Fans no entubados (Propfans)
Material para Turbinas TI-3436
Fans no entubados (Propfans)
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Un fan no entubado (unducted fan) o
propfan es una modificación de un motor
turbofán, en el cual el ventilador o fan esta
ubicado afuera de la nácela en el mismo eje
de las palas del compresor
Son conocidos también con el nombre de
motores de ultra-high bypass (UHB) y mas
recientemente, motores de rotor abierto
El diseño busca ofrecer la velocidad y
actuaciones de un turbofán, con la
economía de un turboprop
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Arreglo o montaje básico
Rolls-Royce RB3011
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Arreglo o montaje básico
Rolls-Royce RB3011
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Funcionamiento básico
Rolls-Royce RB3011
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Orígenes
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El propfan tiene su origen en el
programa de Eficiencia de Energía de
Aeronaves de la NASA, que se inicio
en 1975 con el fin de combatir el
riesgo de aumento de costos de
combustible reduciendo el consumo
en diversas formas
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Causas de su desarrollo
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La velocidad óptima de operación para los
turbohélices es de aproximadamente 700 khp, o
450 mph. A velocidades mayores las hélices
pierden eficiencia.
Generalmente esto ocurre porque la velocidad
en la puntas de las hélices es tan elevada que
se alcanzan números de Mach muy elevados e
inclusive superar la velocidad del sonido.
Esto produce resistencia de onda (resistencia
que se produce por efectos de compresibilidad
del aire y/o formación de ondas de choque) y
desprendimiento de la capa limite sobre la
hélice, haciendo que la hélice pierda eficiencia.
En la década de 1940 los aviones que
alcanzaban grandes velocidades experimentaron
por primera vez este fenómeno.
Una forma de contrarrestar este problema es
añadiendo mas palas a la hélice, para entregar
mas potencia con menos velocidad de rotación
(bajas RPM). Sin embargo, cuando el aeroplano
se desplaza a velocidades elevadas, la
velocidad resultante en las puntas de la hélice
es también muy alta, y el fenómeno mencionado
reaparece
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Causas de su desarrollo
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Para evitar el problema de la
resistencia de onda en las palas
científicos alemanes propusieron en la
década de 1940 utilizar palas con
flecha. Hoy en día, los turbohélices que
vuelan a velocidades mayores a los
450 km/h este tipo de palas.
En 1978 la NASA dio inicio al programa
de investigación ATP (Advanced
Turboprop Project) que tenia la
finalidad de desarrollar hélices de
nueva generación con base en hélices
con flecha.
Estas palas eran semi-arqueadas, y al
igual que un ala en flecha, disminuía la
relación de alargamiento sin cambiar el
área de la pala. Como resultado
pueden mover una gran masa de aire,
sin alcanzar tan elevadas velocidades
en las puntas de las palas
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Causas de su desarrollo
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Causas de su desarrollo
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Causas de su desarrollo
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Los aviones con motores turbofán
producen mucho empuje a altas
velocidades que no pueden ser
alcanzadas por aviones
propulsados con hélices. Sin
embargo, para el mismo consumo
de combustible, un avión
turbohélice puede producir mayor
empuje que un turbofán.
Debido al aumento de los precios
del petróleo, es un tema de
elevada importancia en la aviación
comercial continuar buscando
optimizar el consumo de
combustible, con la meta del
empuje de un turbofán y el
consumo de un turbohélice
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Causas de su desarrollo
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El concepto propfan fue desarrollado para tener 35% mayor
eficiencia de consumo de combustible que sus turbofáns
contemporáneos.
En pruebas estáticas y en vuelo montado sobre un MD-80
modificado estos demostraron un aumento del 30% sobre los
turbofáns.
