La serie CFM56 (designación militar estadounidense F108 ) de CFM International es una familia franco-estadounidense de motores de avión turbofán de alto bypass fabricados por CFM International (CFMI), con un rango de empuje de 18.500 a 34.000 lbf (82 a 150 kN ). CFMI es una empresa de propiedad conjunta al 50-50 de Safran Aircraft Engines (antes conocida como Snecma) de Francia y GE Aerospace (GE) de los Estados Unidos. GE produce el compresor de alta presión , la cámara de combustión y la turbina de alta presión , Safran fabrica el ventilador, la caja de cambios , el escape y la turbina de baja presión, y algunos componentes son fabricados por Avio de Italia y Honeywell de los EE. UU. Ambas empresas tienen su propia línea de ensamblaje final, GE en Evendale, Ohio , y Safran en Villaroche , Francia. El motor inicialmente tuvo ventas extremadamente lentas, pero se ha convertido en el motor de avión turbofán más utilizado en el mundo.
El CFM56 se puso en servicio por primera vez en 1974. En abril de 1979, la empresa conjunta no había recibido un solo pedido en cinco años y estaba a dos semanas de disolverse. El programa se salvó cuando Delta Air Lines , United Airlines y Flying Tigers eligieron el CFM56 para reequipar sus aviones Douglas DC-8 como parte del programa Super 70. Los primeros motores entraron en servicio en 1982. El CFM56 fue seleccionado más tarde para reequipar el Boeing 737. Boeing esperaba inicialmente que este programa de reequipamiento (más tarde llamado Boeing 737 Classic ) se vendiera solo modestamente, pero de hecho el menor ruido del CFM56 y el menor consumo de combustible (en comparación con los motores más antiguos para el 737) llevaron a fuertes ventas.
En 1987, el motor IAE V2500 para el A320, que había superado al CFM56 en las primeras ventas del A320, tuvo problemas técnicos, lo que llevó a muchos clientes a cambiar al CFM56. Sin embargo, el CFM56 no estuvo exento de problemas; se experimentaron varios incidentes de fallas en las aspas del ventilador durante el servicio inicial, incluido un fallo que fue una de las causas del desastre aéreo de Kegworth , y algunas variantes del CFM56 experimentaron problemas al volar con lluvia o granizo. Ambos problemas se resolvieron con modificaciones del motor.
La investigación sobre la próxima generación de motores a reacción comerciales, turbofán de alta relación de derivación en la clase de empuje de "10 toneladas" (20.000 lbf; 89 kN), comenzó a fines de la década de 1960. Snecma (ahora Safran), que anteriormente había construido principalmente motores militares, fue la primera empresa en buscar la entrada al mercado buscando un socio con experiencia comercial para diseñar y construir un motor en esta clase. Consideraron a Pratt & Whitney , Rolls-Royce y GE Aviation como socios potenciales, y después de que dos ejecutivos de la empresa, Gerhard Neumann de GE y René Ravaud de Snecma, se presentaran en el Salón Aeronáutico de París de 1971 , se tomó una decisión. Las dos empresas vieron un beneficio mutuo en la colaboración y se reunieron varias veces más, concretando los conceptos básicos del proyecto conjunto. [2]
En ese momento, Pratt & Whitney dominaba el mercado comercial. GE necesitaba un motor en esta clase de mercado, y Snecma tenía experiencia previa trabajando con ellos, colaborando en la producción del turbofán CF6-50 para el Airbus A300 . [3] Pratt & Whitney estaba considerando actualizar su JT8D para competir en la misma clase que el CFM56 como una empresa única, mientras que Rolls-Royce lidiaba con problemas financieros que le impedían comenzar nuevos proyectos; esta situación hizo que GE obtuviera el título de mejor socio para el programa. [2]
Una de las principales razones del interés de GE en la colaboración, en lugar de construir un motor de 10 toneladas por su cuenta, fue que el proyecto Snecma era la única fuente de fondos para el desarrollo de un motor de esta clase en ese momento en particular. GE inicialmente estaba considerando contribuir únicamente con tecnología de su motor CF6 en lugar de su mucho más avanzado motor F101 , desarrollado para el bombardero supersónico B-1 Lancer . La empresa se enfrentó a un dilema cuando la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) anunció su proyecto Advanced Medium STOL Transport (AMST) en 1972, que incluía financiación para el desarrollo de un motor de 10 toneladas: o bien para construir un motor de 10 toneladas de tecnología "limitada" con Snecma, o un motor similar con tecnología "avanzada" por su cuenta. Preocupada por la posibilidad de que la empresa se quedase sólo con el motor "limitado" en su cartera si no ganaba el contrato de la Fuerza Aérea (por el que competía con Pratt & Whitney y una división de General Motors con su motor "avanzado"), GE decidió solicitar una licencia de exportación para la tecnología central del F101. [4]
GE solicitó la licencia de exportación en 1972 como su principal contribución al proyecto del motor de 10 toneladas. La Oficina de Control de Municiones del Departamento de Estado de los Estados Unidos recomendó el rechazo de la solicitud por razones de seguridad nacional; específicamente porque la tecnología principal era un aspecto de un sistema estratégico de defensa nacional (bombardero B-1), se construyó con fondos del Departamento de Defensa y la exportación de la tecnología a Francia limitaría el número de trabajadores estadounidenses en el proyecto. [5] La decisión oficial se tomó en un Memorando de Decisión de Seguridad Nacional firmado por el Asesor de Seguridad Nacional Henry Kissinger el 19 de septiembre de 1972. [6]
