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Quinto_Sertorio
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BMW 003 (II)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Hola de nuevo...

Inicialmente, como ocurrió con la Junkers, BMW no tenía instalaciones adecuadas para el trabajo con turborreactores. Los bancos de prueba, por ejemplo, sólo permitían probar una parte del sistema de combustión, sólo un segmento de las cámaras de combustión anulares con que se equipaba el 003. Esto, condujo inicialmente a pruebas con resultados inconcluyentes. Esta situación fue mejorando, y nuevas instalaciones de prueba se fueron añadiendo; por ejemplo una planta para pruebas de gran altitud en la factoría Oberweinsenfeld en Munich, tanto los 004 como los 003 fueron probados allí. Permitía hacer pruebas simulando altitudes de 16.500 m. velocidades hasta 900km/h, y temperaturas de -70ºC. Esta planta, estuvo localizada y fue bombardeada en mayo del 44, siendo reparada en octubre del mismo año. Hubo otras instalaciones, que permanecieron secretas hasta que los soldados americanos se tropezaron, literalmente, con ellas, y fueron, también literalmente, desmontadas y llevadas a EEUU, donde estuvieron en funcionamiento hasta hace nada, si es que no siguen funcionando. Tal vez en otro post comente algo de esto.

Bueno, siguiendo con la historia del P.3302, hay que continuar diciendo que durante el 39, la BMW en Spandau había establecido el diseño de éste para producir 600kp de empuje a 900km/h ó 700kp de empuje estático a nivel del mar. Usaba compresor axial y turbina de etapa simple, y una temperatura de combustión muy baja, de 600ºC. Más adelante, al cancelarse el P.3303 (del que ya hemos hablado), se incorporó el diseño de la turbina de éste último, que usaba álabes huecos, permitiendo la refrigeración por aire elevar la temperatura a 900ºC, bajando la relación de compresión del aire de entrada.

El compresor fue diseñado por el profesor Encke, de la AVA, para el primer prototipo experimental, el P.3302 V1. Era del tipo axial con seis etapas con un pequeño porcentaje de reacción, y daba una relación de compresión de 2.77:1 a 9000rpm. Los álabes estaban diseñados según un aeroperfil AVA-Göttingen específico para alta velocidad, y las pruebas mostraron un 80% de eficiencia para el compresor.

Y empezaron los problemas… Basándose en los resultados obtenidos con segmentos de la cámara de combustión anular (no con la cámara completa), por causa de la referida falta inicial de instalaciones adecuadas para ello; se incorporó una cámara de este tipo en el P.3302 V1. El diámetro de éste era de sólo 0’67m (una de las ventajas de la cámara de combustión anular). Por otro lado, los experimentos con la referida rueda de la turbina, mostraron que esos 900ºC eran excesivos, y se bajaron a 750ºC antes del fin de 1939. En conjunto, cuando el prototipo V1 se probó en agosto de 1940, sólo se consiguieron 150kp a 8000rpm. Mal empezamos…

Hubo varias causas para este relativo fracaso. En primer lugar, había un flujo de aire insuficiente para la temperatura de combustión finalmente adoptada. Como ésta había sido bajada, la velocidad de los gases era demasiado lenta, y ese flujo no accionaba correctamente la turbina. Además, las pruebas parciales de la cámara de combustión se revelaron insuficientes para testear el ambiente real en que ésta se desenvolvía; eso quiere decir que había una diferencia en los gases de salida de hasta 370ºC, lo que ocasionaba asimetrías en el esfuerzo en la cámara de combustión, y en la turbina y elementos accesorios, incluyendo los rodamientos antifricción. Encima, gran parte del combustible no era bien quemado en la inadecuada cámara de combustión, bajando la eficiencia del proceso de ignición al 60-70% del esperado.

Al menos, quedaba el consuelo de que los problemas, fueron rápidamente identificados, y se podía trabajar para arreglarlos. Nuevo compresor, cámara de combustión, turbina, y multitud de detalles (o sea: Casi todo). De modo que se construyó una nueva serie de prototipos, para probar todos los nuevos diseños y componentes: Los V2 a V10. También se pidieron diversas ayudas externas, aunque por supuesto el trabajo central fue llevado a cabo por la propia BMW.

Gran parte del trabajo, estuvo en la búsqueda de un diseño adecuado de la cámara de combustión, varios diseños posibles, tres principales, habían sido estudiados desde el 38, el primer sistema usaba unas placas deflectoras, cerámicas individuales distribuidas formando un anillo, tras los inyectores que pulverizaban el combustible en la parte anterior de éstas; las cuales tenían el fin de crear una zona turbulenta con el aire a baja velocidad, para que ahí se quemara el combustible. Otro sistema añadía a éste, tubos cónicos situados antes de los deflectores, para controlar el flujo de aire. Pero éste seguía siendo irregular. Finalmente, las placas deflectoras individuales fueron sustituidas por una sola, metálica, perforada y continua en forma de anillo; siendo ésta la probada en el prototipo V1. Parte del fallo se vio que estaba en lanzar el combustible contra la parte anterior de las placas, y que era mejor inyectarlo al comienzo de la propia zona turbulenta, con lo que se consiguió aumentar el rendimiento un 20% en la eficiencia de combustión, este sistema de deflector perforado en anillo fue usado posteriormente, pero la clave real del asunto, no estaba ahí.

La clave, estaba en la distinción entre flujo primario, y flujo secundario. Ya lo comenté anteriormente, pero recuerdo que el flujo primario es el que entra en la cámara de combustión, y se mezcla con combustible y se quema; mientras que el flujo secundario, es el empleado para refrigeración, y control de los gases calientes. Pero este hecho, no fue al principio evidente, y sólo se incorporó en series posteriores de los prototipos del 003.

Continuará…


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BMW 003 (III)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Hola de nuevo:

Nota: Del post anterior, me ha quedado muy confuso (y supongo que también a los amables lectores), el tema de la estructura de la cámara de combustión, de modo que es posible que el párrafo dedicado al tema sea editado en el futuro, cuando yo tenga la idea más clara… Es que a veces, es conveniente ver las cosas, además de leer su descripción. O saber de antemano de qué se trata.

Y seguimos. Porque nos metemos ya en el verano de 1941, ya con las tropas alemanas entrando en la URSS. Para aquel entonces, los diseñadores habían trabajosamente conseguido que el P.3302 proporcionara 450kp de empuje en la bancada; y se estimó que el asunto estaba maduro para empezar a hacer pruebas en vuelo, suspendiendo el motor de un Me 110. En el otoño dos P.3302 fueron entregados en la planta de Messerschmitt de Augsburgo para su montaje en el Me 262 V1 (PC+UA); este avión estaba esperando desde abril de aquel año, y seguía teniendo montado un Junkers Jumo 210G con su hélice. El 25 de noviembre del 41, se intentó despegar con los dos turborreactores, y el jumo; pero los primeros fallaron al dar potencia.

Fue una más de una serie de problemas relativos a las turbinas. Los alabes de éstas estaban hechas por soldadura de dos piezas de metal, y a su vez estaban soldadas por su base a la rueda de la turbina. La refrigeración se hacía mediante aire que entraba en la rueda de la turbina sólo por su parte anterior, y pasaba mediante orificios taladrados diagonalmente en los alabes huecos, y salía por sus puntas. Este diseño básico, que había sido suficiente en diseños de pequeños turbosobrealimentadores de BMW, no lo fue ya en las turbinas de los turborreactores. Las soldaduras entre alabes y rueda, eran puntos rígidos propensos a rotura por fatiga, y los alabes sufrían fallos relacionados con el exceso de temperatura. Sin embargo se siguió con este sistema en la serie de 10 prototipos del P.3302, hasta identificar el problema.

A principios del 42, se volvieron a entregar dos prototipos del P.3302 (ya entregaban 500kp) para montarlos en el Me 262 V1, y el 25 de marco del 42, con Fritz Wendel a los mandos, el avión despegó. A partir de ahí, problemas. Tras el largo despegue, los motores fueron reducidos de potencia durante 20 segundos, durante el ascenso a 1000 metros, y a 340km/h. Una vez nivelado, a unos 400 a 450km/h, Wendel intentó reducir la potencia de los motores, pero no pudo reducir sus rpm por debajo de las 7000 vueltas, con un empuje estimado de 200kp; lo que evidenciaba falta de control sobre el motor. Poco después, con las sondas de combustible indicando 100litros, empezaron los problemas en la presión de inyección del motor de babor, intentando el piloto apagarlo quitando gases; pero en ese proceso, inadvertidamente también se cortaron gases del de estribor, que se apagó, con las RPM cayendo de 7000 a por debajo de las 2000. Se pudo aterrizar, a pesar de un incidente posterior con el tren de aterrizaje. Cuando el Me 262 V1 fue reparado, ya montó dos Jumo 004 B-0.

