El motor diésel de avión o aerodiésel es un motor de avión propulsado por diésel . Se utilizaron en dirigibles y se probaron en aviones a finales de los años 1920 y 1930, pero nunca se adoptaron ampliamente hasta hace poco. Sus principales ventajas son su excelente consumo específico de combustible , la reducida inflamabilidad y una densidad algo mayor de su combustible, pero éstas se han visto superadas por una combinación de desventajas inherentes en comparación con los motores de gasolina o turbohélice . El coste cada vez mayor del avgas y las dudas sobre su disponibilidad futura [1] han estimulado un resurgimiento de la producción de motores diésel para aviones a principios de la década de 2010. [2]
El uso de motores diésel en aviones también es ventajoso desde el punto de vista de la protección del medio ambiente y de la salud humana, ya que desde hace tiempo [3] se sabe que el ingrediente antidetonante tetraetilo de plomo del avgas es altamente tóxico [4] [5] [6] además de contaminar. [7]
Varios fabricantes construyeron motores aeronáuticos diésel en las décadas de 1920 y 1930; los más conocidos fueron el radial Packard refrigerado por aire y el Junkers Jumo 205 , que tuvo un éxito moderado, pero resultó inadecuado para uso en combate en la Segunda Guerra Mundial . Sin embargo, el hidroavión de patrulla marítima trimotor Blohm & Voss BV 138 estaba propulsado por el motor Junkers Jumo 207 más desarrollado y tuvo más éxito con su trío de Jumo 207 diésel que confería un radio de combate máximo de más de 2.100 km (1.300 millas). los casi 300 ejemplares del BV 138 construidos durante la Segunda Guerra Mundial.
El primer motor diésel exitoso desarrollado específicamente para aviones fue el diésel radial Packard DR-980 de 1928-1929, que se diseñó en el formato radial familiar refrigerado por aire similar a los diseños de Wright y Pratt & Whitney, y era contemporáneo del Beardmore Tornado. utilizado en el dirigible R101 . Se había especificado el uso de un diésel por su bajo riesgo de incendio. El primer vuelo exitoso de un avión con motor diésel se realizó el 18 de septiembre de 1928, en un Stinson modelo SM-1DX Detroiter con número de registro X7654. [8] Alrededor de 1936, los motores diésel, más pesados pero menos sedientos, eran preferidos a los motores de gasolina cuando el tiempo de vuelo era de sólo 6 a 7 horas. [9]
El motor de dos tiempos Junkers Jumo 205 de pistones opuestos , que entró en servicio a principios de la década de 1930, se utilizó mucho más ampliamente que los aerodiésel anteriores. Tuvo un éxito moderado en su uso en el Blohm & Voss Ha 139 y aún más en su uso en dirigibles . En Gran Bretaña, Napier & Son construyó bajo licencia el Junkers Jumo 204 más grande como Napier Culverin , pero no vio su uso en producción de esta forma. En los Zeppelins también se utilizó un motor diésel Daimler-Benz , incluido el desafortunado LZ 129 Hindenburg . Este motor resultó inadecuado en aplicaciones militares y el posterior desarrollo de motores aeronáuticos alemanes se concentró en motores de gasolina y a reacción.
El bombardero estratégico cuatrimotor soviético Petlyakov Pe-8 de la Segunda Guerra Mundial fue construido con motores diésel Charomskiy ACh-30 ; pero justo después del final de la guerra , tanto sus motores diésel como los motores Mikulin V12 en línea alimentados con gasolina para los fuselajes Pe-8 supervivientes fueron reemplazados por motores radiales de gasolina diseñados por Shvetsov debido a preocupaciones de eficiencia. El bombardero medio de largo alcance Yermolaev Yer-2 también se construyó con motores diésel Charomskiy.
Otros fabricantes también experimentaron con motores diésel en este período, como el francés Bloch (más tarde Dassault Aviation ), cuyo prototipo de bombardero MB203 utilizaba motores diésel Clerget de diseño radial. El Royal Aircraft Establishment desarrolló una versión experimental de encendido por compresión (diésel) del Rolls-Royce Condor en 1932, volándolo en un Hawker Horsley con fines de prueba. [10]
El interés por los motores diésel en la posguerra fue esporádico. La menor relación potencia-peso de los motores diésel, especialmente en comparación con los motores turbohélice , pesaba en contra del motor diésel. Con el combustible disponible a bajo precio y el mayor interés de la investigación en turbohélices y reactores para aviones de pasajeros de alta velocidad, los aviones propulsados por diésel prácticamente desaparecieron. El estancamiento del mercado de la aviación general en la década de 1990 provocó una disminución masiva en el desarrollo de nuevos tipos de motores de avión.
