menos fuertes que las de Tinidur fabricadas por Prym, estos alabes de Cromadur resultaron ser mejores en servicio operativo.

Estos alabes huecos fueron plenamente adoptados en las versiones B-4 de este motor. Pero creo que también se fueron incorporando a la producción del modelo B-1. No obstante, en la foto que puse en algún post anterior, se pueden ver alabes sólidos, precisamente, típicos de este último.

Quiero mencionar un problema específico bastante divertido y característico de las turbinas de los 004. Como todos sabemos, estos motores tenían una vida operativa bastante corta, y debían ser manejados con cierto cuidado. Mas concretamente, en los que se refiere a las turbinas, se encontraron con el problema de que a las varias horas de funcionamiento, debido al calor y a la fuerza centrífuga que sufrían, los alabes (especialmente los sólidos), tendían a alargarse, de modo que empezaban a “rascar” la envoltura del motor, señal inequívoca de que había que volver a la base cuanto antes… Los alabes huecos, solucionaban este problema (al menos en gran parte) tanto por su mejor comportamiento térmico, como por su menor masa en rotación.

Saludos
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Junkers Jumo 004 (VI)

Notapor Quinto_Sertorio el Sab 20 Jun 2009 22:14

Hola de nuevo.

Antes de seguir, quería hacer una aclaración sobre las subseries del Jumo 004 B:

Recordando que el 004 B era el modelo previsto de producción a gran escala.

004 B-0: Versión de preproducción. Listos a partir de enero del 43. 840kp de empuje estático. Y peso de entre 730 y 750 kg.
004 B-1: Versión de producción plena. Respecto al B-0 tenía modificaciones en compresor y toberas de entrada a la turbina, principalmente. Listos a partir de mayo o junio del 43. Empuje estático de 900kp y de 730kp a 900km/h.
004 B-2: Diseño completado a mediados del 43, con nuevo compresor resultado de la colaboración entre el AVA y Junkers. El nuevo compresor buscaba solucionar los problemas de vibración en éste, y daba mejores prestaciones en altitud. Destaca que el número de alabes en cada etapa fue reducida para poner la velocidad crítica de rotación por encima de la máxima prevista para el motor, además los alabes fueron rediseñados con cuerda incrementada; teniendo seis etapas con menor relación grosor/cuerda más dos etapas con sección más gruesa. En vez de la fórmula anterior de usar dos etapas de alabes finos más seis etapas de alabes más gruesos. Los alabes del estator fueron dispuestos a ángulos de ataque ligeramente diferentes, manteniendo idénticas las distancias entre alabes del estator y del rotor. Sin embargo, el nuevo compresor eliminaba unos modos de vibración… e introducía otros nuevos; de modo que al final no sirvió de nada, y esta versión B-2 no entró en producción.
004 B-3: Este diseño alternativo al anterior, que pretendía alterar las frecuencias de los alabes del rotor mediante algunas modificaciones mecánicas en los alabes de las etapas primera, tercera, quinta y séptima. Tampoco alcanzó por sí el estatus de “producción”.
004 B-4: Esta versión, además de incorporar en el compresor las modificaciones preparadas para la anterior, se caracterizó por el empleo de alabes huecos para la turbina, de lo que ya hemos hablado; además de otras modificaciones menores. Es de destacar, que esta versión B-4 reemplazó en producción a la B-1 hacia el fin de 1944. Gracias a estos cambios, y modificaciones de detalle en la cámara de combustión, el B-4 fue capaz de alcanzar un mayor nivel de durabilidad y fiabilidad, con mayor temperatura de trabajo y empuje; aunque éste se mantuvo en 900kp para ganar en vida de servicio y fiabilidad. Algunos datos específicos para el B-4 faltan, pero sus dimensiones eran las mismas que para el B-1, el peso algo menor, y el ahorro en materiales estratégicos era modélico, tanto con alabes de turbina de tinidur, como siendo éstos de cromadur (recuerden, que ambas aleaciones eran empleadas).
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Junkers Jumo 004 (VII)

Notapor Quinto_Sertorio el Jue 25 Jun 2009 20:40

Versiones proyectadas del Jumo 004

Una vez en producción, según lo previsto, la versión básica del 004, la B; llegó el momento de hacerle mejoras..

004 C
Esta variante fue un rediseño del 004 B-4, con detalles refinados para dar un empuje estático de 1000 kp, al mismo tiempo que reducía ligeramente el tamaño. Su diámetro era de 0’755m, longitud de 3’830 m.

004 D
Otra línea incluyó la modificación del sistema de combustión del B-4 permitía aumentar la temperatura de ésta. También se aumentaban las RPM máximas que llegaban a 10.000. Incrementando todo ello el empuje, con cierta desventaja respecto a la vida útil del motor. Hasta dar lugar a la variante 004 D-4, con un empuje estático de 1050 kp.

004 E
Derivada de la anterior, incorporaba por primera vez, que yo sepa, un postquemador, y estaba en principio prevista su entrada en funcionamiento en julio del 45, proyectando 1200 kp. Aunque se vio que más de 1140 kp no sería práctico, de modo que no se siguió con esta variante, teniendo en cuenta que había otras más interesantes.

004 F
Poco se sabe, salvo que esta variante preveía la inyección de agua, tanto antes como después de la turbina, incrementando el empuje.

004 G
Basado en los modelos C, diseñado para incorporar un nuevo compresor de once etapas, ocho cámaras de combustión y una turbina de etapa simple. Dado que el flujo de aire aumentaba, y disponía de un diseño más avanzado de las cámaras de combustión, se esperaba un empuje que lo situaba dentro de la clase II de turborreactores, con 1.700 kp. Lamentablemente no fue contraído.

