El General Electric CJ805 es un motor a reacción desarrollado por General Electric Aircraft Engines a finales de la década de 1950. Era una versión civil del J79 y sólo se diferenciaba en detalles. [1] Fue desarrollado en dos versiones. El CJ805-3 básico era un turborreactor y propulsaba el avión de pasajeros Convair 880 , mientras que el CJ805-23 (designación militar TF35 ), un derivado del turbofan , impulsaba la variante Convair 990 Coronado .
Los motores turborreactores constan de un compresor en la parte delantera, una zona de quemador y luego una turbina que acciona el compresor. Para alcanzar relaciones de compresión que valga la pena , los compresores constan de múltiples "etapas", cada una de las cuales comprime aún más el aire que sale de la anterior.
Un problema común con los primeros motores a reacción era el fenómeno de "aumento repentino" o parada del compresor . Las pérdidas podrían ocurrir cuando el flujo de aire que se aproxima no estaba en línea con la entrada del avión al compresor o cuando el acelerador se avanzó demasiado rápido.
Cuando los motores tuvieron que diseñarse con relaciones de presión superiores a aproximadamente 5, [2] para satisfacer las demandas de reducción del consumo de combustible, salió a la luz un nuevo fenómeno de pérdida: la pérdida giratoria. Ocurrió a bajas velocidades del compresor y provocó que se rompieran las aspas de la primera etapa. Esta área problemática de velocidad se conoce como "fuera de diseño" y requirió la invención de dispositivos especiales para hacer funcionar el compresor. El compresor funcionó bien cerca de su velocidad máxima, conocida como "diseño", con un área de convergencia fija desde la entrada hasta la salida que coincidía con los valores de diseño de compresión/densidad y con ángulos de pala fijos establecidos para generar bajas pérdidas de presión. A bajas velocidades, la compresión mucho más baja no exprimió el aire lo suficiente como para pasar por la salida ahora demasiado pequeña. El triángulo de velocidad combinó la entrada de aire ahora demasiado lenta con la velocidad de la pala y dio un ángulo de pérdida. [3]
Una solución común utilizada en los primeros motores, y ampliamente utilizada hoy en día, [4] era darle al aire orificios de escape adicionales para acelerar la entrada de aire, es decir, el uso de "aire purgado" al que se le permite escapar por las aberturas cercanas al centro del motor. las etapas del compresor y se ventiló por la borda. Las válvulas de purga se cierran a medida que las RPM del motor aumentan hacia las velocidades operativas.
Otra solución fue el uso de paletas de entrada variable. El ángulo de incidencia de las paletas en la parte delantera del motor se cambia para bloquear parcialmente el área de entrada, lo que reduce la compresión, y también inclina el aire hacia las paletas del compresor para evitar que se cale. Esto tiene la ventaja de ser más eficiente que dejar escapar el valioso aire comprimido, aunque el consumo de combustible a bajas velocidades es relativamente poco importante.
Nuevos aumentos en la relación de presión, exigidos por las agencias de adquisiciones gubernamentales y las aerolíneas comerciales para aviones de largo alcance, provocaron una mayor discrepancia entre las áreas de flujo, los cambios de densidad y los ángulos de las palas. Se siguieron dos enfoques: reducir la velocidad de las palas en la parte delantera del compresor dividiéndolo en dos partes giratorias separadas (carretes) o hacer que los estatores sean variables en las primeras etapas, así como en las paletas de entrada. Una desventaja es la importante complejidad mecánica, ya que cada pala del estator debe girarse de forma independiente hasta alcanzar los ángulos deseados. Dos carretes necesitan más rodamientos y resultaron ser más pesados.
Válvulas de purga, dos o tres carretes y estatores variables se utilizan juntos en los motores modernos para hacer frente a la pérdida de rotación durante los arranques y a bajas velocidades y para permitir aceleraciones rápidas sin sobretensiones.
