Se han utilizado muchas variaciones de arranque de motores de avión desde que los hermanos Wright realizaron su primer vuelo motorizado en 1903. Los métodos utilizados han sido diseñados para ahorrar peso, simplicidad de operación y confiabilidad. Los primeros motores de pistón se arrancaban a mano. Entre la Primera y la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron sistemas de arranque manual con engranajes, eléctricos y de cartucho para motores más grandes.
Los motores de avión con turbina de gas, como los turborreactores , los turboejes y los turboventiladores, a menudo utilizan arranque neumático o de aire, y el uso de aire purgado de unidades de potencia auxiliares (APU) integradas o compresores de aire externos ahora se considera un método de arranque común. A menudo, sólo es necesario arrancar un motor utilizando la APU (o compresor remoto). Después de arrancar el primer motor usando aire de purga de la APU, se puede usar aire de purga cruzada del motor en funcionamiento para arrancar los motores restantes.
El arranque manual de los motores de pistón de los aviones girando la hélice es el método más antiguo y sencillo; la ausencia de cualquier sistema de arranque a bordo proporciona un ahorro de peso apreciable. El posicionamiento de la hélice con respecto al cigüeñal está dispuesto de manera que los pistones del motor pasen por el punto muerto superior durante la carrera de oscilación.
Como el sistema de encendido normalmente está dispuesto para producir chispas antes del punto muerto superior, existe el riesgo de que el motor retroceda durante el arranque manual. Para evitar este problema, uno de los dos magnetos utilizados en el sistema de encendido típico de un motor aeronáutico está equipado con un " acoplamiento de impulso ", este dispositivo accionado por resorte retrasa la chispa hasta el punto muerto superior y también aumenta la velocidad de rotación del magneto para producir un chispa más fuerte. Cuando el motor arranca, el acoplamiento de impulsos ya no funciona y se enciende el segundo magneto. [1] A medida que los motores aeronáuticos crecieron en capacidad (durante el período de entreguerras ), el movimiento de la hélice por parte de una sola persona se volvió físicamente difícil, el personal de tierra se unía y trabajaba en equipo o usaba un calcetín de lona colocado sobre una pala de la hélice, el calcetín que tiene un trozo de cuerda unido al extremo de la punta de la hélice. [2] [3] Tenga en cuenta que esto es diferente del "giro" manual del motor de pistón radial, que se realiza para liberar el aceite que ha quedado atrapado en los cilindros inferiores antes del arranque, para evitar daños al motor. Los dos parecen similares, pero mientras que el arranque manual implica un "tirón" fuerte y brusco de la hélice para arrancar el motor, el giro se realiza simplemente girando la hélice una cantidad determinada.
Se han producido accidentes durante el arranque manual de un solo piloto, ajustes altos del acelerador, frenos no aplicados o calzos en las ruedas, todo lo cual ha resultado en que la aeronave despegue sin el piloto en los controles. [4] "Hacer girar el motor" con el encendido y los interruptores accidentalmente dejados "encendidos" también puede causar lesiones, ya que el motor puede arrancar inesperadamente cuando se dispara una bujía. Si el interruptor no está en la posición de arranque, la chispa se producirá antes de que el pistón llegue al punto muerto superior, lo que puede obligar a la hélice a retroceder violentamente.
El motor de arranque Hucks (inventado por Bentfield Hucks durante la Primera Guerra Mundial) es un reemplazo mecánico del personal de tierra. Basado en el chasis de un vehículo, el dispositivo utiliza un eje accionado por un embrague para girar la hélice y se desconecta cuando arranca el motor. En la Colección Shuttleworth se utiliza regularmente un motor de arranque Hucks para el arranque de aviones de época. [3]
Los planeadores a motor autosostenibles (a menudo conocidos como 'turbos') están equipados con pequeños motores de dos tiempos sin sistema de arranque; para las pruebas en tierra, se enrolla un cable alrededor del saliente de la hélice y se tira rápidamente junto con las válvulas descompresoras en funcionamiento. Estos motores se ponen en marcha en vuelo operando el descompresor y aumentando la velocidad del aire para hacer girar la hélice. Las primeras variantes del planeador motorizado Slingsby Falke utilizan un sistema de arranque por tracción montado en la cabina. [5]
Los aviones comenzaron a equiparse con sistemas eléctricos hacia 1930, alimentados por una batería y un pequeño generador impulsado por el viento . Inicialmente, los sistemas no eran lo suficientemente potentes como para accionar motores de arranque. La introducción de generadores impulsados por motores resolvió el problema. [6]
La introducción de motores de arranque eléctricos para motores aeronáuticos aumentó la comodidad a expensas del peso y la complejidad adicionales. Eran una necesidad para los hidroaviones con motores inaccesibles y montados en alto. Alimentado por una batería a bordo, suministro eléctrico a tierra o ambos, el motor de arranque se acciona mediante una llave o interruptor en la cabina. El sistema de llave suele facilitar la conmutación de los magnetos. [6] [7]
