Eurecat participa en el nuevo motor para aviones que reducirá en un 30% el consumo de combustible
El centro tecnológico Eurecat (miembro de Tecnio) ha participado en el desarrollo de un nuevo concepto de motor ‘Open Rotor’ que permitirá reducir el consumo de combustible de los aviones en un 30% y que podría empezar a comercializarse en diez años de la mano del fabricante europeo Safran Aircraft Engines. Concretamente, Eurecat se ha encargado de diseñar y fabricar más de 100 componentes plásticos y metálicos de alta tecnología que permitirán empezar las pruebas de vuelo del nuevo motor en un plazo de cinco años.
El motor ‘profan Open Rotor’ desarrollado en el programa europeo CleanSky por las empresas más punteras del sector de motores aeronáuticos, tales como Safran Aircraft Engines, brinda la oportunidad de desarrollar una arquitectura innovadora. En su desarrollo, se han adoptado y aplicado soluciones para maximizar las ventajas de este tipo de motores y, a la vez, superar los inconvenientes que pueden limitar su introducción en los programas comerciales de fabricantes como Airbus Group.
En opinión del director de Mercado Vertical Aeronáutico del centro tecnológico Eurecat, Ángel Lagraña, la participación en el desarrollo de tres módulos de este motor, como son los ductos de transición y de canalización de aire secundario, así como también en la sección de escape de gases y la nacelle rotante, han permitido al centro desarrollar un conocimiento detallado y aplicar materiales que van desde termoplásticos avanzados en motor, pasando por superaleaciones metálicas y llegando a compuestos de alta temperatura.
Maqueta a escala del Open Rotor. Foto: Cortesía de Safran y CleanSky.
Desde el punto de vista de tecnologías de fabricación, se han introducido componentes producidos mediante impresión 3D, con su correspondiente diseño, a moldeo de compuesto mediante RTM. También diseñadas para la tecnología e igualmente importantes han sido las innovaciones desarrolladas en el ámbito de materiales metálicos con la introducción de tecnologías 'near net shape', que permiten reducir el tiempo y el coste de mecanizado o las de deformación en frío de preformas metálicas, que prácticamente eliminan el arranque de viruta del mecanizado, en la fabricación de piezas axisimétricas.
Los desarrollos realizados, tanto por Eurecat como por el resto de socios participantes de este consorcio europeo, serán probados en 2017 en un prototipo del motor que se instalará en un banco de ensayo y los resultados y las conclusiones que se extraigan serán de vital importancia para una futura prueba de vuelo y la implementación comercial del motor.
Se espera que la reducción de consumo de combustible esté en torno al 30% y por ende permita obtener una reducción similar de gases contaminantes, tales como el CO2, que resultan de la combustión de carburantes fósiles.
Dentro del programa CleanSky, y concretamente del Open Rotor, Eurecat ha asumido la responsabilidad en tres de los principales proyectos, uno fue R-Nozzle para desarrollar y entregar todos los componentes para la tobera de escape rotativa. Otro fue el dedicado a desarrollar y a entregar todos los componentes de la nacelle giratoria que se encuentra debajo las aspas de los ventiladores contra rotativos, dentro de un proyecto conocido con el acrónimo de Light-Cowls.
En tercer lugar, el proyecto Greenbarrels, en el que Eurecat asumió la responsabilidad del diseño completo, desde la fase de diseño hasta la fase de diseño detallado y la fabricación y entrega de todos los componentes denominados ductos que se encuentran en la zona de contra rotación.
Durante las diferentes fases del diseño, se estudiaron diversas configuraciones y arquitecturas, lo que condujo a la realización de diversos modelos de elementos finitos para evaluar la idoneidad de los materiales seleccionados, así como también la arquitectura propuesta.
En este sentido, se estudiaron casos de carga y cargas térmicas tanto estáticas como de fatiga y el comportamiento dinámico de los componentes bajo desarrollo frente al entorno de vibración al que está sometido el motor. Se estudiaron y desarrollaron juntas dinámicas, debido a que los componentes están localizados en el área de contra rotación. La arquitectura de diseño final de los componentes finalizó con un innovador conjunto de geometrías que cumplen con las necesidades Open Rotor.
