Por
Gabriel Ferrario *
Todo
vuelo de un artefacto más pesado que el aire (aerodinos) requiere
inexorablemente una fuente de potencia que le provea la capacidad de
sustentarse o sostenerse en el aire. El desarrollo que suplió esa necesidad fue
la gran novedad tecnológica de los primeros años del siglo XX, el motor a
pistón.
Un
motor a pistón es una máquina de combustión interna donde el flujo de materia,
una mezcla de aire y combustible sufre procesos cíclicos, ejerciendo trabajo en
al menos uno de esos ciclos. Por esto se lo denomina también motor alternativo.
Este trabajo que se obtiene sirve para movilizar, de forma rotativa, ruedas,
maquinaria, o las hélices de un avión. Es así que los motores a pistón
aeronáuticos son similares a los usados en automóviles.
Por
su parte las secciones de las palas de la hélice son perfiles aerodinámicos,
similares a los de las alas. Al rotar y hacer pasar aire sobre ellas se produce
una fuerza aerodinámica resultante que actúa sobre la aeronave de manera
horizontal ya sea tirándola, en configuración tractora (hélice adelante), o
empujándola, en configuración propulsora (hélice detrás).
Existen,
a grandes rasgos, 3 configuraciones de los cilindros para motores alternativos
aeronáuticos. Motores rotativos que giran junto con la hélice, motores radiales
también llamados en estrella y motores en línea ya sea horizontales (planos) o
verticales.
Luego
de la Primera Guerra Mundial se comenzó a valorar la aeronáutica mucho más allá
de la simple novedad y pasatiempo deportivo de los “sportsman” de clases
acomodadas. Una gran posibilidad de explotación económica estaba surgiendo.
Aparecieron así los primeros biplanos de línea, muchas veces modificaciones de
bombarderos usados durante la Gran Guerra, que llegaron a transportar hasta 14
personas.
A
lo largo de la década de 1920, una multitud de compañías de Gran Bretaña y
Francia estuvieron a la vanguardia de la industria de los aviones civiles. La
mejora en la autonomía y la utilización de 2 o 3 motores les permitió trazar
las primeras rutas internacionales y luego intercontinentales.
La
década de 1930 fue particularmente prodigiosa para la aeronáutica. La mejora en
procesos productivos, el acceso económico a materiales livianos y las nuevas
técnicas de metalurgia abrieron el paso a un tipo nuevo de construcción:
aviones monolíticos íntegramente metálicos. Se dejan de lado los antiguos
esquemas de aviones de tela y caño o madera.
Los
motores a pistón también se perfeccionaron consolidándose el uso de motores
radiales o en línea frente a los antiguos motores rotativos presentes en los
primeros aeroplanos usados por los ases de la Primera Guerra Mundial. Además,
los nuevos combustibles de menor poder detonante evitaban la combustión
prematura aumentando drásticamente la eficiencia y potencia disponible.
La
mayor accesibilidad a éstas y otras innovaciones, como ser tren de aterrizaje
retráctil, dispositivos que aumentan la sustentación o hélices que modifican su
ángulo de ataque, otrora reservadas a aeronaves de experimentación o
desarrollos de vanguardia, posibilitaron su aplicación de manera simultánea en
un mismo avión. Es así que estos avances pasaron a estar presentes en aeronaves
fabricadas en serie tanto comerciales, usadas en transporte y líneas aéreas,
como en cazas y bombarderos. Esto permitió a que a lo largo de la década se
rompan todos los records de velocidad, altitud y permanencia.
No
obstante, el desempeño del motor a pistón estaba limitado por las hélices.
Cuando en las punteras de las palas se llega a velocidades cercanas a la del
sonido la eficiencia disminuye mermando la cantidad de empuje generado. Lo
mismo sucedía al ascender lo suficiente para volar en atmósfera menos densa. Si
se quería aprovechar al máximo la tecnología disponible había que encontrar una
manera de mejorar radicalmente el motor de pistón, o desarrollar un tipo
completamente nuevo de motor.
Para
superar esta limitación técnicos e ingenieros tanto alemanes como británicos
ignorando totalmente unos el trabajo de otros y con la mayor reserva y
hermetismo comenzaron a estudiar la posibilidad de utilizar la turbina de gas
como medio de propulsión. Algo que se llamaría turborreactor o motor a
reacción.