Definitivamente, había mucho que trabajar. Los datos definitivos para la serie P.3302 V1 al V10 fueron de 500kp a 9000rpm y un peso de 750kg, y un diámetro de 0’69m.

Y se pasó a construir la siguiente serie de prototipos, los V11 a V14, durante el verano del 42, mientras el ejército Alemán se acercaba a Stalingrado, y se retiraba de Egipto. Se usó un nuevo compresor, que daba un 30% más de flujo de aire, y una relación de compresión ampliada de 3’1:1 a 9.000-9.500 rpm. Este nuevo compresor fue diseñado y construido en Spandau, y tenía siete etapas, en vez de las seis anteriores; los perfiles de sus alabes había sido cambiado a un tipo NACA más grueso, y el 30% de la subida de la presión ocurría ahora en las láminas del stator.

Por supuesto, se cambió la turbina. Sus alabes, tenían un borde de ataque más redondeado, y un borde de ataque más largo y fino. La refrigeración fue mejorada, con aire inyectado por los dos lados de la rueda de la turbina, y dirigido a las raíces de los alabes huecos. Éstos, ya no se soldaban a la rueda, sino que tenían una raíz más larga, y se aseguraban mediante pasadores. Además, los tirantes de metal curvado que formaban las toberas de entrada a la turbina, fueron sustituidos por perfiles aerodinámicos huecos, más eficientes, rígidos y resistentes, y que además permitían la refrigeración.

La cámara de combustión, por el contrario, seguía siendo del tipo de deflector anular perforado, con inyección de combustible “aguas arriba”, en la zona de flujo turbulento, y sin división de flujo de aire entre primario y secundario.

Imagen
BMW P.3302 (V11 a V14); Carenado admisión original
1- Admisión.
2- Admisión de aire de refrigeración.
3- Radiador de aceite.
4- Tanque de aceite.
5- Soporte principal.
6- Compresor axial de 7 etapas.
7- Tobera de salida fija.
8- Turbina de etapa simple.
9- Entrada de aire de refrigeración a la turbina.
10- Cámara de combustión anular.
11- Placa deflectora.
12- Acoplamiento flexible.
13- Sellado laberíntico.
14- Bomba de aceite.
15- Accesorios
Nota: Fíjense sobre todo, en cómo la cámara de combustión no tiene flujo secundario, la posición de la placa deflectora anular, y la posición del inyector (aunque no tenga numerito), en la entrada de la cámara, antes de la placa deflectora.


Las pruebas en bancada comenzaron con el V11 hacia el final del 42, pero no hubo intentos de volver a propulsar con él otro vuelo, aparte de los realizados bajo un Me 110. Durante las pruebas, se añadió un nuevo carenado de admisión, y empezaron las pruebas con una tobera de salida de área variable. El nuevo carenado era mejor para altas velocidades, diseñado por Dr Küchemann de la AVA.

Las primeras pruebas resultaron en 550kp de empuje estático… Pero seguían revelando deficiencias en prácticamente todo, problemas de vibraciones en la primera etapa del compresor, con fracturas incluidas, por ejemplo. Pero sobre todo, los problemas relativos a un erróneo concepto de diseño de la cámara de combustión, como ya se ha comentado.

Los datos para esta serie de prototipos, serían: Empuje de 600kp a 9.500rpm y peso de 650kg. Relación de compresión de 3:1, flujo de aire de 18’8kg/s, y diámetro de 0’69m.

Saludos
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BMW 003 (IV)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Y por supuesto, la historia del desarrollo del BMW 003 seguía..

Hacia finales del 42, los mayores problemas de los prototipos habían sido arreglados, o indentificados y estaban en vías de solución. Y como resultado de todos esos arreglos, un nuevo motor estaba en fase final de diseño; esta vez, la responsabilidad dera de Hans Roskopf, nuevo diseñador jefe en Spandau. El P.3302 había recibido ya la designación 109-003, los modelos de preproducción designados con el sufijo A-0, y como A-00 los resultantes de refinamientos, aún necesarios, sobre los A-0.

Entre los más importantes arreglos incorporados en estos A-0, estaban los relacionados con el compresor. Concretamente, la primera etapa del compresor había sufrido problemas que ocasionaban su fallo en una hora de funcionamiento. Para averiguar qué podía pasar, se abrió una ventana en el carenado del compresor, alrededor de la primera etapa de éste, que se cubrió con plastico; y en la punta de uno de los alabes del compresor, se fijó un pequeño punzón, con objeto de que éste marcase el camino seguido por el propio álabe durante su funcionamiento. De este modo, se comprobó que el alabe, que tenía una longitud de 75mm, tenía un movimiento vibratorio en su punta con una amplitud de 2mm, a la velocidad de 9500rpm, lo cual terminaba por romper la pieza. Se vio que ese movimiento vibratorio se producia cuando el alabe atravesaba, a una velocidad igual a la frecuencia natural de oscilación del mismo, la onda de choque aerodinámica generada por los montantes del motor situados delante del compresor. De modo, que se rediseñaron estos montantes, se redujo su número y su posición se adelantó, y los propios alabes fueron engrosados, aumentando su frecuencia natural de oscilación. Esto curó el problema, aunque redujo ligeramente el rendimiento de la compresión.

Otro problema importante, como se había comentado, era la cámara de combustión. Esta vez, para los 003 A-0, ya se adoptó el sistema de división del flujo de aire en primario y secundario. El flujo primario (60-70% del total) pasaba a unos conos quemadores, donde se mezclaba con el combustible y ardía; mientras que el secundario pasaba alrededor y se mezclaba con los gases calientes antes de la turbina. Existían 16 conos quemadores con su inyector de combustible, y su suministro de aire alrededor de este. Detrás de los conos quemadores, se producía la combustión, e inmediatamente detrás estaban ochenta extensiones huecas que se introducían en la cámara de combustión, desde las paredes internas y externas, y por los que el flujo de aire secundario se mezclaba con el primario, para dirigirse juntos en dirección a la turbina; posteriormente se admitió una pequeña cantidad de aire alrededor de los quemadores, para refrigerar mejor estos y reducir la temperatura de la llama.

Imagen
Foto de la sección de combustión del 003 A-0 y sucesivos: En rojo el flujo primario, con círculo en la zona de combustión, tras el inyector de combustible (pieza en negro que llega del exterior); en verde, el flujo primario que rodea la cámara de combustión, hasta introducirse en ésta por las extensiones interiores y exteriores.

Imagen
Esta, es una vista extraída de la página http://www.gdrecon.co.uk/jettech2.html, en la que se aprecian tres de los 16 quemadores desde la parte posterior del motor

Este diseño, fue un éxito, con una eficiencia del 90%, y control óptimo sobre temperaturas y presiones en el sistema.

También, se efectuaron mejoras en la turbina. Previamente se habían usado para la misma álabes contruidos con dos mitades soldadas. Ahora, se probaron alabes procedentes de forjado, que resultaron mejores, pero inadecuados para la producción masiva. De modo, que BMW desarrolló unas nuevas procedentes de hoja metálica doblada y soldada en el borde de fuga; dentro de esta carcasa exterior, había otra interna que dejaba un pequeño hueco con la anterior, la externa, y por ese hueco pasaba el aire a presión destinado a refrigeración, por tanto, sólo una delgada capa de éste era necesaria, y ello conducía a que sólo el 2% del aire comprimido era destinado a este propósito. Además, esta carcasa interior, hacía de refuerzo estructural de la exterior, amortiguando las vibraciones de ésta. Esta estructura era soldada a un pie dentado, que tenía aperturas para la dejar pasar el aire de refrigeración y el pie era encajado en la rueda de la turbina, con anillos fijados por delante y por detrás para evitar el movimiento longitudinal del conjunto del alabe, y que éste se saliera de la rueda de turbina. Notar, que esto que digo no se ve muy bien en la foto anterior, porque no a parece el detalle de construcción del alabe de la turbina. Sí se ve, o se intuye, cómo parte del aire de compresión, pasa a ser dirigido directamente a la base de los álabes.

El diseño de la turbina del 003, tenía otras ventajas, no sólo era considerablemente robusta y duradera, unas veinte horas de vuelo, sino que fue diseñada, en el motor, para poder ser retirada en caso de necesidad (por ejemplo, para reemplazarla antes del fallo) sin desmontar el motor del avión, una ventaja que no tenía el 004.

Seguirá, por supuesto.

Saludos
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BMW 003 (V)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Nota: He editado el post anterior para añadir una foto que considero interesante.

.........Y siguiendo:

El 003 A-0, y A00, introdujeron un nuevo diseño en la tobera de salida, usando para variar el área efectiva de la misma una bala retráctil, accionada por un motor eléctrico a través de un sistema de engranjes y varillas, el sistema era refrigerado por aire. Otra modificación en los A-0, eran un nuevo sistema de lubricacion, y el uso de cojinetes de bolas como elementos antifricción. También se incluía un motor Riedel de dos tiempos, en el cono de proa, para arrancar el motor. De modo que ahora procede a situar algunas fotos más, para tener clara la apariencia de este motor, en su versión cuasi definitiva.