004 H
Este, era prácticamente un diseño nuevo desde el principio, dando el doble de empuje que el 004 B, con un tamaño sólo ligeramente mayor. Era también de clase II. Disponía de un compresor de once etapas, y una turbina de etapa doble, cada una de las etapas de la turbina, actuaba sobre una sección del compresor, a través de dos ejes concéntricos. Empuje previsto de 1.800 kp a 6.600 rpm, y un peso de 1200kg; diámetro de 0’86m y longitud de 4m.


Hay que mencionar, que el motor 004, fue “trabajado” tras la guerra, en las potencias vencedoras. En EEUU, se estudió, y lógicamente quedó como material interesante, sin más implicaciones.

Imagen
Aquí, un par de técnicos, examinando el motor, no tengo más datos de esta foto.

En la URSS (y esto merecería un estudio aparte) por el contrario, trataron de darle vida a este motor, y sus copias locales denominadas Tumansky RD-10, sirvieron para propulsar los primeros intentos soviéticos con cazas a reacción, tales como el Yakovlev Yak-15 y derivados, o el Lavochkin La-160. Estos RD-10 fueron desarrollados sucesivamente, aunque no voy a seguir por esta línea, de momento.

También, el 004 siguió produciéndose tras la guerra en Checoslovaquia, por Malešice; designados M-04, para propulsar el Avia S-92; que a su vez era una copia del Me 262.

Dedicaré un post posterior al 109-012 y al 109-022..

Saludos
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Re: Heinkel Hirth HeS 30 (109-006)

Notapor Satur el Vie 03 Jul 2009 11:09

Quinto_Sertorio escribió:El HeS 30 (109-006).
Por ejemplo, el diseño del compresor, empleando un sistema de alabes del tipo “de reacción” (*).

(*) Nota: Confieso que no termino de entender qué significa esto. Normalmente los álabes del ROTOR (que se mueven) empujan el aire contra los álabes del ESTATOR (los que están quietos), consiguiendo así la compresión. Tal vez este diseño en particular, hiciera que esa compresión se hiciera de modo algo diferente, repartiendo las fuerzas de modo distinto al común.


Hola, creo que descifré lo de los álabes "de reacción". Si no entendí mal, hay álabes de impulso, en los que la velocidad relativa de salida es ligeramente menor que la velocidad relativa de entrada por las pérdidas de fricción y luego están los álabes de reacción, en los que la velocidad relativa de salida se ha incrementado con respecto a la velocidad relativa de entrada porque son álabes móviles y cambian entalpía por velocidad.

Lo de la entalpía es una magnitud de la termodinámica. Según entendí es la capacidad de intercambio de energía dentro de un sistema, pero si alguien lo sabe con más seguridad le estaríamos muy agradecidos. :oops:

Aquí una página con fórmulas que se escapan a mi nivel de conocimientos. http://www.uamerica.edu.co/tutorial/3tu ... t2_2_2.htm
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Notapor Quinto_Sertorio el Mié 08 Jul 2009 22:40

Satur escribió:
Quinto_Sertorio escribió:El HeS 30 (109-006).
Por ejemplo, el diseño del compresor, empleando un sistema de alabes del tipo “de reacción” (*).

(*) Nota: Confieso que no termino de entender qué significa esto. Normalmente los álabes del ROTOR (que se mueven) empujan el aire contra los álabes del ESTATOR (los que están quietos), consiguiendo así la compresión. Tal vez este diseño en particular, hiciera que esa compresión se hiciera de modo algo diferente, repartiendo las fuerzas de modo distinto al común.


Hola, creo que descifré lo de los álabes "de reacción". Si no entendí mal, hay álabes de impulso, en los que la velocidad relativa de salida es ligeramente menor que la velocidad relativa de entrada por las pérdidas de fricción y luego están los álabes de reacción, en los que la velocidad relativa de salida se ha incrementado con respecto a la velocidad relativa de entrada porque son álabes móviles y cambian entalpía por velocidad.

Lo de la entalpía es una magnitud de la termodinámica. Según entendí es la capacidad de intercambio de energía dentro de un sistema, pero si alguien lo sabe con más seguridad le estaríamos muy agradecidos. :oops:

Aquí una página con fórmulas que se escapan a mi nivel de conocimientos. http://www.uamerica.edu.co/tutorial/3tu ... t2_2_2.htm


Muchas gracias, el asunto requiere, sin duda, de algo de estudio matemático..Se hará el esfuerzo...

Antes de concluir, provisionalmente, con el tema del Jumo 004, hay que echarle un vistazo a dos de sus desarrollos más interesantes, los denominados oficialmente 109-012 y 109-022.

El 109-012 fue un diseño enteramente nuevo de turborreactor, de clase III según la clasificación oficial del RLM (ver post anteriores). El trabajo fue encargado al Dr Stein pero fue retrasado por la falta de medios, y la dispersión de éstos (causada por el deterioro de la situación, en particular por el asunto de los bombardeos). La disposición interna de este motor, estaba en la línea del 004, con un compresor de 11 etapas con álabes sólidos alojados en un carenado (que fijaba los álabes del estátor) de lámina de acero, con nervaduras de refuerzo. Los álabes, estaban diseñados por el mismo Dr Encke de la AVA, que ya hemos mencionado, creo, y tenían un número mach crítico de 0'8, eran más delgados que los del 004 y con bordes de ataque más afilados. Había provisión para toma de aire comprimido (para refrigeración, si hacía falta) en la quinta o séxta etapa del compresor. La salida de éste, conducía a 8 cámaras de combustión ubicadas en una sección de motor hecha también con lámina de metal. La turbina, por su parte, era de dos etapas con álabes huecos refrigerados por aire. En la tobera de salida, usaba un cono móvil de control de flujo, de área de salida. En suma, el 012 era como un 004 G/H bien desarrollados...