En condiciones ambientales frías, la fricción causada por el aceite de motor viscoso provoca una carga elevada en el sistema de arranque. Otro problema es la reticencia del combustible a vaporizarse y arder a bajas temperaturas. Se desarrollaron sistemas de dilución de aceite (mezcla de combustible con aceite de motor) [8] y se utilizaron precalentadores de motor (incluido encender fuegos debajo del motor). El sistema de bomba de cebado Ki-Gass se utilizó para ayudar en el arranque de los motores británicos. [9]
Las aeronaves equipadas con hélices de paso variable o hélices de velocidad constante se arrancan con paso fino para reducir las cargas de aire y la corriente en el circuito del motor de arranque. [ cita necesaria ]
Muchos aviones ligeros están equipados con una luz de advertencia de "arranque activado" en la cabina, un requisito de aeronavegabilidad obligatorio para protegerse contra el riesgo de que el motor de arranque no se desacople del motor. [10]
El motor de arranque Coffman era un dispositivo operado por un cartucho explosivo, cuyos gases ardientes operaban directamente en los cilindros para hacer girar el motor o a través de una transmisión por engranajes. Introducido por primera vez en el motor diésel Junkers Jumo 205 en 1936, el motor de arranque Coffman no fue muy utilizado por los operadores civiles debido al coste de los cartuchos. [11]
En 1920, Roy Fedden diseñó un sistema de arranque de gas para motor de pistón, utilizado en el motor Bristol Jupiter en 1922. [3] Un sistema utilizado en los primeros motores Rolls-Royce Kestrel conducía aire a alta presión desde una unidad terrestre a través de un distribuidor accionado por árbol de levas hasta el Cilindros mediante válvulas de retención , el sistema tenía desventajas que sólo se superaban con la conversión al arranque eléctrico. [12]
Cuando es necesario arrancar un motor de pistón en vuelo, se puede utilizar el motor de arranque eléctrico. Este es un procedimiento normal para planeadores a motor que han estado volando con el motor apagado. Durante las acrobacias aéreas con tipos de aviones anteriores, no era raro que el motor se apagara durante las maniobras debido al diseño del carburador . Sin un arrancador eléctrico instalado, los motores pueden reiniciarse sumergiendo el avión para aumentar la velocidad del aire y la velocidad de rotación de la hélice. [13]
El arrancador de inercia de un motor aeronáutico utiliza un volante pregirado para transferir energía cinética al cigüeñal, normalmente a través de engranajes reductores y un embrague para evitar condiciones de exceso de torsión. Se han utilizado tres variaciones: manual, eléctrica y una combinación de ambas. Cuando el volante está completamente energizado, se tira de un cable manual o se usa un solenoide para activar el motor de arranque. [14]
El arranque de un motor de turbina de gas requiere la rotación del compresor a una velocidad que proporcione suficiente aire presurizado a las cámaras de combustión . El sistema de arranque tiene que superar la inercia del compresor y las cargas de fricción, el sistema permanece en funcionamiento después de que comienza la combustión y se desconecta una vez que el motor ha alcanzado el régimen de ralentí automático. [15] [16]
Se pueden utilizar dos tipos de motor de arranque eléctrico, de arranque directo (para desconectar como motores de combustión interna) y sistema de generador de arranque (embragado permanentemente). [17]
Los pequeños motores de turbina de gas, en particular los motores de turboeje utilizados en helicópteros y turborreactores de misiles de crucero, pueden arrancarse mediante un motor hidráulico con engranajes que utiliza presión de aceite procedente de un suministro terrestre. [18]
Con los sistemas de arranque neumático, los carretes del compresor de los motores de turbina de gas giran mediante la acción de un gran volumen de aire comprimido que actúa directamente sobre las paletas del compresor o impulsa el motor a través de un pequeño motor de turbina con engranajes . Estos motores pueden pesar hasta un 75% menos que un sistema eléctrico equivalente. [15]
El aire comprimido puede suministrarse desde una unidad de energía auxiliar (APU) a bordo , un generador de gas portátil utilizado por el personal de tierra o mediante alimentación cruzada de aire purgado desde un motor en funcionamiento en el caso de aviones multimotor. [19]
El generador de gas Turbomeca Palouste se utilizó para arrancar los motores Spey del Blackburn Buccaneer . El De Havilland Sea Vixen estaba equipado con su propio Palouste en un contenedor extraíble debajo de las alas para facilitar el arranque cuando estaba lejos de la base. [20] Otros tipos de aviones militares que utilizan aire comprimido suministrado desde tierra para arrancar incluyen el Lockheed F-104 Starfighter y variantes del F-4 Phantom que utilizan el motor turborreactor General Electric J79 .