Napier & Son en Gran Bretaña había desarrollado el Napier Culverin, un derivado del Junkers Jumo 205 , antes de la Segunda Guerra Mundial, y retomó los motores aerodiésel en la década de 1950. El Ministerio del Aire británico apoyó el desarrollo del Napier Nomad de 2200 kW (3000 hp) , una combinación de motores de pistón y turbohélice, que era excepcionalmente eficiente en términos de consumo de combustible específico de los frenos , pero lo consideró demasiado voluminoso y complejo y lo canceló en 1955.
Varios factores han surgido para cambiar esta ecuación. [11] En primer lugar, han surgido varios nuevos fabricantes de aviones de aviación general que desarrollan nuevos diseños. En segundo lugar, en Europa en particular, el avgas se ha vuelto muy caro. En tercer lugar, en varios lugares (particularmente remotos), el avgas es más difícil de obtener que el combustible diesel. Por último, las tecnologías diésel para automóviles han mejorado mucho en los últimos años y ofrecen relaciones potencia-peso más altas, más adecuadas para aplicaciones aeronáuticas.
Actualmente se encuentran disponibles aviones ligeros certificados propulsados por diésel, y varias empresas están desarrollando nuevos diseños de motores y aviones para este fin. Muchos de estos funcionan con combustible para aviones (queroseno) fácilmente disponible o con diésel de automóvil convencional.
Las simulaciones indican una carga útil máxima más baja debido al motor más pesado, pero también un mayor alcance con una carga útil media. [12]
Los zepelines LZ 129 Hindenburg y LZ 130 Graf Zeppelin II estaban propulsados por motores diésel reversibles. La dirección de funcionamiento se cambió cambiando de marcha en el árbol de levas. A plena potencia, los motores se podían detener, cambiar de marcha y poner en marcha atrás a plena potencia en menos de 60 segundos.
Nevil Shute Noruega escribió que el vuelo de demostración del dirigible R100 se cambió de la India a Canadá "cuando recibió motores de gasolina, porque se pensaba que un vuelo a los trópicos con gasolina a bordo sería demasiado peligroso. Es curioso después de más de veinte años para recordar el miedo que todos teníamos al petróleo en aquella época (c. 1929), porque desde entonces los aviones con motor de gasolina han volado innumerables horas en los trópicos y no estallan en llamas en cada vuelo. la verdad es que en aquella época todo el mundo pensaba en el diésel; parecía que el motor diésel para aviones estaba a la vuelta de la esquina, con la promesa de un gran ahorro de combustible". [13]
Por lo tanto, el desafortunado R101 con motor diésel , que se estrelló en 1930, volaría a la India, aunque sus motores diésel tenían motores de arranque de gasolina y sólo había habido tiempo para reemplazar uno por un motor de arranque diésel. [14] El R101 utilizó el motor aerodiésel Beardmore Tornado , con dos de los cinco motores reversibles mediante un ajuste del árbol de levas. Este motor fue desarrollado a partir de un motor utilizado en vagones .
Technify Motors GmbH, filial de Continental Motors, Inc. de Sankt Egidien , Alemania, es el nuevo titular del TC del Thielert TAE 110 certificado por la EASA el 8 de marzo de 2001, un motor de 4 cilindros, cuatro tiempos y 1.689 cm 3 (103,1 in 3 ). con inyección directa common rail, turbocompresor, caja reductora 1:1.4138 y FADEC que produce 81 kW (109 hp) en el despegue a 3675 rpm y 66 kW (89 hp) continuamente a 3400 rpm para 141 kg (311 lb). [15] El TAE 125-01, certificado el 3 de mayo de 2002, es el mismo con una caja de cambios 1:1.689, pesa 134 kg (295 lb) y produce 99 kW (133 hp) como máximo a 3900 rpm, como el posterior 1991 cm 3. (121,5 en 3 ) TAE 125-02-99 certificado el 14 de agosto de 2006, luego TAE 125-02-114 el 6 de marzo de 2007 para 114 kW (153 hp) a 3900 rpm, y TAE 125-02-125 con 125 kW (168 hp) a 3400 rpm para 156 kg (344 lb). [dieciséis]
El Centurion 4.0 es un motor de cuatro tiempos, 3.996 cm 3 (243,9 in 3 ), 8 cilindros, con common rail, 2 turbocompresores, caja de cambios reductora 1:1.689, regulador de hélice y FADEC con un peso de 286 kg (631 lb) y certificado el 26 de septiembre de 2007 para hasta 257 kW (345 hp) máximo, 243 kW (326 hp) continuos a 3900 rpm. [21] El centurion 4.0 V8 no ha sido certificado para su instalación en ningún fuselaje.