Imagen
Motor riedel de arranque, y elementos asociados, situado en el cono de proa del motor, cuyo carenado ha sido retirado.


Imagen
Vista de la parte anterior del motor, con el cono de proa removido permitiendo ver parcialmente el motor riedel; la toma de aire, y el compresor, más diversos elementos auxiliares. Foto tomada por Paolo Pisani, extraída de la página http://www.enginehistory.org/


Imagen
Foto ya puesta anteriormente, en la que se ve la sección de la cámara de combustión.


Imagen
Turbina, vista desde la parte posterior, se ve en parte, el mecanismo de actuación del sistema de actuación sobre la bala de salida


Imagen
Aquí, otra vista del motor, angulado desde su parte posterior.

Pondremos más fotos más tarde.

Bueno, estos modelos A-00 y A-0, funcionaban, lo suficiente como para ponerse a hacer pruebas en vuelo, inicialmente sospendido bajo un Ju-88, cosa que ocurrió en Octubre del 43, más tarde de la batalla de Kursk. Con unos pocos ajustes, el motor daba 800kp a 9.500rpm, y sobre todo, funcionamientos de 20 horas (hoy parece poco pero entonces era un triunfo). El peso era de 570kg, el diámetro de 0'69m y la longitud de 3'565m con la bala de salida extendida. Chupaba unos 1'35 a 1'4 kg/s de combustible, y 19'3kg/s de aire, comprimido a 3'1:1.

Para finales del 43, ocurría que el Junkers Jumo 004 había ya tomado cierta delantera para equipar a los primeros aparatos de producción, pero se veía, que el BMW 003 tenía ciertas características más interesantes y prometedoras (como así fue tras la guerra, por cierto) de modo que no iban a desaprovecharlo... Para empezar, el Arado Ar 234 V8 (GK+IY, c/n: 130 008) fue equipado con cuatro motores 003 A-0 montados en carenados de dos en dos, volando el 4 de febrero del 44; y luego el Ar 234 V6 (GK+IW, c/n: 130 006) con otros cuatro, montados individualmente, volando el 25 de abril del 44. Más tarde comentaremos algo de cómo fueron esos vuelos.

Saludos
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BMW 003 (VI)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Bueno, antes de contar brevemente el tema de los vuelos del BMW 003, y su empleo operativo, creo que es mejor enseñar un par de dibujitos de la estructura interna denitiva o casi definitiva de este motor, para el deleite visual, merece la pena poner un post sólo para ello:

Imagen
Vista parte anterior del motor BMW 003 de producción, este gráfico, puede ser visualizado on line en la siguiente dirección: http://ba.e-pics.ethz.ch/link.jsp?id=Dia_240-405

Fíjense, en varias cosas: En primer lugar, en el carenado de la toma de aire, en su parte superior se encuentra un depósito de aceite, que alimenta el radiador de aceite anular que había alrededor de esta toma de aire, noten cómo su posición cambió respecto a la probada en los prototipos (Ver esquemas anteriores). En segundo lugar, fíjense en el motor riedel de arranque, situado en un buje delante del cajón de engranajes, fíjense también, en la anilla que se usaba para tirar de ella y arrancar el motor. En versiones de preproducción A-0 y A-00, no se hacía así, sino que el motor se arrancaba mediante un motor externo, que se engranaba mediante un eje en este punto. Como el sistema Hucks para arrancar motores de hélice, con camioneta y todo... Tras el motor riedel, hay un cajón de mecanismos, con engranajes, árboles, o rodamientos, para soportar el eje del motor, y mover elementos auxiliares, generadores o bombas. Después, está el compresor, y depués, el cajón que aloja diversos mecanismos adicionales, como el acoplamiento de los ejes del compresor, y la turbina. Empieza aquí la sección de combustión.



Imagen
Vista parte posterior del motor BMW 003 de producción, concretamente un A-2, o A-1 tardío, distinguible por las dos aletas de la "bala" de salida; este gráfico, puede ser visualizado directamente on line, en la siguiente dirección (pasen y vean, merece la pena): http://ba.e-pics.ethz.ch/link.jsp?id=Dia_240-406

En esta parte del diagrama, aparece la sección de combustión, fíjense en la cámara anular, comparando con las fotos que puse anteriormente, luego la turbina de una sóla etapa. Y la bala de salida, con su mecanismo de actuación; esta tiene un diseño diferente de la del Jumo 004, pero funciona igual.


Y ahora, aún otro gráfico (en realidad Edito: NO es el mismo) por si alguien no lo tiene claro:

Imagen
BMW 109-003 A-0
1- Tanque de aceite.
2- Tanque de combustible del motor de arranque.
3- Motor de arranque Riedel AK-11.
4- Caja de engranajes auxiliar.
5- Compresor axial de 7 etapas.
6- Camara de combustión anular.
7- Turbina de etapa simple.
8- Engranaje actuador del cono de escape.
9- Tobera de salida de área variable.
10- Rodamiento de bolas posterior.
11- Eje rotor hueco.
12- Inyector de combustible.
13- Acoplamiento de ejes (el de la turbina, y el del compresor).
14- Rodamiento de bolas anterior.
15- Radiador de aceite.


Bueno, con esto, teneis que ser capaces de desmontar y montar un motor de estos, con los ojos vendados, en tiempo récord.

Saludos
Última edición por Quinto_Sertorio el 09 Dic 2009, editado 2 veces en total.
Razón: Alguna correrreción menor
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BMW 003 (VII)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

¡Báh!, es que me apetece contar algo más acerca de las cámaras de combustión del BMW 003, porque realmente aquí estuvo la auténtica clave que diferenció el éxito o el fracaso de los turborreactores de primera hora. En particular, de este motor de la BMW.

Recordemos, que la cámara de combustión, es el lugar en el que el oxígeno del aire, previamente comprimido, se mezcla con el combustible, mezcla que adecuadamente encendida entra en combustión, liberando la energía propia de esta reacción. Implicitamente, estamos introduciendo dos condiciones absolutamente necesarias para que funcione: Que la mezcla entre aire y combustible debe realizarse de modo eficaz, y que la combustión debe realizarse de modo estable y controlado. Tengamos en cuenta, que el compresor, proporciona un flujo de aire comprimido; hay que mezclar muy bien el combustible en este flujo de aire, no vale echar un chorro de gasolina por las buenas; y después, hay que evitar que el mismo flujo de aire comprimido, se lleve la llama. Es exactamente igual que cuando encendeis una cerilla, ¿Como la apagais? Soplando: Separais la llama del combustible, y la reacción se termina. Pues es lo mismo que puede pasar en la cámara de combustión, el flujo de aire se lleva la llama, y adiós...

Obviamente, los ingenieros alemanes de la época, no eran tontos (al contrario que algunos actuales con los que tengo cierto trato profesional, pero esa es otra historia para no dormir); por ello hicieron pruebas y vieron que con velocidades de flujo de aire de 70m/s, como las esperadas; para mantener una combustión estabilizada tenían que desarrollar ésta en un ambiente un tanto especial: Un vórtice o remolino, con flujo turbulento y reverso al del flujo principal de aire. Para que lo entendais: Llenais la bañera de agua para un placer acuático, y antes de introducir las sales de baño, la espumita y a la amiga especial, meteis vuestra mano empujando el agua de un lado a otro; vereis que delante de vuestra mano empujais el agua, y por detrás se forma un remolino que sigue vuestra mano, a medida que el agua llena el espacio creado por ésta en su movimiento. Pues igual. Análogamente, es ahí donde puede estabilizarse la combustión, entre el compresor de un turborreactor y la turbina del mismo. Queda el tema del diseño de detalle de una estructura que pueda llevar a cabo esta función. Y ahí, por falta de experiencia en este apartado tecnológico concreto, se trató de intentar unas estructuras, probar, reprobar... Hasta dar con la tecla correcta.

Y esto no fue fácil, como hemos comentado. En la gráfica siguiente, del libro Aeronautical research in Germany: from Lilienthal until today; Ernst-Heinrich Hirschel,Horst Prem,Gero Madelung. Ed Springer aparecen en concreto tres variantes empleadas en el desarrollo del BMW 003; pongo la gráfica, y luego explico cómo van....

Imagen

Disculpadme, tengo que salir un momento, luego sigo y completo.

Edito, al día siguiente....