Aunque se citaron preocupaciones de seguridad nacional como motivos para el rechazo, la política también jugó un papel importante. El proyecto, y el problema de las exportaciones asociado con él, se consideraron tan importantes que el presidente francés Georges Pompidou apeló directamente al presidente estadounidense Richard Nixon en 1971 para que aprobara el acuerdo, y Henry Kissinger planteó el tema con el presidente Pompidou en una reunión de 1972. Se dice que GE argumentó en los niveles más altos que tener la mitad del mercado era mejor que no tener nada, lo que creían que sucedería si Snecma perseguía el motor por su cuenta sin la contribución de GE. Los funcionarios de la administración de Nixon temían que este proyecto pudiera ser el principio del fin del liderazgo aeroespacial estadounidense. [7]
También se especuló que el rechazo pudo haber sido, en parte, una represalia por la participación francesa en convencer a los suizos de no comprar aviones LTV A-7 Corsair II de fabricación estadounidense que habían estado compitiendo contra un diseño francés, [7] el Dassault Milan . Al final, los suizos no compraron ninguno de los dos aviones, optando en su lugar por el Northrop F-5 E Tiger II. [8]
A pesar de que la licencia de exportación fue rechazada, tanto los franceses como GE continuaron presionando a la Administración Nixon para obtener permiso para exportar la tecnología F101. Los esfuerzos continuaron durante los meses posteriores al rechazo, y culminaron con el motor convirtiéndose en un tema de agenda durante la reunión de 1973 de los presidentes Nixon y Pompidou en Reykjavík . Las discusiones en esta reunión dieron como resultado un acuerdo que permitió que continuara el desarrollo del CFM56. Los informes contemporáneos afirman que el acuerdo se basó en garantías de que el núcleo del motor, la parte que GE estaba desarrollando a partir del F101 militar, se construiría en los EE. UU. y luego se transportaría a Francia para proteger las tecnologías sensibles. [9] La empresa conjunta también acordó pagar a los EE. UU. una tarifa de regalías de $ 80 millones (calculada en $ 20,000 por motor que se predijo que se construiría) como reembolso por el dinero de desarrollo proporcionado por el gobierno para el núcleo del motor F101. [2] Documentos desclasificados en 2007 revelaron que un aspecto clave del acuerdo de exportación del CFM56 fue que el gobierno francés acordó no solicitar aranceles contra las aeronaves estadounidenses importadas a Europa. [10]
Una vez solucionado el problema de la exportación, GE y Snecma ultimaron el acuerdo que dio origen a CFM International (CFMI), una empresa conjunta al 50% que sería responsable de producir y comercializar el motor de 10 toneladas, el CFM56. La empresa se fundó oficialmente en 1974. [11] El "CF" en el nombre del motor representa la designación de GE para los motores de turbofán comerciales, mientras que el "M56" es el nombre de la propuesta de motor original de Snecma. [12] Las dos funciones principales de CFMI eran gestionar el programa entre GE y Snecma, y comercializar, vender y realizar el servicio técnico del motor en un único punto de contacto para el cliente. CFMI se hizo responsable de la toma de decisiones diaria para el proyecto, mientras que las decisiones importantes (desarrollar una nueva variante, por ejemplo) requerían el visto bueno de la dirección de GE y Snecma. [3]
Actualmente, la junta directiva de CFMI está dividida de manera uniforme entre Snecma y GE (cinco miembros cada una). Hay dos vicepresidentes, uno de cada empresa, que apoyan al presidente de CFMI. El presidente suele proceder de Snecma y tiene su sede en la sede de CFMI, cerca de GE, en Cincinnati, Ohio. [3]
La división del trabajo entre las dos empresas le dio a GE la responsabilidad del compresor de alta presión (HPC), la cámara de combustión y la turbina de alta presión (HPT); Snecma fue responsable del ventilador, el compresor de baja presión (LPC) y la turbina de baja presión (LPT). [13] Snecma también fue responsable de la ingeniería de integración inicial del fuselaje, que involucraba principalmente el diseño de la góndola , y fue inicialmente responsable de la caja de cambios , pero trasladó ese trabajo a GE cuando se hizo evidente que sería más eficiente para GE ensamblar ese componente junto con sus otras partes. [14]
El trabajo de desarrollo del CFM56 comenzó antes de que CFMI se creara formalmente. Si bien el trabajo se desarrolló sin problemas, el acuerdo internacional dio lugar a condiciones de trabajo únicas. Por ejemplo, ambas empresas tenían líneas de montaje, algunos motores se ensamblaban y probaban en los EE. UU. y otros en Francia. Los motores ensamblados en Francia estaban sujetos al estricto acuerdo de exportación inicial, lo que significaba que el núcleo de GE se fabricaba en los EE. UU. y luego se enviaba a la planta de Snecma en Francia, donde se colocaba en una habitación cerrada a la que ni siquiera el presidente de Snecma podía entrar. Los componentes de Snecma (las secciones delantera y trasera del motor) se llevaban a la habitación, los empleados de GE los montaban en el núcleo y luego se sacaba el motor ensamblado para terminarlo. [15]
El primer motor CFM56 completo funcionó por primera vez en GE en junio de 1974 y el segundo en octubre de 1974. El segundo motor se envió a Francia y funcionó allí por primera vez el 13 de diciembre de 1974. Estos primeros motores se consideraron "hardware de producción" en lugar de ejemplares de prueba y se designaron como CFM56-2, la primera variante del CFM56. [14]