Certificado EASA el 20 de junio de 2017, el Centurion 3.0 es un V6 de cuatro tiempos de 2.987 cm 3 (182,3 in 3 ), también con common rail, turbocompresor, unidad de control electrónico del motor (EECU) y caja reductora 1: 1,66, con un peso de 265 kg (584 lb) y con una potencia de 221 kW (300 HP) en el despegue, 202 kW (272 HP) de forma continua, ambos a 2340 RPM de la hélice. [20]
Thielert , con sede en Lichtenstein, Sajonia , Alemania , fue el poseedor original del TC 1.7 basado en el turbodiésel Mercedes Clase A , que funciona con diésel y combustible para aviones A-1. Fue certificado para su adaptación a Cessna 172 y Piper Cherokees , reemplazando el motor Avgas Lycoming O-320 de 5,2 L (320 en 3 ) de 160 hp (120 kW) . Los 134 kg (295 lb) del motor 1.7 de 99 kW (133 hp) son similares al O-320, pero su cilindrada es inferior a un tercio y alcanza la potencia máxima a 2300 RPM de hélice en lugar de 2700.
El fabricante de aviones austriaco Diamond Aircraft Industries ofreció su monomotor Diamond DA40 -TDI Star con el motor 1.7 y el Diamond DA42 Twin Star con dos, ofreciendo un bajo consumo de combustible de 15,1 L/h (4,0 gal EE.UU./h).Robin Aircraft también ofreció un DR400 Ecoflyer con motor Thielert.
En mayo de 2008, Thielert quebró y, aunque el administrador concursal de Thielert, Bruno M. Kubler, pudo anunciar en enero de 2009 que la empresa estaba "en números positivos y trabajando al máximo de su capacidad", para entonces Cessna había abandonado sus planes de instalar motores Thielert en algunos modelos, y Diamond Aircraft ha desarrollado su propio motor diésel: el Austro Engine E4 . Varios cientos de aviones con motor Thielert vuelan.
SMA Engines , con sede en Bourges , Francia, ha diseñado el SMA SR305-230 : un turbodiésel de cuatro tiempos, de tracción directa, refrigerado por aire y aceite, de cuatro cilindros opuestos horizontalmente y con una cilindrada de 4.988 cm 3 (304,4 in 3 ), con motor electrónico. Inyección de combustible con bomba mecánica controlada , obtuvo la certificación EASA el 20 de abril de 2001 para 169 kW (227 hp) a 2200 rpm, con un peso de 195 kg (430 lb). En febrero de 2019 se certificó un SR305-260 de 194 kW (260 hp). [19] El SR305-230 obtuvo la certificación de la FAA de EE. UU. en julio de 2002. Ahora está certificado como modernización en varios modelos Cessna 182 en Europa y EE. UU., y Maule está trabajando para la certificación de la M-9-230. El equipo de ingeniería de SMA procedía de Renault Sport (Fórmula 1) y lo diseñó desde cero.
