El sistema de combustión GT50 supera el punto de control de ralentí en tierra

Esta semana, en Production Centre One, nuestro equipo alcanzó un hito fundamental en el programa GT50. Tras dos semanas de trabajo intensivo en la puesta en marcha del sistema de combustión, hemos logrado llevarlo más allá del ralentí en tierra, confirmando que el núcleo de nuestra turbina exclusiva funciona exactamente según lo diseñado. Junto a este avance, el prototipo del generador de gas está próximo a completarse en nuestro laboratorio de ensamblado mecánico, con el ensamblado completo del motor previsto para el fin de semana.

Fase por fase: puesta en marcha del sistema de combustión del GT50

Durante las últimas dos semanas, el equipo ha trabajado de forma sistemática para mitigar los riesgos del sistema de combustión del GT50. Como explica Jason, el objetivo ha sido garantizar que "cuando pongamos en marcha el motor por primera vez, no dañemos ninguno de los valiosos componentes del prototipo."

Encendido y llama estable

El programa comenzó con los fundamentos. ¿Podría el equipo suministrar combustible a la presión correcta? ¿Se atomizaría de manera satisfactoria? ¿Estaba el ignitor correctamente posicionado? ¿Se podría encender la llama y mantenerla de forma estable?

Ese hito se alcanzó hace un par de semanas. "Listo, hecho. Esa parte funciona", confirmó Hill.

Avanzando hacia el ralentí en tierra

El siguiente desafío consistió en llevar la cámara de combustión a través del ciclo de arranque, gestionando las relaciones de combustible-aire mediante flujos másicos y presiones progresivamente más altos. Esto requirió que el conjunto de los remolinadores —que constriñen la llama— junto con los orificios primarios y de dilución, establecieran recirculaciones estables en un amplio rango operativo.

Como era de esperarse en un programa de esta ambición, el equipo encontró problemas en la configuración de los remolinadores y pulsaciones causadas por interacciones complejas entre el sistema de combustible y la aerodinámica y termodinámica de la combustión. Ambos problemas fueron diagnosticados y resueltos. "Todo eso ha sido resuelto. Listo, hecho."

El problema de la potencia del aire

El siguiente obstáculo era formidable. Para llevar el combustor hacia el ralentí en tierra y, en última instancia, hacia el ralentí de vuelo, el volumen de aire comprimido requerido se vuelve, en palabras de Hill, "absolutamente enorme".

Debajo del banco de pruebas, dos sopladores de alta resistencia apenas podían mantener el flujo de aire justo después del encendido. A máxima potencia, el compresor del GT50 consume más de 1.000 caballos de fuerza. No solo el banco de pruebas necesita grandes cantidades de aire comprimido, sino que ese aire también debe estar a la temperatura y densidad correctas para simular las condiciones reales del motor.

"Entonces, ¿cómo se obtiene suficiente aire comprimido para impulsar este sistema con la misma intensidad que lo haría un motor de turbina de gas? Simple. Se utiliza un motor de turbina de gas."

La Solución: Una Unidad de Arranque Neumático para Aeronaves

El equipo obtuvo una unidad de arranque neumático para aeronaves: una turbina de gas de 250 a 300 caballos de fuerza con un compresor de doble entrada diseñado para producir mucho más aire del que necesita. Utilizada originalmente para arrancar aeronaves comerciales de generaciones anteriores y aeronaves militares, la unidad se conecta mediante una manguera flexible de gran diámetro para suministrar aire comprimido de alto caudal directamente al banco de pruebas.

Como explica Hill, el objetivo era llevar el sistema de combustión "a potencias mucho más altas, caudales de aire mucho más altos y caudales de combustible mucho más altos", al tiempo que se confirmaba la robustez, la eficiencia de combustión y el control de la temperatura de suministro. "No se pueden resolver estos problemas dentro del motor", señala, "y necesitamos saber que tenemos control sobre la temperatura de suministro de la cámara de combustión, que estamos libres de pulsaciones y que sabemos exactamente cómo mapear el combustible a medida que el aire de suministro del compresor sube y sube y sube".

"De cero a héroe": Resultados de las pruebas más allá del ralentí en tierra

Ubicado fuera de la fábrica, el motor de arranque introdujo aire comprimido en el equipo de suministro del compresor. El equipo reguló cuidadosamente el aire y sometió el combustor a una serie de relaciones aire-combustible progresivamente más elevadas.

