MOTORES DIESEL PARA AVIACIÓN



  • Les copio traducido por google un artículo publicado por una fundación sobre motores diesel de aviación, tema que me pareció interesante resaltar, dado la capacidad que tienen nuestros técnicos en desarrollar estos motores y cuyos componentes se pueden obtener en forma doméstica. Este artículo que transcribo es relativamente antiguo (se publicó en el año 2000) pero me parece hoy aplicable en nuestro país. Hay que aclarar también que algunos de estos prototipos de motores no pasaron la primera etapa sin ser Certificados y otros en cambio, no tuvieron comercialización.
    Sin embargo insisto, estimo que al menos en nuestro país y en las actuales posibilidades de financiamiento, se podría encarar la I&D +I en estos motores para ser aplicados tanto a la aviación militar (aeronaves de entrenamiento y de transporte y servicios generales) como a la civil.

    Se pueden encontrar enlaces a información adicional sobre la tecnología emergente de motores de aeronaves en AOPA Online ( www.aopa.org/pilot/links/links0008.shtml ).

    VUELO FUTURO: CABALLOS DE FUERZA DE UN COLOR DIFERENTE
    LOS MOTORES DIESEL DE ALTA COMPRESIÓN Y LAS TURBINAS EFICIENTES IMPULSARÁN LOS AVIONES DEL MAÑANA

    Impulsados ​​por la promesa de que el combustible de aviación con plomo seguirá el camino del pájaro dodo y por el desarrollo financiado por la NASA de motores de aviación general de nueva tecnología, no menos de cinco empresas están trabajando actualmente en motores diésel para los aviones ligeros del mañana. Además, dos empresas están desarrollando centrales eléctricas de turbinas ligeras y de bajo consumo de combustible.

    Los motores diésel no son repeticiones de los motores diésel ruidosos, humeantes y sin agallas que han aparecido de vez en cuando en varios automóviles durante años. Cada uno de los nuevos diseños está turboalimentado. Cuatro de los motores que se están desarrollando tienen una potencia de 200 a 205 caballos de fuerza. Dos de estos motores se están desarrollando en el extranjero; dos de los motores están refrigerados por agua y uno es un radial refrigerado por aire. Y al menos tres de los motores, el Teledyne Continental Motors CSD-283, el SMA Morane Renault MR 200 y el DeltaHawk V-4, están programados para aparecer en EAA AirVenture 2000 en Oshkosh a principios de este mes.

    Según los informes de los fabricantes, estos motores serán capaces de consumir menos combustible específico que los motores más eficientes de la actualidad, funcionarán con mayor suavidad, tendrán un recuento de piezas de motor mucho menor y serán capaces de producir TBO más largos que cualquier motor avgas. .

    Tanto TCM como DeltaHawk están construyendo sus motores para aprovechar la tecnología diesel de dos tiempos. Debido a que han pasado décadas desde que se utilizó un diesel de dos tiempos en la aviación, veamos esta tecnología.

    Motores diesel de dos tiempos
    Una de las ventajas de un motor diesel de dos tiempos es la alta potencia por pulgada cúbica de cilindrada. El TCM CSD 283 es ​​un motor de desplazamiento de 286 pulgadas cúbicas (4.7 litros) que está programado para producir 200 caballos de fuerza. Un motor avgas Lycoming IO-360 desplaza 360 pies cúbicos. pulg. (5,9 litros) para producir la misma potencia nominal.

    Hay dos razones para este aumento de la eficiencia. La primera razón es que los cilindros diésel de dos tiempos entregan una carrera de potencia por cada 360 grados de rotación del cigüeñal frente a 720 grados de rotación del cigüeñal para un cilindro de cuatro tiempos. La segunda razón es que hay más energía latente en un galón de diesel (en realidad Jet-A) que en un galón de avgas, y debido a una mejor eficiencia térmica, los motores diesel extraen más potencia de un galón de combustible que el de avgas. motores alimentados.