Ángel Lagraña explica que Eurecat, en total, ha entregado más de 150 componentes teniendo en cuenta los tres proyectos desarrollados en el marco del programa CleanSky. En este sentido, se han aplicado los últimos avances en mecanizado de forjas con la técnica de producción industrial ‘near net shape’ de piezas de menor grosor y la impresión 3D en termoplásticos.
En esta primera fase, se ha desarrollado un prototipo para pruebas en un banco de tierra del motor que, en palabras del director de Mercado Vertical Aeronáutico de Eurecat, permitirá evaluar la “idoneidad de su arquitectura“y las”tecnologías usadas en su diseño y fabricación”.
La fabricación del nuevo motor se ha focalizado en la utilización materiales compuestos termoestables y termoplásticos. De acuerdo con Ángel Lagraña, este avance generará un “ahorro de peso” potencial, añadiendo un ahorro en el consumo de combustible y, por tanto, reducirá las emisiones de CO2.
Esto, sin embargo, no es el gran paso del motor Open Rotor, ya que el conseguir una arquitectura de motor con materiales más ligeros, se suma a la principal característica de este motor, que es su relación de derivación (relación entre el flujo de aire de combustión y al aire que pasa por los ventiladores externo a la combustión). La configuración de Open Rotor y contrarotativo permite alcanzar relaciones de derivación en torno a 50:1, frente a la de cualquier motor actual, que es del orden de 11:1. Esta alta relación de derivación permite ahorrar hasta un 30% en el consumo de combustible y, por ende, una disminución en el mismo rango de los gases de la combustión que producen efecto invernadero.
Pese a esta gran y decisiva ventaja del Open Rotor, la configuración tiene una serie de inconvenientes que se deben superar, como son su elevado nivel de ruido ambiente y su mayor complejidad de integración en el fuselaje de la aeronave.
Una primera configuración del Open Rotor, denominada GE36 UDF, fue desarrollada por NASA y GE Aviation al final de los años 1970 y se evidenciaron los inconvenientes comentados. La versión europea liderada por Safran busca mantener las principales virtudes que lo hacen atractivo para las aerolíneas y las autoridades de medio ambiente, atacando la eliminación de los inconvenientes de ruido e integración.
Para ello, serán muy importantes los resultados de las pruebas en banco de tierra, ya que permitirán medir todos los elementos necesarios para determinar la idoneidad de la arquitectura global de motor desarrollada por Safran, tanto en sus ventajas como en sus inconvenientes.
De acuerdo a esta evaluación, que realizará Safran conjuntamente con Airbus, se establecería una hoja de ruta para la integración del motor en una aeronave de largo alcance y la correspondiente prueba de vuelo que se podría ejecutar en un entorno temporal de cinco años.
Dependiendo de los resultados de las fases previas explicadas y del desarrollo de la integración en programas existentes o nuevos programas de aeronaves de largo alcance, esta innovación se podría empezar a comercializar en un plazo de quince años.
Los proyectos ejecutados por Eurecat se enmarcaron en la primera fase del plan CleanSky, una iniciativa de la Comisión Europea y la industria aeronáutica europea dotada con 1.600 millones de euros que tiene la finalidad de impulsar nueva tecnología para reducir las emisiones acústicas y contaminantes del transporte aéreo.
Los proyectos que lanzarían las pruebas de vuelo se enmarcarán en el programa CleanSky 2, igualmente una iniciativa de la Comisión Europea y la industria aeronáutica, con un presupuesto de 3.600 millones de euros.
En particular, las innovaciones desarrolladas y aportadas por Eurecat en los tres proyectos mencionados recibieron financiación de la Unión Europea, a través del Séptimo Programa Marco (2007-2013) para la Iniciativa Tecnológica CleanSky.
Eurecat (miembro de Tecnio) tiene en la aeronáutica y el espacio a uno de sus sectores claves para aportar innovación y competitividad trabajando tecnologías de superaleaciones, compuestos termoestables y termoplásticos, así como en el desarrollo de tecnologías complementarias, como tejidos funcionales y funcionalización de superficies. También es puntero en un campo muy demandado actualmente en el sector como es la automatización de procesos para cumplir con el ambicioso plan de crecimiento del sector que requiere el montaje de 50 o más aeronaves al mes, para cubrir la demanda global de transporte de pasajeros.
