Pratt & Whitney Canadá PT6

El Pratt & Whitney Canada PT6 es una familia de motores turbohélice para aeronaves fabricados por Pratt & Whitney Canada . Diseñado en 1958, realizó su primer vuelo el 30 de mayo de 1961, entró en servicio en 1964 y ha sido actualizado continuamente desde entonces. El PT6 consta de dos secciones básicas: un generador de gas con caja de engranajes auxiliar y una turbina de potencia libre con reductora. En las aeronaves, el motor suele montarse al revés, con la toma de aire en la parte trasera y el escape en la parte delantera, de modo que la turbina se conecta directamente a la hélice. Se han producido numerosas variantes del PT6, no solo como turbohélices, sino también como motores turboeje para helicópteros, vehículos terrestres, aerodeslizadores y embarcaciones; como unidades de potencia auxiliar; y para usos industriales. En noviembre de 2015, se habían fabricado 51.000 unidades, que acumularon 400 millones de horas de vuelo entre 1963 y 2016. Es conocido por su fiabilidad, con una tasa de parada en vuelo de 1 por cada 651.126 horas en 2016. El motor turbohélice PT6A cubre el rango de potencia entre 580 y 1.940 shp (430 y 1.450 kW) , mientras que los PT6B/C son variantes de turboeje para helicópteros.  

En 1956, el presidente de Pratt & Whitney Canada (PWC), Ronald Riley, ordenó al gerente de ingeniería Dick Guthrie que contratara a un equipo de especialistas en turbinas de gas para diseñar un pequeño motor de turbina de gas. La demanda del motor radial Wasp seguía siendo fuerte y su producción era rentable, pero el objetivo era convertirse en la principal empresa de motores de Canadá centrándose en un pequeño motor de turbina de gas. Riley le dio a Guthrie un modesto presupuesto de 100 000 dólares canadienses . Guthrie reclutó a doce ingenieros con experiencia adquirida en varios lugares, incluidos el Consejo Nacional de Investigación en Ottawa , Orenda Engines en Ontario , Bristol Aero Engines y Blackburn Aircraft . ^{[ 3 ]} Completaron el diseño detallado de un motor para el pequeño avión de entrenamiento a reacción de Canadair, el CL-41 . Era un turborreactor de 3000 libras de fuerza (13 kN) de empuje, pero el diseño fue asumido por la sede en EE. UU., que lo desarrolló en el Pratt & Whitney JT12 . El equipo tuvo que esperar a las evaluaciones de mercado para definir su siguiente motor, un turbohélice de 450 caballos de fuerza al eje (340 kW) para aeronaves bimotores, el PT6. ^{[ 4 ]} El desarrollo inicial del PT6, que voló por primera vez en mayo-junio de 1961, ^{[ 1 ] [ 5 ]} estuvo plagado de problemas de ingeniería, sobrecostos y falta de ventas. Estuvo a punto de cancelarse. ^{[ 4 ]} El equipo carecía de la capacidad para lidiar con las dificultades técnicas, es decir, cómo desarrollar el motor, porque, como recordó una de las integrantes del equipo, Elvie Smith , provenían de entornos de investigación y diseño. Aprendieron cómo dirigir un programa de desarrollo, como realizar pruebas las 24 horas del día en lugar de en un solo turno, de un equipo de PWA que dirigió el desarrollo durante varios meses. ^{[ 6 ]}  

El PT6 realizó su primer vuelo el 30 de mayo de 1961, montado como tercer motor en el morro de un avión Beech 18 que había sido modificado por de Havilland en sus instalaciones de Downsview en North York, Ontario . La producción a gran escala comenzó en 1963, con su entrada en servicio al año siguiente. El Beech 18 continuó funcionando como banco de pruebas para el PT6 y la hélice hasta que fue reemplazado por un Beech King Air en 1980. El motor o la hélice de prueba del King Air reemplazó a uno de los motores estándar. En 1974, el Beech 18 no pudo volar lo suficientemente rápido ni a suficiente altitud para probar el PT6A-50 para el de Havilland Canada Dash 7, por lo que se modificó un Vickers Viscount como banco de pruebas para el PT6 con una instalación del Dash-7 en el morro. ^{[ 7 ]}

