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Motores de Aviación - Parte II

Arquitectura de los motores a pistón y Formas constructivas.


● Hubo un tiempo feliz en que cada fabricante o privado construía un motor según su criterio.

● Hoy día se ha normalizado (en exceso) dejando poco a la iniciativa particular.


● Sobre la arquitectura o forma de un motor influyen varios factores como área frontal, salida de la hélice, volumen, etc. pero, en general, el número de cilindros y su disposición depende de una regla:

La del ángulo de explosión y el ángulo geométrico. Si coinciden totalmente, mejor

● Para un motor V-12, de 12 cilindros en V, tenemos que el Angulo de explosión: 720º (dos vueltas) : 12 = 60º.

● Casi la totalidad de los motores V-12 tienen los dos bloques de cilindros a 60º por este motivo.

● Y un V-6 a 120º. Un V-8 a 90º.


● La arquitectura de los motores de aviación es muy variada. Condicionada a veces por la forma del avión o la misión a que iba destinado.

● Veamos varios tipos. El más “correcto” sería el de cilindros verticales de pié.


● El motor anterior es el DH “Gipsy”, común en la primera época. Por otras ventajas el motor en linea invertido ha tenido más versiones.

● El “Tigre” de la Elizalde eleva la hélice y permite mayor visibilidad al piloto hacia adelante.


● Hay un caso nada común y que resalta por ser el primer motor que se instaló en el “Flyer” de los Wright.

● Construído por Charles Taylor sobre la base de un Toledo Pope de automoción. 4 cilindros abatidos.


● Sin embargo la fórmula más común en Aviación General hasta hoy día es la de los cilindros horizontales opuestos (boxer). Ventajas totales, de visión, mantenimiento, construcción, etc. De 2,4,6,8 cilindros.

Motores de Aviación – Parte II

Nomenclatura de los motores americanos: (Ejemplo GTSIO-520-A4C)

● O = Opposite, cilindros horizontales opuestos

● I = Injection, Inyección de gasolina

● G = Geared, con reductora

● S = Supercharged, sobrealimentado

● T = Turbocharged, turbosobrealimentado (TS)

● V = Vertical o cilindros en “V”

● A = Acrobático

● H = Helicopter

● R = Radial


● Los motores de cilindros opuestos también pueden ser “Verticales” para su instalación en helicópteros, p.e.

● Vemos el depósito de aceite en el punto más bajo, el carburador de pié...


● El motor italiano Vanni es un de los pocos y raros motores en “I”, es decir, con el cigüeñal en el centro y una hilera de cilindros encima y otra debajo.


● Hasta la Segunda Guerra Mundial los motores en V fueron potentes, compactos y fiables. Enfriados por liquido y sobrealimentados mecanicamente con uno o dos escalones de compresor e intercambiadores de calor, algunos.


● Los motores con la V formada por los bloques invertidos tenían la ventaja de elevar el eje de la hélice. Este Ranger enfriado por aire precisaba depósito de aceite auxiliar aparte. Los DB y Jumos alemanes eran V Inv.


● Otra fórmula para tener potencias altas era la unión de motores, en tándem en éste caso. Eran dos Fiat en linea con hélice doble contra-rotatoria para el MC-72 del Trofeo Schneider.


● La unión de dos motores en V a través de una caja común de reducción y salida para la hélice/s.

● Doble potencia para aviones de la WWII como los mejorados P-38: los P-58 (Motores Allison V-V).

● También DB, los V-V Inv. (DB-610 p.e.).


● Los motores en “W” utilizaban un sólo cigüeñal con tres hileras de bloques de cilindros. Total de 12 o 18 cilindros.

● Fueron los Napier Lion, los Lorraine-Dietrich, Farman, Hispano-Suiza, etc.


● Varios fabricantes unían motores de cilindros en linea en forma de “H” vertical para obtener más potencia en poco espacio. El caso del dibujo es un Napier Rapier con dos cigüeñales. Otras marcas los hicieron, con 16 o 24 cilindros.


