Els avions es guiaran per l'impuls del motor

2000/06/01 Kortabarria Olabarria, Beñardo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Garraioak
• Aeronautika

El programa de caça EF-2000 és el major projecte militar de cooperació que s'ha posat en marxa i gairebé finalitzat a Europa fins avui. Més de 400 empreses d'Alemanya, Regne Unit, Itàlia i Espanya treballen en directe en el consorci Eurofighter (British Aerospace (Regne Unit), DASA (Alemanya), Alenia (Itàlia) i CASA (Espanya) que realitza l'avió. Els primers avions de la sèrie EF-2000, motors 148 i 363, es realitzaran l'any 2001 i volaran l'any 2002.

El motor EJ-200 impulsarà l'avió de caça EF-2000 i el seu desenvolupament és responsabilitat del consorci Eurojet, Rolls Royce (Regne Unit), MTU (Alemanya), Fiat Avio (Itàlia) i Indústria de Turbo Propulsors (ITP) de Zamudio. La construcció del motor està distribuïda i l'empresa de Zamudio està fabricant la tremuja convergent-divergent, el difusor de fugides de la turbina, la carcassa del tub de desviament, la carcassa del cremador posterior i els tubs i cables exteriors del motor.

És clar que les empreses més potents del sector de l'aviació a Europa han decidit seguir el camí de la col·laboració. No han tingut més remei que afrontar la competència. Les empreses europees han de competir amb empreses estatunidenques i per a això hauran de construir motors amb baix impacte ambiental i amb bon preu sense fallades.

Els experts preveuen un creixement del sector de l'aviació en els pròxims vint anys i es detecta que l'actual competència intercontinental serà substituïda per la cooperació entre els continents, inclosos Àsia. Per a aquest futur, ITP ha treballat i treballa amb els principals productors de motor del món: EJ-200 (Rolls Royce, MTU, Fiat Avio); Trent (Rolls Royce); 501K i 601K (Allison); Lligar 9K50 Plus (Snecma); BR710 i BR715 (BMW-RR); General Fiat; 25Tfal.

Tota aquesta experiència i, sobretot, el camí recorregut en el desenvolupament del projecte de la tovera del motor EJ-200, han permès a ITP iniciar un nou projecte que pràcticament ha culminat: Tremuja vectorial per al motor EJ-200. Aquest projecte ha estat considerat com a treball d'I+D i no forma part del programa actual del motor EJ-200.

Nova tremuja

La tremuja és la part final del motor de reacció dels avions. En les tremuges convencionals, el gas procedent de la turbina s'expandeix en la tremuja, per la qual cosa a mesura que baixa la pressió augmenta la velocitat dels gasos de fuita. Per tant, l'aire surt a una velocitat superior a l'entrada. Així sorgeix l'embranzida que mou l'avió cap endavant. Les toveres vectorials tenen la mateixa funció: augmentar la velocitat del gas que sali de la turbina per a augmentar l'embranzida del motor, però a més poden conduir la direcció del gas.

Per tant, l'avió pot utilitzar la mateixa embranzida per a controlar i maniobrar el vol. L'ús de l'impuls per a controlar el vol no és una idea nova, però fins al moment no s'ha pogut dur a terme a causa de la falta de tecnologia i materials adequats. Avui dia a Europa no hi ha avions que utilitzin la tovera vectorial, mentre que en altres llocs existeixen. Segons el moviment es distingeixen dos tipus de tremuges vectorials: 1) Toveres vectorials 2D: capaços de fer moviment d'esquerra a dreta. 2) Toveres vectorials 3D: aquelles que permeten el moviment d'esquerra a dreta i de dalt a baix o a baix cap amunt. En general, la tecnologia de les tremuges vectorials pot utilitzar-se amb qualsevol turboreactor o turbofán. No obstant això, les toveres vectorials existents en l'actualitat s'utilitzen en avions de reacció militars de postcombustió. En el futur es preveu que aquesta tecnologia s'utilitzi també en avions amb un altre motor de reacció.

Un dels problemes més greus de les toveres vectorials que s'han dissenyat fins al moment ha estat trobar un accionament capaç de desplegar i tancar la part convergent i divergent de la tovera i, al mateix temps, dirigir la tremuja cap a diferents direccions. Per això, totes les toveres vectorials existents utilitzen un sistema d'actuadors per a cada funció, dues per tant. A més de trobar un sistema de bon pes, preu i grandària per a poder complir amb el paper de la tovera vectorial, fins ara ha estat un gran problema. La major innovació tecnològica de la tovera dissenyada en ITP es troba en el sistema d'actuadors. Precisament perquè té un únic sistema d'accionament, en aquest cas hidràulic, per a realitzar totes les tasques de la tovera vectorial. Amb el mateix accionament es controla tant la secció convergent de la tovera, que és el lloc en el qual es decideix l'entrada de gas, com el divergent, que és el punt en el qual es decideix cap a on s'envia el gas. És clar que això pot tenir una gran influència en el pes, cost i eficiència del motor en general. Per a millorar aquest aspecte de la recerca, actualment en ITP s'està treballant amb nous materials, a més d'en proves de vol i en tasques de llançament de la tremuja.