El primer modelo de producción del PT6, el PT6A-6, fue certificado en diciembre de 1963. La primera aplicación fue el Beech Queen Air , lo que atrajo al Ejército de los EE. UU. a comprar una flota de la variante U-21 Ute . Esto ayudó a lanzar el King Air, con Beechcraft vendiendo alrededor de 7000 unidades para 2012. ^{[ 8 ]} De 1963 a 2016 , la relación potencia-peso mejoró en un 50 %, el consumo específico de combustible en un 20 % y la relación de presión general alcanzó 14:1. ^{[ 9 ]} Su desarrollo continúa y, si bien hoy su configuración básica es la misma que en 1964, las actualizaciones han incluido un álabe de turbina de primera etapa refrigerado, etapas adicionales de compresor y turbina y álabes de turbina de monocristal a principios de la década de 1990. Su relación de presión es de 13:1 en el rotor basculante AgustaWestland AW609 , la más alta que se puede usar sin álabes de turbina refrigerados. ^{[ 10 ]}

En respuesta al General Electric GE93 , en 2017 Pratt & Whitney Canada comenzó a probar la tecnología y los sistemas centrales para un motor propuesto de 2000 shp (1500 kW) para reemplazar las versiones más potentes del PT6. ^{[ 11 ]} Se consideró probable que fuera un desarrollo del núcleo PT6C y que se ubicaría entre el PT6C-67C/E de 1750 shp (1300 kW) y la familia PW100 de 2300 shp (1700 kW) . Se esperaba que estuviera listo para su lanzamiento a finales de 2017 para una plataforma inicial de helicópteros con una reducción del 10-15% en el consumo específico de combustible . ^{[ 12 ]} Este motor de 2000 hp estaría dirigido a un posible nuevo mercado, como un Super PC-12, un TBM más potente o un King Air más grande. ^{[ 13 ]}       

La tasa de deterioro de las piezas en una turbina de gas es desigual, ya que las piezas más calientes necesitan ser reemplazadas o reparadas con mayor frecuencia que las que funcionan a menor temperatura. Si las piezas más calientes se pueden retirar sin afectar el resto del motor, por ejemplo, sin desmontar el motor completo de la aeronave, se reducen los costos de mantenimiento. Esto se logró con el PT6 al ubicar las piezas más calientes, la turbina generadora de gas y la cámara de combustión, en el extremo de la hélice. Se retiran sin afectar el resto del motor ni sus conexiones a la aeronave. Esta disposición fue patentada por el diseñador Newland, uno de los miembros del equipo original del PT6. ^{[ 14 ]} Una disposición general similar con una toma de fuerza de turbina libre en el extremo de escape (el motor P.181 de 1000 shp (750 kW) ) fue presentada por Armstrong Siddeley Motors en el Salón Aeronáutico de Farnborough en 1957. ^{[ 15 ]}  

Una mejora de diseño temprana, incorporada en el PT6A-20, ^{[ 16 ]} fue el difusor de tubería patentado por Vrana, otro miembro del equipo original del PT6. ^{[ 17 ]} Reemplazó el difusor de tipo paleta utilizado en compresores centrífugos. El difusor de tubería se convirtió en la práctica de diseño estándar para P&WC. ^{[ 18 ]} Otro cambio de diseño mejoró el funcionamiento a velocidad parcial del compresor. Es común purgar aire de un compresor para que funcione correctamente a bajas velocidades del motor. El PT6 tiene un sistema de purga que reutiliza el aire purgado devolviéndolo en dirección tangencial a la entrada del compresor, una idea patentada por Schaum et al. y titulada "Motor de turbina con pre-remolino inducido en la entrada del compresor". ^{[ 19 ]} Actúa como una paleta variable y se conoce como "Jet-Flap".

