Una parada del compresor es una interrupción local del flujo de aire en el compresor de una turbina de gas o turbocompresor . Una parada que resulta en la interrupción completa del flujo de aire a través del compresor se conoce como aumento repentino del compresor . La gravedad del fenómeno va desde una caída momentánea de potencia apenas registrada por los instrumentos del motor hasta una pérdida total de compresión en caso de un aumento repentino, lo que requiere ajustes en el flujo de combustible para recuperar el funcionamiento normal.
Las caladas del compresor eran un problema común en los primeros motores a reacción con aerodinámica simple y unidades de control de combustible manuales o mecánicas , pero prácticamente se han eliminado gracias a un mejor diseño y al uso de sistemas de control hidromecánicos y electrónicos como el control digital del motor con autoridad total . Los compresores modernos están cuidadosamente diseñados y controlados para evitar o limitar la parada dentro del rango operativo de un motor.
Hay dos tipos de parada del compresor:
La parada rotativa es una interrupción local del flujo de aire dentro del compresor que continúa proporcionando aire comprimido, pero con una eficacia reducida. La pérdida de rotación surge cuando una pequeña proporción de perfiles experimentan pérdida , lo que interrumpe el flujo de aire local sin desestabilizar el compresor. Los perfiles aerodinámicos calados crean bolsas de aire relativamente estancado (denominadas células de calado ) que, en lugar de moverse en la dirección del flujo, giran alrededor de la circunferencia del compresor. Las celdas de pérdida giran con las palas del rotor, pero entre el 50 y el 70% de su velocidad, afectando los perfiles aerodinámicos posteriores alrededor del rotor cuando cada uno de ellos encuentra la celda de pérdida. La propagación de la inestabilidad alrededor del anillo de la ruta de flujo es impulsada por el bloqueo de las celdas de pérdida que causa un pico de incidencia en la paleta adyacente. La pala adyacente se detiene como resultado del pico de incidencia, lo que provoca la "rotación" de la célula de pérdida alrededor del rotor. También pueden ocurrir paradas locales estables que son simétricas en el eje, cubriendo toda la circunferencia del disco del compresor, pero solo una parte de su plano radial, y el resto de la cara del compresor continúa pasando un flujo normal.
Una parada rotacional puede ser momentánea, como resultado de una perturbación externa, o puede ser estable a medida que el compresor encuentra un equilibrio de trabajo entre las áreas de parada y no paradas. Las pérdidas locales reducen sustancialmente la eficiencia del compresor y aumentan las cargas estructurales sobre los perfiles aerodinámicos que encuentran células de pérdida en la región afectada. Sin embargo, en muchos casos, los perfiles aerodinámicos del compresor están críticamente cargados sin capacidad para absorber la perturbación del flujo de aire normal, de modo que las celdas de pérdida originales afectan a las regiones vecinas y la región de pérdida crece rápidamente hasta convertirse en una pérdida completa del compresor.
Entrada simétrica del eje , más comúnmente conocida como sobretensión del compresor ; o aumento de presión , es una ruptura completa de la compresión que resulta en una inversión del flujo y la expulsión violenta del aire previamente comprimido a través de la entrada del motor, debido a la incapacidad del compresor para continuar trabajando contra el aire ya comprimido detrás de él. El compresor experimenta condiciones que exceden el límite de sus capacidades de aumento de presión o está tan cargado que no tiene la capacidad de absorber una perturbación momentánea, creando una parada rotacional que puede propagarse en menos de un segundo para incluir todo el compresor.
El compresor recuperará el flujo normal una vez que la relación de presión del motor se reduzca a un nivel en el que el compresor sea capaz de mantener un flujo de aire estable. Sin embargo, si las condiciones que indujeron la pérdida permanecen, el retorno del flujo de aire estable reproducirá las condiciones en el momento del aumento y el proceso se repetirá. [2] Tal calado "bloqueado" o autorreproductor es particularmente peligroso, con niveles muy altos de vibración que provocan un desgaste acelerado del motor y posibles daños, incluso la destrucción total del motor mediante la rotura del compresor y las paletas del estator y sus ingestión posterior, destruyendo los componentes del motor aguas abajo.
Un compresor solo bombeará aire de manera estable hasta una determinada relación de presión. Más allá de este valor, el flujo se interrumpirá y se volverá inestable. Esto ocurre en lo que se conoce como línea de sobretensión en un mapa de compresor . El motor completo está diseñado para mantener el compresor funcionando a una pequeña distancia por debajo de la relación de sobrepresión en lo que se conoce como línea operativa en un mapa de compresor. La distancia entre las dos líneas se conoce como margen de sobretensión en un mapa de compresor. Pueden ocurrir varias cosas durante el funcionamiento del motor para reducir la relación de presión de sobrepresión o aumentar la relación de presión de funcionamiento. Cuando los dos coinciden ya no hay margen de sobretensión y una etapa del compresor puede pararse o el compresor completo puede sobrepasarse como se explicó en las secciones anteriores.
Lo siguiente, si es lo suficientemente grave, puede causar estancamiento o aumento repentino.
Las paradas axialmente simétricas del compresor, o sobretensiones del compresor, son inmediatamente identificables porque producen uno o más golpes extremadamente fuertes en el motor. Los informes de chorros de llamas que emanan del motor son comunes durante este tipo de parada del compresor. Estas pérdidas pueden ir acompañadas de un aumento de la temperatura de los gases de escape, un aumento de la velocidad del rotor debido a la gran reducción del trabajo realizado por el compresor calado y, en el caso de aviones multimotor, de guiñadas en dirección al motor afectado debido a la pérdida de empuje.
