Pruebas del motor GT50: avances hacia la potencia total

Junto con el mapeo detallado de lubricación, hemos refinado el sistema de combustión y probado la secuencia de arranque automático diseñada para nuestro FADEC. Cada paso nos da una imagen más clara de cómo se comporta el motor antes de exigirle más.

Mapeando el motor, un punto de operación a la vez

Hemos completado una serie de pruebas exhaustivas, verificando funciones clave y parámetros críticos en los puntos de operación explorados hasta ahora. Varias sesiones de funcionamiento de múltiples horas han permitido que los sistemas del motor alcancen condiciones de estado estacionario y equilibrio térmico.

Gran parte de nuestro trabajo reciente se ha centrado en los requisitos detallados de lubricación de los rodamientos, engranajes y otras áreas críticas. Estas mediciones nos permiten ajustar la instalación de nuestra propia bomba de aceite en la parte delantera del motor. Antes de incrementar las exigencias sobre el GT50, necesitamos comprender qué ocurre en sus cavidades internas y sistemas de lubricación, y asegurarnos de que cada área reciba lo que necesita.

Quedan un par de pruebas de lubricación para concluir esta fase, tras las cuales estaremos en condiciones de comenzar a llevar el GT50 hacia el 100 % de potencia.

Los resultados son alentadores. El funcionamiento es fluido, con temperaturas del núcleo y las cavidades en línea con lo esperado. Hemos resuelto las últimas pequeñas fugas de aceite identificadas durante las pruebas iniciales, y los sellos de aceite internos funcionan de manera confiable. En cada incremento, el compresor, el difusor y las palas de la turbina se comportan según lo diseñado.

La tarea ahora es continuar construyendo sobre estas bases de forma metódica, en lugar de avanzar precipitadamente.

Un rango de combustión más amplio y estable

Junto con las pruebas del motor principal, hemos seguido perfeccionando tanto el lado del aire como el del combustible del sistema de combustión. En nuestro banco de pruebas Rufus 3, hemos probado diferentes remolinadores y optimizado los patrones de orificios del revestimiento de la cámara de combustión, utilizando la retroalimentación del GT50 para guiar ese trabajo.

La última fase de esas pruebas produjo una geometría de remolinador optimizada. Nuestro objetivo era lograr una combustión estable en el rango más amplio posible de relaciones combustible-aire en cada punto de operación. Esto permite el encendido con menos combustible y una aceleración suave en todo el rango, sin que la llama se apague por una mezcla demasiado rica o demasiado pobre.

Hemos instalado un conjunto actualizado de remolinadores y boquillas de combustible de mayor tamaño en el motor. Los hallazgos de Rufus 3 se han traducido directamente en las pruebas del GT50, con tres resultados importantes:

• Esencialmente un 100 % de eficiencia de combustión en el límite inferior del rango de operación. En esta exigente condición de funcionamiento, estamos convirtiendo prácticamente todo el combustible en calor.
• El rango de operación más amplio logrado en el GT50 hasta la fecha. El sistema de combustión admite un rango más amplio de operación estable.
• Un encendido y arranque más fríos, sencillos y controlados. Esto nos permite llevar el motor a un régimen estacionario de forma más gradual.

Nuestras pruebas recientes se han centrado en ajustar esa transición: utilizando el aporte mínimo de combustible posible, manteniendo los cambios de temperatura de forma gradual y logrando una aceleración suave. Aún quedan detalles por refinar, pero el sistema de combustión se comporta ahora, en términos generales, tal como lo habíamos previsto.

Inyectores de combustible con una relación de reducción de aproximadamente 25:1

Un motor pequeño requiere que sus inyectores de combustible manejen dos demandas muy distintas: un bajo caudal de combustible para un arranque en frío y un caudal mucho mayor a medida que se aproxima a la potencia máxima. Se requieren buenas características de atomización y emisiones en todo ese rango. Lograr esto resulta especialmente difícil en el tamaño del GT50, en particular con una moderna cámara de combustión anular seleccionada para una configuración de motor compacta.

Durante el último año, hemos explorado numerosas formas de fabricar los inyectores. El inyector más reciente en el banco de pruebas alcanza una relación de reducción de aproximadamente 25:1: puede suministrar un caudal de combustible de entre aproximadamente el 4 % y el 100 % del máximo.

Lo hace a presiones de combustible moderadas. Esto tiene importancia más allá del propio inyector, ya que permite que los diseños de la bomba de combustible y de la válvula dosificadora sean más simples.

En el banco de pruebas, podemos demostrar y medir el rango de caudal de combustible necesario, desde un arranque en frío hasta el caudal más alto requerido para generar la totalidad de los 500 caballos de fuerza.