El motor voló por primera vez en febrero de 1977, cuando reemplazó a uno de los cuatro motores Pratt & Whitney JT8D en el McDonnell Douglas YC-15 , un participante en la competencia Advanced Medium STOL Transport (AMST) de la Fuerza Aérea . [16] Poco después, el segundo CFM56 se montó en un Sud Aviation Caravelle en el centro de pruebas de vuelo de Snecma en Francia. Este motor tenía una configuración ligeramente diferente con un conducto de derivación largo y flujo de escape mixto , [nb 1] en lugar de un conducto de derivación corto con flujo de escape no mezclado . [nb 2] Fue el primero en incluir un "Sistema de gestión de empuje". [17]
Después de probar el motor durante varios años, tanto en el aire como en tierra, CFMI buscó clientes fuera de un posible contrato AMST. Los principales objetivos eran contratos de re-motorización para los aviones de pasajeros Douglas DC-8 y Boeing 707 , incluido el avión cisterna militar relacionado, el KC-135 Stratotanker . Hubo poco interés inicial en el motor, pero Boeing se dio cuenta de que el CFM56 podría ser una solución a las futuras regulaciones de ruido. [2] Después de anunciar que un 707 se configuraría con el motor CFM56 para pruebas de vuelo en 1977, Boeing ofreció oficialmente el 707-320 con el motor CFM56 como una opción en 1978. La nueva variante fue catalogada como 707-700. [18] Debido al limitado interés de las aerolíneas en un 707 re-motorizado, Boeing terminó el programa 707-700 en 1980 sin vender ningún avión. [19] A pesar de la falta de ventas, tener el 707 comercial disponible con el CFM56 ayudó a la competitividad del motor para el contrato de re-motorización del KC-135. [20]
La obtención del contrato para renovar los motores de la flota de aviones cisterna KC-135 de la USAF sería un gran impulso para el proyecto CFM56 (con más de 600 aviones disponibles para renovarlos), y CFMI persiguió agresivamente ese objetivo tan pronto como se anunció la Solicitud de Propuestas (RFP) en 1977. Al igual que otros aspectos del programa, la política internacional jugó su papel en este contrato. En un esfuerzo por aumentar las posibilidades del CFM56 frente a sus competidores, el Pratt & Whitney TF33 y un Pratt & Whitney JT8D actualizado , el gobierno francés anunció en 1978 que actualizaría sus 11 KC-135 con el CFM56, lo que supuso uno de los primeros pedidos de este motor. [21]
La USAF anunció que el CFM56 era el ganador del contrato de renovación de motores en enero de 1980. Los funcionarios indicaron que estaban entusiasmados con la perspectiva de reemplazar los motores Pratt & Whitney J57 que volaban actualmente en el avión KC-135A, y los llamaron "... el motor más ruidoso, más sucio y más ineficiente en términos de consumo de combustible que todavía volaba" en ese momento. [22] El avión renovado fue designado KC-135R. El CFM56 trajo muchos beneficios al KC-135, disminuyendo la distancia de despegue hasta en 3500 pies (1100 m), disminuyendo el consumo general de combustible en un 25%, reduciendo en gran medida el ruido (24 dB menos) y reduciendo el costo total del ciclo de vida. Con esos beneficios en mente, la Armada de los Estados Unidos seleccionó el CFM56-2 para propulsar su variante del Boeing 707, el E-6 Mercury , en 1982. [20] En 1984, la Real Fuerza Aérea Saudita seleccionó el CFM56-2 para propulsar su avión E-3 Sentry (también relacionado con el fuselaje del 707 ). El E-3 propulsado por CFM56-2 también se convirtió en la configuración estándar para los aviones comprados por los británicos y los franceses. [3]
A finales de los años 70, las aerolíneas estaban considerando modernizar sus viejos aviones Douglas DC-8 como alternativa a la compra de nuevos aviones más silenciosos y eficientes. Tras el pedido francés del KC-135 en 1978, la decisión de abril de 1979 de United Airlines de modernizar 30 de sus aviones DC-8-61 con el CFM56-2 fue importante para asegurar el desarrollo del CFM56; [23] GE y Snecma estuvieron a dos semanas de congelar el desarrollo si ese pedido no se hubiera materializado. [2] Esta decisión marcó la primera compra comercial (en lugar de gubernamental/militar) del motor, y Delta Air Lines y Flying Tiger Line pronto siguieron su ejemplo, dando al CFM56 una base firme tanto en el mercado militar como en el comercial. [3]
A principios de la década de 1980, Boeing seleccionó el CFM56-3 para propulsar exclusivamente la variante Boeing 737-300 . Las alas del 737 estaban más cerca del suelo que las aplicaciones anteriores del CFM56, lo que requirió varias modificaciones en el motor. Se redujo el diámetro del ventilador, lo que redujo la relación de derivación, y la caja de cambios de accesorios del motor se movió de la parte inferior del motor (la posición de las 6 en punto) a la posición de las 9 en punto, lo que le dio a la góndola del motor su distintiva forma de fondo plano. El empuje general también se redujo, de 24.000 a 20.000 lbf (107 a 89 kN), principalmente debido a la reducción de la relación de derivación. [24]
Desde el pequeño pedido de lanzamiento inicial de veinte 737-300 dividido entre dos aerolíneas, [3] se habían entregado más de 5.000 aviones Boeing 737 con turbofán CFM56 hasta abril de 2010. [25]