Las versiones del motor turborreactor Rolls-Royce Avon utilizaban un motor de arranque de turbina con engranajes que quemaba nitrato de isopropilo como combustible. En el servicio militar, este monocombustible tenía la designación OTAN S-746 AVPIN. Para arrancar, se introducía una cantidad medida de combustible en la cámara de combustión del motor de arranque y luego se encendía eléctricamente; los gases calientes hacían girar la turbina a altas revoluciones y los gases de escape salían por la borda. [21]
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De principio de funcionamiento similar al motor de arranque Coffman de pistón, un cartucho explosivo impulsa un pequeño motor de turbina que está conectado mediante engranajes al eje del compresor. [22]
Desarrolladas para aviones de corto recorrido, la mayoría de los aviones civiles y militares que requieren sistemas de arranque autónomos, estas unidades se conocen con varios nombres, incluidos Unidad de potencia auxiliar (APU), Arrancador de combustible para aviones (JFS), Unidad de arranque aéreo (ASU) o Compresor de turbina de gas. (GTC). [21] Estos dispositivos, que constan de una pequeña turbina de gas que se arranca eléctricamente, proporcionan aire comprimido para purgar el arranque del motor y, a menudo, también proporcionan energía eléctrica e hidráulica para las operaciones en tierra sin necesidad de hacer funcionar los motores principales. [23] Las ASU se utilizan hoy en día en el apoyo terrestre civil y militar para dar servicio a las aeronaves en el arranque del motor principal (MES) y en el soporte neumático de purga de aire para la refrigeración y calefacción del sistema de control ambiental (ECS).
Una característica interesante de los tres diseños de motores a reacción alemanes que se produjeron de cualquier tipo antes de mayo de 1945: los diseños de motores turborreactores de flujo axial alemanes BMW 003 , Junkers Jumo 004 y Heinkel HeS 011 fue el sistema de arranque, que consistía en un motor Riedel de 10 hp. (7,5 kW) motor plano doble de dos tiempos, refrigerado por aire, oculto en la entrada, y esencialmente funcionó como un ejemplo pionero de una unidad de potencia auxiliar (APU) para arrancar un motor a reacción; para el Jumo 004, un agujero en la nariz extrema del desviador de admisión contenía una manija de cordón manual en forma de D que arrancaba el motor de pistón, que a su vez hacía girar el compresor. En la entrada anular se instalaron dos pequeños depósitos de mezcla de gasolina y aceite . [24]
El Lockheed SR-71 Blackbird utilizó dos Buick Nailheads como motores de arranque, que se montaron en un carro AG-330 Start Kart, más tarde con motores V8 Chevrolet 454 de bloque grande .
Los motores de turbina de gas pueden apagarse en vuelo, intencionalmente por la tripulación para ahorrar combustible o durante una prueba de vuelo o involuntariamente debido a la falta de combustible o a un incendio después de una parada del compresor .
Se utiliza suficiente velocidad del aire para hacer girar el compresor, luego se enciende el combustible y el encendido; se puede utilizar una unidad de potencia auxiliar a bordo en altitudes elevadas donde la densidad del aire es menor. [dieciséis]
Durante las operaciones de ascenso con zoom del Lockheed NF-104A, el motor a reacción se apagó al ascender a través de 85.000 pies (26.000 m) y se inició utilizando el método del molino de viento en el descenso a través de aire más denso. [25]
Los motores a reacción de impulsos son motores de aviones poco comunes. Sin embargo, el Argus As 014 solía propulsar la bomba voladora V-1 y el Fieseler Fi 103R Reichenberg fue una notable excepción. En este chorro pulsado se conectaron tres boquillas de aire en la sección delantera a una fuente de aire externa de alta presión, se utilizó butano de un suministro externo para el arranque, el encendido se realizó mediante una bujía ubicada detrás del sistema de persiana y se transmitió electricidad a la bujía. suministrado desde una unidad de arranque portátil. [26]
Una vez que el motor arrancó y la temperatura aumentó al nivel mínimo de funcionamiento, se retiraron la manguera de aire externa y los conectores, y el diseño resonante del tubo de escape mantuvo el chorro de pulso encendido. Cada ciclo o pulso del motor comenzaba con las contraventanas abiertas; Se inyectó combustible detrás de ellos y se encendió, y la expansión resultante de los gases obligó a cerrar las contraventanas. A medida que la presión en el motor caía después de la combustión, las compuertas se volvían a abrir y el ciclo se repetía, aproximadamente de 40 a 45 veces por segundo. El sistema de encendido eléctrico se utilizaba únicamente para arrancar el motor; El calentamiento de la piel del tubo de escape mantuvo la combustión. [26]