Prueba de la secuencia de arranque destinada a nuestro FADEC

Hasta este hito, nuestras pruebas de motor se habían controlado de forma manual. El arrancador-generador y los sistemas de lubricación y recuperación de aceite estaban completamente instrumentados, pero nuestro equipo mantuvo el control manual para poder ajustar cada parámetro. El arranque también requería la coordinación manual del motor de arranque, el encendido y el suministro de combustible.

En nuestras pruebas más recientes, implementamos la secuencia de arranque automatizada desarrollada para el FADEC. Por primera vez, el GT50 prácticamente arrancó por sí solo con solo presionar un botón.

La secuencia estuvo bien coordinada y produjo el arranque más frío registrado en el motor hasta la fecha. Aún quedan pendientes algunos ajustes y trabajos en las líneas de suministro de combustible, y será necesario un mayor refinamiento a medida que ampliemos el rango operativo. Este es un primer paso alentador en la introducción de las funciones preliminares del FADEC, y no la conclusión del programa de control del motor.

Preparación de la celda de pruebas para mayores exigencias

A medida que aumentamos la velocidad y la potencia del motor, la instalación de pruebas debe evolucionar a la par. Se están llevando a cabo varios cambios para preparar el banco de pruebas para operaciones a mayor velocidad y ejecuciones más prolongadas:

• Tuberías rígidas: las mangueras flexibles en las líneas de mayor temperatura, incluidas las líneas de retorno de aceite, han sido reemplazadas por tuberías rígidas conectadas a los intercambiadores de calor externos.
• Cambios en el sistema de combustible: las modificaciones permiten incorporar inyectores de mayor tamaño y su respectivo control.
• Entrada de aire medida: el conjunto de la toma de aire y su instrumentación están completos, con su instalación aún pendiente.
• Tratamiento de gases de escape: se está construyendo un sistema de silenciamiento y conductos para dirigir los gases de escape a lo largo del contenedor y evacuarlos de forma segura a través del techo.

Esperamos aproximadamente una o dos semanas más de pruebas con esta configuración antes de hacer una pausa para instalar las modificaciones, preparando así la celda de pruebas para las ejecuciones de mayor velocidad y autonomía que se avecinan.

Por qué las horas del motor aún no son la principal medida de progreso

Cientos de parámetros deben verificarse en cada punto de diseño. Las pruebas cortas y específicas nos permiten estabilizar el motor y medir las temperaturas y presiones de las cavidades, los niveles de vibración, así como las temperaturas y presiones de alimentación y recuperación del lubricante.

Una prueba de cinco minutos puede requerir una hora, dos horas o medio día de preparación, reconfiguración y análisis antes de la siguiente ejecución. Las horas de funcionamiento aumentan lentamente en esta etapa, mientras que nuestra comprensión del motor crece rápidamente.

Este trabajo nos brinda la confianza para incrementar la velocidad y la potencia. Estamos incorporando más sistemas del motor, probándolos y calibrándolos, y verificando que los componentes cumplan sus funciones previstas en todas las condiciones a las que se enfrentan.

Estimamos aproximadamente de dos a cuatro semanas más de caracterización del sistema hasta alcanzar el 100 % de potencia, seguidas de un desmontaje e inspección antes de las pruebas de resistencia. En esa etapa, planeamos operar al menos 10 horas al día, por lo que las horas acumuladas deberían aumentar rápidamente.

Segundo motor en producción, tercer motor planificado

Dado que el primer motor está funcionando de manera tan satisfactoria y no se requieren revisiones de diseño importantes para los ensamblajes rotativos principales, la producción del segundo motor ya está en marcha en el taller de mecanizado. Esperamos que el segundo motor esté listo hacia finales de año o principios de enero, y está previsto que la producción del tercer motor comience poco después.

Los motores adicionales cumplen dos propósitos. Sirven como respaldo en caso de que las pruebas más exigentes ocasionen algún daño, ya que algunas preguntas solo pueden responderse sometiendo el motor a mayores exigencias. Además, nos permiten acelerar las pruebas a largo plazo al separar las distintas tareas.

Con dos motores disponibles, uno puede enfocarse en la acumulación de horas y en ciclos operativos específicos, mientras que el otro se somete a ciclos repetidos de arranque y parada. Esto nos brinda un mayor margen para probar la resistencia y los arranques repetidos de forma simultánea.

Una actualización sobre el HX50

Mientras que las pruebas del motor ocupan el centro de atención en este momento, el desarrollo de la estructura del HX50 ha avanzado con igual rapidez.

En nuestra próxima actualización, volveremos a centrar la atención en la aeronave en sí, compartiendo información detallada sobre el progreso en la fabricación de las palas del rotor de materiales compuestos, los asientos resistentes a impactos, los servoactuadores integrados y los controles de vuelo, las pruebas estructurales del tren de aterrizaje y la presentación del fuselaje de segunda generación destinado a la producción.