● También se hicieron motores en “H” horizontales como éste Rolls-Royce “Eagle”. Enfriado por agua, una importante reductora y salida para dos hélices coaxiales y contra-rotatorias.


● Otra arquitectura de motor poco corriente es la que dá la forma en “Y”, como la del motor Abadal hecho en Barcelona por éste fabricante de automóviles.


● El Farman 18T tiene los bloques en forma de la letra “T”, del año 1933 para aviones del Trofeo Schneider.

● De 18 cilindros en tres bloques de 6 cilindros.


● Con los bloques de cilindros en “T invertida” tenemos otro gran motor de la Hispano-Suiza, el 18-Sb.

● Este con los bloques inferiores ligeramente elevados (80º)


● La utilización de bloques de otros motores ya probados en fórmulas originales fué corriente en el pasado. Aquí un Bugatti en un bloque común, en “U”. Dos cigüeñales, caja común y reductora.

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● La unión de dos motores en linea invertidos de la casa Ranger dió como resultado el Twin-Menasco. Conocido también como el “Unitwin-Power”


● Los motores en “abanico”. Otra solución para colocar los cilindros en el bloque del cigüeñal pero sólo en la parte superior. Con marcha lenta irregular, al acelerar mejoraba el ritmo.


● La arquitectura en “abanico” tuvo desarrollos en otras marcas como la Farcot que intercaló otra linea de tres cilindros. O los motores de 5, 7, 10 y 14 cilindros de la REP y la misma Farcot.


● Varias marcas hicieron motores en “X”, más o menos simétricos. O asimétricos como el Napier “Cub” con las dos lineas inferiores más abiertas.

● Dibujo del Packard en “X”


● Motor “Poligonal” de 12 cilindros modelo “Chieftain” de la Curtiss.

● Puede considerarse un motor radial, con los cilindros enfrentados.


● El motor Junkers Jumo de dos tiempos y Diesel era característico por la disposición de pistones opuestos. Utilizado en vigilancia marítima en hidroaviones, usaba el mismo combustible de los submarinos.


● Un tipo de motor poco común fué el de levas -en lugar del cigüeñal tipo manivela-. Es el “Caminez” de la Fairchild.

● Otros constructores hicieron derivados, como el Canda.


● Los motores “Toroidales” también tuvieron su tiempo de ensayos por varios fabricantes.

● Con cilindros semicirculares y pistones curvados ac- tuaban oscilando y con embielajes.


● Los raros motores del tipo “Barril” ó “Revólver” han sido desarrollados por infinidad de constructores y particulares. Incluso hoy en día.


● Llegamos al fin a otro tipo de motores que han sido de los más comunes, los Radiales.

● Pero justo es mencionar que se inició todo con los Rotativos de la WWI, los ROTOTO.


● Los radiales fijos empezaron a afianzarse a final de la década de los años 1920's llegando a su apoteósis en los aviones embarcados de la WWII. Se han hecho motores de 3,5,7 y 9 cilindros en una estrella.


● Los motores de doble estrella tenían 14 o 18 cilindros. Resultado del acoplamiento de dos motores de 7 cilindros o de dos de 9 cilindros.

● Después de la guerra siguieron en las aerolineas.


● Se apuraron los motores radiales de doble estrella añadiendo turbosobrealimenta-dores o turbinas de recuperación de energía de los gases de escape: los “Compound”

Motores de Aviación

● Llegamos a los más grandes motores radiales que han existido, de 28 (4x7) y 36 (4x9) cilindros. De las marcas Pratt & Whitney, Mathis, Lycoming, etc. y de 3500 a 5000 CV de potencia.


● Versión “Compound” del Pratt & Whitney R-4360.

● Una turbina posterior recupera energía de los escapes y suma esta potencia al eje del motor.