Diez de ellos se encargaron para pruebas, pero ante el descontrol en la producción, previsible, el RLM ordenó para el desarrollo en diciembre del 44. Lamentable.

El 012, preveía un empuje estático de 2.780kp a 5.300 rpm y un peso de dos toneladas. La relación de compresión era de 6:1 y el flujo de aire de 50kg/s. El diámetro era de 1,063 metros, longitud de 4,862 m. sin contar el cono de salida. Hubiera equipado a los Ju 287 B-2 y al Heinkel He 343 (en la imaginación, claro).

De las cifras anteriores, llama la atención el gran empuje previsto, con un peso también bastante alto (el doble de un 004), pero a unas revoluciones por minuto bastante bajas (buscando probablemente la fiabilidad por ese lado...). Lo cual, hace que de por sí, el incremento de esas RPM fueran, o hubieran podido ser, una vía muy clara de mejora en este motor... En un inexistente futuro.

Por su parte el 109-022, fue el diseño turbohélice derivado del 012. Consistía en añadir una tercera etapa de turbina, que accionaba mediante una reductora una hélice contrarrotatoria de paso variable y tres palas, y 3'5 metros de diámetro. Entre el 40 y el 60 por ciento de la potencia del motor, era liberado por las hélices, según la velocidad. Se preveía que a nivel del mar, y a 800km/h, este turbohélice entregaría 9.500 eshp. Compartida entre un empuje de chorro de 1.200 kp, y una potencia al eje, con las hélices girando a 1.200 rpm, de 3.500 hp. El peso, era de 2.600 kg, diámetro de 1,063 m, y longitud de 5,640 metros.

Probablemente, el diseño de este motor, fue provisionalmente parado también en 1944. Digo provisionalmente, porque tras la guerra, se reanudó en la URSS. Y este, sería un tema con mucha miga, porque los turbohélices soviéticos que vemos en los Bear y otros aparatos, descienden directamente de éste. Prueba de la básica corrección del diseño en sí.

Saludos
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Notapor hidracina el Jue 09 Jul 2009 2:02

Después de leer el post me ha quedado alguna duda. Hay bastantes motores alternativos invertidos. Doy por sentado que todos ellos van con engrase por sistema de carter seco pero aún así tiene que haber problemas con el aceite de vuelta. Elementos como el cigüeñal tienen que ser engrasados y en sus apoyos siempre hay escapes de aceite.

En un motor con los cilindros en posición normal no hay problema, el aceite cae al cárter por gravedad y de allí es recogido por la bomba pero en posición invertida ese aceite sobrante tiene que caer en buena parte en el vaso de los pistones. ¿Cómo se soluciona esto?. Ya en los motores con cilindros horizontales opuestos una de las cosas que se aprecian es un incremento de consumo de aceite por lo que no sean no sean horizontales puros. Se les da un ligero ángulo para evitar el problema del aceite.

Otra pega que tengo es con respecto al motor Junkers Jumo 205. He leído que el desfase entre el cigüeñal superior y el inferior es de 11º para la evacuación de gases. ¿No sería que la apertura de la lumbrera de escape está adelantada 11º?. Bastaría con hacer la lumbrera de escape un poco mayor, procedimiento que se usa en todos los motores 2T hasta conseguir esos 11º de adelanto en el escape en este motor. El meter un desfase entre cigüeñales pienso que descompesaría masas metiendo vibraciones. Una pega con respecto a abrir el escape es que luego tienes también un retraso de cierre en 11º pero al tratarse de un motor diésel no tienes pérdidas por franqueo.
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Notapor Quinto_Sertorio el Jue 09 Jul 2009 21:22

hidracina escribió:Después de leer el post me ha quedado alguna duda. Hay bastantes motores alternativos invertidos. Doy por sentado que todos ellos van con engrase por sistema de carter seco pero aún así tiene que haber problemas con el aceite de vuelta. Elementos como el cigüeñal tienen que ser engrasados y en sus apoyos siempre hay escapes de aceite.

En un motor con los cilindros en posición normal no hay problema, el aceite cae al cárter por gravedad y de allí es recogido por la bomba pero en posición invertida ese aceite sobrante tiene que caer en buena parte en el vaso de los pistones. ¿Cómo se soluciona esto?. Ya en los motores con cilindros horizontales opuestos una de las cosas que se aprecian es un incremento de consumo de aceite por lo que no sean no sean horizontales puros. Se les da un ligero ángulo para evitar el problema del aceite.

Otra pega que tengo es con respecto al motor Junkers Jumo 205. He leído que el desfase entre el cigüeñal superior y el inferior es de 11º para la evacuación de gases. ¿No sería que la apertura de la lumbrera de escape está adelantada 11º?. Bastaría con hacer la lumbrera de escape un poco mayor, procedimiento que se usa en todos los motores 2T hasta conseguir esos 11º de adelanto en el escape en este motor. El meter un desfase entre cigüeñales pienso que descompesaría masas metiendo vibraciones. Una pega con respecto a abrir el escape es que luego tienes también un retraso de cierre en 11º pero al tratarse de un motor diésel no tienes pérdidas por franqueo.


Hola Hidracina, normal que te queden dudas... A mí me quedan un montón de ellas, más dudas que otra cosa, porque el tema es complejo...