Principio de funcionamiento
Un
turborreactor expulsa aire a gran velocidad produciendo una fuerza de reacción
que será finalmente la que origine el movimiento de la aeronave. El efecto es
similar al que ocurre al soltar el aire contenido en un globo o con el regador
de jardín que rota al expulsar agua a elevada velocidad.
En un motor este efecto se logra haciendo que el aire recorra 3 elementos esenciales a través de los que irá cambiando su presión y temperatura.
- El compresor donde el aire por medio de un esfuerzo exterior aumenta su presión. Este elemento puede ser centrífugo como el de la imagen, compacto y utilizado en los primeros motores, o axial y de varias etapas, presentes en la mayoría de los turborreactores modernos, donde el aumento de presión se produce escalonadamente.
- La cámara de combustión donde el aire comprimido se mezcla con combustible introducido por inyectores. Lugo unos encendedores de chispa o bujías inician la combustión por única vez al arranque.
- La turbina vinculada mecánicamente al compresor donde el aire ingresa a casi 1300 °C y disminuye su presión. Esta expansión produce el trabajo externo que hace rotar al primer elemento, el compresor.
Finalmente,
el aire es evacuado un poco más frio a gran velocidad.
Como
podemos ver a diferencia del motor alternativo, en un turborreactor la
combustión es sostenida manteniéndose constante en el tiempo por lo que se lo
denomina de flujo continuo.
Esquemas
de turborreactores que muestran las 2 formas de desarrollo de flujo en el
compresor
Algo
de Historia
En
rigor, la turbina de gas no fue una idea desarrollada en la década de 1930. Su
principio de funcionamiento se remonta a la invención de la Eolípila por parte
de Herón de Alejandría alrededor del año 150 AC. Este dispositivo usaba energía
de vapor dirigida a través de dos boquillas para hacer que una esfera girara
rápidamente sobre su eje. Sin haber tenido aplicaciones prácticas este
artefacto fue simplemente considerado una curiosidad.
La
primera turbina de gas que funcionó con éxito de manera autónoma fue construida
en 1903 por el ingeniero noruego Ægidius Elling. Las limitaciones en el diseño
y la metalurgia impidieron que se utilice como motor. Los principales problemas
fueron la seguridad, la fiabilidad, el peso y, sobre todo, la combustión
continúa sostenida.
En
1929 el británico Frank Whittle cadete en la Fuerza Aérea Real británica
previendo la necesidad de que un avión vuele más alto para volar más rápido,
diseña un motor que puede funcionar mediante propulsión a turbina de gas. Al
presentarle la idea al Ministerio del Aire británico se la rechazan asumiéndola
inviable. Decepcionado y sin ayuda del gobierno Whittle patenta la idea y en
1936 funda la compañía Power Jets donde ensaya, con grandes contratiempos,
motores a reacción en bancos de prueba estáticos, no llegando a obtener la
necesaria combustión estable.
Mientras
tanto en Alemania Hans Pabst von Ohain recién terminaba su doctorado en física
y aerodinámica en la Universidad de Gotinga. Sin conocimiento del trabajo de
Whittle desarrolló las bases teóricas de operación de un turborreactor para
propulsar aeronaves. Esto llama la atención del constructor Ernst Heinkel bajo
cuya dirección diseña y ensaya el primer prototipo de turborreactor, el HeS1,
en un banco de prueba estacionario en septiembre de 1937. Si bien nunca tuvo la
intención de ser un diseño para propulsar una aeronave, el éxito de la prueba
demostró que el concepto de von Ohain era viable. Esto impulsó a continuar su
desarrollo.
A
principios de 1939 logran dar con un diseño adecuado para la aeronáutica, el
HeS3. Mejorado y más simple funcionaba con querosene, a diferencia del HeS1 que
usaba Hidrógeno gaseoso y mucho más económico que el combustible de alto
octanaje utilizado por los aviones con motor a pistón. Se decidió que el ensayo
se haga en vuelo para lo que utilizaron el bombardero en picado Heinkel He-118.