En 1998, CFMI lanzó el programa de desarrollo y demostración "Tech56" para crear un motor para el nuevo avión de pasillo único que se esperaba que construyeran Airbus y Boeing. El programa se centró en el desarrollo de una gran cantidad de nuevas tecnologías para el futuro motor teórico, no necesariamente en la creación de un diseño completamente nuevo. [26] [27] Cuando quedó claro que Boeing y Airbus no iban a construir aviones completamente nuevos para reemplazar al 737 y al A320, CFMI decidió aplicar algunas de esas tecnologías Tech56 al CFM56 en forma del programa "Tech Insertion" que se centró en tres áreas: eficiencia de combustible , costos de mantenimiento y emisiones. Lanzado en 2004, el paquete incluía álabes de compresor de alta presión rediseñados, un combustor mejorado y componentes de turbina de alta y baja presión mejorados [28] [29] que dieron como resultado una mejor eficiencia de combustible y menores emisiones de óxidos de nitrógeno (NO x ). Los nuevos componentes también redujeron el desgaste del motor, bajando los costos de mantenimiento en aproximadamente un 5%. Los motores entraron en servicio en 2007 y todos los nuevos motores CFM56-5B y CFM56-7B se construyen con los componentes Tech Insertion. CFMI también ofrece los componentes como un kit de actualización para los motores existentes. [28]
En 2009, CFMI anunció la última actualización del motor CFM56, el "CFM56-7B Evolution" o CFM56-7BE. Esta actualización, anunciada junto con las mejoras del 737 Next Generation de Boeing, mejora aún más las turbinas de alta y baja presión con una mejor aerodinámica, además de mejorar la refrigeración del motor, y tiene como objetivo reducir el número total de piezas. [30] CFMI esperaba que los cambios dieran como resultado una reducción del 4% en los costes de mantenimiento y una mejora del 1% en el consumo de combustible (mejora del 2% incluyendo los cambios en la estructura del avión para el nuevo 737); las pruebas de vuelo y tierra completadas en mayo de 2010 revelaron que la mejora en el consumo de combustible fue mejor de lo esperado, un 1,6%. [31] Tras 450 horas de pruebas, el motor CFM56-7BE fue certificado por la FAA y la EASA el 30 de julio de 2010 [32] y se entregó a mediados de 2011.
El motor CFM56-5B/3 PIP (Performance Improvement Package) incluye estas nuevas tecnologías y cambios de hardware para reducir el consumo de combustible y los costes de mantenimiento. Los Airbus A320 iban a utilizar esta versión del motor a partir de finales de 2011. [33]
El LEAP es un nuevo diseño de motor basado en la serie CFM56 y diseñado para reemplazarla, con un ahorro de eficiencia del 16 % al usar más materiales compuestos y lograr relaciones de derivación más altas de más de 10:1. El LEAP entró en servicio en 2016. [34]
A junio de 2016, el CFM56 es el turbofán de alto bypass más utilizado . Ha logrado más de 800 millones de horas de vuelo del motor y, a un ritmo de un millón de horas de vuelo cada ocho días, se espera que haya alcanzado mil millones de horas de vuelo para 2020. Tiene más de 550 operadores y más de 2.400 aviones a reacción con motor CFM56 están en el aire en un momento dado. Es conocido por su fiabilidad : su tiempo medio en el ala es de 30.000 horas antes de una primera visita al taller , con el récord actual de la flota en 50.000 horas. [35]
En julio de 2016, se habían construido 30.000 motores: 9.860 motores CFM56-5 para el Airbus A320ceo y A340 -200/300 y más de 17.300 motores CFM56-3/-7B para el Boeing 737 Classic y 737NG . En julio de 2016, CFM tenía 3.000 motores en cartera. [36] Lufthansa , cliente de lanzamiento del A340 con motor CFM56-5C, tiene un motor con más de 100.000 horas de vuelo, habiendo entrado en servicio comercial el 16 de noviembre de 1993, revisado cuatro veces desde entonces. [37] En 2016, CFM entregó 1.665 CFM56 y recibió 876 pedidos, planea producir piezas de repuesto CFM56 hasta 2045. [38]
En octubre de 2017, CFM había entregado más de 31.000 motores y 24.000 estaban en servicio con 560 operadores, alcanzó 500 millones de ciclos de vuelo y 900 millones de horas de vuelo, incluidos más de 170 millones de ciclos y 300 millones de horas desde 1998 para el -7B del B737NG y más de 100 millones de ciclos y 180 millones de horas para el -5B del A320ceo desde 1996. [39] En junio de 2018, se entregaron 32.645. [1] La fuerte demanda extenderá la producción hasta 2020, frente a 2019. [40]
El margen de temperatura de los gases de escape se erosiona con el uso. Se pueden realizar una o dos visitas al taller de restauración de rendimiento, que cuestan entre 0,3 y 0,6 millones de dólares para una serie -5, antes de quitar el motor del ala, lo que puede restaurar entre el 60% y el 80% del margen original. Una vez restaurado, las piezas de vida útil limitada deben reemplazarse después de: 20.000 ciclos para la sección caliente (0,5 millones de dólares), 25.000 para el compresor axial y 30.000 para el ventilador y el amplificador (0,5 millones a 0,7 millones de dólares) para un CFM56 reciente. Las piezas completas del motor cuestan más de 3 millones de dólares, entre 3,5 y 4 millones de dólares con las horas de trabajo del taller, alrededor de 150 dólares por ciclo. [41]
En junio de 2019, la flota CFM56 había superado los mil millones de horas de vuelo de motor (casi 115.000 años), habiendo transportado a más de 35.000 millones de personas, más de ocho millones de veces alrededor del mundo. [42]
La producción del CFM56 disminuirá gradualmente, ya que el último motor 737NG se entregó en 2019 y el último motor A320ceo se entregará en mayo de 2020. La producción continuará a niveles bajos para los 737 militares y los motores de repuesto y concluirá alrededor de 2024. [43]
Costo unitario: US$ 10 millones (precio de lista) [44]