SMA desarrolla una versión de seis cilindros de 250 a 300 kW (330 a 400 hp), el SR460. [23] En AERO Friedrichshafen 2016, SMA presentó por primera vez un demostrador de motor de alta densidad de potencia: un monocilíndrico de cuatro tiempos de 135 hp (100 kW), 38 pulgadas cúbicas (0,62 litros) para 215 hp (160 kW) por litro, escalable. de 300 a 600 kW (400 a 800 hp) y hasta 1,5 hp/lb. (2,5 kW/kg) de densidad de potencia con un consumo específico de combustible de 0,35 lb/hp/hr (210 g/kwh). [24]
Austro Engine GmbH, con sede en Wiener Neustadt , Austria, obtuvo el motor E4 certificado por EASA el 28 de enero de 2009. Se trata de un motor de cuatro tiempos, 4 cilindros y 1.991 cm³ con inyección directa common rail , turbocompresor, caja reductora 1:1.69 y motor electrónico. Unidad de control del motor . Produce 123,5 kW (165,6 hp) en el despegue y de manera continua, a 2300 RPM de la hélice para 185 kg (408 lb). El E4P del mismo peso fue certificado el 26 de marzo de 2015 para 132 kW (177 hp) en el despegue a la misma velocidad y 126 kW (169 hp) de forma continua a 2200 RPM de la hélice. [18]
En 2011, Austro Engine estaba desarrollando un 6 cilindros de 280 hp (210 kW) en cooperación con Steyr Motors , basado en su bloque de 3,2 litros (200 en 3 ), para ser utilizado en el Diamond DA50 . [25]
DieselJet srl de Castel Maggiore , Italia, obtuvo el 11 de junio de 2010 la certificación EASA de su TDA CR 1.9 8V: un motor de 1,9 L (120 en 3 ), 4 cilindros, 4 tiempos, 8 válvulas, refrigeración líquida, turbocompresor e inyección Common Rail. Con una caja de cambios reductora de 1:0.644 y FADEC dual, produce 118 kW (160 hp) en el despegue y 107 kW (146 hp) continuamente a 2450 RPM de la hélice para 205 kg (452 lb). El TDA CR 2.0 16V, certificado el 8 de marzo de 2016, es un motor de 2,0 L (120 en 3 ) de 16 válvulas con una relación de reducción de 1:0,607 y una configuración similar, que produce 142 kW (193 hp) continuos y 160 kW (217,5 hp) en el despegue a 2306 RPM de la hélice para 219 kg (483 lb). [17] En 2016, DieselJet estaba desarrollando un TDA CR 3.0 24V de 240 kW (320 hp). [26]
Continental Motors, Inc. de Mobile, Alabama , recibió el 19 de diciembre de 2012 una certificación de tipo para su Continental CD-230 bajo la designación oficial TD-300-B: un motor turboalimentado de 4 tiempos, cuatro cilindros planos y tracción directa refrigerado por aire de 4.972 cm 3 (303,4 pulg 3 ), con inyección directa de combustible y unidad de control electrónico con respaldo mecánico, que genera continuamente 230 hp (170 kW) a 2200 RPM para 431 lb (195,5 kg) en seco. [27] Está desarrollado a partir del SMA SR305-230 .
RED Aircraft GmbH de Adenau , Alemania, obtuvo la certificación de tipo EASA el 19 de diciembre de 2014 para su RED A03 V12 de cuatro tiempos de 6.134 cm 3 (374,3 in 3 ) , con common rail, turbocompresor, caja reductora 1:1,88 y monomando FADEC/EECS. generando 368 kW (500 hp) en el despegue a 2127 RPM de la hélice y 338 kW (460 hp) a 1995 RPM de la hélice de forma continua para 363 kg (800 lb) en seco. [22] El RED A05 es un diseño preliminar V6 de 3550 cc, que genera 300 hp (220 kW) en el despegue a 2127 RPM de la hélice y 280 hp (210 kW) continuamente a 1995 RPM de la hélice, con un peso de 210 g/kWh (0,35 lb/( hp⋅h)) mejor consumo de combustible específico de frenos . [28]
DeltaHawk Engines, Inc. , una empresa estadounidense, está desarrollando actualmente tres diseños V-4 de 160, 180 y 150 kW (200 CV), siendo las dos últimas versiones turboalimentadas. Utilizando un diseño de dos tiempos adaptado, también han hecho volar un motor prototipo en una configuración de propulsor . Los aviones Velocity afirman haber recibido motores no certificados desde 2005 y esperan lograr la certificación a principios de 2011. Los motores DeltaHawk tienen un cárter de aceite seco, por lo que pueden funcionar en cualquier orientación: vertical, invertida o con eje vertical cambiando la ubicación del aceite. puerto de barrido. También pueden ejecutar contrarrotación para su instalación en gemelos para eliminar el problema crítico del motor . [29] [30] Se ha instalado con éxito un motor DeltaHawk refrigerado por agua en un helicóptero Rotorway , que pesa lo mismo que un motor de gasolina refrigerado por aire de potencia similar y es capaz de mantener esa potencia a 17.000 pies. [31] El DeltaHawk DH180 de 180 hp recibió su certificación de tipo FAA en mayo de 2023, las primeras entregas están previstas para 2024. [32]
Varios otros fabricantes están desarrollando actualmente motores diésel experimentales, y muchos de ellos utilizan diseños específicos para aviones en lugar de motores de automóvil adaptados. Muchos utilizan diseños de dos tiempos, con algunos diseños de pistones opuestos directamente inspirados en el diseño original de Junkers. [33] [ verificación fallida ]
Diesel Air Limited, Wilksch y Zoche han tenido problemas considerables para poner en producción sus diseños de prototipos, con retrasos de varios años. El dirigible propulsado por Diesel Air Limited ya no está registrado ante la Autoridad de Aviación Civil del Reino Unido.