Las pruebas se llevaron a cabo en extremo secreto, despegando y aterrizando con
propulsión de hélice, y solo volando temprano en la mañana.
Finalmente
se decidió pasar directamente a las pruebas de vuelo completas. El 27 de agosto
de 1939, 5 días antes de que Hitler invadiera Polonia, en el aeródromo
Marienehe de Rostock el prototipo Heinkel He-178 se convirtió en el primer
avión a reacción del mundo. Produciendo 450 kg. de empuje el motor llevó a la
aeronave a velocidades de 600 km/h, pero quemaba combustible a una velocidad
tan alta que sólo podía permanecen en el aire durante 10 minutos. El piloto de
prueba, sintiéndose maravillado ante la suavidad del manejo, comunicó por radio
que el avión no tenía vibraciones como un motor a pistón. En noviembre se
demostró la aeronave a los funcionarios del Ministerio de Aviación del
Reichstag con la esperanza de recibir fondos para el desarrollo de un motor más
grande, pero no hubo respuesta alguna.
Presionados
por la indiferencia mostrada por el Ministerio de Aviación del Reichstag
comenzaron a construir el Heinkel He-280. El 30 de marzo de 1941 despega
exitosamente el tercer avión a reacción del mundo siendo el primero diseñado
como caza de combate. Evolucionado del exitoso HeS3 era propulsado por 2
motores de 600 kg. de empuje, instalados en góndolas alares. Este interesante
avión mostraba desempeños totalmente respetables, alcanzando 650 km/h (unos 150
km/h más rápido que la mayoría de aviones de combate existentes en el mundo) y
una excelente maniobrabilidad. Incorporaba, además el primer asiento eyectable
jamás realizado. No obstante, estas ventajas, los responsables de la Luftwaffe,
convencidos de que los caza a pistón alemanes eran superiores a los del
enemigo, no veían necesario desperdiciar esfuerzos en programas tan
revolucionarios. Todo el programa fue llevado adelante con poca convicción
siendo prácticamente abandonado en 1943. Solo se construyeron 9 aviones y
ninguno alcanzó el estado operativo.
Tras
el estallido de la guerra el Ministerio del Aire británico entiende necesario
producir aeronaves a reacción. A través del fabricante Gloster se contrató a la
compañía de Whittle para motorizar el avión experimental Gloster E.28/39. El
nuevo motor Power Jets Whittle W1 de 390 kg. de empuje estaba listo para abril
de 1941. Despegando por primera vez el 15 de mayo de 1941 desde el aeropuerto
de Cranwell, el Gloster E.28/39 se convirtió en el cuarto avión a reacción del
mundo en conquistar los cielos. En base a este proyecto Gloster produciría en
1943 el emblemático Meteor, único avión a reacción aliado que logró operaciones
de combate durante la Segunda Guerra Mundial. Finalmente, y luego de luchar 12
años con la burocracia y el desinterés, la apremiante necesidad de desarrollo
bélico reivindicó a Sir Frank Whittle.
Finalmente, en Alemania, la Luftwaffe, en una combinación de factores técnicos y políticos, dejaría de lado los proyectos de Heinkel y se decantaría por el Messerschmitt Me-262, que pasaría a ser el primer caza a reacción operativo. Su vuelo inaugural fue el 18 de julio de 1942 siendo el avión convencional más rápido en el frente de batalla. Propulsado por 2 motores Jumo 004 de compresor axial de etapas múltiples en lugar de los compresores centrífugos utilizados por Whittle y von Ohain. Este tipo de compresor dominó el posterior desarrollo de los motores a reacción. La producción en masa no comenzó hasta principios de 1944, una decisión tomada demasiado tarde que resultó decisiva sobre el resultado de la guerra.
Posguerra
El
gran avance obtenido por los alemanes fue botín de guerra para las potencias
vencedoras. Principalmente por parte de Estados Unidos bajo la operación
Paperclip/Overcast realizada por el Servicio de Inteligencia para extraer de
Alemania científicos nazis especializados en tecnologías sensibles como
cohetes, armas químicas, electrónica y aeronáutica. Algunas de estas figuras
claves fueron el experto en cohetería Wernher von Braun y el ya citado Hans von
Ohain.