Sin embargo, el incremento del ruido respecto a los turbofáns lo
descartaba según los requerimientos del FAR Part 36
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Desarrollo de los Propfans
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En 1984, la NASA contrato a:
Hamilton Standard; para diseñar
y fabricar un propfan de simple
rotación, de ocho palas de
nueve pies de diámetro
 Allison Gas Turbine Division of
General Motors; la cual
entregaría una turbina que
proveyera 6000 hp y su caja de
engranajes,
 Gulfstream Aerospace; para
modificar un Gulfstream II al
cual se le montaría el motor
PTA en el ala, y
 Lockheed-Georgia Company;
como responsable del análisis y
evaluación de ruido y vibración
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Desarrollo de los Propfans
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En 1986 se concluyó el programa de pruebas estáticas del
motor, y las pruebas de aeronavegabilidad en el Gulfstream
En 1987 se iniciaron las pruebas de vuelo
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Desarrollo de los Propfans
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Durante 1986 y 1987, se llevaron a cabo
las pruebas de vuelo de un Boeing 727
con un motor General Electric GE36, que
sustituía a su motor derecho.
El General Electric GE36 es un fan no
entubado o propfan desarrollado por
General Electric Aircraft Engines en 19811982, y fabricado en 1983. Esta se basaba
en el turbofán General Electric F404
El GE36 es un propfan tipo pusher con
dos juegos de rotores contrarrotarios de
ocho palas cada uno. La turbina mueve un
de los rotores mientras que el otro es
accionado por una turbina libre en sentido
contrario
La turbina mueve un de los fans, mientras
que el otro es accionado por una turbina
libre en sentido contrario, sin utilizar caja
de engranajes, siendo conducidas
directamente por las turbinas. Eliminar la
caja de engranajes reducía peso ahorraba
en sistema de enfriamiento.
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Desarrollo de los Propfans
General Electric GE36
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Desarrollo de los Propfans
General Electric GE36
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Desarrollo de los Propfans
Fans conducidos directamente por las turbinas
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Desarrollo de los Propfans
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En 1987 General Electric
construyó otro GE36 para
ser probado en un
McDonnell Douglas MD-80.
Se removió el JT8D del
lado izquierdo y se
sustituyo por el propfan.
Se obtuvo un ahorro de
combustible de un 30 %,
pero un excesivo aumento
de ruido y vibraciones de
baja frecuencia.
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Desarrollo de los Propfans
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La NASA inicio un nuevo programa
para desarrollar tecnología propfan con
fines comerciales en 1986. Para esto
se integraron Allison y Pratt & Whitney,
junto con Hamilton Standard para el
propfan y Rohr Industries para la
nacela.
El equipo diseño y fabrico un motor
conocido como Pratt & Whitney/Allison
578-DX capaz de desarrollar 10.000 hp
y producir empuje con un propfan
pusher contrarrotatorio con dos rotores
de seis palas
Se tenía planeado tanto por Boeing
como por McDonnell Douglas producir
aeronaves en serie con motores
propfans a ser entregadas no antes de
1992.
Luego, debido a la caída de los precios
del petróleo y los altos costos del
proyecto, estos se postergaron, y
nunca se reanudaron
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Desarrollo de los Propfans
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La Unión de Republica Socialistas
Soviéticas se intereso por los
propfans a principios de la década
de 1990.
En 1991 probaron en vuelo el
propfan D-236 de 10.850 hp en un
Yakovlev Yak-42 modificado para
tal fin, denominado Yak-42LL, que
montaba al D-236 en lado
derecho sustituyendo uno de sus
tres turbofans.
El D-236 movía un par de fans
tractores contrarrotatorios uno de
8 palas (frontal) y el otro de 6
(posterior).
Con la caída de la URRS, el
programa quedo sin fondos.
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Desarrollo de los Propfans
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La compañía Antonov
desarrollo en 1994 el An70, el cual es propulsado
por cuatro propfan D-27.
Este motor fue desarrollado
por Ivchenko-Progress en
1992.
El desarrollo del Antonov
An-70 se inicío en la era
soviética y a sufrido
contratiempos. En la
actualidad Ucrania y Rusia
financian el proyecto y se
espera la entrega del
primer modelo de serie en
el 2011.
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Desarrollo de los Propfans
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El Progress D-27 posee un
compresor axial de baja
presión, seguido de un
compresor axial de alta
presión, una cámara de
combustión anular, una etapa
simple de turbina de alta
presión y otra turbina simple
de baja presión.
El sistema de propfan
contrarrotatorio SV-27
fabricado por SPE Aerosila, es
movido por cuatro etapas de
turbina conectadas a una caja
reductora planetaria por un
eje.
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Desarrollo de los Propfans
Progress D-27
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