El CFM56 es un motor turbofán de alto bypass (la mayor parte del aire acelerado por el ventilador pasa por alto el núcleo del motor y se expulsa por la carcasa del ventilador) con varias variantes que tienen relaciones de bypass que van desde 5:1 a 6:1, generando de 18.500 a 34.000 lbf (80 kN a 150 kN) de empuje. Las variantes comparten un diseño común y difieren solo en detalles. El CFM56 es un motor de dos ejes (o dos carretes), lo que significa que hay dos ejes giratorios, uno de alta presión y otro de baja presión. Cada uno está propulsado por su propia sección de turbina (las turbinas de alta presión y baja presión, respectivamente). El ventilador y el amplificador (compresor de baja presión) evolucionaron a lo largo de las diferentes iteraciones del motor, al igual que las secciones del compresor, la cámara de combustión y la turbina. [3]
La mayoría de las variantes del CFM56 cuentan con un combustor anular único . Un combustor anular es un anillo continuo donde se inyecta combustible en el flujo de aire y se enciende, aumentando la presión y la temperatura del flujo. Esto contrasta con un combustor de lata , donde cada cámara de combustión está separada, y un combustor canular que es un híbrido de los dos. La inyección de combustible está regulada por una unidad hidromecánica (HMU) construida por Honeywell . Regula la cantidad de combustible entregado al motor por medio de una servoválvula electrohidráulica que, a su vez, acciona una válvula dosificadora de combustible, que proporciona información al controlador digital del motor de autoridad total ( FADEC ). [45]
En 1989, CFMI comenzó a trabajar en un nuevo combustor de doble anillo. En lugar de tener solo una zona de combustión, el combustor de doble anillo tiene una segunda zona de combustión que se utiliza en niveles de empuje altos. Este diseño reduce las emisiones de óxidos de nitrógeno (NO x ) y dióxido de carbono (CO 2 ). El primer motor CFM56 con el combustor de doble anillo entró en servicio en 1995, y el combustor se utiliza en las variantes CFM56-5B y CFM56-7B con el sufijo "/2" en sus placas de identificación. [46]
GE comenzó a desarrollar y probar un nuevo tipo de cámara de combustión llamada cámara de combustión de premezcla anular doble o "TAPS" durante el programa Tech 56. [27] Este diseño es similar a la cámara de combustión de doble anular en que tiene dos zonas de combustión; esta cámara de combustión "remueve" el flujo, creando una mezcla ideal de combustible y aire. Esta diferencia permite que la cámara de combustión genere mucho menos NOx que otras cámaras de combustión. Las pruebas en un motor CFM56-7B demostraron una mejora del 46% sobre las cámaras de combustión de un solo anular y del 22% sobre las cámaras de combustión de doble anular. [47] Las herramientas analíticas desarrolladas para TAPS también se han utilizado para mejorar otras cámaras de combustión, en particular las cámaras de combustión de un solo anular en algunos motores CFM56-5B y -7B. [48]
El compresor de alta presión (HPC), que estaba en el centro de la controversia original de la exportación, presenta nueve etapas en todas las variantes del CFM56. Las etapas del compresor se han desarrollado a partir del " núcleo GE 1/9 " de GE (es decir, un diseño de una sola turbina y nueve etapas de compresor) que fue diseñado en un rotor de núcleo compacto. La pequeña extensión del radio del compresor significaba que todo el motor podía ser más ligero y más pequeño, ya que las unidades accesorias del sistema ( cojinetes , sistemas de lubricación ) podían fusionarse con el sistema de abastecimiento de combustible principal que funcionaba con combustible de aviación. [2] A medida que el diseño evolucionó, el diseño del HPC mejoró a través de un mejor diseño del perfil aerodinámico. Como parte del programa de mejora Tech-56, CFMI ha probado el nuevo modelo CFM-56 con etapas de compresor de alta presión de seis etapas (discos que componen el sistema de compresor) que fue diseñado para proporcionar las mismas relaciones de presión (ganancia de presión 30) similar al antiguo diseño de compresor de nueve etapas. El nuevo no reemplazaba completamente al anterior, pero ofrecía una mejora en HPC, gracias a una dinámica de cuchillas mejorada , como parte de su plan de gestión de "Inserción tecnológica" de 2007. [27] [49] [50]
CFMI probó un diseño de escape tanto mixto como no mixto al comienzo del desarrollo; [3] la mayoría de las variantes del motor tienen una boquilla de escape no mixta. [nb 2] Solo el CFM56-5C de alta potencia, diseñado para el Airbus A340, tiene una boquilla de escape de flujo mixto. [nb 1] [51]
GE y Snecma también probaron la eficacia de los chevrones para reducir el ruido de los aviones. [nb 3] [52] Después de examinar las configuraciones en el túnel de viento , CFMI decidió probar en vuelo los chevrones integrados en la tobera de escape principal. Los chevrones redujeron el ruido de los aviones en 1,3 decibeles de sonoridad percibida durante las condiciones de despegue y ahora se ofrecen como una opción con el CFM56 para el Airbus A321 . [53]
El CFM56 cuenta con un ventilador de una sola etapa, y la mayoría de las variantes tienen un amplificador de tres etapas en el eje de baja presión, [nb 4] con cuatro etapas en las variantes -5B y -5C. [54] El amplificador también se denomina comúnmente "compresor de baja presión" (LPC), ya que es parte del carrete de baja presión y continúa la compresión de aire realizada por la parte interna del ventilador antes de que llegue al compresor de alta presión. La variante original CFM56-2 presentaba 44 aspas de ventilador con punta cubierta, [55] [nb 5] aunque el número de aspas del ventilador se redujo en variantes posteriores a medida que se desarrolló la tecnología de aspas de cuerda ancha, hasta 22 aspas en la variante CFM56-7. [56]