Recorregut 10 anys

Segons el que s'ha dit, es pot pensar que el projecte de la tovera vectorial està acabat, però no és així, encara que ha recorregut un llarg camí, encara queda per fer. El projecte pròpiament dit va començar en 1990. Durant els cinc primers anys del projecte es va patentar la idea, es va realitzar el disseny conceptual i es va construir la maqueta. ITP va comptar en aquells anys amb la col·laboració de l'empresa alemanya DASA en l'àmbit de la consultoria, que és un potent impulsor de la tecnologia associada a la tovera vectorial.

Una vegada fet això, es va procedir al disseny aerodinàmic. Al mateix temps, fins a trobar el més adequat, es va procedir a la selecció dels materials lleugers necessaris per a fer realitat el projecte de la tremuja vectorial. En general, la major part de les parts de la tremuja estan formades per aliatges de titani i níquel.

En els primers mesos de 1997 es va posar en marxa el disseny del prototip de tremuja vectorial per a assajos. I és que volien començar a fer proves l'any que ve.

Abans de començar les proves, no obstant això, hi havia alguna cosa a fer. Estaven destinats a la fabricació de components de la tovera vectorial, així com als actuadors que li donaven moviment a la tremuja. Sota les ordres d'ITP van ser realitzades per l'empresa madrilenya CESSA. No sols això, sinó que a més de la fabricació de components i actuadors, també es va comprovar la seva correcta resposta, ja que es van realitzar diverses proves.

L'any 1998 va ser un any important per al projecte de la tovera vectorial, ja que en aquell any es van acabar diversos treballs ja iniciats. Inicialment es va desenvolupar el sistema electrònic de control de la tremuja vectorial. Posteriorment es va realitzar la integració de la tremuja vectorial en el motor EJ-200. Finalment, els sistemes de control es van provar en un simulador de vol virtual. Els treballs van ser realitzats per l'empresa alemanya MTU, única sòcia d'ITP en aquest projecte. L'empresa MTU també s'encarrega del control electrònic del motor en el consorci Eurojet per a l'execució del motor EJ-200 original. Una vegada desenvolupats els components, els actuadors i el sistema de control, es va realitzar el muntatge i instrumentació de la tremuja.

A més d'en els simuladors, abans de les proves que es realitzin en els vols abans de sortir al mercat, és necessari realitzar proves de terra en el taller. A pesar que aquestes proves es realitzen en bancs d'assaig prèviament preparats, pel fet que el projecte de la tremuja vectorial és especial, va caldre adaptar el banc d'assajos. Una vegada preparat el banc d'assajos es van realitzar els tests a realitzar en el sòl, col·locant la tremuja en diferents situacions que tindria en un vol real. En aquestes proves es van obtenir dades que acreditaven el correcte funcionament de la tovera.

Després de més d'un any des de la realització dels tests terrestres, el següent pas serà realitzar les proves en vols reals, ja que abans de començar amb la producció és imprescindible provar la tecnologia volant. Finalment, lògicament, el producte hauria de comercialitzar-se. De moment sembla que el mercat serà únic, el militar. Si respon correctament en els avions militars, no hi ha dubte que en el futur aquesta tecnologia es podrà utilitzar també en la societat civil.

En iniciar el projecte, l'objectiu principal d'ITP, lògicament, era fer negoci, però no era l'únic. Els passos que s'han donat fins al moment han permès demostrar en ITP que la tecnologia de les toveres vectorials pot tenir futur, la qual cosa ha permès als potencials clients del futur. Des del punt de vista tècnic, el treball realitzat ha permès a ITP ampliar els seus coneixements sobre les toveres vectorials, calibrar els seus sistemes de càlcul i treballar amb sistemes hidràulics per a accionaments -en el projecte original EJ-200 la tovera és responsabilitat de l'ITP, però el sistema hidràulic i els actuadors són responsabilitat de Fiat Avio, mentre que en el projecte de tovera vectorial, el sistema hidràulic i accionador són responsables de PD.

La predicció pot ser massa perillosa, però si s'avança en el camí de les toveres vectorials, és possible que el control dels avions futurs i la capacitat de maniobrar tinguin poc a veure amb els actuals.