Control activo de la distancia de seguridad de la punta

El control activo de la holgura ( ACC ) es un método utilizado en los motores de turbina de gas de las aeronaves para mejorar la eficiencia del combustible . Esto se logra controlando activamente la holgura de la punta de la turbina durante las distintas fases del vuelo. Por otro lado, el control pasivo de la holgura establece la holgura de la punta para una condición de operación específica, y la holgura en las demás condiciones resulta del calentamiento y las fuerzas que actúan sobre los componentes.

El ACC se ha utilizado en el diseño de motores de aeronaves desde finales de la década de 1960 para reducir la energía desperdiciada en el motor y aumentar la eficiencia del combustible. ^{[ 2 ]} Se utiliza en motores como el motor CFM International CFM56-5B , instalado en el Airbus A320 , ^{[ 3 ]} y el Rolls-Royce BR700 .

El sellado de las puntas de las palas ha sido un problema complejo desde el desarrollo de los motores de turbina de gas. Esto se debe a que la holgura entre las puntas giratorias de las palas y la carcasa circundante varía debido a la expansión térmica y la tensión mecánica de los componentes. ^{[ 2 ]}

La holgura en la punta de la turbina constituye una vía de fuga para que el gas fluya alrededor, en lugar de a través de las palas de la turbina . El gas que no fluye a través de las palas de la turbina no contribuye a la potencia producida por la misma. Esto supone un desperdicio de energía y reduce la eficiencia del combustible. ^{[ 2 ]}

Hay tres componentes principales que contribuyen a la holgura de las puntas: el disco de la turbina giratorio, los álabes de la turbina giratorios y la cubierta fija. Al arrancar, todos están fríos y se mueven lentamente. Durante el calentamiento, se calientan y se expanden a diferentes velocidades. Los componentes de la turbina se deforman debido a las tensiones centrífugas al girar, mientras que la cubierta fija no. Una vez que el motor se ha calentado, todos los componentes alcanzan una temperatura constante y los componentes de la turbina giratoria mantienen su deformación debido a las fuerzas centrífugas. En ninguno de estos estados es aceptable que las puntas de la turbina rocen con la cubierta, por lo que debe mantenerse una holgura positiva en todos los casos. Una holgura cero es ideal para maximizar la eficiencia. Con un control de holgura pasivo, la holgura de las puntas se ajusta al mínimo seguro posible en la peor condición, y luego se aumenta en todas las demás condiciones. Con un control de holgura activo, la holgura se puede ajustar al mínimo seguro posible en múltiples condiciones. ^{[ 4 ]}

La holgura de la punta de las palas de la turbina de alta presión (HPT) tiene un impacto significativo en el consumo de combustible y las emisiones. ^{[ 5 ]} El uso de ACC proporciona beneficios significativos en el consumo de combustible en crucero, el alcance y la capacidad de carga útil de las aeronaves. ^{[ 5 ]}

Como ejemplo, el control de holgura activa del motor CFM International CFM56-5A utiliza aire HPC para el HPTACC y aire de derivación del ventilador para el LPTACC. El control de holgura es gestionado por el FADEC del motor , que consta de una unidad de control electrónico (ECU), una unidad hidromecánica (HMU) y válvulas ACC de alta y baja presión. ^{[ 6 ]}

• https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20050238447.pdf

Notas