El ventilador CFM56 tiene aspas acopladas entre sí , lo que permite reemplazarlas sin quitar todo el motor. GE/Snecma afirma que el CFM56 fue el primer motor que tuvo esa capacidad. Este método de conexión es útil para circunstancias en las que solo es necesario reparar o reemplazar unas pocas aspas del ventilador, como después de colisiones con aves . [57]
El diámetro del ventilador varía según los diferentes modelos del CFM56, y ese cambio tiene un impacto directo en el rendimiento del motor. Por ejemplo, el eje de baja presión gira a la misma velocidad tanto para el modelo CFM56-2 como para el CFM56-3; el diámetro del ventilador es menor en el -3, lo que reduce la velocidad de punta de las aspas del ventilador. La menor velocidad permite que las aspas del ventilador funcionen de manera más eficiente (un 5,5 % más en este caso), lo que aumenta la eficiencia general del combustible del motor (mejorando el consumo específico de combustible casi un 3 %). [24]
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El CFM56 está diseñado para soportar varios sistemas de inversión de empuje que ayudan a frenar y detener la aeronave después del aterrizaje. Las variantes construidas para el Boeing 737, el CFM56-3 y el CFM56-7, utilizan un inversor de empuje de tipo cascada. Este tipo de inversión de empuje consiste en mangas que se deslizan hacia atrás para exponer cascadas en forma de malla y puertas bloqueadoras que bloquean el flujo de aire de derivación. El aire de derivación bloqueado es forzado a través de las cascadas, lo que reduce el empuje del motor y ralentiza la aeronave. [58]
El CFM56 también admite inversores de empuje de tipo puerta pivotante. Este tipo se utiliza en los motores CFM56-5 que propulsan a muchos aviones Airbus, como el Airbus A320. Funcionan accionando una puerta que pivota hacia abajo en el conducto de derivación, bloqueando el aire de derivación y desviando el flujo hacia afuera, creando el empuje inverso. [59]
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Todas las variantes del CFM56 cuentan con una turbina de alta presión (HPT) de una sola etapa. En algunas variantes, las palas de la HPT están "crecidas" a partir de una superaleación monocristalina , lo que les da una gran resistencia y resistencia a la fluencia . La turbina de baja presión (LPT) cuenta con cuatro etapas en la mayoría de las variantes del motor, pero el CFM56-5C tiene una LPT de cinco etapas. Este cambio se implementó para impulsar el ventilador más grande en esta variante. [51] Se examinaron mejoras en la sección de la turbina durante el programa Tech56, y un desarrollo fue un diseño de pala de turbina de baja presión optimizado aerodinámicamente , que habría utilizado un 20% menos de palas para toda la turbina de baja presión, ahorrando peso. Algunas de esas mejoras del Tech56 se abrieron camino hacia el paquete Tech Insertion, donde se actualizó la sección de la turbina. [27] La sección de la turbina se actualizó nuevamente en la actualización "Evolution". [28] [31]
Las etapas de turbina de alta presión del CFM56 se enfrían internamente con aire del compresor de alta presión. El aire pasa por canales internos en cada álabe y se expulsa por los bordes de entrada y salida. [57]
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La serie CFM56-2 es la variante original del CFM56. Es el modelo más utilizado en aplicaciones militares, donde se lo conoce como F108; específicamente en el KC-135 , el E-6 Mercury y algunos aviones E-3 Sentry . El CFM56-2 consta de un ventilador de una sola etapa con 44 aspas, con un compresor LP de tres etapas impulsado por una turbina LP de cuatro etapas y un compresor HP de nueve etapas impulsado por una turbina HP de una sola etapa. La cámara de combustión es anular. [55]
El CFM56-3, el primer derivado de la serie CFM56, fue diseñado para la serie Boeing 737 Classic (737-300/-400/-500), con índices de empuje estático de 18.500 a 23.500 lbf (82,3 a 105 kN). El motor -3, un derivado de "ventilador recortado" del -2, tiene un diámetro de ventilador más pequeño, de 60 pulgadas (1,5 m), pero conserva el diseño básico original del motor. El nuevo ventilador se derivó principalmente del turbofán CF6-80 de GE en lugar del CFM56-2, y el propulsor fue rediseñado para que coincidiera con el nuevo ventilador. [24]
Un desafío importante para esta serie fue lograr una distancia al suelo adecuada para el motor montado en el ala. Esto se superó reduciendo el diámetro del ventilador de admisión y reubicando la caja de cambios y otros accesorios desde debajo del motor hacia los lados. El resultado fue una base de góndola y un labio de admisión aplanados que dieron como resultado la apariencia distintiva del Boeing 737 con motores CFM56. [60]
La serie CFM56-4 fue una versión mejorada propuesta del CFM56-2 diseñado para la familia de aviones Airbus A320 . Compitiendo con el motor RJ500 que estaba desarrollando Rolls-Royce, la serie -4 fue diseñada para producir 25.000 lbf (110 kN) e iba a contar con un nuevo ventilador de 68 pulgadas (1,73 m), un nuevo compresor de baja presión y un controlador de motor digital de autoridad total ( FADEC ). Poco después de que se lanzara el proyecto de actualización en 1984, International Aero Engines ofreció su nuevo motor V2500 para el A320. CFMI se dio cuenta de que el CFM56-4 no se comparaba favorablemente con el nuevo motor y descartó el proyecto para comenzar a trabajar en la serie CFM56-5. [2]
La serie CFM56-5 está diseñada para los aviones Airbus y tiene un rango de empuje muy amplio de entre 22.000 y 34.000 lbf (97,9 y 151 kN). Tiene tres subvariantes distintas: CFM56-5A, CFM56-5B y CFM56-5C [2] , y se diferencia de sus primos equipados con el Boeing 737 Classic al presentar un FADEC e incorporar mejoras adicionales en el diseño aerodinámico.