Bueno, en la imagen anterior, se ven tres de las estructuras básicas que se intentaron durante el desarrollo de la cámara de combustión del BMW 003, Si se fijan, la última de las tres es la definitiva, que se ve en el diagrama que puse del BMW 003 "definitivo", mientras que la primera, es aparentemente la que figura en el diagrama del proyecto P.3302 prototipos V11 a V14. En realidad la cosa es un poco más compleja, pero veamos, he tratado de dibujar de modo simbólico unas secciones longitudinales con colorines:

A) Primera variante,

Imagen

En la cámara de combustión anular (en forma de anillo tras el compresor) se dispusieron una serie de placas circulares individuales PERFORADAS (en negro discontinuo), en cuya parte anterior (en dirección al compresor, de donde venía el aire) se dispuso un inyector (violeta) que proyectaba sobre éstas el combustible pulverizado (en verde). Se esperaba, que el combustible pasara por las perforaciones, vaporizado por el calor de la placa y empujado por la presión, donde se encontraría con la turbulencia reversa de aire, y allí, tras la placa, se produciría la combustión (en rojo). El sistema falló, porque el combustible no pasaba como se esperaba, la turbulencia no estaba controlada, parte del combustible se escapaba por los lados, y la combustión se adelantaba o se separaba de la placa.

Se trató de mejorar sustituyendo las placas individuales con un anillo continuo perforado, pero el resultado era el mismo, o semejante.

b) Segunda variante.

Imagen

Se cambió la posición del inyector, para disponerlo detrás de las placas/anillo, disparando fuel en dirección contraria al flujo general de aire, contra la parte posterior de las placas, haciendo que éste se mezclara desde el principio con el flujo turbulento. Tampoco funcionó, porque seguía siendo imposible controlar la zona de combustión, la posición de la mezcla de fuel y aire turbulento.

c) Tercera variante.

(Y definitiva)

Imagen

Ahora, hay en primer lugar una separación entre flujo primario, y flujo secundario de aire. Pasando éste último por fuera de la cámara interior en la que se produce la combustión. En ésta división, se encuentra un cono (visto en fotos de post anteriores) en cuyo centro está el inyector; Este cono crea eficazmente (cosa que no hacía una simple placa, esto es cuestión de física de fluidos) un remolino que mezcla el aire con el combustible, produciéndose la combustión en esta cámara interior. Al final de la misma, este flujo primario "quemado", se mezcla con el flujo secundario que había pasado alrededor, y que "entra" por las extensiones triangulares que rodean la cámara por ambos lados, interior y exterior, y que se han podido ver en las fotos anteriormente puestas.

Bien, más adelante lo mismo entro de nuevo a matizar algunas cosillas. Pero bueno...

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BMW 003 (VIII)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Hola de nuevo. Tal vez sea un poco pijotero, pero quiero comentar alguna cosilla más sobre la turbina. Ésta es, como hemos visto, el elemento que toma del chorro de combustión, que sale de la cámara de combustión, la energía suficiente para actuar moviendo el compresor, y el resto de los elementos del motor que lo requieran, incluyendo bombas de aceite o generadores de electricidad, u otros elementos auxiliares del aparato. Obviamente, debe guardarse una relación, un equilibrio en el motor, entre el número de etapas de la turbina, el número de etapas del compresor, o la potencia del chorro. Y por supuesto hay multiples variantes y diseños posibles de la etapa de turbina. Para los turborreactores alemanes de clase I, como los 004 ó 003, bastaba y era adecuada una etapa de turbina.

La turbina en sí, esta formada por una rueda perpendicular al eje del motor, en torno a la cual se insertaban de una u otra forma los alabes. Éstos, son aeroperfiles que recogen la energía del chorro. Pero lo mismo que los alabes del compresor, pueden ser del rotor (los que rotan) o del estator, que permanecen fijos; los alabes de la turbina pueden y de hecho suelen ser ayudados en su función por otras formas análogas a los alabes del estator del compresor. Estas formas fijas, denominadas en inglés “guide vanes”, o alabes o guías deflectores en español, desvían en cierta extensión el chorro de aire, de modo que este incida de modo más conveniente sobre los alabes de la turbina, facilitando la recogida de energía por éste, en las siguientes figuras se ven representado este hecho:

Imagen
Turbina, con el eje de la misma, que iría a mover el compresor; se ven los alabes móviles y los fijos.

Imagen
Simulación del flujo de aire entre los alabes fijos y los de la turbina propiamente dicha.


En el motor BMW 003, se ve en la figura siguiente la posición de ambos elementos:

Imagen
Parte trasera del BMW 003, en rojizo el álabe de la turbina, y en azul las guías deflectoras.

Y ¿cómo se insertaban los alabes en la rueda de la turbina? Por supuesto hay multitud de diseños diferentes, pero básicamente podríamos mencionar dos líneas muy diferentes: Una es que los alabes sean situados en la rueda, y posteriormente soldados. Si no recuerdo mal, esto era hecho en el Jumo 004. Y la otra es que los alabes sean situados de modo que su unión a la rueda sea flexible como en el 003. En un caso se busca rigidez, en el otro flexibilidad. ¿Qué es mejor? Pues depende del diseño concreto. El montaje del 003, tenía la ventaja de ser más adecuado para reparaciones, el del 004 era mejor para una producción más rápida.

También el diseño de los alabes de la turbina del 003 varió durante su diseño, ya lo hemos mencionado, pero ahora procede poner un par de dibujitos:

Imagen
Variante inicial (1) y mejorada (2) de inserción de álabes huecos en la rueda de la turbina.

La imagen anterior no se ve muy bien, pero a la derecha, se aprecia un corte del alabe, en el que se aprecia la camisa interior de refrigeración del mismo. La primera versión fue la inicial intentada usando alabes huecos, y la segunda una versión mejorada, aún no definitiva.

Imagen
Montaje definitivo de los alabes en la rueda de la turbina.

Esta imagen anterior representa el diseño definitivo del alabe, difiriendo de la versión (2) de la imagen anterior en el esquema de la raíz del alabe. Si se fijan en la figura anterior, en la rueda de la turbina hay una serie de ranuras longitudinales en las que se insertan las bases de los alabes y se fijan mediante la inserción (por delante y por detrás) de varios pasadores. Esta unión dispone de una cierta flexibilidad, y permite el reemplazo de los alabes, en caso necesario. Por cierto que este sistema se empleó también en los motores ATAR de los Dassault Mirage… En la parte superior de la raiz, está la apertura por la que entra el aire comprimido de refrigeración.

Y a efectos de comparación (debí ponerlo antes pero no disponía de esta imagen) pongo la solución usada en el Jumo 004:

Imagen
Montaje de alabes en la turbina del Jumo 004 B (concretamente, me parece que es del B-4, que incorporaba estos álabes huecos)

Fíjense, en que en esta ocasión los alabes tienen una base cuadrada que se inserta en un taco cuadrado de la rueda de la turbina. Y ahora noten que existe una apertura de alineamiento en la base del alabe, y un surco en el taco para el fundente, que permiten soldar correctamente (unión rígida por tanto) el alabe a la rueda de la turbina. Noten los dos canales (“Bleed air cannels”) que llevan aire comprimido para refrigeración de la rueda de la turbina, al alabe.

Seguirá, y seguirá…

Nota adicional: Si se fijan en las fotos del post del 22 de septiembre, verán tanto los alabes deflectores, como los alabes de la turbina, propiamente dichos.

Saludos
Última edición por Quinto_Sertorio el 09 Dic 2009, editado 1 vez en total.
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Re: BMW 003 (VII)

Mensaje por MiguelFiz »

Imagen Esta uno aprendiendo con estos temas como nunca Quinto.
Quinto_Sertorio escribió:Que la mezcla entre aire y combustible debe realizarse de modo eficaz, y que la combustión debe realizarse de modo estable y controlado. Tengamos en cuenta, que el compresor, proporciona un flujo de aire comprimido; hay que mezclar muy bien el combustible en este flujo de aire, no vale echar un chorro de gasolina por las buenas; y después, hay que evitar que el mismo flujo de aire comprimido, se lleve la llama. Es exactamente igual que cuando encendeis una cerilla, ¿Como la apagais? Soplando: Separais la llama del combustible, y la reacción se termina. Pues es lo mismo que puede pasar en la cámara de combustión, el flujo de aire se lleva la llama, y adiós...
A ese fenomeno los anglosajones le denominan Flameout... cuando por la razon que sea se extingue la flama en la camara de combustion de un motor a reaccion.
Actualmente leyendo...
  • "The Impact of the Russo-Japanese War" de Rotem Kowner
    "The abyss. World War I and the end of the first age of globalization" de Niall Ferguson"
    "Lost at Nijmegen: A rethink on operation 'Market Garden'! de R.G. Poulussen
--------------------------------------
...las tropas afganas tienen 300,000 elementos bien equipados, tan bien bien equipados como cualquier ejercito en el mundo, y una fuerza aerea, contra unos 75,000 talibanes. NO ES INEVITABLE la toma de Afganistan por los talibanes.