Todas las versiones del motor constan de dos secciones que se pueden separar fácilmente para el mantenimiento: un generador de gas suministra gas caliente presurizado a una turbina de potencia libre . ^{[ 20 ]} El motor de arranque solo tiene que acelerar el generador de gas, lo que facilita el arranque del motor, especialmente en clima frío. ^{[ 20 ]} El aire entra al generador de gas a través de una rejilla de entrada hacia el compresor axial de baja presión . Este tiene tres etapas en las versiones pequeñas y medianas del motor y cuatro etapas en las versiones grandes. El aire luego fluye a un compresor centrífugo de una etapa, a través de una cámara de combustión anular plegada y finalmente a través de una turbina de una etapa que impulsa los compresores a unas 45 000  rpm. El gas caliente del generador de gas fluye a la turbina de potencia, que gira a unas 30 000  rpm. Tiene una etapa en los motores pequeños y dos etapas en los medianos y grandes. Para el uso de turbohélice, esto impulsa una caja de engranajes reductora de salida planetaria de dos etapas, que hace girar la hélice a una velocidad de 1900 a 2200  rpm. Los gases de escape salen a través de dos conductos laterales en la carcasa de la turbina. Las turbinas son concéntricas con la cámara de combustión, lo que reduce la longitud total.

En la mayoría de las instalaciones de aeronaves, el PT6 se monta de manera que el extremo de admisión del motor esté hacia la parte trasera de la aeronave, por lo que muchos lo conocen como el motor "de atrás hacia adelante". ^{[ 4 ]} Esto coloca la sección de potencia en la parte delantera de la góndola, donde puede accionar la hélice directamente sin necesidad de un eje largo. El aire de admisión generalmente se alimenta al motor a través de un conducto montado en la parte inferior, y las dos salidas de escape están dirigidas hacia atrás. Esta disposición facilita el mantenimiento al permitir que se retire toda la sección de potencia junto con la hélice, dejando al descubierto la sección del generador de gas. Para facilitar las operaciones en pistas irregulares, los objetos extraños se desvían de la entrada del compresor mediante separadores inerciales en la entrada. ^{[ 21 ]} En algunas instalaciones, como la versión PT6A-66B en el Piaggio P.180 Avanti , el motor está invertido, con la hélice actuando como "empujadora", y la caja de engranajes de accesorios orientada hacia la parte delantera de la aeronave.

Para el 40.º aniversario de su primer vuelo en 2001, se habían entregado más de 36 000 PT6A, sin incluir las otras versiones. ^{[ 22 ]} Hasta octubre de 2003, 31 606 motores entregados habían volado más de 252 millones de horas. ^{[ 23 ]} Hasta noviembre de 2015, se habían producido 51 000. ^{[ 2 ]} La familia registró 400 millones de horas de vuelo desde 1963 hasta 2016. ^{[ 9 ]}

La familia PT6 es conocida por su fiabilidad con una tasa de parada en vuelo de 1 por cada 333.333 horas hasta octubre de 2003, ^{[ 23 ]} 1 por cada 127.560 horas en 2005 en Canadá, ^{[ 24 ]} 1 por cada 333.000 horas desde 1963 hasta 2016, ^{[ 9 ]} 1 por cada 651.126 horas durante 12 meses en 2016. ^{[ 25 ]} El tiempo entre revisiones generales es de entre 3.600 y 9.000 horas y las inspecciones de la sección caliente de entre 1.800 y 2.000 horas. ^{[ 26 ]}

Las primeras versiones del PT6 carecían de un FADEC ; el acelerador automático podía instalarse como una actualización posterior con un actuador , inicialmente para aeronaves monomotor como el PC-12 y potencialmente en aeronaves bimotor turbohélice. ^{[ 27 ]} En octubre de 2019, se lanzó la serie PT6 E en el PC-12 NGX, el primer turbohélice de aviación general con un sistema electrónico de control de hélice y motor con una sola palanca y mejor monitoreo para intervalos de mantenimiento más largos, aumentados de 300 a 600 horas, y un TBO aumentado en un 43% a 5000 horas, reduciendo los costos operativos del motor en al menos un 15%. ^{[ 28 ]} En abril de 2022, Daher anunció que el SOCATA TBM -960 actualizado estaría propulsado por el PT6E-66XT. ^{[ 29 ]}

La variante principal, la PT6A , está disponible en una amplia variedad de modelos, que cubren el rango de potencia entre 580 y 920 caballos de fuerza al eje (430 y 690 kilovatios ) en la serie original, y hasta 1940 caballos de fuerza al eje (1450 kilovatios) en las líneas de mayor tamaño. Las variantes PT6B y PT6C son turboejes para helicópteros. En el ejército estadounidense, se designan como T74 o T101 .

