Motor de corta duración

Los motores de corta duración (también conocidos como motores de vida útil limitada , desechables o de desgaste ) son una clase de motores diseñados para vehículos aéreos no tripulados (VANT), misiles de crucero y otras armas guiadas, donde la vida útil operativa es significativamente menor que la de los vehículos tripulados tradicionales. A diferencia de los motores convencionales "duraderos" (generalmente aptos para uso humano ) diseñados para durar miles de horas con mantenimiento regular, los motores de corta duración priorizan una alta relación empuje-peso y la simplicidad del diseño ^{[ 1 ]} sobre la durabilidad a largo plazo y la eficiencia del combustible . Si bien generalmente se enfatizan los bajos costos de producción, esto podría ser un factor menos importante para algunas aplicaciones (por ejemplo, misiles de crucero estratégicos ). ^{[ 2 ]}

La terminología utilizada para estos motores distingue entre los casos de uso previstos, concretamente entre sistemas "desechables" y "prescindibles".

• «Desechable» es un término de la jerga militar ^{[ 3 ]} que define los motores diseñados para una reutilización de «vida útil limitada» (por ejemplo, 10-20 misiones ^{[ 4 ]} o decenas a cientos de horas). Estos motores impulsan aeronaves «desechables», sistemas cuyo coste es lo suficientemente bajo como para que su pérdida en combate sea aceptable para los comandantes, pero a la vez lo suficientemente robustos como para ser reutilizados si sobreviven. ^{[ 3 ]} Estos motores representan un punto intermedio en la ingeniería, ya que requieren mayor durabilidad que un motor de misil, pero un coste significativamente menor que el de un motor de avión de combate tripulado. ^{[ 3 ]}
• Los motores desechables están diseñados para una sola misión sin expectativa de recuperación o reutilización, como en misiles de crucero o drones señuelo . ^{[ 4 ]} Debido a que no se requiere que sobrevivan a múltiples ciclos térmicos, pueden carecer de sistemas de refrigeración complejos ^{[ 5 ]} y superaleaciones costosas , utilizando en su lugar piezas fundidas simples y ejes soldados. ^{[ 6 ]} Además, debido a que los sistemas convencionales de lubricación con aceite líquido pueden representar una parte significativa del peso y el costo de un motor, los motores desechables a menudo los simplifican o eliminan por completo en favor de métodos alternativos como la lubricación en fase de vapor . ^{[ 5 ]}

No existen límites claros entre los sistemas "desechables" y "prescindibles". ^{[ 3 ]}

El concepto de motor de corta duración surgió durante la Segunda Guerra Mundial con la bomba volante V-1 , propulsada por el motor de pulsorreactor Argus As 014. Como primer motor aeronáutico desechable producido en masa, el Argus As 014 se fabricó con acero dulce de baja calidad y tenía una vida útil de diseño de aproximadamente una hora, suficiente solo para alcanzar su objetivo. ^{[ 7 ]}

A mediados de la década de 1940, la Fairchild Engine and Airplane Corporation comenzó los estudios de diseño para un pequeño turborreactor desechable . ^{[ 8 ]} Aunque la compañía estaba desarrollando simultáneamente conceptos de turbohélice (como el XT46-R-2, que nunca se produjo), identificó una necesidad específica del mercado para un motor desechable de bajo costo adecuado para misiles guiados . ^{[ 9 ]} Los estudios preliminares iniciados en 1946 llevaron a un contrato de la Armada de los Estados Unidos en junio de 1947 para un motor que impulsara un misil aire-submarino portador de torpedos; este proyecto resultó en el desarrollo del Fairchild J44 . ^{[ 9 ]}