    Duplicar el número de golpes de potencia también crea un motor de funcionamiento más suave porque hay menos tiempo en la rotación del motor cuando la masa de la hélice y el cigüeñal actúan como un volante para mantener el motor girando. En un motor de gasolina o diesel de cuatro tiempos, la carrera de potencia de un cilindro ocurre durante aproximadamente 150 grados de rotación del cigüeñal, solo alrededor del 20 por ciento del ciclo completo de 720 grados. Esto da como resultado dos intervalos de 30 grados durante cada 360 grados de rotación cuando no hay una carrera de potencia entregada al cigüeñal; esto hace que la rotación del motor sea impulsada por la inercia del cigüeñal y la hélice, lo que se traduce en vibración del motor.

    En los motores diésel de dos tiempos, la carrera de potencia se produce durante 90 a 120 grados de rotación en un ciclo de 360 ​​grados. Dado que los cuatro cilindros (en estos motores de cuatro cilindros) entregan sus golpes de potencia durante un ciclo de 360 ​​grados, no hay períodos en los que el cigüeñal no sea empujado por un golpe de potencia. El resultado es menos vibración, ya que no hay inversiones de empuje en el cigüeñal.

    El doble de golpes de potencia por revolución y una combustión más eficiente también dan como resultado valores de par más altos que se entregan a la hélice por pulgada cúbica de desplazamiento del motor. Zoche Aero-Diesels, una empresa alemana que desarrolla motores diésel de dos tiempos refrigerados por aire radiales, afirma que su motor se ha refinado hasta el punto en que el motor ofrece un 58 por ciento más de par por litro de desplazamiento que un motor TCM IO-520 moderno.

    Aunque el diésel de dos tiempos tiene una serie de ventajas inherentes, tanto Morane Renault como Lycoming han seleccionado diseños diésel de cuatro tiempos.

    Relaciones de compresión
    Un moderno motor avgas de cuatro tiempos de alto rendimiento normalmente comprime la mezcla de combustible / aire en los cilindros en una relación de 7.5: 1 a 9: 1 antes del evento de encendido que inicia la carrera de potencia. Los motores Avgas podrían ser más eficientes térmicamente al aumentar la relación de compresión, pero los motores turboalimentados de cuatro tiempos de alto rendimiento ya están operando en los límites superiores de la capacidad de los combustibles disponibles (100LL) para evitar la detonación.

    Los diesel comprimen el aire en los cilindros en proporciones de aproximadamente 16: 1 a 20: 1. Luego, el sistema de combustible inyecta combustible en los cilindros a una presión extremadamente alta (más de 20.000 psi) en el momento adecuado para iniciar el evento de combustión. El calor de la compresión enciende el combustible. Estas altas relaciones de compresión producen una combustión más completa y una mejor eficiencia térmica de lo que es posible con los motores de gas. Esto reduce la contaminación ambiental, especialmente el dióxido de carbono. Otra ventaja del proceso de combustión muy completo es que las temperaturas de los gases de escape son considerablemente más bajas que las temperaturas de entrada de la turbina en los motores avgas turboalimentados (1,100 a 1,150 grados Fahrenheit frente a 1,650 o más), lo que reduce el desgaste del turbocompresor.

    Además de las emisiones reducidas, los motores diesel son más silenciosos debido a las menores rpm de la hélice y el efecto de amortiguación del turbocompresor en la trayectoria del escape.

    Economía de combustible
    Todos los fabricantes citan números de consumo de combustible específicos de los frenos de crucero de aproximadamente 0.036, mientras que un motor avgas de cuatro tiempos saludable generalmente no puede funcionar mejor que 0.045 BSFC. Las estimaciones en el sitio web de una empresa afirman que un viaje de 1.000 millas con una potencia del 65 por ciento requeriría 40,9 galones de Jet-A para el diésel y 57,3 galones de 100LL para un motor de gas avgas comparable. Dado que Jet-A es menos costoso que el avgas con plomo, los costos operativos directos son más bajos por caballo de fuerza.