De hecho, el problema del aceite existía, y era importante en los motores V-12 invertidos alemanes. Pero ojo, de hecho, no sólo en los V-12 invertidos. Por recordar un poco, el sistema de lubricación del Rolls Royce Merlín, no era satisfactorio tampoco, y éste era un V-12 vertical. El sistema de lubricación entero, el diseño del cigüeñal en este motor, y otros detalles, fueron cambiados durante la guerra, precisamente por ello, creo recordar que en las series 70 del merlín, pero no estoy seguro ahora, habría que mirarlo en el hilo correspondiente, porque algo escribí sobre ello.

En el caso alemán, efectivamente, sí había problemas con los cilindros invertidos y el aceite. Estos problemas, aparentemente no se revelaron graves en los DB 601, pero sí ya en los 605 y 603. Estos motores, tenían diferente relacion de compresión en los cilindros de babor que en los de estribor, para solucionar los problemas causados por el aceite que caía en los cilindros. Hay un post anterior mío en este hilo, que trata de eso. El aceite "perdido" en el cárter, supongo que era drenado de alguna manera, entero o en parte; pero desde luego mucho del mismo pasaba por los cilindros, y un poco se filtaraba a la combustión. Era un problema.

Sin embargo, en los motores Junkers Jumo, no se usaban relaciones de compresión diferentes, porque el sistema de lubricación era distinto, creo que parecido al que luego adoptaría el Merlín y no tenía tantas pérdidas.

El problema, ahora, es que no tengo datos suficientes para describir en detalle esos sistemas de lubricación, al menos en algún caso el aceite era inyectado en el cigüeñal por un conducto interno, y salía por pequeños orificios situados en las muñecas (no recuerdo ahora si este nombre es el correcto) en las que se articulaban las cabezas de las bielas. Pero por desgracia no puedo decir mucho más.

En cuanto al tema del Jumo 205, el desfase entre el movimiento de un cilindro-cigüeñal y el otro, de 11º, estaba diseñado para que un cilindro pasara por una lumbrera, por ejemplo de escape, abriéndola; antes (11º antes) de que el otro cilindro pasara por la otra lumbrera, por ejemplo la de admisión. De este modo, el cilindro expulsaba los gases de combustión, antes de que el aire fresco entrara por la otra lumbrera, que por abrirse después, se cerraba también después según el movimiento del cilindro.

Eso, no se podía hacer variando la posición de la propia lumbrera, porque esa variacion de la posicion, tendría efecto directo en la DURACION, de esa apertura/cierre; entiéndase que esa duración no sería la adecuada.

El desfase de 11º, hace por otra parte que las masas en movimiento no se compensen (ambos cilindros haciendo un movimiento perfectamente opuesto...). Lo que aparentemente podría dar lugar a mayores vibraciones. Pero...¡ojo!, sólo a primera vista. Ese desfase de 11º, hace que sea muy dificil que los sucesivos armónicos del movimiento mecánico, entren en fase, ocasionando vibraciones que podrían ser destructivas.

Esto que acabo de decir, requeriría una explicación basada en la aplicacion del análisis de Fourier a los movimientos o señales periódicas... Básicamente, diré que una señal periódica, como el movimiento de un pistón, se puede caracterizar matemáticamente como una suma de tonos, o señales sinusoidales; con un valor de amplitud, y un valor de frecuencia y fase, que varían según coeficientes enteros (y así tenemos el primer armónico, el segundo, el tercero...).

Alguno de estos armónicos, generados por los movimientos de ambos cilindros, podrían sumarse, al entrar en fase, y convertirse en peligrosos; si la fase original relativa entre ambos movimientos está en 0º ó 180º. Sin embargo si la fase original relativa entre ambos es 0º+11º... es dificil o imposible que aparezca un armónico que se sume originando una vibración imprevista y peligrosa...

Creo que me he metido en un jardín... pero bueno, más o menos... :roll:

Saludos
Última edición por Quinto_Sertorio el Vie 10 Jul 2009 6:53, editado 1 vez en total
Razón: Correcciones menores.
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Turborreactores alemanes SGM: BMW entra en escena

Notapor Quinto_Sertorio el Vie 10 Jul 2009 20:45

Hola:

Bueno, ni con mucho ha quedado dicho todo lo que hay que decir del Jumo 004, pero sí bastante, y sin excluir alguna vuelta atrás en el futuro, creo que procede "cambiar de marca". Y pasarnos a la BMW... Cuando se habla de turborreactores alemanes SGM, y de BMW, todo el mundo se acuerda del 003, pero hay mucho más que contar. :carapoker:

En realidad, hay que recordar que lo que conocemos como BMW en aquellos años, era en realidad la fusión de dos compañías, la BMW y la Bramo (los nombres largos en alemán de estas compañias fueron dados hace muchos meses, y post, atrás...). Precisamente, el trabajo en turborreactores empezó en esta última aún antes de la fusión. El nombre clave fue Hermann Oestrich. Éste, había hecho ya en 1929 estudios sobre propulsión a chorro, determinando que para las velocidades entonces imperantes no merecía la pena; no obstante, en 1938 la compañia fue requerida por el Technisches Amt del RLM, a través de los viejos conocidos Mauch y Shelp, para estudiar de nuevo el tema. Inicialmente Oestrich dirigió su atención hacia los ventiladores (o fans) carenados y movidos por motores de pistón (en esta disposición, la hélice era sustituída por por el fan carenado), llamando a ésto Motorenluftstrahl o abreviado ML. Incluso se hicieron pruebas de esa disposición con un prototipo instalado en un Fw 44j pilotado por Hanna Reitsch. Pero rápidamente se vió que era una vía muerta...