Wilksch Airmotive , una empresa británica, está desarrollando un diésel de dos tiempos, tres cilindros y 89 kW (120 CV) (WAM-120) y está trabajando en un diseño de cuatro cilindros y 120 kW (160 CV) (WAM-160). En 2007, Wilksch afirmó que habían completado múltiples pruebas en el WAM-100 LSA de acuerdo con ASTM F 2538: el WAM-100 LSA es un WAM-120 reducido. Inicialmente, Wilksch mostró un prototipo de dos cilindros junto con los modelos de tres y cuatro cilindros. En abril de 2008, IndUS Aviation presentó el primer avión deportivo ligero diésel con un WAM 120 después de haber volado 400 horas en un Thorp T211 en Inglaterra durante los últimos cuatro años. [34] A mediados de 2009, se habían vendido aproximadamente 40 unidades WAM-120, y alrededor de la mitad se encontraban actualmente en vuelo. El propietario británico de una VANS RV-9A equipada con un WAM-120 informa que obtuvo un TAS de 125 nudos (232 km/h) a 6.000 pies (1.800 m) con 15 litros/h de combustible Jet A-1. Un empujador de canards Rutan LongEz (G-LEZE) también ha volado con el motor WAM-120 con vuelos de prueba que muestran un TAS de 300 km/h (160 nudos) a 3.400 m (11.000 pies) y 22 litros/h. A una velocidad de crucero económica de 232 km/h (125 nudos) a 610 m (2000 pies), el consumo de combustible es de 12 L/h (3,2 gal/h), lo que da una autonomía de 3500 km (1890 nmi). [35]
El motor diésel GAP es un desarrollo de la NASA . [36]
Con la marca Zoche aero-diesel , la empresa "Michael Zoche Antriebstechnik" de Múnich (Alemania) ha producido una gama prototipo de tres motores aeronáuticos diésel radiales de dos tiempos y refrigeración por aire , compuestos por un V-twin , un motor transversal de una hilera y 4 y una cruz-8 de doble fila. [37] Un motor Zoche ha funcionado con éxito en pruebas en túnel de viento . [38] Zoche parece apenas más cerca de la producción que hace una década.