    Recuento de piezas del motor
    Uno de los objetivos especificados en el programa de investigación de propulsión de la aviación general de la NASA es reducir la complejidad de los futuros motores de aeronaves. CAD (diseño asistido por computadora) y CAM (fabricación asistida por computadora), junto con un software especial, han proporcionado procesos de fabricación que nunca antes se habían utilizado en motores de aeronaves de pistón. El motor CSD 283 de TCM se fabrica mediante un proceso monobloque. Esto significa que la carcasa, las paredes de los cilindros y las culatas de la mitad del motor son todas de una sola pieza. Atornille las dos mitades juntas después de instalar las piezas recíprocas y los engranajes actuadores, y el ensamblaje está terminado.

    El diseño monobloque permite a los desarrolladores crear motores con el cilindro y la resistencia de la culata necesarios para las relaciones de compresión más altas y las altas presiones de combustión de un motor diesel, al tiempo que mantienen bajos los pesos y reducen el costo de fabricación.

    Diferentes aproximaciones
    En la actualidad, hay dos fabricantes de motores diésel de dos tiempos para aviones de 200 a 205 hp que compiten por obtener la certificación de sus motores. Los contendientes de 200 hp son Teledyne Continental con su CSD 283 y DeltaHawk con una configuración de cilindros V-4 de 90 grados. Lycoming y Morane Renault están tomando un rumbo ligeramente diferente con motores diesel turbo diesel de cuatro cilindros, cuatro tiempos y 200 hp que utilizan cilindros opuestos horizontalmente. El TCM y el DeltaHawk de dos tiempos estarán refrigerados por agua; los cuatro tiempos se enfriarán por aire. Zoche Aero-Diesels de Munich, Alemania, está desarrollando una serie de turbo diesel de dos tiempos refrigerados por aire que utilizan una configuración de cilindro radial.

    Continental CSD 283
    La NASA seleccionó a Teledyne Continental en abril de 1997 para desarrollar un motor junto con el programa GAP. El CSD 283 es ​​un motor diésel de dos tiempos de cuatro cilindros, horizontalmente opuestos, turboalimentado y refrigerado por líquido, con una cilindrada de 4,7 litros y una potencia nominal de 200 CV. La potencia nominal se entrega a través de una hélice Hartzell gobernada de 2.200 rpm. Los ciclos de prueba de la celda de potencia nominal de un motor prototipo debían completarse en julio.

    El motor CSD 283 tiene dos válvulas de escape convencionales por cilindro. Las válvulas de escape limpian rápidamente los gases de escape. Las bajas temperaturas de los gases de escape deberían reducir el desgaste del tren de válvulas. El peso objetivo para el motor es de 300 libras, y los informes indican que este peso se cumplió durante las pruebas de desarrollo.

    El motor CSD 283 utiliza un turbocompresor para presurizar el aire de admisión. Este turbocompresor es impulsado por un motor eléctrico para presurizar el aire para el arranque.

    TCM ha contratado a Mod Works, de Punta Gorda, Florida, para instalar el CSD 283 en la posición del motor delantero de un Cessna Skymaster para pruebas de vuelo. Este avión está programado para aparecer en Oshkosh para el espectáculo aéreo EAA AirVenture 2000.

    Morane Renault MR 200
    El MR 200 de Morane Renault es un motor de 5 litros (aproximadamente 305 pulgadas cúbicas) de desplazamiento, cuatro cilindros, turboalimentado, intercooler, cuatro tiempos, configuración opuesta, refrigerado por aire de 200 hp. Este motor tiene válvulas de admisión y escape de tipo tulipán convencionales. Con el desarrollo a partir de 1995, este motor se vio por primera vez en Oshkosh en 1998, y se espera la certificación en Europa para fines de 2000, y la certificación de EE. UU. Se espera para el verano de 2001.

