El motor GE GE 9X de gran potencia está listo para volar

 

El tan esperado motor GE9X está finalmente listo para volar, después de un largo y a veces problemático ciclo de desarrollo.

La gigantesca maquinaria es el motor de avión de turbina más grande del mundo. Cuenta con 16 aspas de ventilador compuestas, cada una de más de 11 pies de diámetro, alojadas en una góndola de 14,5 pies de ancho que tiene aproximadamente el mismo tamaño que un fuselaje Boeing 737. Puede generar 105.000 libras de empuje.

El motor también cuenta con un compresor de alta presión con una relación de presión de 27:1 de última generación y una cámara de combustión TAPS III de bajas emisiones. La cámara de combustión y las turbinas están fabricadas con un material compuesto de matriz cerámica que es ligero y duradero.

Las cuchillas y las boquillas de combustible están impresas en 3D. Metal AM elimina la complejidad y los residuos de piezas con geometrías complejas que serían difíciles o imposibles de construir utilizando técnicas de mecanizado tradicionales. En los próximos años, los componentes fabricados con aditivos continuarán reduciendo el número de piezas mediante la sustitución de los conjuntos por componentes individuales, lo que ayudará a reducir el peso y el coste de los materiales al tiempo que aumenta la eficiencia del combustible de los motores listos para el vuelo. De hecho, la fabricación aditiva ha sido parte integral del trabajo de GE en los motores de próxima generación.

No hay duda de que la GE9X es una máquina de última generación. Pero parece que el motor ha tardado una eternidad en llegar a esta etapa. GE abrió nuevos caminos en el diseño del enorme motor, a veces literalmente.
La relación de presión total del GE9X es tan alta que las instalaciones de prueba existentes no eran adecuadas para probarlo. Por lo tanto, GE necesitaba construir una instalación de pruebas completamente nueva en su centro de pruebas de Evendale, Ohio, con una inversión de 120 millones de dólares, para dar servicio al desarrollo del motor. La celda de prueba de combustión A20 proporciona condiciones realistas de entrada a la cµmara de combustión de 1.000 psi y 1.475 grados Fahrenheit, reflejando las condiciones que la cµmara de combustión encontraría dentro del propio motor.

«La cámara de combustión está en el corazón del motor, por lo que puede ser muy difícil tomar medidas en un motor de avión completamente montado», dijo Scott Herber, director de evaluación e ingeniería de pruebas de GE Aviation. «También puede ser difícil variar los parámetros que rigen el rendimiento y la eficiencia de la combustión en un motor de avión.»

La celda A20 permite a los ingenieros variar las condiciones que la cámara de combustión vería durante la operación y ajustar el sistema de combustión para cumplir con los requisitos de durabilidad y emisiones. La instalación también permite la recopilación de datos que, de otro modo, sería difícil o imposible recopilar en una prueba completa de motores. Estos datos se han utilizado no sólo para ajustar el sistema de combustión, sino también para informar mejor qué hardware se necesitaba alrededor de la cµmara de combustión.

Junto a la célula A20 se encuentra el VESIL (Vehicle Energy Systems Integration Laboratory), que permite a los ingenieros simular y probar diversos sistemas térmicos y mecanismos de transferencia de energía para el GE9X. Esto les permitió determinar la fiabilidad de los sistemas antes de las pruebas en vuelo y mejorar la eficiencia térmica.

Incluso después de que se construyera toda la nueva infraestructura, un proceso que requería mucho tiempo, el motor tuvo problemas de diseño. La prueba de vuelo tuvo que ser retrasada por el descubrimiento de un problema de diseño de turboventilador: los brazos de palanca que mueven los álabes variables del estator (VSVs) tuvieron que ser cambiados para que pudieran modular adecuadamente el flujo de aire a través del compresor de alta presión. El problema del brazo VSV se descubrió durante las pruebas en tierra de uno de los motores de prueba que funcionaba a plena capacidad: velocidades máximas del ventilador y del núcleo y temperatura máxima de los gases de escape.

Los problemas del brazo de la VSV estaban relacionados con las cargas de superación en una sección del diseño del motor. Afortunadamente, como el brazo VSV es externo al propio compresor, GE ha sido capaz de resolver el problema con una reparación mecánica. Si el defecto se hubiera encontrado dentro del propio compresor, habría requerido un rediseño mucho más serio y complejo para cambiar el flujo de aire dentro del motor.

Los retrasos continuaron hasta las pruebas de vuelo. El GE9X es tan grande que Boeing tuvo que diseñar a medida un gran pilón para fijar el motor a su avión de prueba 747 con suficiente espacio libre bajo la máquina.

Los otros motores del avión de prueba también tuvieron problemas. Se descubrió que los motores CF6 del 747 tienen corrosión en la carcasa del ventilador y límites en los perfiles de aire de la turbina HP durante las comprobaciones de rutina a las que se someten todos los 747 cada 600 horas.
Entre el problema del brazo del VSV y los problemas del CF6, los contratiempos en el desarrollo del GE9X amenazaron con hacer retroceder el lanzamiento del Boeing 777X, el avión más grande que Boeing ha construido jamás, y el único avión lo suficientemente grande para el GE9X.

La crisis del 737 MAX también ha retrasado la introducción pública del superjumbo masivo; Boeing decidió que sería insensible revelar el nuevo plan cuando el fabricante de aviones todavía tenía que resolver los problemas de su avión existente.

Finalmente, sin embargo, el GE9X ha terminado sus pruebas de vuelo -de 320 horas de duración- y los motores se están montando ahora en 777X. Se espera que los aviones de Boeing comiencen sus primeras pruebas a finales de este año, y entrarán en servicio comercial a mediados de 2020 cuando Emirates lance sus operaciones 777X.

El GE9X es un nuevo punto de referencia tecnológico para la industria aeronáutica. No sólo es el motor de avión más grande del mundo, sino que también es el más eficiente en cuanto al consumo de combustible y el más silencioso, y tiene las emisiones de NOx más bajas, por kilogramo de empuje del motor a reacción jamás producido por GE.

Después de ser anunciado en 2012, el motor entrará en uso comercial -al menos una década más tarde-. Y promete sobrepasar drásticamente los límites de los motores de los aviones tal y como los conocemos.

Fuente: Engineering.com

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