La respuesta adecuada a la calada del compresor varía según el tipo y la situación del motor, pero normalmente consiste en una disminución inmediata y constante del empuje del motor afectado. Si bien los motores modernos con unidades de control avanzadas pueden evitar muchas causas de pérdida, los pilotos de aviones a reacción deben seguir teniendo esto en cuenta al reducir la velocidad del aire o aumentar la aceleración.
Un sistema antibloqueo del compresor es un sistema de purga del compresor que elimina automáticamente el aire no deseado para evitar que el compresor se cale. [5] Otros métodos de prevención de pérdida pueden incluir un tratamiento de punta anti-pérdida de la carcasa. [6]
El motor turborreactor Rolls-Royce Avon se vio afectado por repetidas sobretensiones del compresor a principios de su desarrollo en la década de 1940, lo que resultó difícil de eliminar del diseño. Se percibía tal importancia y urgencia del motor que Rolls-Royce autorizó el diseño del compresor del motor Sapphire a Armstrong Siddeley para acelerar el desarrollo.
El motor, rediseñado, pasó a propulsar aviones como el bombardero English Electric Canberra y los aviones de pasajeros de Havilland Comet y Sud Aviation Caravelle .
Durante el desarrollo de la década de 1960 del Concorde Supersonic Transport (SST), se produjo un incidente importante cuando una sobretensión del compresor provocó una falla estructural en la admisión. El golpe de martillo que se propagó hacia adelante desde el compresor fue de fuerza suficiente como para provocar que una rampa de entrada se separara y fuera expulsada del frente de la entrada. [7] Se reforzó el mecanismo de rampa y se cambiaron las leyes de control para evitar que vuelva a ocurrir. [8]
Una parada del compresor contribuyó a la muerte en 1994 de la teniente Kara Hultgreen , la primera mujer piloto de combate de la Armada de los Estados Unidos con base en un portaaviones . Su avión, un Grumman F-14 Tomcat , experimentó una pérdida del compresor y una falla de su motor izquierdo, un turbofan Pratt & Whitney TF30 , debido a un flujo de aire perturbado causado por el intento de Hultgreen de recuperarse de una posición de aproximación final incorrecta ejecutando un deslizamiento lateral ; Las paradas del compresor debido a un ángulo de guiñada excesivo eran una deficiencia conocida de este tipo de motor.
La pérdida en 1977 del vuelo 242 de Southern Airways , un McDonnell Douglas DC-9-9-31 , mientras penetraba en una celda de tormenta sobre Georgia se atribuyó a paradas del compresor provocadas por la ingestión de grandes cantidades de agua y granizo . Las pérdidas provocaron que las palas chocaran con las paletas estacionarias en sus dos motores turbofan Pratt & Whitney JT8D-9 . Las pérdidas fueron tan graves que provocaron la destrucción de los motores, dejando a la tripulación del vuelo sin otra opción que realizar un aterrizaje de emergencia en una vía pública, matando a 62 pasajeros y otras ocho personas en tierra.
El 6 de diciembre de 1997, un avión de transporte Antonov 124 quedó destruido al estrellarse inmediatamente después de despegar del aeropuerto Irkutsk-2 en Rusia. Tres segundos después de despegar de la pista 14, a una altura de unos 5 metros (16 pies), el motor número 3 aceleró. Al alejarse con un alto ángulo de ataque , los motores 1 y 2 también se dispararon, lo que provocó que el avión se estrellara unos 1.600 metros (5.200 pies) más allá del final de la pista. Golpeó varias casas en una zona residencial, matando a las 23 personas a bordo y a 45 personas en tierra. [9]
El 6 de noviembre de 1967, el vuelo 159 de TWA , un Boeing 707 en su carrera de despegue desde el entonces llamado Aeropuerto Greater Cincinnati , pasó al vuelo 379 de Delta Air Lines , un McDonnell Douglas DC-9 atrapado en el suelo a unos metros de la pista . s borde. El primer oficial del avión de TWA escuchó un fuerte estallido, que ahora se sabe que fue una parada del compresor inducida por la ingestión de gases de escape del Delta 379 al pasar. Creyendo que se había producido una colisión, el copiloto abortó el despegue. A causa de su velocidad, la aeronave se salió de la pista, hiriendo a 11 de los 29 pasajeros, uno de los cuales falleció cuatro días después a consecuencia de las heridas.
En diciembre de 1991, el vuelo 751 de Scandinavian Airlines , un McDonnell Douglas MD-81 en un vuelo de Estocolmo a Copenhague, se estrelló después de perder ambos motores debido a la ingestión de hielo, lo que provocó la parada del compresor poco después del despegue. Debido a un sistema de aceleración automática recientemente instalado diseñado para evitar que los pilotos reduzcan la potencia durante el ascenso de despegue, el sistema anuló las órdenes del piloto para reducir la potencia al reconocer el aumento, lo que provocó daños en el motor y una falla total del mismo. El avión realizó con éxito un aterrizaje forzoso en un claro del bosque sin pérdidas de vidas.
El motor a reacción - Rolls-Royce plc, 1995. ISBN 0-902121-23-5 .