    Las pruebas de vuelo se han realizado con el motor instalado en un Socata TB20 Trinidad. El peso informado es 13 libras menos que el de un Lycoming IO-360.

    El motor estará en Oshkosh para EAA AirVenture 2000, y los asistentes podrán escuchar y ver el motor en marcha. El motor se montará en un dispositivo de demostración de planta motriz de tecnología avanzada de la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle. Este motor entregará caballos de fuerza nominales a 2000 rpm reguladas. Esta velocidad se eligió para crear una firma de muy bajo ruido y permitir que el motor alcance un TBO de 3.000 horas.

    Las versiones de 250 hp (MR 250) y 300 hp (MR 300) de la configuración de cuatro cilindros también se están preparando para la certificación y producción.

    DeltaHawk Inc.
    DeltaHawk Inc. está probando actualmente un motor diésel de dos tiempos, turbo y sobrealimentado, intercooler, de cuatro cilindros y 200 hp con los cilindros en una configuración en V de 90 grados. El desplazamiento es de 202 pies cúbicos. pulg. (3,3 litros). Se eligió la configuración de cilindro en V porque puede ser más compacta y ligera que las configuraciones opuestas, una afirmación que se puede corroborar ya que un modelo volador de este motor pesa 60 libras menos que el Lycoming IO-360.

    El EagleHawk V-4 entregará potencia nominal a 2700 rpm. El aire de entrada presurizado y los gases de escape tienen puertos de pistón. Esto elimina la complejidad del tren de válvulas. Este método de respiración de circuito cerrado no es tan eficiente como el diseño uniflo utilizado en el motor TCM, pero el fabricante pensó que la simplicidad era más importante que la eficiencia óptima.

    Este motor está equipado con un sobrealimentador para presurizar el flujo de aire en los cilindros a bajas rpm y para arrancar. Una vez que el motor arranca, el turbocompresor proporcionará el aire impulsado. Si el turbocompresor falla, el supercargador tiene suficiente capacidad para proporcionar el 50 por ciento de la potencia normal del motor.

    DeltaHawk tiene motores de configuración en V de dos tiempos en el tablero de dibujo para modelos de 100, 150, 200, 300 y 400 hp.

    Lycoming TDIO-360
    El motor de Lycoming es de cuatro cilindros opuestos, turboalimentado y de cuatro tiempos.

    Motor refrigerado por aire con una potencia nominal de 205 hp. Este motor se está refinando a partir de un diseño existente desarrollado originalmente en Italia y propiedad de Detroit Diesel. Según Randy Jensen, director de desarrollo de productos, Lycoming está persiguiendo "muy activamente" este proyecto.

    Con un diseño de cuatro tiempos, el TDIO-360 cuenta con válvulas de admisión y escape. Este motor tiene cilindros extraíbles individualmente. Se continúa trabajando para reducir el peso, disminuir las vibraciones, mejorar la confiabilidad y optimizar el sistema de suministro de combustible.

    Zoche Aero-Diesels ZO O1A
    El Zoche ZO O1A es un motor diésel de 150 hp, turbo y sobrealimentado, intercooler, de dos tiempos, cuatro cilindros, refrigerado por aire con los cilindros en configuración radial. El desplazamiento es de 162,6 pies cúbicos. pulg., y el motor pesa 185 libras. Las dimensiones son 21,8 pulgadas de alto, 21,8 pulgadas de ancho, 25,4 pulgadas de diámetro y 32,0 pulgadas de largo. Los cilindros tienen puertos de pistón, lo que según Zoche es al menos tan eficiente como el diseño uniflo y tiene menos piezas. Michael Zoche ha estado desarrollando sus motores, que también incluyen el ZO O2A, una versión de ocho cilindros de 271 libras, 300 hp, durante más de 15 años.