... Y se entró de lleno en el trabajo con turborreactores verdaderos. Los estudios en éstos empezaron en el 38, y por motivos de eficiencia teórica, se hicieron cálculos y estudios empleando un compresor axial contrarrotatorio. (es decir, con parte de las etapas del compresor girando en un sentido y la otra parte en otro), pero se estimó demasiado complejo para empezar (más tarde la idea se retomaría). Un primer diseño con compresor axial simple y una etapa de turbina, diseñada por BMW, tuvo lugar entre diciembre del 38, y abril del 39. Tras la unión de BMW y Bramo, en el verano del 39, Bramo se pasó a conocer como BMW Flugmotorenbau Entwicklungswerk Spandau, y al diseño inicial del que hablamos se le pasó a denominar P.3302 en terminología de la empresa. Se acordó con el RLM, que este P.3302 sería un banco de prueba tecnológico, para asistir en el desarrollo del turborreactor mencionado con compresor contrarrotatorio. No deja de ser una ironía del destino, que fuera este P.3302 el que evolucionaría para convertirse en el BMW 003, mientras que el motor para el que se trabajaba, acabó siendo abandonado.

BMW P.3304 (109-002)

Efectivamente, el turborreactor con compresor contrarrotatorio, se denominó internamente P.3304, y su designación oficial del RLM fue la de 109-002. El diseño general de este motor, fue responsabilidad de un tal Helmut Weinrich, que había sido puesto en contacto con BMW-Bramo por Mauch, debido a que en 1936 el primero había mandado planos al RLM, de un turbohélice que usaba un compresor contrarrotatorio, esta propuesta no fue afortunada inicialmente, pero le valió al autor un buen puesto de trabajo, más adelante...

Ahora voy a hacerme la cena, luego sigo... >:->
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Notapor hidracina el Sab 11 Jul 2009 18:27

Dudo que un escape de aceite derramado sobre los cilindros pueda producir un incendio. En todo caso sería en los colectores de escape. Si el cilindro está tan caliente en el exterior para alcanzar la temperatura de inflamación significa que entonces en el interior de los cilindros la temperatura es todavía mayor y por tanto el aceite ya no tiene sus propiedades de engrase.

Hace años cuando hacía mas tonterías que ahora taladré el colector de escape de mi coche de gasolina y le metí un fino tubo metálico por el que luego inyectaba gasóleo para gastar bromas en los semáforos cuando cruzaba alguna niña...

Antes de taladrar hice pruebas echando directamente en el colector bien calentito aceite, gasoil... y nunca se inflamó lo que echaba y eso que los colectores se ponían a buena temperatura.

La presión de aceite en un motor por muy caliente que se ponga no se eleva, todo lo contrario. Al calentarse pierde viscosidad.

El interior del motor siempre está a la presión atmosférica o incluso un poco menos. Hay un conducto que comunica esta parte del motor con la admisión. El respiradero lo llevan todos los motores, exceptuando los tradicionales 2T por el uso que hacen del cárter.

Las muñecas aquí las llamamos muñequillas, también apoyos del motor. Lo que comentabas del canal de engrase de los cigüeñales lo llevan la enorme mayoría de los motores y recorren la pieza casi de parte a parte. Luego tiene unos orificios para engrase hasta el canal en cada apoyo y cabezas de biela. Los apoyos tienen unos casquillos antifricción de plomo-antimonio donde gira apoyándose el cigüeñal en una película de aceite a presión. Sistema excelente pero que tiene su pérdida de aceite que aquí perjudica tanto. También tenemos unos chorritos intermitentes para refrigerar interior de pistón y pie de biela.

Lo que comentas de diferentes relaciones de compresión por culpa del aceite me parece una monumental chapuza, peor todavía que el desfase entre cigüeñales.

No me he puesto a fondo en estudiar a fondo lo de evitar vibraciones con ese desfase pero ya en un principio están metiendo vibraciones en las RPM propias de trabajo del motor. Las vibraciones destructivas están fuera de esa banda. Habría que ver de todas formas si has trasformado esa estrecha franja de vibraciones en otra de menor fuerza pero mas ancha. Lo bueno que tenemos en estos motores es el gran volante de inercia que es la hélice.

Otra cosa en contra del desfase, que hay que llegar también a un compromiso con respecto al avance de la inyección. Tampoco los dos pistones alcanzan el PMS al mismo tiempo. Vamos, una super chapuza. En un motor normal de automoción y te lo digo por propia experiencia en un cambio de correa de distribucíon, por saltarme un solo diente de la distribución, unos 4º el resultado fueron humos y calentamiento excesivo del motor.

Respecto al tiempo de apertura del escape ya lo tuve en cuenta, por eso dije que no hay pérdidas de franqueo. En un diésel tiene mucha menos importancia que en un Otto. Trabajamos con aire no con mezcla y veo que detrás del motor 205 tiene un estupendo compresor centrífugo.

El motivo que antes abra el escape que la admisión es para evacuar gases, cierto pero el principal motivo es descargar completamente la presión dentro del cilindro. Si abrieran al mismo tiempo escape y admisión, los gases de escape entrarían en el conducto de admisión.