Con el tiempo han aparecido otras versiones del PT6:

• El Large PT6 añadió una etapa de compresor axial adicional (4), y otra etapa de turbina de potencia (2) y una reducción de salida más profunda, produciendo casi el doble de potencia de salida, entre 1.090 y 1.920 caballos de fuerza en el eje (810 y 1.430 kilovatios) .
• El Medium PT6 añadió otra etapa de turbina de potencia (2) -41 a través de los motores -60 ^{[ 30 ]}
• El PT6B es un modelo de turboeje para helicópteros que cuenta con una caja de engranajes reductora descentrada con embrague de rueda libre y regulador de turbina de potencia, y que produce 1.000 caballos de fuerza (750 kilovatios) a 4.500  rpm.
• El PT6C es un modelo de helicóptero con un único escape lateral que produce 2.000 caballos de fuerza (1.500 kilovatios) a 30.000  rpm, potencia que se reduce mediante una caja de cambios suministrada por el usuario.
• El PT6E es un derivado de gran tamaño del PT6A equipado con control digital del motor.
• El PT6T Twin-Pac consta de dos motores PT6 que accionan una caja reductora de potencia común, produciendo casi 2.000 caballos de fuerza (1.500 kilovatios) a 6.000  rpm.
• El ST6 es una versión destinada a aplicaciones estacionarias, desarrollada originalmente para el UAC TurboTrain y ahora ampliamente utilizada como unidades de potencia auxiliar en aeronaves grandes, así como en muchas otras funciones. ^{[ 31 ]}

La familia PT6A es una serie de motores turbohélice de turbina libre que proporcionan de 500 a 1940 caballos de fuerza al eje (370 a 1450 kilovatios).

Este motor se utiliza en más de 100 aplicaciones diferentes.

• Museo del Aire de Nueva Inglaterra , Connecticut (corte transversal) ^{[ 44 ]}

Datos de Jane's 62-63, ^{[ 45 ]}

Características generales

• Tipo: Turbohélice
• Longitud: 62  pulgadas (1575  mm)
• Diámetro: 19  pulgadas (483  mm)
• Peso en seco: 270  lb (122,47  kg)

Componentes

• Compresor: compresor axial de 3 etapas + compresor centrífugo de 1 etapa
• Cámaras de combustión : anulares de flujo inverso con 14 quemadores Simplex.
• Turbina : turbina de potencia de generador de gas de 1 etapa + turbina de potencia libre de 1 etapa
• Tipo de combustible: Queroseno de aviación según MIL-F-5624E / JP-4 / JP-5
• Sistema de lubricación: Sistema dividido con bombas de presión y de recuperación de tipo engranaje, con la presión hacia la caja de cambios aumentada por una segunda bomba.

Actuación

• Potencia máxima de salida: 578  hp (431  kW) de potencia equivalente a 2200 rpm de salida para el despegue.
• Relación de presión total : 6,3:1
• Caudal másico de aire: 5,3  lb/s (2  kg/s)
• Consumo específico de combustible : 0,67 lb/hph (0,408 kg/kWh)
• Relación potencia-peso : 2,14 hp/lb (3,52 kW/kg)

Desarrollo relacionado

• Pratt & Whitney Canadá PT6T

Motores comparables

• Garrett TPE331
• Catalizador de General Electric
• HAL HTSE-1200
• Klimov VK-800
• Walter M601

Listas relacionadas

• Lista de motores de aeronaves

• "PT6A" . Pratt & Whitney Canadá .
• "PT6B" . Pratt & Whitney Canadá .
• "PT6C" . Pratt & Whitney Canadá .
• Certificado de tipo Embraer EMB-110 (PDF) . Agencia Nacional de Aviación Civil de Brasil . 20 de diciembre de 1972.
• Cómo se reacondicionan las turbinas PT-6 . AVweb. 14 de agosto de 2015 – vía YouTube.
  • Paul Bertorelli (17 de agosto de 2015). "Vídeo: Cómo se reacondicionan las turbinas PT-6" . AVweb .