    El diseño radial fue elegido por su capacidad para ser enfriado por aire de manera efectiva y equilibrado al 100% a todas las rpm con un sistema de contrapeso simple. Las cuatro bielas están unidas a un solo eje del cigüeñal, lo que evita cualquier torsión del cigüeñal, que es difícil de equilibrar en motores de configuración opuesta. Los motores Zoche utilizan un sistema de arranque neumático que elimina la necesidad de un sistema de arranque y batería de servicio pesado.

    Michael Zoche dice: "La gente no se da cuenta de la magnitud de nuestros objetivos; nuestros competidores piensan que somos lentos. Estamos seguros de que tan pronto como nuestros productos estén certificados y en producción, cambiarán de opinión".

    Williams International EJ22
    Williams International Inc., con su participante FJX-2 en el programa de propulsión de aviación general de la NASA, tiene un historial de fabricación de motores turbofan pequeños y potentes. Los motores de turbina de Williams se han utilizado en todo, desde misiles de crucero Tomahawk hasta los aviones Cessna CJ1 y CJ2, Raytheon Premier y Sino Swearingen SJ30-2.

    Se espera que el motor FJX-2 pese 85 libras, desarrolle 700 libras de empuje y queme 100 libras de combustible por hora, aproximadamente el mismo consumo de combustible que un pistón simple de 300 hp. Williams International produjo cuatro motores FJX-2. El EJ22 es la versión de producción del FJX-22. Las técnicas de fabricación mejoradas y los cambios provocados por pruebas exhaustivas ponen al motor en marcha. El motor ha sido seleccionado para propulsar el jet Eclipse 500.

    Según Sam Williams, presidente y director ejecutivo de Williams International, "El primer vuelo del avión Eclipse, propulsado por dos motores EJ22 de 770 libras de empuje, debería ocurrir en 2002".

    Agilis TF-800
    El Agilis TF-800 es un motor diseñado para propulsar aviones pequeños de cuatro y seis plazas. Los objetivos del diseño son un motor turboventilador de alto bypass con las siguientes características: bajo nivel de ruido, bajo costo, alta confiabilidad, peso ligero y consumo de combustible excepcionalmente bajo. Este motor ha sido seleccionado para impulsar el Safire S-26, que está programado para volar como prototipo a mediados de 2002, con la certificación siguiente en 2003.

    https://www.aopa.org/news-and-media/all-news/2000/august/pilot/future-flight-horsepower-of-a-different-color



  • Tambien y agregando mas al tema, recuerdo que el actual entrenador ruso Yak-152 lleva un motor diesel de 500 hp.
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    O sea que la idea de los motores diesel a pistón en aviación, son mas habituales de lo que la gente cree (https://en.wikipedia.org/wiki/RED_A03)





  • La empresa Cessna ofreció en el año 2012 un modelo de su avión con el motor diesel fabricado con Safram (creo que es o era del grupo Renault). Lo que desconozco es si tuvo éxito en el mercado mundial.

    Cessna ha anunciado que pondrá a la venta una versión del monomotor Cessna 182 Skylane equipado con el motor diesel SMA SR305-230E, que utiliza Jet A, en vez del Avgas. El modelo se denomina «Trubo 182 NXT» y ofreceár unas mejores prestaciones con un consumo más reducido de combustible. El motor, cuya potencia es de 230 caballos, ya está certificado por la FAA y EASA.
    Cessna informa que el avión volará a una velocidad de crucero máxima de 155 nudos, que su autonomía es de 2.148 km. y que su techo máximo es de 6.096 metros. Equipará aviónica Garmin G1000.

    Su capacidad de combustible será de 329 litros y su carga útil de 467 kilogramos. Además, será menos ruidoso, pues las hélices giran a una velocidad inferior respecto de los motores que utilizan Avgas y su cosumo será entre un 30 y un 40% inferior. Convene recordad que el Jet A no lleva plomo, con lo cual es más respetuoso con el medio ambiente.