Me he llevado un pequeño desengaño con estos motores. Creía que eran otra cosa.
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Notapor Quinto_Sertorio el Sab 11 Jul 2009 20:55

Bueno, hidracina, ahora contesto yo :lol:

En cuanto a lo de las diferentes relaciones de compresión en cilindros de babor y estribor de los Db 605 y 603 (conseguidas probablemente por un diferente diseño de la culata) estoy completamente de acuerdo en que es una monumental chapuza. No sé si has leído el post en que lo comento, que es de hace unos meses. Pero la razón de ello era que las filtraciones de aceite perjudicaban en la combustión, reduciendo el "octanaje efectivo" de la mezcla; y en vez de diseñar un sistema de lubricación adecuado, recurrieron a la trampa (pero tal vez trampa práctica, no lo olvidemos); de reducir la relación de compresión en los cilindros más afectados. No guarda ninguna relación, con que se incendiara el motor, ni nada de eso. Sino que, repito, el aceite se filtraba por los anillos de compresión, y entraba en el cilindro, en la zona de combustión; y eso, al reducir el octanaje efectivo de la mezcla, ocasionaba las típicas detonaciones prematuras, sobre todo con altas presiones de admisión.

Ten en cuenta, que al aumentar las presiones de admisión es estos motores, al pedir la guerra más potencia, es cuándo pudo ponerse de manifiesto el problema con el aceite. Y entonces, es muy posible que la solución adoptada, y que estamos criticando, de dar diferentes relaciones de compresión según la bancada de cilindros; pudo ser simplemente "la menos mala de las soluciones", es decir: Técnicamente no la mejor, pero sí la más práctica y realista por motivos industriales en tiempo de guerra.

No estoy de acuerdo contigo en el tema de los Jumo 205, y familia, entre otras cosas porque en la práctica, fueron motores muy fiables y exitosos. De hecho, de ellos derivaron los británicos los motores "deltic", empleados en náutica, por ejemplo. No hubo, o yo no conozco, ningún problema serio relativo a ese desfase de 11º. Fueron diseñados con calma y conocimiento desde los años 20, y Hugo Junkers no es de los que hacían, o dejaban hacer en su compañía, cosas insensatas; ni siquiera vibraban más que cualquier diésel de la época. Luego... podemos conceder a sus diseñadores el beneficio de suponer que sabían lo que hacían...

En cualquier caso, algo que ya comenté en el primer post del hilo, hace años ya... Es que yo no soy ni ingeniero de motores, ni siquiera mecánico. Hablo de lo que puedo leer acá y allá. Cualquier contribución desde ese ángulo es muy bienvenida.

Saludos
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BMW 002 (II)

Notapor Quinto_Sertorio el Dom 12 Jul 2009 21:44

Hola...

Recordamos, que el BMW 002 fue un diseño pensado sobre la idea de usar un compresor contrarrotatorio. Tenía cuatro etapas axiales de compresor internas conectadas, y accionadas por, a una sección con tres etapas de turbina, interiores. Y rodeando a este conjunto estaba un montaje, en una especie de tambor, con cinco etapas de compresión exteriores y cuatro etapas de turbina, exterior; girando en el sentido opuesto al del conjunto interior. Estaba equipado con rodamientos para evitar fricciones en estos conjuntos. Y con los adecuados montantes de sujección y posicionamiento, claro.

La cámara de combustión, era anular, con diseño adecuado, mediante una estructura laberíntica, para evitar fugas del gas caliente. La refrigeración, no era tomada de un punto del compresor, como en el 004, sino de una toma directa de aire atmosférico situada en el frontal del carenado central del motor. Los elementos auxiliares el motor estaban situados en éste carenado, antes de la etapa de compresión.

Etapas de este compresor, y sus álabes de aluminio forjado, fueron producidas por WMF, de Geislingen. Pero la cámara de combustión no llegó a fabricarse.

A medida que el trabajo y la experiencia con turborreactores aumentó (en gran parte por el trabajo en el P.3302), los diseñadores llegaron al convencimiento de que si ya era dificil contruir un turborreactor... Este con compresor contrarrotatorio podría ser una pesadilla. De modo que para comienzos del 42, los trabajos (ubicados en Spandau) sobre este motor fueron abandonados y se decidió concentrar los recursos en el P.3302.

Ahora, como es natural, un dibujito del P.3304:

Imagen
1- Toma de aire.
2- Toma de aire de refrigeración
3- Radiador de aceite.
4- Tanque de aceite.
5- Tirantes de soporte.
6- Rueda rotatoria del rotor exterior.
7- Tobera de salida.
8- Salida de aire de refrigeración.
9- Turbina interna de 3 etapas.
10-Turbina externa de 4 etapas.
11- Sellado laberíntico de la cámara de combustión.
12- Compresor axial exterior de 5 etapas.
13- Compresor axial interior de 4 etapas.
14- Accesorios.


Curioso ¿Verdad?...

Añado, este esquema, simbolizando un corte longitudinal, de la disposición de los grupos móviles importantes. En negro, el tambor y etapas de compresión y turbina externa. Y en azul, el "eje" interior con sus etapas de compresión, y turbina. He puesto en rojo un garabato indicando la posición de la cámara de combustión. Recuerden que giraban en sentidos contrarios. Y por cierto: No había, por supuesto, el típico "estátor" de otros turborreactores.

Imagen


Saludos
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BMW P.3303

Notapor Quinto_Sertorio el Jue 16 Jul 2009 22:34

Voy a dedicar un breve post, a título informativo, a un proyecto de la BMW, que se sale, pero enlaza, de la línea que condujo al 003. Se trata del P.3303.

Era este un proyecto de turborreactor, basado en los trabajos previos de BMW en relación con los turbocompresores. En efecto, el trabajo en turbocompresores no era desconocido en Alemania antes de la SGM, pese a lo que pudiera parecer ante la falta de presencia de éstos en aviones alemanes operativos durante la guerra. De hecho, la BMW tenía patentes de turbocompresores con la disposición típica de éstos: Turbina axial que accionaba un compresor centrífugo. Y de hecho, para el año 1938, el uso de alabes huecos de la turbina, permitía el funcionamiento a temperaturas de hasta 900ºC, no está mal.