La serie CFM56-5A es la serie inicial CFM56-5, diseñada para propulsar a la familia de aviones Airbus A320 de corto y medio alcance . Derivada de las familias CFM56-2 y CFM56-3, la serie -5A produce empujes entre 22.000 y 26.500 lbf (98 kN y 118 kN). Las mejoras aerodinámicas, como un ventilador actualizado, un compresor de baja presión, un compresor de alta presión y una cámara de combustión, hacen que esta variante sea entre un 10 y un 11 % más eficiente en cuanto a consumo de combustible que sus predecesoras. [61] [62]
Se trata de una mejora de la serie CFM56-5A, diseñada originalmente para propulsar al A321. Con un rango de empuje entre 22.000 y 33.000 lbf (98 kN y 147 kN), puede propulsar a todos los modelos de la familia A320 (A318/A319/A320/A321) y ha sustituido a la serie CFM56-5A. Entre los cambios respecto del CFM56-5A se encuentra la opción de una cámara de combustión de doble anillo que reduce las emisiones (en particular, las de NOx ) , un nuevo ventilador en una carcasa de ventilador más larga y un nuevo compresor de baja presión con una cuarta etapa (en comparación con las tres de las variantes anteriores). Es el motor más numeroso suministrado a Airbus. [54] [63]
Con un empuje nominal de entre 31.200 y 34.000 lbf (139 kN y 151 kN), la serie CFM56-5C es la más potente de la familia CFM56. Propulsa los aviones de pasajeros de largo alcance A340-200 y -300 de Airbus , y entró en servicio en 1993. Los principales cambios son un ventilador más grande, una quinta etapa de turbina de baja presión y el mismo compresor de baja presión de cuatro etapas que se encuentra en la variante -5B. [64]
A diferencia de todas las demás variantes del CFM56, el -5C cuenta con una boquilla de escape mixta , [nb 1] que ofrece una eficiencia ligeramente mayor . [51]
El CFM56-7 operó por primera vez el 21 de abril de 1995. [65] Con un rango de empuje de despegue de 19 500–27 300 lbf (87–121 kN), propulsa el Boeing 737 Next Generation de -600/-700/-800/-900 ; comparado con el CFM56-3, tiene mayor durabilidad, una mejora del 8 % en el consumo de combustible y una reducción del 15 % en los costos de mantenimiento. [66]
Las mejoras se deben a su ventilador de cuerda ancha de titanio de 61 pulgadas , nuevo núcleo diseñado con aerodinámica 3D y turbina de baja presión con turbina de alta presión de cristal único y control digital del motor de autoridad total (FADEC). [66] Las aspas del ventilador se reducen de 36 (CFM56-5) a 24 e incorpora características del CFM56-5B como un combustor doble anular como opción.
Menos de dos años después de su entrada en servicio, el 737 de próxima generación recibió la certificación ETOPS ( operaciones con dos motores de alcance extendido ) de 180 minutos de la Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos (FAA). También propulsa las versiones militares del Boeing 737: Airborne Early Warning & Control , el avión de transporte C-40 Clipper y el avión marítimo P-8 Poseidon . [66]
Después del accidente del vuelo 1380 de Southwest Airlines , la FAA exigió a Boeing que rediseñara la góndola y la entrada de la variante 7B de conformidad con las regulaciones aplicables de la Parte 25. [67] La norma propuesta recibirá comentarios hasta el 26 de enero de 2024. La norma requerirá que las aerolíneas realicen las modificaciones pertinentes antes del 31 de julio de 2028. [68]
El CFM56 tiene una tasa de apagado en vuelo de 1 incidente cada 333.333 horas. [69] El tiempo récord en el aire antes de la primera visita al taller fue de 30.000 horas en 1996, [69] a 40.729 horas en 2003 [70] y 50.000 horas en 2016. [35]
En los primeros años de servicio de la familia CFM56 se han producido varias averías en los motores que han sido lo bastante graves como para dejar en tierra a la flota o hacer necesario rediseñar algunos aspectos del motor. Los motores también han sufrido, periódicamente, problemas de inestabilidad de empuje que se han podido atribuir a la unidad hidromecánica de Honeywell.