Respuesta a la pregunta de un periodista el 7/julio/2021 de Joe Biden, comediante, entrenador de amigos imaginarios y presidente aficionado
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Re: BMW 003 (VII)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

MiguelFiz escribió:Imagen Esta uno aprendiendo con estos temas como nunca Quinto.
Quinto_Sertorio escribió:Que la mezcla entre aire y combustible debe realizarse de modo eficaz, y que la combustión debe realizarse de modo estable y controlado. Tengamos en cuenta, que el compresor, proporciona un flujo de aire comprimido; hay que mezclar muy bien el combustible en este flujo de aire, no vale echar un chorro de gasolina por las buenas; y después, hay que evitar que el mismo flujo de aire comprimido, se lleve la llama. Es exactamente igual que cuando encendeis una cerilla, ¿Como la apagais? Soplando: Separais la llama del combustible, y la reacción se termina. Pues es lo mismo que puede pasar en la cámara de combustión, el flujo de aire se lleva la llama, y adiós...
A ese fenomeno los anglosajones le denominan Flameout... cuando por la razon que sea se extingue la flama en la camara de combustion de un motor a reaccion.
Pues sí, flameout, lo que ocurre es que en alemán (que es lo que procedería) no sé cómo se dice :) Ahora bien, desde luego la producción inicial de un turborreactor debía evitar ese fenómeno, el tema del diseño de la cámara de combustión y en particular la distinción entre flujo primario y flujo secundario, era clave. Sin embargo, el flameout, por una u otra causa es aún un problema y una amenaza relativamente "habitual" incluso en los turborreactores modernos. Lo que dice mucho de la dificultad del tema. Y del mérito de los diseñadores aquellos de primera hora....

Saludos
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BMW 003 (IX)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Bueno, como se había comentado, se hicieron pruebas muy interesantes con prototipos del Arado Ar 234 equipados con cuatro motores BMW 003.

El primero fue el Ar 234 V8 (GK+IY, c/n: 130008) que con cuatro 003 A-0 montados en pares, voló el 4 de febrero del 44, pero los motores tuvieron que ser pronto cambiados, y además se detecto que entre el fuselaje y los carenados de los motores se producían ondas de choque perjudiciales. Posteriormente, el Ar 234 V6 (GK+IW, c/n: 130 006) fue equipado con otros cuatro 003 A-0, en carenados individuales, volando el 25 de abril del 44. En esta prueba, el piloto se cansó rápidamente como consecuencia de que el motor no tenía un controlador automático (automatic speed governor en terminología anglosajona) para manejar empuje, rpm, inyección de fuel, etc; el piloto tenía que hacerlo todo a mano con los cuatro motores; además, se comprobó que los cuatro motores separados producían interferencias aerodinámicas entre ellos; finalmente, en el séptimo vuelo los cuatro motores fallaron y forzaron al piloto, Ubbo Janssen, a demostrar su valía con un perfecto aterrizaje de emergencia. El siguiente vuelo, fue realizado el 6 de septiembre del 44 con el prototipo V13 (PH+SU, c/n: 130 023), con los cuatro motores 003-A1 pareados en carenados mejorados, en esta ocasión el avión fue dañado en el aterrizaje de emergencia que siguió al fallo de tres de los cuatro motores.

Los Ar 234 de las series C, equipados con estos cuatro motores, hubieran sido unos aparatos muy interesantes. Si con dos motores 004 los arados eran muy difíciles objetivos para la caza aliada, con cuatro motores hubieran sido unos bichos casi inmunes. Por lo menos durante dos o tres años.

Imagen
Los prototipos V8 y V6 del Arado Ar 234

Para agosto del 44, se había construido un centenar de 003 A-0, y unos sesenta de ellos habían volado, con unas 4000 horas de funcionamiento. Sin embargo el 003 seguía por detrás del 004, seguía habiendo problemas de fiabilidad, y aún hubo otro retraso cuando por especificación oficial, se obligó a adaptar el motor para funcionar con el combustible J2, sin embargo las ventajas del 003 eran obvias, cámara anular, menor peso y sección, y mayor potencial de desarrollo. Los modelos A-0 corresponden prácticamente al diagrama visto en el último lugar y a los datos puestos anteriormente.

Por su parte, el modelo A-1 es idéntico al A-0, prácticamente en todos los números principales, pero con una diferencia fundamental: El A-1 fue rediseñado y adaptado para su puesta en producción masiva. En efecto, antes de poner el motor en producción, se encargó a un tal Dr Fattler, que realizara un rediseño del motor, orientándolo hacia la simplificación de piezas (por ejemplo, sustituyendo piezas torneadas o fundidas por otras de hoja metálica estampada), abaratamiento, o disminución de las horas dedicadas a su producción. Para ello, el Dr Fattler debía usar su experiencia con técnicas de producción masiva ganada en la industria automovilística norteamericana, antes de la guerra. Naturalmente estalló una pequeña guerra entre Fattler y el equipo de Oestrich, buscando el compromiso entre la calidad, y la cantidad. Al final, el objetivo de construir el motor en 500 horas-hombre, se quedó en una buena cifra de 600, frente a las 700 empleadas en el 004; y el empleo de níckel llegaba a ser de 0’6 kg, menos que para el motor de Junkers. Ya de paso, al tiempo que se rediseñaba para la facilidad de construcción, también se mejoraron algunos otro detalles frente al A-0, por ejemplo en la fijación de alabes a la rueda de la turbina; lo que con otras mejoras menores lograron aumentar a 50 horas el tiempo de funcionamiento previsto del motor, no estaba mal. También empleaba la versión A-1 un controlador o “gobernor”, “prestado” del 004, que regulaba los parámetros principales de funcionamiento del motor, como las RPM o la inyección de combustible; con lo que se convertía en un motor práctico para su uso real. Además el A-1 ya incorporó el motor de arranque Riedel, en el buje de la toma de aire.

En conjunto, se puede describir al BMW 003 A-1 como un motor de 800 kp de empuje estático, ó 705 kp a 900km/h a nivel del mar, a 9.500rpm. Con un peso de 570kg, un diámetro de 0’69 m, y 3.565 m. de longitud con la bala de salida extendida, el flujo de aire era de 19.3kg/s y la relación de compresión de 3.1:1.

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BMW 003 (X)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Hola de nuevo, por ir avanzando un poquito....

Ya hemos visto cómo se llegó al BMW 003 A-1, esta fue la primera variante definitiva de este motor que entró en producción serie real, el primero de éstos fue entregado en Octubre de 1944 de la factoría de Zühlsdorf, a donde se habían trasladado los trabajos desde Spandau. Este traslado se había debido, ya los sospecharán, a los problemas derivados de los ataques aéreos aliados, que inevitablemente obligaron a llevar a cabo un programa de dispersión, especialmente después de que un bombardeo en febrero del 44 causara serios daños a las instalaciones de BMW; ese programa de dispersión y "enterramiento" no estuvo completo hasta octubre/noviembre del 44. Cuenten ustedes los meses, y tendrán la cifra del retraso final en la puesta en producción del 003. Así son las cosas, cuando tienes que perder una guerra, no te escapas...

En el modelo siguiente, el 003 A-2, se hicieron cambios adicionales con el fin de facilitar la producción, y algunas mejoras (siempre hay alguna mejora): Simplificaciones de algunos componentes y refuerzo de otros, lo que hacía del A-2 30 ó 40 kg más pesado que el A-1, pero más confiable. Los álabes de la turbina, habían sido reducidos en número (de 77 a 66) y engrosados de 2'15 a 2'65 mm. Además, se añadieron dos aletas muy características en la "bala" o cono de salida, que se ven fácil en las fotos, y que reducían vibraciones (no obstante, aunque estas aletas con típicas de los A-2, también fueron añadidas a ejemplares tardíos de A-1). En la bancada de pruebas, parece ser que motores A-2 fueron capaces de dar 1.200 kp de empuje, pero los entregados estaban autorizados para dar empuje similar a los A-1. De modo que una descripción numérica del A-2 es en la práctica la misma que para el A-1.

No sé si ya para el A-1, pero claramente para el A-2, se obligó oficialmente a que pudiera funcionar con combustible J2, ya probado en el 004. Y la solución más sencilla fue modificar ligeramente los quemadores y el sistema de distribución de combustible, según el modelo Junkers. Que se añadió al sistema de control de empuje ya tomado prestado del 004. Al final, de hecho, el empleo del J2 fue muy beneficioso porque la distribucion de temperatura en la cámara de combustión, resultaba más uniforme y controlable.

Estas versiones A-1 y A-2 estaban diseñadas para "colgar" del ala. Pero para ser situadas en el dorso del Salamander, se produjeron los modelos 003 E-1 y 003 E-2, que eran respectivamente los A-1 y A-2, sólo que con los elementos auxiliares de alrededor del eje motor reubicados en la "chepa" característica de estos motores; para poder montarlos sobre el fuselaje del avión.