    El motor diesel SMA (por Société Motorisations Aéronautiques; empresa hoy día integrada en la multinacional Safran) se empezó a desarrollar en 1998 mediante una joint-venture entre SMA y Renault-Sports, especializada en motores de competición de la marca francesa. Es, pues, uno de los primeros o el primer motor diesel moderno de aviación que empezó a hacer su aparición. La apuesta de Cessna supone su definitiva consagración. Este motor está presente en la feria EAA Air Venture de Oshkosh, que comenzó ayer y que se celebra hasta el día 29 de julio.

    https://www.aerotendencias.com/aviacion-general/5778-cessna-ofrecera-el-182-skylane-con-motor-diesel-sma-sr-305-230e/



  • Asi es planeador, lo mas interesante dentro de Argentina, es que allí se producen motores diesel (refrigerados por líquido) de la industria automotriz y facilmente adaptables a la industria aaeronáutica. Desconozco la cantidad y variedad de modelos, pero creo que Fiat/Iveco de Córdoba produce por lo menos motores de 4 cilindros en línea, que aunque no sean del tradicional diseño "boxer" refrigerado por aire, es igualmente interesante y facilmente adapatable a la aviación...Justamente por eso mostraba el nuevo diseño ruso del Yak-152, en donde se utilizó un motor V-12 en "linea" diesel (derivado de un motor Mercedes Benz), y teniendo en cuenta que ellos posen vasta experiencia y tienen probados motores de aviación de 300 a 400 hp, como son los motores radiales de 9 cilindros Vedeneyev M-14PF, que utilizan los "recontraprobados" y exitosos aviones de acrobacia Su-26, Su-29 y Su-31, sin embargo ahora han ido por un motor diesel en línea y refrigerado por líquido... (algo mejor habrán encontrado para cambiar lo ya conocido y probado)



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    500 a 600 CV
    El motor de pistón más potente del mercado. Funciona con queroseno de aviación. JET A1
    Hasta FL500 altitud operativa. > 50% menos de consumo de combustible en comparación con los motores de turbina de la misma categoría de potencia

    Motor de pistón redefinido

    Diseño
    Hoja de papel limpia, diseñada específicamente para aplicaciones aeronáuticas, no es una adaptación de compromiso de los diseños de automóviles.

    El RED A03 es un motor liviano, completamente de aluminio, de 12 cilindros y encendido de alta compresión, con dos bancos de seis cilindros capaces de funcionar de forma independiente. El RED A03 está certificado para funcionar con combustible para aviones.

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    Control electrónico del motor
    Control de motor digital de autoridad total (FADEC) certificado para el nivel de garantía de diseño B.

    El motor se controla mediante una unidad de control electrónico del motor completamente redundante. La operación de una sola palanca de control de potencia reduce la carga de trabajo del piloto y aumenta la seguridad. El FADEC está certificado según las normas de aviación civil DO-178B para software y DO-254 para hardware.

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    Concepto de seguridad
    Concepto de redundancia de dos bancos de cilindros para una alta seguridad.

    La robustez y la seguridad se incorporan al diseño del motor. Los dos bancos de 6 cilindros pueden funcionar de forma independiente. Todos los subsistemas críticos del motor son independientes entre sí.

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    Un motor de encendido por compresión, como el RED A03, genera muchos beneficios ambientales en comparación con otras soluciones de propulsión equivalentes. Caracterizado por emisiones de CO2 significativamente más bajas, el RED A03 también es una plataforma óptima para el desarrollo de instalaciones de aviones híbridos eléctricos.

    La alta eficiencia termodinámica genera un bajo consumo de combustible. La combustión optimizada da como resultado una reducción de las emisiones de escape. El bajo ruido de escape se debe a la arquitectura inteligente del motor.

    Las características ecológicas de RED A03 son

    bajo consumo de combustible
    baja contaminación por gases de escape
    emisiones de ruido reducidas
    alta eficiencia termodinámica
    Certificación
    La familia de motores RED A03 obtuvo la certificación de tipo en 2014 y ahora está validada en muchos países del mundo.

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    https://red-aircraft.com


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