3:51AM: Dentro del primer arranque del motor GT50

Fabricación interna del motor GT50

El factor más determinante en el desarrollo del primer motor de turbina asequible del mundo para la Aviación General 2.0 es nuestra estrategia de fabricación con un altísimo nivel de Integración Vertical. Al mantener el control total sobre nuestros procesos de fabricación en nuestro centro de producción en el Reino Unido, conservamos autoridad absoluta sobre los costos, la calidad, el volumen y los plazos de entrega.

Para crear los 438 componentes individuales del GT50, nuestro equipo construyó una instalación global verdaderamente única que cuenta con:

• Una fundición interna para fundir con precisión álabes de turbina de superaleación, álabes guía de tobera refrigerados de anillo completo y componentes estructurales.
• Mecanizado de precisión para producir rodamientos de alta velocidad, engranajes, inyectores de combustible de doble orificio e impulsores de titanio de alta calidad diseñados para girar a 50.000 RPM.
• Fabricación avanzada para prensar, conformar por laminación y soldar con precisión cámaras de combustión complejas de superaleación y carcasas de motor de paredes delgadas.
• Metrología de precisión y ensamblado con temperatura controlada para mantener las tolerancias más estrictas posibles y los controles de producción.

La cuenta regresiva: cuatro meses para el encendido

A cuatro meses del plazo, seguíamos trabajando desesperadamente para sacar los últimos componentes de la oficina de diseño, pasarlos por el programa de liberación y ponerlos en manos de Mark para que el equipo de fabricación pudiera comenzar. Al pasar del mundo 3D al diseño detallado, se descubren todos esos pequeños detalles que se habían pasado por alto — holguras de los sellos, tolerancias, descuidos en el orden de fabricación — y resolver todo eso simplemente lleva muchísimo tiempo.

Se podía percibir la aprensión cuando los diseñadores entregaban sus planos terminados a producción, muy parecido a entregar una tarea a punto de ser calificada. Nuestra experiencia desde entonces nos indica que cuanto antes se liberen los diseños, se fabriquen y se prueben, mucho mejor; ahí es cuando verdaderamente comienza el aprendizaje.

Lograr que se liberaran las piezas fue solo el comienzo de la batalla para Mark, quien tuvo que coordinar la enorme tarea logística de fabricar los 438 componentes por primera vez — cada pieza, plantilla y soporte, cada proceso detallado, en secuencia. Chapado, tratamiento térmico, inspección, rayos X, END (ensayos no destructivos) — una infinidad de pasos coordinados de modo que nunca generáramos cuellos de botella en la producción.

Esfuerzo incesante, y el costo humano

El equipo trabajó siete días a la semana durante cuatro meses, con máquinas funcionando las 24 horas del día y personas que venían por la noche para cambiar los programas y recargar las máquinas. Ese nivel de ritmo de trabajo sostenido tiene un costo enorme — no solo para las personas aquí presentes, sino también para sus familias, esposas e hijos que se veían privados de su compañía. Les debemos a todos ellos una profunda deuda de gratitud. Sin ese esfuerzo y compromiso sobrehumanos, esto jamás se habría logrado.

Dos meses antes: cada pieza, bajo un mismo techo

A dos meses del plazo, la fabricación avanzaba a toda marcha. A partir de materias primas, bajo un mismo techo, teníamos:

• Impulsores de titanio de alta calidad, mecanizados e inspeccionados, diseñados para girar a 50.000 RPM.
• Carcasas de motor de paredes delgadas y geometría compleja, fabricadas en aluminio, acero y aleaciones a base de níquel.
• Cámaras de combustión de fabricación elaborada, meticulosamente prensadas, cilindradas y soldadas a partir de superaleaciones a base de níquel.
• Discos de turbina de superaleación mecanizados con tolerancias inimaginables, incluidos los acoplamientos curvic de precisión y raíces de álabe tipo abeto.
• Álabes de turbina de precisión fundidos en materiales de superaleación; raíces tipo abeto rectificadas con precisión; clips de retención prensados.
• Álabes directrices de tobera de anillo completo, refrigerados y fundidos en superaleaciones.
• Difusores de álabes de alta eficiencia, mecanizados, fabricados y soldados al vacío en aceros de alta calidad.
• Inyectores de combustible de doble orificio de diseño intrincado.
• Nuestros primeros rodamientos de alta precisión y alta velocidad, diseñados para funcionar a 50.000 RPM.
• Los primeros engranajes de alta velocidad para las cajas de engranajes de los accesorios y de reducción de velocidad.

Ingeniería pragmática y pruebas rigurosas

A la hora de realizar las pruebas, rechazamos la complejidad innecesaria en favor de enfoques pragmáticos y probados en campo. Para llevar a cabo nuestras pruebas de combustión, en lugar de construir una infraestructura elaborada y costosa, utilizamos una antigua unidad de arranque neumático para suministrar el aire comprimido caliente necesario. En menos de una semana, logramos que tanto el sistema de combustible como el de combustión funcionaran a la perfección.