Hay varios incidentes registrados de motores CFM56 que se apagaron en condiciones de lluvia intensa y/o granizo, que comenzaron al principio de la carrera del CFM56. En 1987, se produjo un doble apagado en condiciones de granizo (los pilotos lograron volver a encender los motores), seguido por el incidente del vuelo 110 de TACA en 1988. Ambos motores CFM56 en el TACA 737 se apagaron mientras pasaban por granizo y lluvia intensa, y la tripulación se vio obligada a aterrizar sin motores en un dique cubierto de hierba cerca de Nueva Orleans, Luisiana. CFMI modificó los motores agregando un sensor para obligar a la cámara de combustión a encenderse continuamente en estas condiciones. [2]
En 2002, el vuelo 421 de Garuda Indonesia tuvo que amerizar en un río debido a que el motor se apagó debido al granizo, lo que provocó la muerte de un auxiliar de vuelo y heridas a docenas de pasajeros. Antes de este accidente, hubo varios otros incidentes de apagones simples o dobles debido a estas condiciones climáticas. Después de tres incidentes hasta 1998, CFMI realizó modificaciones al motor para mejorar la forma en que el motor manejaba la ingestión de granizo. Los cambios principales incluyeron una modificación en el divisor del ventilador/reforzador (para que fuera más difícil que el granizo fuera ingerido por el núcleo del motor) y el uso de un rotor elíptico, en lugar de cónico, en la entrada. Estos cambios no evitaron el accidente de 2002, y la junta de investigación encontró que los pilotos no siguieron los procedimientos adecuados para intentar reiniciar el motor, lo que contribuyó al resultado final. Se hicieron recomendaciones para educar mejor a los pilotos sobre cómo manejar estas condiciones, así como para revisar los procedimientos de prueba de lluvia y granizo de la FAA . No se recomendaron más modificaciones al motor. [71]
Un problema que provocó accidentes con el motor CFM56-3C fue el fallo de las aspas del ventilador. Este tipo de fallo provocó el desastre aéreo de Kegworth en 1989, en el que murieron 47 personas y resultaron heridas 74 más. Después de que fallara la aspa del ventilador, los pilotos apagaron por error el motor equivocado, lo que provocó que el motor dañado fallara por completo cuando se encendió para la aproximación final. Después del accidente de Kegworth, los motores CFM56 instalados en un Dan-Air 737-400 y un British Midland 737-400 sufrieron fallos en las aspas del ventilador en condiciones similares; ninguno de los incidentes resultó en un accidente o lesiones. [72] Después del segundo incidente, la flota de 737-400 quedó en tierra.
En ese momento no era obligatorio probar en vuelo nuevas variantes de los motores existentes, y las pruebas de certificación no revelaron los modos de vibración que experimentaba el ventilador durante los ascensos de potencia realizados regularmente a gran altitud. El análisis reveló que el ventilador estaba siendo sometido a tensiones de fatiga de alto ciclo peores de lo esperado y también más severas que las probadas para la certificación; estas tensiones más altas provocaron la fractura de la pala. Menos de un mes después de la puesta a tierra, se permitió a la flota reanudar las operaciones una vez que se reemplazaron las palas y el disco del ventilador y se modificaron los controles electrónicos del motor para reducir el empuje máximo del motor a 22.000 lbf (98 kN) desde 23.500 lbf (105 kN). [73] Las palas del ventilador rediseñadas se instalaron en todos los motores CFM56-3C1 y CFM56-3B2, incluidos más de 1.800 motores que ya se habían entregado a los clientes. [2]
En agosto de 2016, el vuelo 3472 de Southwest Airlines sufrió una falla en una de las aspas del ventilador, pero aterrizó más tarde sin más incidentes. Si bien el avión sufrió daños importantes, no hubo heridos. [74]
El 17 de abril de 2018, el vuelo 1380 de Southwest Airlines sufrió lo que parece ser una falla en una de las aspas del ventilador, cuyos restos perforaron una ventana. El Boeing 737-700 aterrizó sin problemas, pero un pasajero murió y varios resultaron heridos. [75] [76]
Las aerolíneas han informado de 32 incidentes que implican una inestabilidad repentina del empuje, en varios puntos durante el vuelo, incluyendo ajustes altos del empuje durante el ascenso a la altitud. El problema ha existido durante mucho tiempo. En 1998, dos pilotos del 737 informaron de que sus aceleradores de motor aumentaron repentinamente a la potencia máxima durante el vuelo. Una investigación muy reciente ha llevado a la conclusión provisional de que el problema se origina en la unidad hidromecánica y puede implicar un nivel inaceptable de contaminación del combustible (con agua o material particulado, incluido material biodegradable que crea sólidos en el combustible), o un uso excesivo de biocidas para reducir el crecimiento bacteriano. Boeing dijo a Aviation Week y Space Technology que CFM International había revisado su software FADEC . El nuevo software "... 'reduce la duración y el grado de los incidentes de inestabilidad del empuje' haciendo funcionar en ciclos la válvula de control de combustible (FMV) y la EHSV (válvula servo electrohidráulica) para limpiar el carrete de la EHSV". Esta corrección del software no pretende ser una solución definitiva al problema; CFM afirmó que no ha recibido más informes después de que se realizó este cambio. [77]
Según Bloomberg , los reguladores de aviación europeos han determinado que AOG Technics, con sede en Londres, propiedad mayoritaria de José Zamora Yrala, cuya nacionalidad figura como británica en algunos formularios y venezolana en otros, suministró piezas de origen desconocido y documentos falsos para reparaciones en algunos CFM56. [78] [79]
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