Los
soviéticos también se harían de algunas personas claves, pero principalmente
trabajarían con aeronaves capturadas mediante ingeniería inversa. En este punto
los diseños británicos divergen frente al resto de los aliados siguiendo su
propia línea ya establecida, paralela a los desarrollos germánicos.
Nuestro
país también fue partícipe en esta carrera de los reactores. En junio de 1943
el presidente General Pedro Pablo Ramírez dispone que la Fábrica Militar de
Aviones (FMA hoy FAdEA) inaugurada en 1927 con sede en la ciudad de Córdoba
pase a llamarse Instituto Aerotécnico. Bajo la dirección del Mayor ingeniero
Juan Ignacio San Martín y a la vanguardia mundial comienza una de las etapas más
importantes en el desarrollo industrial aeronáutico único en Latino América. El
Instituto se erige como asesor de tecnología aeronáutica y el Estado es quien
aporta las líneas directrices.
En
1946 y tras la liberación de Francia, acusado de colaboración con el régimen
nazi, se traslada a Argentina el constructor de aeronaves francés Émile
Dewoitine. Invitado por el ingeniero Ambrosio Luis Taravella es el primer
europeo contratado por la FMA. Integró junto a un equipo de ingenieros y
diseñadores argentinos un conjunto de proyectos que culminan con el concepto
del IAe 27 Pulqui I (“Flecha” en idioma mapuche). Diseñado como caza
interceptor fue el primer aparato a reacción construido en Argentina y en
Latino América transformándose en el quinto país a nivel mundial en poseer un
avión a reacción de construcción nacional. En 1947 el prototipo estaba
terminado realizando la prueba en vuelo el 9 de agosto de ese año.
Ese
mismo año, llega a Buenos Aires el ingeniero aeroespacial Kurt Tank aceptando
un ofrecimiento del gobierno argentino de instalarse en el país. El profesor, antiguo director de la
constructora Focke Wulf en Bremen, conocía los antecedentes de la FMA desde la
época en que la empresa le concedió la licencia del biplano Fw 44. Tank y su
equipo, un grupo de 20 ingenieros germanos, arriban a Córdoba abocándose
inmediatamente en la construcción de un caza a reacción de avanzada.
Trabajando bajo la dirección de Kurt Tank el IAe 33 Pulqui II, inicia en 1947 como un anteproyecto para una re-motorización del Pulqui I. Se utilizaron muchos de los elementos del nunca construido caza alemán de segunda generación Ta-183 Huckebein, como ala en flecha y cola en T, diseñado por Tank cuando trabajaba en la Focke Wulf. El Pulqui II realizó el primer vuelo el 27 de junio de 1950. Alcanzado una velocidad de 1.100 km/h, estaba a la misma altura que un Mig-15 soviético o un F-86 Sabre estadounidense, lo más moderno del mundo en ese momento. Diseñado como un sucesor de los Gloster Meteor en servicio de la Fuerza Aérea, se produjeron cinco prototipos. Hacia mediados de 1959 estaba listo para su producción. Pero, tras una década de trabajos, lo que había sido un modelo novedoso y vanguardista empezaba a ponerse viejo frente a los aviones supersónicos disponibles a esas alturas. Finalmente las Fuera Aérea decide cancelar la compra e importar los aviones necesarios.
Junto
a su equipo Kurt Tank continuó diseñando aeronaves como el bimotor
multipropósito IAe 35 Huanquero y el transporte pentaturbina IAe 36 Cóndor.
Finalmente, tras la Revolución Libertadora y en vistas al cada vez menos
interés por parte de las autoridades en estos proyectos, abandonó el país
estableciéndose en la India. Allí trabajó en la industria aeronáutica donde
pudo continuar con sus desarrollos. En la actualidad los prototipos de Pulqui I
y II descansan en el Museo Nacional de Aeronáutica, en Morón, provincia de
Buenos Aires.
Impulsado
por ambiciones primeramente bélicas, la producción de un turborreactor
funcional marca un hecho fundamental para el posterior desarrollo tecnológico
humano. Su creación permitió a la aeronáutica terminar de conquistar el cielo y
¿por qué no? el espacio interplanetario.
* Ingeniero Aeronáutico por la Universidad de Córdoba.
Fuente:
https://www.plazacielotierra.org