En el próximo post, comentaré algo sobre las veriones C, D y R del BMW 003.

Saludos
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BMW 003 (XI)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Hola de nuevo.

Toca hablar un poco de tres modelos del BMW 003, que si bien no llegaron a entrar en produccion, si lo hicieron como prototipos, o bien llegaron a un estado muy avanzado para serlo, y son interesantes.

BMW 003 C

Este modelo C, era básicamente una variante que se pretendía que tuviera un mejor comportamiento en altura. Los primeros turborreactores, los 004 y 003, tenían una serie de inconvenientes en esta situación; como que a gran altura eran muy propensos al "flameout", o sea: Al apagado del motor. En estos casos, el reencendido en vuelo era dificil o imposible, y de ser posible, tenía que ser a muy baja altitud. Para continuar funcionando a gran altura, estos motores, en particular el 003, debían mantenerse a potencia máxima, y no tocarlos ni un pelo. La raíz de este problema estaba en el diseño, aún imperfecto, de las cámaras de combustion, y sus inyectores de combustible. Además, otros problemas importantes tenían que ver con la formación de hielo en el difusor (entrada) del motor, y en los álabes del compresor. Y además, hay que tener en cuenta que un avión diseñado para el vuelo a gran altura, y propulsado por estos turborreactores, debe prever la presurización de la cabina, y el aire comprimido debe ser tomado del propio motor. El modelo C trató de dar respuesta a estos problemas.

Por un lado, los inyectores del 003 estaban en teoría diseñados para funcionar hasta a 12.000 m. pero a partir de los 10.000 metros ya se podía esperar un "flameout" a poco que se tocara el mando de gases. La respuesta más rápida fue diseñar un juego doble de inyectores, uno "normal" y otro específico para grandes alturas, aunque se estudiaron otras posibilidades. Por otro lado, los diseñadores recurrieron a un compresor alternativo, que había sido diseñado por la Brown Boveri & Cie (BBC), a instancias de la Technisches Amt, como alternativa al compresor normal del 003 A-0. Éste compresor de la BBC era diferente respecto al diseño de la AVA, en que usaba un 50% de reacción en los alabes del estátor, de modo que compartía a partes iguales el incremento de presión, entre rotor y estátor. La intención era aumentar el rendimiento o eficiencia, la masa o flujo de aire, y la relación de compresión; a este compresor se le adjudicó el nombre de Hermso I (como si fuera un rey vikingo o algo así), y por sus características se vio que hubiera sido más adecuado para un modelo de altura del motor, el C, aunque no llegó a estar listo al final de la guerra. Otras mejoras en el 003 C, tenían que ver con reubicación de conductos, mejora del alojamiento del motor Riedel, mejoras en la cámara de combustión, incremento del diámetro del conducto de la turbina... Trabajos que se esperaban listos para julio... del 45. Mala suerte chicos.

El 109-003 C tenía un empuje estático de 900 kp a 9.800 rpm, con un peso de 610 kg.



BMW 003 D


El BMW 003 D, era un motor que usando el mayor número de partes idénticas que el 003 A, era un diseño nuevo, en realidad una evolución natural del 003. Usaba un compresor axial de nuevo diseño de 8 etapas, que daba un 30% más de flujo de aire, una mayor relación de potencia y mayor eficiencia. El diseño del compresor, fue empezado por la compañía Brückner-Kanis, en cooperación con la BMW, aunque existía la alternativa del Hermso II (realizado por la BBC antes mencionada, y que era una mejora a su vez del Hermso I) , ambas alternativas usaban una reacción en los álabes del estator del 50%. Además, incorporaría algunas de las mejoras preparadas para el 003 C.

No llegó a producirse ninguno, tampoco, pero se esperaba un empuje de 1100kp a 10.000 rpm por un peso de 620kg, con un diámetro de 0'7m y una longitud de 3'656m con la bala de salida extendida.

Con el permiso de ustedes, dejo el modelo R para mañana.

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BMW 003 (XII)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Hola de nuevo

BMW 109-003 R

Una de las desventajas que tenían estos primeros turborreactores, era la falta de aceleración, y de capacidad de trepada. Particularmente en el aterrizaje o el despegue, esa falta de agilidad del motor, podía ser un problema muy importante en un cielo infestado de enemigos esperando una oportunidad.

La respuesta obvia para solventar este problema, era usar cohetes, otro tema en el que los alemanes estaban muy bien preparados en aquella época. Con un cohete tenías empuje y aceleración instantátea, y muy importante; al precio de añadir peso y complejidad.

Una vez planteada la posibilidad de usar cohetes, había dos aproximaciones básicas: Emplear un cohete completamente independiente de los reactores, situado por ejemplo en el fuselaje del Me 262; o bien usar un cohete asociado al propio motor turborreactor. El 003 R daba vía a esta alternativa.

En realidad, ya antes del 43 se había investigado en el problema de obtener mayor empuje del mismo motor, con la tecnología disponible, y había tres soluciones básicas: Inyección de agua (solución que se ha empleado varias veces, en turborreactores), postcombustión (muy obvia pero compleja cuando aún no tenían completamente controlada la combustión en la cámara de combustión), y el empleo de cohetes. Con esta combinación, disponible rápidamente, se tenía un turborreactor para el vuelo normal, rápido pero de crucero; y un cohete para la aceleración y la trepada. Esta idea también era buena, suponiendo un diseño equilibrado, y de hecho fue también muy empleada en los primeros cazas de la era del Jet.

Además, BMW ya había también trabajado en cohetes, y el desarrollo prometía breve. De modo que el Technisches Amt aceptó la propuesta, y se plasmó en un contrato de septiembre del 43. El diseño iría un tanto separado, por un lado acabar con el 003, y por otro diseñar el cohete específico, proyecto al que se dió el nombre de P.3395 para la BMW, y de 109-718 para el RLM. La unión entre turbo y cohete, venía establecida no sólo físicamente (el cohete sobre la parte posterior del turborreactor), sino que además, las bombas de combustible del cohete o cualquier elemento auxiliar de éste serían accionados desde el conjunto de elementos auxiliares del turborreactor, que si recuerdan, eran movidos desde el eje del turborreactor, mediante engranajes, árboles, etc.

Durante los años previos de investigación en cohetes de la BMW, se había empleado inicialmente metanol (M-Stoff o Mell) como combustible, y ácido nítrico (SV-Stoff o Salbei) como oxidante. El ácido nítrico era peligroso, pero usando metanol, se podía conseguir un encendido seguro usando medios eléctricos o pirotécnicos. Más tarde el metanol fue sustituído por combustibles hidrocarbonados líquidos con mayor densidad, y más tarde por combustibles de aviación normales.

De todos modos, se buscaron otros sistemas que permitieran eliminar la necesidad de sistemas auxiliares de encendido (costosos y propensos a fallo), mediante un combustible que entrara en ignición espontánea con el ácido nítrico; tras varios avatares, llegaron a un grupo de combustibles llamados colectivamente R-Stoff o Tonka por la BMW. Eran aminas orgánicas de muy variada formulación, cuya gama fue reducida por motivos prácticos a tres, llamadas Tonka 93, 250 y 500. Estos fueron los empleados por BMW cuando el 109-718 empezó su desarrollo.

Un empuje inicial de 1.250 kp para un periodo de tres minutos era la especificación inicial. Las pruebas iniciales fueron problemáticas (como siempre, claro) debido a las altas temperaturas de la combustión; de modo que un curioso sistema fue empleado para refrigerar la cámara de combustion del cohete, usando los propios componentes, el salbei y el tonka como refrigerantes, formando dos capas concéntricas de estos líquidos alrededor de la cámara de combustión. El sistema funcionó "de sueño", permitiendo: Funcionamientos contínuos de hasta una hora, reducción del peso a poco más de 12 kg (debido a poder usar aleación ligera menos resistente al calor), y reduccion en el empleo de materiales estratégicos (siempre este problema, en Alemania); mejoras posteriores permitieron aumentar el empuje, o el consumo de combustible, aumentando el tiempo de funcionamiento en vuelo.

Este cohete, se montaba sobre el 003, con su cámara de combustion encima de la del turbo. Y sus bombas se accionaban como se ha comentado por medios mecánicos, desde la caja de engranajes principal del 003; usando un embrague electrohidráulico. Cuando éste llegaba a las 9.500 rpm. Cuando el piloto decidía, accionaba un interruptor que engranaba el citado embrague, tomando del eje del turbo, a través de su caja de engranajes principal, la energía para accionar las bombas de salbei y tonka. Una vez que estas elevaban la presión de estos componentes, las válvulas de presión se abrían, y les daban paso libre a la cámara de combustion, donde ésta se producía espontáneamente. No era posible graduar el empuje, pero sí apagar un cohete si el otro (caso del Me 262) fallaba.