● Radial de 4 estrellas con dos turbo-sobrealimentadores y un Intercooler (Intercambiador).

● Soluciones debidas a los limites mecánicos del motor de pistón para aviación.


● Combinación de los

dos sistemas

anteriores:

● Turbo-sobrealimentador con “intercooler” y turbina “Compound”.

● El P&W R-4360 lleva además como sobrealimentación estandard un compresor mecánico de un escalón.

Motores de Aviación - Part II

● Y finalmente la adición de un compresor accionado por el motor. Quema más combustible en unas cámaras y accionamiento de una turbina.

● El último paso antes de los JETS.


FORMAS CONSTRUCTIVAS

● Bancada o Cárter

● Cilindros o Bloques

● Cigüeñal

● Bielas y embielaje

● Distribución y Reducción


● El bloque y bancada de cilindros en linea es el más común en toda la motorística.

● Por el lado que vemos es el alojamiento para el cigüeñal y por el opuesto van los cilindros roscados, atornillados o con espárragos. O mediante bloques parciales o completos


● Los motores de aviación se hacen de materiales ligeros obviamente. La bancada del cigüeñal se suele incluir en el cárter o semicárteres.

● Así es fácil instalar el conjunto en el interior, incluídas las bielas.


● Lo mismo ocurre en un radial. Los semi-carteres son de aleaciones de aluminio.

● Algunas partes del motor como cubiertas, tapas, depósitos o sumideros a veces se han hecho de magnesio o electrón, Todavia más ligero pero más frágil. E inflamable.


● Los cigüeñales son los ejes de un motor alternativo. Llevan la hélice en un extremo y poseen uno o varios codos para las bielas.

● También contrapesos oscilantes para compensar los pesos de embielajes y pistones, además de actuar como dampeners para eliminar vibraciones.


● La cabeza de una biela -orificio grande- genera un circulo perfecto. Lo mismo, si en un motor en V ambas están insertadas. Pero si una es la principal y la otra esclava, se producen recorridos diferentes.


● Veamos el último caso. El eje de la cabeza de la bieleta no coincide en los centros cuando están en los PMS, PMI, etc.

● Eso dá diferentes recorridos, velocidades y compresiones en cada lado del motor.


● Esto se multiplica para cada biela en los motores radiales.

● Mientras la biela madre -maestra- describe un círculo perfecto en su cabeza, las bieletas “danzan” formando óvulos diferentes.


● Esto lo vemos en el esquema de trazos. La bieleta 2, junto a la maestra hace un óvalo más estrecho e inclinado. La bieleta 5 en el lado opuesto lo hace más grande y un poco aplastado. La velocidad y altura de los pistones varía.


● Los errores implícitos se corrigen en parte haciendo bielas de diferentes longitudes no intercambiables, numeradas.

● O desplazando los orificios en ángulo o distancia.


● En un motor con los cilindros alineados las válvulas se actúan mediante un eje de levas.

● Este es de cuatro cilindros con dos levas para cada uno: admisión y escape. Y sus apoyos.


● Distribución de un radial. Lleva un plato de levas en lugar de un eje.

● El plato tiene dos pistas (A y E). El número de levas de cada pista varía según los cilindros y sentido de giro:

N+-1:2


● Los cilindros tienen las camisas con aletas de acero y las culatas de aleación ligera.

● Si están sujetos por la base, cuando se calientan se alargan variando los reglajes. Ciertos Bristol lo corrigen genialmente.


● Reductoras de engranajes superpuestos. De satélites y planetarios epicicloidales (rectos ó cónicos).


Programas de los Stages (pistón)

Parte I

-Introducción.Environmental

Parte II

-Arquitectura de los motores. Formas de construcción.

Parte III

-Refrigeración -agua o aire-. Engrase.

Parte IV

-Alimentación. Encendido.

FIN

de la Parte II

(Motores a pistón o alternativos. Arquitectura de los motores. Formas constructivas)

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