Advanced Component Engineering de Andy Higgs diseñó un V12 de pistón escalonado de 750 kW (1000 hp) que pesa 665 lb /302 kg con la caja de cambios reductora para reemplazar los PT6 de gama baja, de 430 a 890 kW (580 a 1200 hp) como en el Cessna Caravan ; un cuatro cilindros de 260 kW (350 hp) y 302 libras/137 kg con una caja de cambios para reducir las RPM de la hélice de 5300 a 2300; y un V4 de 1,5 L (92 pulgadas 3 ) que pesa 103 libras/47 kg y produce 120 hp (89 kW). [39] El v12 de 1.000 en 3 (16 L) puede alimentar generadores, tanques, barcos o dirigibles y se pueden derivar versiones v4 y v8. [40] El motor Bourke , diseñado por Russell Bourke, de Petaluma, CA, es un diseño de dos cilindros opuestos rígidamente conectados que utiliza el principio de detonación. [ cita necesaria ]
Diesel Air Limited es una empresa británica que desarrolla un motor de dos tiempos, dos cilindros (por lo tanto, cuatro pistones) y pistones opuestos , de 75 kW (100 CV ), inspirado en el diseño original de Junkers. Su motor ha volado en instalaciones de aviones de prueba y dirigibles. A diferencia del Junkers, está hecho para instalación horizontal con un eje de salida central para las manivelas dentadas, por lo que la forma general instalada se asemeja aproximadamente a un motor bóxer de cuatro tiempos . [41]
Powerplant Developments, una empresa británica, está desarrollando un motor de pistones opuestos de 75 y 89 kW (100 y 120 hp) llamado Gemini 100/120 que se asemeja al motor Diesel Air Limited y utiliza el principio de doble manivela de Junkers, nuevamente para instalación horizontal. con un eje de salida central para las manivelas dentadas. Sin embargo, el Gemini 100 es un motor. Al igual que Diesel Air Limited, Powerplant Developments afirma estar utilizando Weslake Air Services para la producción. Recientemente han anunciado que Tecnam probará un prototipo con el motor Gemini. [42]
Gemini Diesel, filial de Superior Air Parts, desarrolla diseños de tres cilindros y dos tiempos con seis pistones opuestos:
Weslake Engine, otra empresa con sede en el Reino Unido, exhibió su motor diésel ligero A80 en Friedrichshafen Aero 2015. [45]
Engineered Propulsion Systems, con sede en Wisconsin, desarrolla su motor Graflight V-8 refrigerado por líquido con pistones de acero y cárter de hierro de grafito compactado para una mayor resistencia y durabilidad que el aluminio con un peso similar, aumentando el tiempo entre revisiones a 3.000 horas. Está gestionado por una ECU de Bosch y consume Jet A, JP-8 o diésel puro para aviones de aviación general y pequeños helicópteros , drones militares , pequeñas embarcaciones o transportes de tropas, y su baja vibración permite el uso de hélices compuestas o de aluminio . [46] Con 195 kW (262 hp), el 75% de la potencia máxima de 261 kW (350 hp), consume 35 kg/h (77 lb/h), en comparación con el Continental TSIO-550 -E, que quema 50 kg/h (110 libras/h) [47]
Raptor Turbo Diesel LLC, una empresa estadounidense, está desarrollando actualmente el motor diésel Raptor 105. Es un motor turboalimentado de cuatro tiempos en línea. Anteriormente Vulcan Aircraft Engines (hasta septiembre de 2007). [48]
ECO Motors desarrolló el diésel EM 80 y EM 75 kW (100 hp), 4 tiempos y 4 cilindros con FADEC basado en un motor de automóvil para 98 kg (216 lb) en seco, pero desapareció desde 2008. [49]
El diésel FlyEco es un motor de tres cilindros y 0,8 L (49 en 3 ) que produce 80 CV / 58,8 kW hasta 3.800 RPM y reducido en 1:1,50-1,79, derivado del Smart Car . [50] Propulsa el avión eléctrico híbrido Siemens-FlyEco Magnus eFusion . [51]
Dentro del programa de investigación medioambiental de la Iniciativa Tecnológica Conjunta Europea Green Rotorcraft European Clean Sky iniciado en 2011, un demostrador de tecnología Airbus Helicopters H120 Colibri equipado con un motor diésel de alta compresión HIPE AE440, que funciona con combustible para aviones , voló por primera vez el 6 de noviembre de 2015. [52] El motor es un motor V8 de 90° de 4,6 L (280 en 3 ) , lubricado por cárter seco y refrigerado por líquido con inyección directa common rail de 1.800 bar (26.000 psi) , bloques de aluminio totalmente mecanizados, bielas de titanio, pistones y camisas de acero, un turbocompresor. por banco de cilindros. [53]
Con un intercooler aire/aire , pesa 197 kg (434 lb) (seco) sin caja de cambios y el grupo motor instalado de 330 kW (440 hp) pesa 249 kg (549 lb). [52] Su consumo de combustible específico en frenos es de 200 g/kW.h. [54] Es fabricado por Teos Powertrain Engineering, una empresa conjunta entre Mecachrome y D2T (grupo IFPEN) para el diseño mecánico, fabricación, montaje y pruebas de las piezas principales del motor y Austro Engine para el FADEC y el arnés de doble canal , el sistema de combustible y la aeronavegabilidad. . [52]