Rolls-Royce consideró la idea del estator variable en la década de 1940, pero la abandonó [5] hasta utilizarla en la década de 1980 en el motor V2500. [6] Comenzaron a desarrollar diseños de dos carretes, un concepto que también fue seleccionado por Pratt & Whitney . GE solo seleccionó la trayectoria del estator variable después de un concurso de estudio de diseño de un año de duración que comparó dos carretes y varias etapas de estatores variables con objetivos de rendimiento eficiente en crucero Mach 0,9 y Mach 2, mayor empuje, menor consumo de combustible y peso. [7] El J79 surgió como un diseño potente y liviano, 2000 lb más liviano que su competidor de 2 ejes para el B-58, el motor J57, [8] y GE comenzó a considerarlo como la base para un motor de alta potencia para uso comercial. usar. [9]
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En 1952, el equipo de diseño de Chapman Walker en GE construyó un prototipo único de motor a reacción diseñado específicamente para aviones transatlánticos. Utilizaba un ventilador de una sola etapa impulsado por el mismo eje de turbina que el compresor del motor principal, a diferencia de los diseños de Pratt & Whitney que usaban un eje de potencia separado para hacer funcionar el ventilador. El diseño de GE resultó ser difícil de iniciar y operar y no se desarrolló más. [5]
En 1955, Jack Parker se hizo cargo de la división Aircraft Gas Turbine de GE. Contrató a Dixon Speas para que comenzara a entrevistar a ejecutivos de aerolíneas para tratar de tener una idea del mercado futuro. Parker le pidió a Speas que entrevistara no a los directores ejecutivos, sino a los ejecutivos que podrían ser los directores ejecutivos cuando GE estuviera lista para ingresar al mercado de motores a reacción civiles. Parker, Speas y Neil Burgess, que dirigieron el programa J79, pasaron un mes reuniéndose con American Airlines , Delta , United , KLM , Swissair y SAS . Las reuniones demostraron que todas las aerolíneas que volaban aviones de hélice a través del Atlántico buscaban reemplazarlos con aviones a reacción. [10]
Casi al mismo tiempo, Convair estaba sondeando a las aerolíneas estadounidenses y encontró demanda de un avión a reacción más pequeño para rutas nacionales de mediano alcance. Comenzaron el desarrollo de lo que se convertiría en el 880 y se acercaron a Burgess para ver si GE podía desarrollar una versión del J79 para esta función. Burgess respondió dibujando rápidamente una versión del J79 sin el posquemador y reemplazado por un inversor de empuje , lo que les dio un precio unitario estimado de 125.000 dólares por motor. [5]
La principal característica de ventas del 880 sobre los competidores Douglas DC-8 y Boeing 707 fue una mayor velocidad de crucero. Esto exigía más potencia del motor a partir de un diseño más ligero, lo que naturalmente llevó a un diseño como el J79. Para adquirir experiencia con el motor en un entorno civil, GE equipó un Douglas RB-66 con el nuevo motor y voló rutas de aviación civil simuladas desde la Base de la Fuerza Aérea Edwards . [11]
A medida que avanzaba el desarrollo, el 707 empezó a entrar en servicio y las quejas por ruido se convirtieron en un problema grave. Los residentes de los alrededores del aeropuerto de Newark ya han presentado una demanda por el ruido de los aviones de hélice existentes, como el Super Constellation, el Stratocruiser y el DC-7C. [12] Una forma de reducir este problema es mezclar aire frío en el escape del jet, lo que se lograba en los primeros motores con la adición de boquillas festoneadas. [a] Esta solución también se adoptó para el CJ805.
Varias aerolíneas pidieron a Convair una versión más grande del 880 con potencial alcance transatlántico. Un diseño de este tipo sería más grande para albergar más asientos, además de tener que transportar más combustible. Para propulsarlo se necesitaría un motor más potente. En ese momento, el Rolls-Royce Conway estaba entrando en servicio, y el Pratt & Whitney JT3D lo seguía de cerca. Ambos diseños tenían compresores de doble carrete, en lugar de usar estatores variables, y la velocidad más baja del carrete delantero de baja presión facilitaba el funcionamiento de un ventilador. [14]
Los problemas que RR y P&W habían abordado con el sistema de dos carretes se resolvieron en el J79 con estatores variables, por lo que, en términos relativos, la velocidad de rotación del compresor único era mucho más rápida que la etapa de baja presión de estos otros motores. Esto significaba que no era adecuado para la conexión directa a un escenario de fans. En cambio, GE resolvió este problema agregando un sistema de ventilador completamente separado en la parte trasera del motor, impulsado por una nueva etapa de turbina. El sistema era esencialmente una extensión atornillada al diseño existente y casi no tuvo ningún efecto en el funcionamiento del motor original. [15]
Cada pala de turbina era parte integral de un "bulcket", cuya sección exterior era una pala de rotor de ventilador. [16] Corriendo libremente sobre un eje corto, una serie de cubos, montados en un disco, formaban el conjunto del rotor de popa. El flujo de salida del turborreactor se expandió a través del anillo (interior) de la turbina, proporcionando así energía directamente a las aspas del ventilador ubicadas en el anillo exterior. Para el Convair 990 se instalaron un capó de longitud completa, un sistema de escape anular y un inversor de empuje del cucharón.