El por qué esta tecnología, que estaba en manos de BMW, o de Hirth, o de Junkers no fue más aprovechada, cuando se pudo, sigue siendo uno de los grandes temas técnicos a la hora de hablar de aviones alemanes durante la SGM.

Bien, fue en 1938 cuando al aceptar BMW el contrato oficial sobre turborreactores, este proyecto del que hablamos fue puesto en manos de Kurt Loehner. Con la idea precisamente de usar el trabajo sobre turbocompresores para sobrealimentación de motores de pistón. Curiosamente, este trabajo previo sobre turbocompresores, estuvo en manos de Max Adolf Mueller, del que ya hemos hablado. Mueller era un consultor independiente, y bajo su nombre se pidió la patente para el diseño de alabes huecos refrigerados por aire.

Con estos precedentes, Loehner adaptó para el uso una estructura con una turbina de éstas, un compresor centrífugo de dos etapas, y una cámara de combustión que llegaba a alcanzar los 900ºC, precisamente para aprovechar energéticamente esta posibilidad supuesta de la turbina. Cuando el proyecto del P.3303 fue parado a finales del 39, fue esta turbina con alabes huecos, lo que quedó de herencia para el P.3302 (ó 003).

Saludos
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BMW F.9225

Notapor Quinto_Sertorio el Vie 17 Jul 2009 21:41

Hola..

Quería hablar también un poco, a modo de curiosidad, del BMW F.9225. Se trababa de un proyecto previo a la guerra, realizado en Munich con posible influencia de Max Mueller. Tenía un compresor de siete etapas, posiblemente con alabes de reacción, cámara de compresión circular, y turbina de dos etapas. El acoplamiento entre turbina y compresor era flexible, a través de un eje hueco, con los rodamientos antifricción adecuados, etc. La tobera de salida era de geometría fija. La refrigeración de los alabes de la turbina era mediante aire tomado del compresor, entre la tercera y cuarta etapas del mismo, y conducido a través del eje hueco entre compresor y turbina (esto se ve mejor en el dibujito que sigue). Es difícil decir si este diseño hubiera estado bien o mal, se paró en su momento, supongo que con buenas razones; sólo que esas buenas razones a lo mejor no tenían que ver con la calidad en sí de este diseño.

Imagen
Turborreactor axial BMW F.9225:
1- Entrada de aire.
2- Compresor axial de 7 etapas.
3- Conducto de aire de refrigeración tomado del compresor.
4- Acoplamiento flexible entre el eje de la turbina, y el del compresor.
5- Cámara de combustión anular.
6- Turbina de 2 etapas.
7- Tobera de salida de geometría fija.
8- Accesorios.
9- Engranaje de arranque.



Al iniciarse la guerra, se decidió parar el trabajo de BMW en Munich relativo tanto a éste P.9225 como al P.3303 que vimos ayer, para concentrarse en los motores de pistón. Continuando el trabajo sobre el P.3302 en la BMW de Spandau, lo que antes era la Bramo. En esta localidad, hubo unos 40 ingenieros dedicados al tema en 1939, y las instalaciones no eran específicas para este tipo de motores, y encima los motores de pistón tenían prioridad en el uso de medios. Esta situación mejoró en 1942 (tarde señores, tarde...) cuando también se abandonó el 109-002 del que ya hemos hablado, además de otros proyectos que dejaron libre más medios y personal para el 109-003 (o P.3302). En total unos 200 ingenieros y personal cualificado, más otros 700 trabajadores más (lo pongo, porque da una idea del esfuerzo realizado); estas cifras habían pasado a 550 y 1.000 respectivamente, en 1945. Pero, teniendo en cuenta que a partir de 1942, precisamente, empezaron a caer del cielo regalos muy ruidosos, que obligaron a dispersar la producción, y subcontratar la fabricación de diversos elementos... Otro día cuento algo más sobre esto.

Saludos
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Notapor hidracina el Sab 18 Jul 2009 16:26

Otra duda existencial que tengo con respecto al Me109. Tiene un cañón que dispara a través del cubo de la hélice estando la recámara detrás del motor. Entonces, ¿tiene el motor una reductora ?. De otra forma no me cabe en la cabeza que pueda atravesar el cañón el motor.
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Notapor Quinto_Sertorio el Sab 18 Jul 2009 21:32

hidracina escribió:Otra duda existencial que tengo con respecto al Me109. Tiene un cañón que dispara a través del cubo de la hélice estando la recámara detrás del motor. Entonces, ¿tiene el motor una reductora ?. De otra forma no me cabe en la cabeza que pueda atravesar el cañón el motor.


Por supuesto que sí tenía reductora... Todos o casi todos los motores de aviación tenían reductora, porque el régimen de giro de estos motores era tal que una hélice girando a esa misma velocidad angular, tendría en la punta de sus palas una velocidad lineal superior a la del sonido. Lo cual es ineficiente en el aprovechamiento de la hélice, por decir lo menos.

Luego, pues hay muchos diseños posibles para la reductora, y algunos, como los de los alemanes Junkers Jumo, Daimler Benz, o franceses de Hispano Suiza, permitían además disparar un arma a través del buje de la hélice. En estas fotos se ve bien cómo iba el tema:

Imagen
Lateral de un Daimler Benz Db 601E, 1 es el engranaje del eje de la hélice, y 2 el engranaje del cigüeñal. Se ve el eje del buje de la hélice.