Las primeras pruebas exitosas de la combinación 003 R, condujeron a una reunión el 19 de noviembre del 43 (fíjense, la fecha tan temprana desde el contrato, señal de que hubo muchísimo trabajo previo que pudo aprovecharse), para ir preparando la instalacion experimental en un Me 262. Para ello, se fabricaría una preserie del 003 R... Y aquí empezaron los problemas de verdad. :-e

El diseño del 003 R, había ido rápido, aparte de que el propio 003 aún tenía que madurar un poquito. Pero para construir la preserie destinada a pruebas operativas, el programa se retrasó un año entero, debido al efecto de los bombardeos, y la dispersión de la producción. Finalmente, en noviembre del 44 (exáctamente un año más tarde) dos 109-003 R fueron instalados en el prototipo del Me 262 C-2b, en Augsburg, con demasiadas prisas... En las primeras pruebas en suelo, llevadas a cabo en Lechfeld, uno de los cohetes estalló, por causa de una mala manipulación. No hubo otra oportunidad, hasta que éste Me 262 fue reconstruído, o se pudo emplear otro semejante para reanudar las pruebas. El 28 de marzo de 1945, el Flugkapitän Karl Baur voló finalmente, usando los cohetes una vez en el aire, con pleno éxito... Pero tarde, demasiado tarde. Sólo dos vuelos más fueron posibles antes de un fallo en uno de los turborreactores, y el fin de la guerra.

No se registraron, o no sobrevivieron datos del comportamiento de éste Me 262 C-2b, pero se esperaban, encendiendo los cohetes a 700km/h a nivel del mar, una trepada inicial de 5.100 m/minuto, altitud de 10.000m en 1 minuto 55 segundos, y 13.000m en 2 minutos 20 segundos. Y una velocidad de 900km/h a 9.000m.

Imagen
Imagen, bastante pobre, del BMW 003 R.

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Daimler Benz Db 628

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Hola.

Por salir un poco del tema de los turborreactores, quería comentar algo sobre este modelo de motor de la Daimler Benz, el Db 628.

En la página: http://www.ibiblio.org/pub/academic/his ... ngines.txt

Ofrece algunos detalles numéricos:
DB 628, Daimler-Benz
Development of the DB 605, fitted with a two-stage supercharger.
Abandoned in March 1944.
Type: DB 628A
Year: 1944 Country: Germany
Configuration: Twelve-cylinder inverted V, liquid-cooled,
supercharged, direct fuel injection,
geared 0.594 to 1.
Cylinders: Bore: Stroke: Capacity:
Compression:
Length: 2754mm Width: 903mm Height: 1227mm
Weight: 860kg
Power: 1475hp at MSL, max cruise 1310hp at MSL
Revolutions: 2800rpm
Consumption: SFC: 0.474 lb/hp/hr
Pero estos datos son insuficientes para hacerse una idea correcta de lo que era este motor, y son además muy dudosos.

Digamos, que a partir de cierto momento los alemanes se dieron cuenta de la necesidad de operar cazas, y motores para los mismos, adaptados a muy grandes alturas. Varios proyectos fueron dirigidos en ese sentido, entre ellos por supuesto los del Junkers Jumo 213E y el superlativo Fw Ta 152H. Pero además de estos, hubo algunos más.

En lo que se refiere a motores, por ejemplo éste que nos ocupa, el Daimler Benz Db 628. Como dicen los datos anteriores, se trata de un desarrollo del Db 605. Éste motor (el Db 605), no tenía malas características en altura en general; de hecho los compresores accionados mediante acoplamiento hidráulico de relación variable continua usados por los modelos Daimler Benz eran los que presentaban el mejor comportamiento global a todas las alturas. Pero (siempre hay un pero) había otros diseños que podían resultar mejores en algunas situaciones concretas, especializadas. Por ejemplo un griffón equipado con compresor de dos etapas y dos velocidades con intercooler, con relaciones afinadas para gran altitud, era mejor en esas condiciones. Además, el diseño básico del compresor alemán, se quedaba algo corto cuando ya hablamos de muy grandes altitudes, en el entorno de los 12.000 metros.

De modo, que se hacía interesante explorar el funcionamiento de uno de estos Db 605, con dos etapas de compresión en vez de una. Ahora bien, esas dos etapas de compresión, implicaban un rediseño fundamental de los mecanismos del db 605. Se podían poner dos etapas de compresión "juntas", como en el modelo británico, cosa poco práctica o dificil debido a la ubicación lateral del compresor de estilo alemán, si se quería emplear el motor con las menores modificaciones posibles... O se podía explorar una solución diferente, como la que se ve mejor en la gráfica siguente:

Imagen

En la imagen, se aprecia cómo esta segunda (y previa, según flujo de aire) etapa de compresión fue situada concéntrica con el eje de la hélice, en la parte frontal del motor. El aire comprimido en esta etapa se llevaba por el lateral a la entrada del compresor "normal" del Db 605; de modo que ya tenemos dos etapas de compresión. Esto significaba también, usar en el avión (aquí una variante del Me 109) un buje de la hélice hueco para usarlo como toma de aire; o bien un carenado del motor abierto de modo concéntrico al buje de la hélice. Asímismo, se aprecia en posición ventral una toma sobredimensionada para un refrigerador de aceite; lo que me lleva a pensar (es pura especulación por mi parte) que formaba parte, junto con el añadido ventral al motor, del sistema de refrigeración del aire comprimido; importante, recuerden, para evitar detonaciones prematuras y mejorar el comportamiento termodinámico de la combustión. En efecto, si se fijan, verán que la salida de la "espiral" de la 2ª etapa de compresion lleva a ese añadido ventral del motor, de donde pasaría a los cilindros tras ser refrigerado usando aceite, que a su vez es refrigerado en ese radiador de aceite ventral; de modo que esa caja añadida en el vientre del motor, sería lo que los británicos llamaban "intercooler" y los norteamericanos "aftercooler". Muy interesante solución.

Este proyecto fue cancelado, tal vez por presentarse problemas, o por el éxito de otros modelos, o por problemas de producción. En principio, yo pienso que pudo ser buena idea esta disposicion.

Saludos
Última edición por Quinto_Sertorio el 13 Dic 2009, editado 1 vez en total.
Razón: Algunas correcciones lingüisticas, que parece que cada vez escribo peor...
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por alejandro_ »

Quinto ¿Has pensado en subir la información a un blog o artículo? estaría muy bien poder juntarlo todo.

Unos datos que recopilé sobre el Jumo 213:

El Jumo 213A disponía de 4 modos de potencia extra:

1) Erhoehte Notleistung (Increased boost pressure - potencia extra de admisión).
2) Sonderstartspitze (Special take-off-potencia de despegue/emergencia)
3) Inyección de MW-50
4) GM-1

Erhoehte Notleistung se aplicaba dándole a un botón cuando el motor operaba en potencia de emergencia. La presión aumentaba en 0.2 atm hasta dar 1874CV@3250@1.7atm. El tiempo de utilización era de un máximo de 30 minutos.

El MW-50. El número se refiere a la cantidad de minutos que podías aplicar la potencia. La mezcla de metanol-agua permitía mayores presiones sin destruir el motor. Este sistema funcionaba de 2 maneras: a baja presión (0.6atm) y alta (4atm utilizando un compresor). El MW-50 era bombeado a 150 litros/hora y la capacidad del tanque era de 115 litros. La potencia llegaba a 2071CV@3250rpm@1.78atm El principal problema del MW-50 es que no se podía utilizar por encima de 5000 metros. La mezca se inyectaba durante un máximo de 10 minutos, con intervalos de 5 minutos como mínimo.

El Sonderstartspitze no se utilizó demasiado ya que era poco fiable, solo en una serie de motores denominada Jumo 213AG, que producían 2071CV@3250rpm@1.78atm. Este modo daba 1874CV@3250rpm@1.7atm y se poda utilizar con el MW-50, pero la potencia podía variar.

El GM-1 inyectaba óxido nitroso en el motor, y parece que nunca fue instalado en el D9 en grandes cantidades. En teoría se utilizaba por encima de 6000 metros para mejorar las prestaciones. Galland se oponía a su uso ya que se podía evaporar en un día caluroso. El GM-1 se podía inyectar en 3 tasas: 60g/min, 100gmin y 150g/min. Para ello se utilizaban 2 valvulas de aberturas de 60g/min y 100g/min. Si se quería llegar al máximo se utilizaban las 2 simultaneamente. El depósito de GM-1 tenía una capacidad de 85 litros lo que proporcionaba una duración de 17 minutos. También podía ser instalado en el depósito del MW-50, aunque se recomendaba dejar 24 horas entre llenado para evitar mezclas.