Los resultados fueron inmediatos y concluyentes. El equipo logró un cono azul sólido, llevó el sistema hasta una llama eficiente de mezcla pobre y, finalmente, alcanzó el límite de extinción por mezcla pobre.

"Puedo afirmar ahora que, hasta el punto de ralentí en tierra del motor —e incluso ligeramente más allá—, que constituye el primer punto de control del programa de pruebas, el sistema de combustión funciona de manera óptima".

El sistema de combustión ha demostrado ser robusto, eficiente y sin pulsaciones, lo que representa una gran validación para la arquitectura de suministro y control de combustible.

Reflexiones sobre la eficiencia en ingeniería

La velocidad y claridad del resultado llevaron a Hill a reflexionar sobre el camino recorrido por el equipo. "Atrás quedaron los días en los que diseñábamos bancos de prueba y sistemas de control excesivamente elaborados, complicándonos la vida al intentar ser perfectos demasiado pronto. Lo que hemos hecho hoy es un ejemplo perfecto de cómo hacer lo mínimo para obtener lo máximo."

Al conectar un motor de turbina de gas de terceros al sistema de combustión, implementar un sistema de control sencillo y ejecutar un programa de pruebas enfocado, el equipo logró exactamente los resultados de ingeniería requeridos. "Hemos pasado de cero a héroes en tan solo unas pocas horas. Ha sido un día increíble, y realmente me genera una enorme confianza en el programa de pruebas que tenemos por delante, para llevar el GT50 a través de todas las diferentes etapas de pruebas y desarrollo que necesita para estar listo para volar."

Dentro del laboratorio de ensamblado mecánico

Mientras las pruebas de combustión avanzaban en el exterior, el trabajo ha continuado en el laboratorio de ensamblado mecánico — el mismo espacio utilizado anteriormente para la MGU y la caja reductora de velocidad, que ahora alberga el ensamblado del prototipo del GT50.

Ensamblado en posición invertida y holguras críticas

El motor se está ensamblando con la nariz hacia abajo, comenzando por la carcasa de entrada. Sobre esta, el equipo instala la barra de resorte y el amortiguador de película fluida, seguidos del cojinete y el eje delantero del generador de gas. A continuación, se coloca la cubierta de entrada para controlar las tolerancias de precisión entre las puntas de las palas y la estructura estacionaria.

«Lograr que las holguras en las puntas sean exactas es la diferencia entre que el compresor funcione de forma estable y con alto rendimiento, o que no lo haga», explica Hill. Cada pieza ha sido sometida a un análisis geométrico completo por CMM; sin embargo, lograr que los componentes interactúen correctamente exige repetidos ciclos de ensamblado y desensamblado. «Lo hemos montado y desmontado, montado y desmontado, y montado y desmontado, solo para lograr la configuración exacta».

En producción, este proceso será más rápido; por ahora, el equipo apunta a tolerancias nominales con margen de maniobra en ambas direcciones. Calces de precisión controlan la holgura en la punta del impulsor, la holgura de salida y la holgura del difusor.

Rotores equilibrados e instrumentación completa

El ensamblado final del rotor — que comprende el impulsor, el disco, las palas de la turbina y los clips de resorte — ha sido equilibrado dinámicamente con "tolerancias dinámicas realmente, realmente ajustadas". Desde entonces, ha sido desmontado y actualmente se está integrando en el motor.

El prototipo está ampliamente instrumentado. A lo largo de toda su estructura se han distribuido cables de conexión para sensores de presión, termopares, acelerómetros y una gran variedad de otros sensores. "Necesitamos poder comprender qué ocurre dentro del motor a medida que ponemos a prueba cada rincón de su envolvente operativa."

El camino por delante: automatización y primeras pruebas del motor

Con el sistema de combustión probado, la atención del equipo se centra en la automatización. En los próximos días, los conocimientos adquiridos en el banco de pruebas se traducirán en mapeos de combustible dentro del sistema de control, lo que permitirá la aceleración y desaceleración automáticas a través de los puntos de prueba. La codificación y las pruebas comenzarán de inmediato, seguidas de su implementación en el propio motor prototipo.

Se espera que el ensamblaje completo del motor esté listo a más tardar el lunes. Una vez finalizado, el motor pasará al banco de pruebas, y así comenzará el próximo capítulo del programa GT50.