Un mes antes: la celda de pruebas

Probar motores de turbina de gas no es un juego: es potencialmente muy peligroso, y debemos ejecutar cada prueba de forma segura y responsable. El enfoque más pragmático fue establecer una celda de pruebas segura dentro de un contenedor de transporte en nuestras instalaciones, instrumentando meticulosamente el motor con una compleja red de sensores y tubería hipodérmica. Esto nos permitió medir temperaturas, presiones, caudales y vibraciones, garantizando así que pudiéramos evaluar tanto la eficiencia termodinámica como la integridad mecánica del GT50.

Dos semanas antes: el problema de la combustión y una solución pragmática

Aproximadamente dos semanas antes del encendido, nos encontramos con nuestro primer problema importante. El complejo sistema de control e instrumentación desarrollado en el Rufus 1 y previsto para el banco de pruebas Rufus 3 —que luego se trasladaría al motor— estaba acumulando retrasos, con esos molestos problemas de ingeniería de sistemas que nunca se pueden predecir. Sin un sistema de control, no podíamos realizar pruebas de combustión, no podíamos completar la configuración de la cámara de combustión y no podíamos hacer funcionar el motor. Necesitábamos cambiar de rumbo.

Incorporamos al equipo a Ian, un prolífico coleccionista de motores de turbina de gas con una enorme experiencia práctica en la posesión y operación de turbinas terrestres. Implementamos un sencillo sistema de control manual para el combustible y el aire, utilizando una combinación de indicadores digitales y analógicos de la vieja escuela. Los resultados fueron inmediatos. Podíamos realizar una prueba a primera hora, modificar el diseño al mediodía, refabricar el siguiente conjunto de componentes durante la noche y volver a probar al día siguiente. En el transcurso de una semana, tanto el sistema de combustible como el de combustión funcionaban lo suficientemente bien como para operar en el primer GT50.

A continuación, necesitábamos un suministro de aire comprimido caliente para llevar la cámara de combustión a sus puntos de operación. Cada opción que habíamos considerado era compleja, enorme y costosa. Nunca se nos había ocurrido que podíamos acceder de forma económica a un motor de turbina de gas existente, diseñado como arrancador de aire para un motor de mayor tamaño. Resultó que Ian tenía en su garaje tres unidades, utilizadas anteriormente para arrancar motores RB211. Metimos a Ian en una furgoneta, trajimos una de ellas, fabricamos algunos adaptadores y al día siguiente ya estábamos realizando pruebas. Cuanto más exigíamos al sistema de combustión, mejor respondía: una llama estable, correctamente contenida, con la zona de recirculación y los swirlers funcionando exactamente como queríamos.

Una semana antes: instrumentación y una realidad de producción de cuatro horas

Con una semana por delante, la atención se centró en instalar la instrumentación del motor de desarrollo; y nos estábamos volviendo locos intentando enterrar una compleja red de tuberías, cables y sensores en las profundidades del motor. Como explica Eric Welch, quien apoya el programa del GT50 con sistemas de instrumentación y control: dado que este es nuestro primer motor, colocamos deliberadamente una gran cantidad de sensores para evaluar tanto la integridad mecánica —temperaturas, velocidades, vibración— como la eficiencia termodinámica.

El problema: los datos deben provenir de sensores ubicados en zonas totalmente inaccesibles, enrutados a través de un laberinto de cables y tubos hipodérmicos por pasajes diminutos hasta el sistema de adquisición de datos, todo sellado para garantizar la integridad de la presión, y todo ello mientras se ensambla el motor. Fue una pesadilla absoluta. Chris introducía la carcasa principal mientras nosotros tirábamos de los cables; Jason rompió dos agujas hipodérmicas y fue debidamente expulsado del área de producción.

Al mismo tiempo, diseñábamos, fabricábamos y utilizábamos plantillas, soportes y herramientas especializadas sobre la marcha, ya que prácticamente cada nuevo componente requería su propio soporte de fijación. Pero aquí está la parte reveladora: si se descarta la instrumentación y el desarrollo intermitente de herramientas, una sola persona tarda aproximadamente cuatro horas en fabricar un GT50. Escalar hacia una producción de alto volumen no es para nada una tarea intimidante.

Las últimas 48 horas: llevando el motor al banco de pruebas

A 48 horas del encendido, habíamos completado todo lo posible en la posición de ensamblaje vertical y necesitábamos girar el motor y montarlo en el banco de pruebas. Surgieron dos pequeños imprevistos. En primer lugar, construimos el motor en el laboratorio de ensamblaje mecánico de la planta alta, y actualmente no contamos con un elevador. La única forma de bajarlo era sobre un palet, llevarlo hasta el muelle de carga y descenderlo muy cuidadosamente con un montacargas. Un momento de tensión, seguido de un suspiro de alivio cuando alcanzó el nivel del suelo.

En segundo lugar, el motor se entregó en posición vertical y tuvimos que ponerlo en horizontal; y en la etapa de diseño no habíamos previsto argollas de izaje adecuadas. Más placas de izaje improvisadas, otro momento de tensión, pero logramos colocarlo en el banco sin sufrir daños. Ese fue el primer instante en que pensé: tenemos un motor.