Durante la década de 1950, el desarrollo de pequeños motores de turbina de gas se extendió por toda Norteamérica, ya que varias empresas iniciaron programas específicos. Siete fabricantes se convirtieron en actores importantes en esta industria: CAE , Lycoming , General Electric , Williams International , Pratt & Whitney Canada , Allison y Garrett . ^{[ 10 ]} Además, Wright Aeronautical , Solar y Dreher Engineering Company comenzaron esfuerzos limitados de desarrollo de motores durante el mismo período. ^{[ 10 ]}

Durante la Guerra Fría , el desarrollo de misiles de crucero en la década de 1970 (como el Tomahawk ) hizo necesaria una nueva clase de turbofanes pequeños y eficientes (por ejemplo, el Williams F107 ). ^{[ 11 ]} Estos motores requerían una mayor eficiencia de combustible que el pulsorreactor del V-1 para lograr largos alcances, pero conservaban la filosofía de diseño de cero mantenimiento y "desechables". ^{[ 12 ]}

En el siglo XXI, la industria aeroespacial alcanzó un punto de inflexión con la necesidad de desarrollar rápidamente nuevos drones de combate. ^{[ 13 ]} Este cambio generó demanda de motores desechables que sirvieran de puente entre los motores de misiles de un solo uso y los motores duraderos de aeronaves tripuladas, utilizándose los primeros como "conejillos de indias " para los segundos. ^{[ 4 ]}

Con periodos de funcionamiento típicos que van desde unos pocos minutos hasta unas pocas horas, y vidas útiles totales que suelen medirse en decenas de horas, ^{[ 14 ]} los diseñadores pueden «extender» la tecnología más allá de lo posible en los motores de uso humano ; por ejemplo, los motores desechables pueden operar a temperaturas significativamente más altas que los motores de larga duración que utilizan materiales idénticos. ^{[ 14 ]} Para cumplir con estos requisitos, los motores podrían utilizar sistemas de lubricación únicos y sistemas de arranque especializados. ^{[ 15 ]}

Aunque los motores desechables no requieren capacidades de revisión , están sujetos a altos requisitos de fiabilidad . ^{[ 14 ]} El proceso de desarrollo y cualificación difiere del de los motores de aeronaves estándar porque la corta vida útil de diseño impide la acumulación de un gran número de horas de prueba en una sola unidad. Como resultado, los programas de desarrollo pueden utilizar un mayor número total de motores para las pruebas, y los procedimientos de cualificación suelen establecerse específicamente para cada aplicación en lugar de seguir un estándar uniforme. ^{[ 16 ]} Estos programas también sirven como banco de pruebas para nuevos materiales, lo que permite recopilar datos de fabricación y operación antes de que los materiales se adopten para aplicaciones tripuladas. ^{[ 15 ]}

• Motor a reacción
• Munición merodeadora

• Harper, Jon (09-02-2022). "Los significados de 'desechable' y 'prescindible'"" . Revista de Defensa Nacional .
• Leyes, Richard A.; Fleming, William A. (1999). La historia de los motores de turbina de gas pequeños para aeronaves en Norteamérica . AIAA. ISBN 978-1-56347-332-6.
• Mindling, George; Bolton, Robert (2008). Misiles tácticos de la Fuerza Aérea de EE. UU., 1949-1969: Los pioneros . Lulu.com. ISBN 978-0-557-00029-6.
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• Soybel, Jamison (2021). Diseño de una estrategia de fabricación frente a compra para el desarrollo de motores de aeronaves desechables y de desgaste (PDF) (tesis de maestría). Instituto Tecnológico de Massachusetts. hdl : 1721.1/138967 .
• Wagner, Matthew J.; Forster, Nelson H.; Van Treuren, Kenneth W.; Gerardi, David T. (1999). "Lubricación en fase de vapor para motores de turbina de gas desechables". Actas del Congreso y Exposición Internacional de Turbinas de Gas y Motores Aeronáuticos de la ASME de 1999. Vol.  1: Motores de aeronaves, marinos, turbomáquinas, microturbinas y turbomáquinas pequeñas. Indianápolis, Indiana: ASME. doi : 10.1115/99-GT-028 .