La reductora del Db 601, era básicamente sencilla: dos ruedas dentadas engranadas, la más pequeña en el extremo del cigüeñal, y la grande moviendo directamente el eje de la hélice. Luego había otras cosas, pero es otro asunto. La rueda dentada grande, giraba alrededor de su anclaje accionada por la del cigüeñal usando cojinetes (ahora no sé si de bolas o de fricción) y dejaba un hueco en su interior, que se prolongaba en el eje y buje de la hélice, permitiendo disparar a su través. Además, hacia atrás del motor, el eje de giro hueco de esta rueda dentada se prolongaba (no sé si esta prolongación era fija o giraba solidaria) hasta la parte posterior del motor, donde tenía sus anclajes adecuados, dejando el hueco donde se metía el cañón del arma. En la foto siguiente se ve:

Imagen
En un círculo amarillo, la apertura para el arma en la parte posterior del motor.

Las fotos están muy oscuras, pero las he dejado así.

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BMW 003 (I): Hermann Oestrich

Notapor Quinto_Sertorio el Vie 24 Jul 2009 21:31

BMW 003 (I): Hermann Oestrich

Hola, antes de seguir con el motor a reacción por excelencia de la BMW, durante la SGM. Es interesante hacer una comparación básica del planteamiento que condujo a este diseño, en comparación con el rival de la Junkers Jumo. Porque esto orienta bastante bien para entender por qué uno y otro eran como eran, y por qué tuvieron en papel que tuvieron en la guerra.

Ya vimos, que el Jumo 004, fue contraído sobre la base del conocimiento adquirido de un par de proyectos anteriores que fracasaron; y sobre todo, basándose en un requerimiento extremadamente práctico y sensato, que pedía un motor a construir de modo rápido y fácil; aún sacrificando expectativas de potencia/prestaciones y desarrollo. Este planteamiento inicial, más el trabajo del equipo capitaneado por Anselm Franz (aún le debo un hilo, o al menos un post); condujo a un motor bueno y adecuado a la situación, lleno de soluciones prácticas, sin problemas graves atribuibles al diseño propiamente dicho; y que estuvo preparado y listo… diría yo que “casi” a tiempo. Casi, casi…

Con el BMW 003, la cosa fue distinta. Recordamos, que el BMW 003, fue el resultado de un proyecto denominado P.3302, que en principio no estaba destinado a ser producido. El P.3302, iba inicialmente a ser una especie de “demostrador tecnológico” en el que se trabajaría y se probarían soluciones que luego se podrían aplicar a otros motores en proyecto. Pronto, esos proyectos quedaron aparcados, y fue el P.3302 el que siguió adelante; pero conservando en su planteamiento de diseño, la idea de buscar soluciones más avanzadas y con más perspectivas de desarrollo, al coste de dificultar sensiblemente el propio desarrollo y puesta en funcionamiento del motor.

Hermann Östrich

Dicho lo cual, merece la pena hablar un poco del “padre” de este motor: Hermann Oestrich. Nacido en Duisburg el 30 de diciembre de 1903, y fallecido en París en 1973, estudió en la Technisches Hochschulen de Hannover y Berlin. Desde 1928 trabajo en el departamento de motores des DVL en Berlín-Adlershof y fue allí donde se interesó primero en las teorías sobre propulsión a chorro. En 1935 pasó a la Siemens ganando experiencia en el tema de motores de pistón, y funcionamiento de los mismos a gran altitud. A partir de 1938 fue puesto a cargo del proyecto de estudio sobre turborreactores del RLM en la BMW-Spandau, y desde el 43, fue la cabeza de todo el área de BMW dedicada al desarrollo de turborreactores. Oestrich, favorecía un turborreactor axial, pero sin las complejidades del sistema de compresor contrarrotatorio, que propugnaban otros de la BMW, como hemos visto.

Cerca del desastre final, el equipo de Herman Őestrich, a cargo del desarrollo del motor BMW 003 se movió a Stassfurt, cerca de Magdeburg, en Febrero de 1945. A una planta subterránea de fabricación. Stassfurt se rindió a las fuerzas americanas el 12 de abril del 45, y Oestrich escondió muchos de los datos del programa en un cementerio local. Justo a tiempo, porque al siguiente día, un equipo de la Pratt & Whitney llegó buscando el botín. La planta volvió a funcionar brevemente para los americanos, antes de vaciarla de cosas importantes como paso previo a la entrega de la zona a los soviéticos

Őstrich se movió entonces a Munich para los interrogatorios, y luego a Inglaterra. Trabajando brevemente en el diseño de un turbohélice. En esos momentos, Oestrich fue captado por agentes franceses del DGER, con una buena oferta para continuar el diseño del 003 para Francia. Tras una serie de idas y venidas de Inglaterra a Munich, y otra oferta norteamericana para trabajar en USA pero sin sus familias (los franceses, sí habían pensado en esto); Őstrich aceptó la propuesta francesa y para septiembre se había establecido en Lindau-Rickenbach, a orillas del Lago Constanza, en las antiguas instalaciones de Dornier. Aquí se le unieron otros miembros de la BMW, y otros ingenieros alemanes, hasta 200; en lo que en la práctica fue la reconstrucción del equipo de desarrollo del 003. Eso sí, ahora se llamaría Atelier Technique Aéronautique Rickenbach, o ATAR. Trabajaron en un diseño basado en el BMW 003, y todo ello, acabó bajo la jurisdicción y las nuevas instalaciones de SNECMA, en el 47, y hasta hoy. Öestrich recibió la nacionalidad Francesa en el 48, la dirección técnica de SNECMA en el 50, y la Legión de Honor en el 62. Pero esta parte de la historia se sale mucho del tema de este hilo.

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En el próximo post, ya entramos en el motor en sí.

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