La característica única del CJ805-23 fue el ventilador transónico de una sola etapa. [18] NACA había realizado importantes investigaciones sobre compresores transónicos multietapa durante la década de 1950. Utilizando estos datos, GE decidió diseñar y probar un ventilador transónico de una sola etapa con una relación de presión alta. Para su sorpresa, la unidad cumplió con creces el objetivo de diseño, incluido el de alta eficiencia. Posteriormente se incorporó una versión modificada de esta unidad de investigación al ventilador de popa CJ805-23. Sin experiencia en el diseño de ventiladores transónicos y con poco tiempo disponible, Pratt & Whitney tuvo que recurrir al uso de 2 etapas de ventilador para producir una relación de presión similar para su turboventilador JT-3D. Aunque no es un diseño voladizo, el ventilador transónico CJ805-23 no requería paletas guía de entrada. Sin embargo, había una serie de paletas estructurales para ayudar a sostener la carcasa del ventilador. [19]
Con cambios adicionales, estiramientos del fuselaje y la adición de carrocerías antichoque , el nuevo avión surgió como el Convair 990. Sin embargo, en ese momento el proyecto había sufrido varios retrasos, lo que permitió que las nuevas versiones del DC-8 y 707 se bloquearan. ventas importantes. Al final, Convair vendió sólo 102 880 y 990 en total, perdiendo 600 millones de dólares en el programa. [20]
Sólo había otro cliente para el 805-23. En 1961, Sud Aviation se acercó a GE para proponerles la idea de adaptar el Caravelle con motor Rolls-Royce Avon al 805-23, produciendo un escaparate de tecnología de vuelo para ambas compañías. [21] Para esta función, introdujeron una nueva versión con un capó de ventilador relativamente corto y un inversor de empuje, en comparación con el capó de longitud completa del 990. [22] Rolls-Royce rápidamente construyó y probó un demostrador de ventilador de popa Avon para competir. con el mayor empuje y menor consumo específico de combustible del CJ805-23. Al final, el Caravelle fue rediseñado con el turbofan P&W JT8D . [23]
El programa CJ805 no fue un éxito comercial y GE perdió aproximadamente 80 millones de dólares en el programa con sólo unos pocos cientos de motores producidos en total. [21] En servicio, el diseño resultó frágil, pero estos problemas llevaron al éxito final del programa para la empresa. [24]
Mientras hablaban con los directores ejecutivos de las aerolíneas, en 1956 la compañía contrató al ex jefe del departamento de mantenimiento de American Airlines, John Montgomery, para administrar las líneas de producción. Montgomery recopiló comentarios de la industria sobre el estado del mercado de motores y descubrió que muchos se quejaban de la falta de fiabilidad de los grandes motores de pistón que se utilizaban en ese momento, en particular el Wright R-3350 . La dirección de Wright se negó a invertir más dinero en el programa para mejorar el motor, lo que provocó una grave reacción por parte de los clientes. [25]
Montgomery contrató a Walter Van Duyan, procedente de Wright, para establecer el departamento de servicio de GE y proporcionaron un servicio excelente a pesar de los problemas del motor. GE rápidamente se ganó una reputación por respaldar sus productos que perdura hasta el día de hoy. [25]
El trabajo en la 805 también tuvo varios productos derivados. Entre ellos se encontraba otro diseño de ventilador de popa, el General Electric CF700 utilizado en el jet ejecutivo Dassault Falcon 20 , que se desarrolló a partir del General Electric J85 de la misma manera que el J79 se adaptó al 805. [26] Su tecnología de ventilador fue También utilizado en el XV-5 Vertifan . [27]
Datos de la hoja de datos del certificado de tipo de la FAA, E-306
Datos de [1]
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