Las últimas 12 horas: el primer sorbo de Jet A-1

Con unas 12 horas por delante, todo estaba construido, ensamblado y probado, y era el momento de trasladar el motor a la celda de pruebas. Lo trasladamos cuidadosamente con un montacargas por los pasillos de la fábrica, con uno de nosotros en cada esquina. Para las primeras pruebas a baja velocidad —lubricación, arranque en frío y autosustentación inicial—, colocamos el banco de pruebas mitad adentro y mitad afuera del contenedor, para que el equipo pudiera acceder al motor y trabajar a su alrededor durante la puesta en marcha. Luego, me enorgullece especialmente decir que fui yo quien le dio al primer GT50 su primer sorbo de Jet A-1.

Faltando cuatro horas: la lección de lubricación

Con el banco de pruebas conectado — energía eléctrica, lubricación, refrigeración, instrumentación y control, todos en línea — comenzamos a poner a prueba los sistemas de soporte vital. El sistema de lubricación fue el primero, por dos razones. Es fundamental lograr una refrigeración y lubricación suficientes para los rodamientos de alta velocidad; sin ellas, el rotor se agarrotaría y destruiría el motor. Y es vital que la cantidad de aceite sea exactamente la correcta: muy poco, y los rodamientos y engranajes se sobrecalientan por fricción; paradójicamente, demasiado, y los componentes de alta velocidad convierten el aceite en espuma, generando calor por cizallamiento viscoso contra cada componente, lo que también provoca sobrecalentamiento.

Pusimos en línea el intercambiador de calor aire-aceite, las bombas de recuperación y las bombas de presión. Por un momento, todo marchaba a la perfección. Luego, Mark detectó una fuga en la parte trasera — aceite por todas partes, la carcasa goteando. En ese punto llevábamos aproximadamente 19 horas de trabajo. En la parte delantera, el aceite salía por el respiradero del separador aire-aceite de la caja de accesorios. El GT50 es un motor de cárter seco; no debería quedar aceite residual en esas carcasas. Habíamos ajustado mal las tasas de presión y recuperación — bombeando más de lo que recuperábamos, sobrealimentando de aceite a nuestro motor recién nacido.

Detuvimos todo, recuperamos el exceso y aplicamos un poco de ingeniería de campo básica — midiendo físicamente con exactitud lo que cada bomba de presión y de recuperación estaba suministrando y retornando. Rápidamente identificamos que no estábamos recuperando lo que creíamos. Recalibramos: bombas de recuperación un poco más rápidas, bombas de presión un poco más lentas. El sistema recuperó el equilibrio y volvimos a intentarlo.

T menos dos horas

Dos horas antes del encendido, el rotor se movió en el motor por primera vez, impulsado únicamente por el motor de arranque, a lo largo de todo el rango de velocidad que este puede alcanzar. Esta es la prueba que revela si existen roces mecánicos, inestabilidades en la dinámica del rotor, problemas de vibración o cualquier anomalía en los rodamientos o engranajes.

Alrededor de las 1.000 RPM, era silencioso. Completamente silencioso. Sin ninguna vibración en absoluto, era imposible notar que el motor estaba girando, e incluso el motor de arranque era silencioso.

Aumentamos la velocidad de forma progresiva. Alrededor de las 2.000 RPM se percibió el más leve indicio de un traqueteo, una pequeña vibración axial proveniente de la caja de engranajes de accesorios. Mark estaba convencido de que no era nada, y ya habíamos observado algo similar anteriormente con el generador de arranque, así que avanzamos un poco más para comprobar si lograríamos superar lo que fuera que lo estuviera provocando. El ruido disminuyó, y disminuyó aún más, y en poco tiempo el motor funcionaba de forma estable a 10.000 RPM con el motor de arranque. Silencioso. Impecable. Suave. Sin ninguna vibración perceptible, con el primer juego de rodamientos que jamás hayamos fabricado, después de que ese rotor hubiera sido ensamblado y desmontado más veces de las que nadie quisiera contar.

Ese fue el momento en que el equipo de fabricación supo que todo iba a encajar a la perfección.

Ignición: primer aliento a las 3:51 a. m.

De repente, ya no queda nada más por hacer. Han pasado treinta años de su vida, llevándolo a este momento, y ahora es tiempo de ver si puede estar a la altura de todas esas promesas.

Cinco. Cuatro. Tres. Dos. Uno.

Eric dijo "Estoy fuera", y Jason lanzó los brazos al aire. Autosostenido. 27.000 RPM en la pantalla. Habíamos completado un turno de 23 horas y todos estaban exhaustos, pero la adrenalina y la emoción del momento pudieron más.

Ni siquiera teníamos planeado que se autosostuviera esa noche. Y hay algo muy poético en que el motor diera su primer aliento justo cuando salía el sol a las 3:51 de la mañana, tras un esfuerzo tan monumental por parte de todos los involucrados.

Días como ese son los que nunca se olvidan. Son los que hacen que todo valga la pena. Nadie aquí cree que podría haber salido mejor.