Avionoes a turboreaccion tempranos: El Me 262, y el Yak-15

 La idea de la propulsión a chorro(una corriente de liquido o gas expulsado al exterior a través de una apertura reducida) tiene dos mil años más de antigüedad que el motor de combustión interna. Siendo así que el primer ejemplo conocido de éste sistema fue la eolipila. En ella un gas interior que se expandía(vapor procedente del agua hirviendo), era expulsado a través de un conducto en forma de codo, haciéndola girar rápidamente. Demostrando así que la acción (el movimiento del gas) producía una reacción(el movimiento del aparato), en concordancia a la segunda y tercera ley del movimiento de Newton. De hecho los motores a reacción estaban ya en la mente de los diseñadores mucho antes de estallar la Segunda Guerra Mundial. En fechas tan tempranas como 1791 John Barber propuso y patentó su turbina de gas. Cien años más tarde se mejoró la mecanización para que fuese más eficiente energéticamente.

Napier NA357 Rueda compressora

La historia tiene un sinfín de ejemplos por el estilo, incluido su primo en los motores a reacción: el motor de cohete. Tales como los antiguos cohetes chinos, vehículos a cohetes y obviamente los aviones-cohete. Con ejemplos como el Opel RAK.1 del 29 y el Messerschmitt Me 163 del 44. En el 1910 el inventor rumano Henri Coandă patentó su propulsión a reacción para aviones, que constaba de un motor de combustión interna que movía unas hélices entubadas: un termoreactor. Por su parte el italiano Caproni Campini N.1. Tenía un fundamento similar y añadía una cámara de combustión como “postquemador”.

El motor a turboreacción, el que todos tenemos hoy en día en mente, es extremadamente simple. Del mismo modo que un motor de combustión interna, ciclo Otto, consiste en etapas de compresión, ignición y expansión, diferenciándose en que éstos trabajan en un sistema abierto y continuo; pudiendo así trabajar con un flujo estable de aire. Este funcionamiento, las tres etapas sucediendo simultáneamente, se conoce como ciclo Brayton. Y aunque encontrar la combinación correcta entre volumen de aire y presión era crucial, el motivo principal que hizo inviable uno de estos motores fue la necesidad de que la metalurgia, la ciencia y la tecnología pusiesen a su disposición los metales y aleaciones adecuadas. Las extremas fuerzas centrífugas y temperaturas que generaban los turborreactores estaban en el límite de los materiales disponibles para la ingeniería de aquel día, todo ello era un reto a superar.

Un turborreactor Whittle W.1/W.2B de la General Electric as the J31 (I-16), nótese el tamaño del compresor centrífugo, la admisión, a la derecha del motor.

Frank Whittle y Hans von Ohain de forma simultánea y sin tener conocimiento de los progresos del otro, afrontaron el reto que suponía como pieza de ingeniería, y superando el escepticismo de sus contemporáneos, al fabricar motores a turborreacción funcionales. Pese a haber empezado mucho antes a plantear los conceptos mucho antes y conseguir hacer funcionar su motor “Whittle Unit” ocho meses antes que von Ohain. Este obtuvo un mayor apoyo de sus compatriotas y rápidamente recibió la financiación de Heinkel. Encarando así el desarrollo de motores a reacción para aviones junto a los mejores ingenieros de la compañía y equipos de pruebas, dando a luz al “HeS 3”, el corazón del primer avión a reacción del mundo, el He-178. Tras su primer vuelo el 27 de agosto del 39 (4 dias antes del estallido de la Segunda Guerra mundial) las impresiones generales sobre los turborreactores empezaron a cambiar.

Tanto Whittle, como von Ohain, emplearon compresores centrífugos en la admisión, dado que esta tecnología era bien conocida y estaba bien asentada en los compresores para motores de combustión interna. Los motores turboalimentados ya existían, pero eran poco habituales, del mismo modo que tampoco había calentadores para grandes volúmenes de aire. Es decir, en sus diseños hicieron uso de conceptos ya disponibles, aunque con una nueva finalidad. Los principales inconvenientes de ambos diseños eran el gran diámetro, próximo al de un motor radial, en cambio los reactores W.1 de Wittle tuvieron una amplia aceptación, a diferencia de los HeS.

Durante la posguerra, un Jumo 004 capturado es examinado por los ingenieros de la NACA en Estados Unidos. Nótense los 8 rotores de alabes por su diseño de flujo axial.

Al enterarse del nuevo motor, la compañía Junkers, apostando por ser una opción alternativa, eligieron al Dr. Anselm Franz como ingeniero jefe, dada su experiencia con turbos y compresores para motores. Aunque a primera vista no rompía esquemas, su diseño tuvo una diferencia clave: sustituir el enorme compresor centrifugo por varios rotores, los cuales empujaban el aire hasta la cámara de combustión. Así obtuvo una sección frontal mucho menor y sobretodo, el motor trabajaba con un volumen de aire mucho mayor y ofrecía un empuje superior a los motores centrífugos. Su resultado, el Jumo 004, haría volar la mayoría de los primeros reactores alemanes e hizo que los Me-262 alcanzasen velocidades superiores a los primeros Gloster Meteor, P-80 y los reactores soviéticos. Fueron las limitaciones tecnológicas y la escasez de recursos las que provocaron la, relativamente corta, vida útil de 25h(similar a la de los primeros motores de combustión interna) y un empuje inferior a su potencial. Con todo, el Jumo 004 se alzó como una leyenda y su diseño “axial” sería la base para todos los motores a reacción hasta la fecha.

Tras el conflicto, el Dr. Franz llegó a Estados Unidos, donde prestó sus servicios al departamento de motores de aviación en Lycoming. En base a su experiencia con el Jumo 004 desarrolló el motor turboeje de mayor éxito en la historia: el T53. Empleado en el Bell UH-1 Huey. En base a éste se desarrollaría el T55 y posteriormente el AGT-1500. ¡Lo puedes encontrar actualmente bajo el capó de los carros de combate M1 Abrams!

Autor: Joe “Pony51” Kudrna