Un Fw-190D9 "típico" de 1944 utilizaba combustible B4 y MW-50, por lo que daba unos 2071CV. Con C3 las presiones podrían haber sido mayores, pero no hay evidencia de que fuese utilizado. Me imagino que los Fw-190A tendrían prioridad con él, ya que éstos no podía utilizar B4.

Las cifras de potencia son un poco raras, y es que los alemanes utilizaban una unidad de caballo (P.S) más baja que la estándard (C.V) 1 P.S = 0.98632 C.V. Por lo tanto:

2100P.S=2071C.V
1900P.S=1874 C.V
1750P.S=1726C.V
1700P.S=2676C.V

Fuentes y enlaces de interés:

- http://www.wwiiaicraftperformance.
- Datos y documentos del forista Lutz Naudet.
- Focke-Wulf Fw-190 in combat, an illustrated history of the Fw-190 D series, de Dietmar Hermann. Una obra excelente.

Cualquier corrección o dato extra es bienvenido.
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Hola
alejandro_ escribió:Quinto ¿Has pensado en subir la información a un blog o artículo? estaría muy bien poder juntarlo todo.
No, no tengo intención, creo que está bien como está así en forma de hilo; ello suponiendo que estuviera bien, porque de hecho este hilo y los otros sobre motores están plagados de errores, fallos y faltas (de vez en cuando me doy cuenta). De hecho, de empezar de nuevo serían muy distintos. Lo que ocurre es que, es imposible.

Unos datos que recopilé sobre el Jumo 213:

El Jumo 213A disponía de 4 modos de potencia extra:

1) Erhoehte Notleistung (Increased boost pressure - potencia extra de admisión).
2) Sonderstartspitze (Special take-off-potencia de despegue/emergencia)
3) Inyección de MW-50
4) GM-1

Erhoehte Notleistung se aplicaba dándole a un botón cuando el motor operaba en potencia de emergencia. La presión aumentaba en 0.2 atm hasta dar 1874CV@3250@1.7atm. El tiempo de utilización era de un máximo de 30 minutos.

El MW-50. El número se refiere a la cantidad de minutos que podías aplicar la potencia. La mezcla de metanol-agua permitía mayores presiones sin destruir el motor. Este sistema funcionaba de 2 maneras: a baja presión (0.6atm) y alta (4atm utilizando un compresor). El MW-50 era bombeado a 150 litros/hora y la capacidad del tanque era de 115 litros. La potencia llegaba a 2071CV@3250rpm@1.78atm El principal problema del MW-50 es que no se podía utilizar por encima de 5000 metros. La mezca se inyectaba durante un máximo de 10 minutos, con intervalos de 5 minutos como mínimo.
Yo, es que tengo un problema muy gordo: No tengo ni papa de alemán, y como ya dije en su momento, en realidad muy poco de motores, y nada de mecánica, por eso esas palabrotas alemanas, me resultan dificilísimas de entender...

No, Alejandro, MW-50 es el sistema de inyección de metanol agua al 50%, 50% agua y 50% metanol, por eso se llama MW-50; y al igual que hay un MW-30 normalizado en el cuál tenemos si no recuerdo mal, un 30% de metanol y un 70% de agua. El problema con el MW-50 no era la altura en sí, sino la posición relativa al punto de máxima potencia/máximo rendimiento en altura del motor/compresor. Porque con el MW-50 se aumentaba la posibilidad de enriquecer la mezcla, dando más gas (más "acelerador") sin que ésta detonara, por debajo del punto de ajuste del compresor.

El Sonderstartspitze no se utilizó demasiado ya que era poco fiable, solo en una serie de motores denominada Jumo 213AG, que producían 2071CV@3250rpm@1.78atm. Este modo daba 1874CV@3250rpm@1.7atm y se poda utilizar con el MW-50, pero la potencia podía variar.

El GM-1 inyectaba óxido nitroso en el motor, y parece que nunca fue instalado en el D9 en grandes cantidades. En teoría se utilizaba por encima de 6000 metros para mejorar las prestaciones. Galland se oponía a su uso ya que se podía evaporar en un día caluroso. El GM-1 se podía inyectar en 3 tasas: 60g/min, 100gmin y 150g/min. Para ello se utilizaban 2 valvulas de aberturas de 60g/min y 100g/min. Si se quería llegar al máximo se utilizaban las 2 simultaneamente. El depósito de GM-1 tenía una capacidad de 85 litros lo que proporcionaba una duración de 17 minutos. También podía ser instalado en el depósito del MW-50, aunque se recomendaba dejar 24 horas entre llenado para evitar mezclas.
Así como el MW-50 se usaba por debajo del punto de mayor rendimiento del motor, en altura, el N02 se usaba por encima, porque el óxido nitroso, simplemente metía más oxígeno en el motor. Es típico en preparación de motores "de espectáculo".
Un Fw-190D9 "típico" de 1944 utilizaba combustible B4 y MW-50, por lo que daba unos 2071CV. Con C3 las presiones podrían haber sido mayores, pero no hay evidencia de que fuese utilizado. Me imagino que los Fw-190A tendrían prioridad con él, ya que éstos no podía utilizar B4.

Las cifras de potencia son un poco raras, y es que los alemanes utilizaban una unidad de caballo (P.S) más baja que la estándard (C.V) 1 P.S = 0.98632 C.V. Por lo tanto:

2100P.S=2071C.V
1900P.S=1874 C.V
1750P.S=1726C.V
1700P.S=2676C.V

Fuentes y enlaces de interés:

- http://www.wwiiaicraftperformance.
- Datos y documentos del forista Lutz Naudet.
- Focke-Wulf Fw-190 in combat, an illustrated history of the Fw-190 D series, de Dietmar Hermann. Una obra excelente.

Cualquier corrección o dato extra es bienvenido.
No, Alejandro, aquí me parece que te equivocas, el PS alemán (PferdeStärke), es exactamente el mismo Caballo de Vapor (CV) del Sistema Internacional de Medidas. El que es distinto es el HP (Horse Power) británico. Me autocito:
Antes de continuar se me ha ocurrido aclarar una cosilla que puede inducir a error. Si se fijan ustedes, amables lectores, en la última gráfica que puse, la tabla de potencia vs altura del 801D, verán que en el eje OY aparece una doble escala, que viene marcada como PS y como HP ¿Cuál es la diferencia?

Bien, el problema es histórico, la unidad de potencia en el Sistema Internacional es el Vatio (W). Sin embargo en temas como por ejemplo la ingeniería de motores, por razones históricas, se emplean aún otras unidades como son el Horse Power (HP), el Caballo de Vapor (cv o CV), o el PferdeStärke (PS), que son parecidas, pero no idénticas...

El Horse Power (HP) o "caballo de potencia" fue definida por James Watt en el siglo XVIII, tomando como referencia la "potencia" que podía desarrollar un ponny cargando carros de carbón en las minas (dicho sea de paso: Vaya canallada poner ponnys a cargar carbón, cuando lo que deben hacer es servir para que los niños se monten y lo pasen pipa....); pero fijando su valor en 33,000 pies-libra por minuto (33.000 ft·lbf/min)

El Caballo de Vapor, es una medida basada en el concepto del HP, pero adaptada a la mentalidad "continental" y al sistema métrico decimal, su nombre en alemán es PferdeStärke (PS), y los castellanohablantes decimos Caballo de Vapor, o "caballos" a secas, CV o mejor cv para no confundir si cabe esas posibilidad con los "caballos fiscales" CV que nos sirven para pagar impuestos al comprar el coche.. :x

Las equivalencias básicas con las siguientes:

1 CV = 736 W
1 HP = 745,6987158227022 W
1 HP = 1,0138 CV
1 CV = 0,9863 HP
1 CV = 1 PS
Por otro lado, Alejandro, en relación con los sistemas de sobrealimentación, que vienen a colación con el post este tuyo, y con otro que pusiste en el otro día de unas gráficas de rendimiento ¿te acuerdas?. Hace un par de semanas que estoy esperando encontrar tiempo y ganas para contar varias cosillas que vendrían juntas. Porque por ejemplo, has mencionado hoy cuatro sistemas para "dar caña" químicamente al motor: Uno, añadiendo óxido nitroso, es decir: Oxígeno, directamente al motor. Otro metanol agua, para meter en el motor un antidetonante y refrigerante. Luego un sistema que CREO que es para sobrerrevolucinonar el motor enriqueciendo la mezcla, el Erhoehte Notleistung. Y finalmente otro que emplea también combustible añadido "Extra", pero de otra manera para que actué como antidetonante y refrigerante, el Sonderstartspitze (mas o menos).

Si te parece, estas Navidades le meto o metemos mano un poco más a este asunto... Es que hoy estoy ya derribado.

Saludos
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por alejandro_ »

No, Alejandro, aquí me parece que te equivocas, el PS alemán (PferdeStärke), es exactamente el mismo Caballo de Vapor (CV) del Sistema Internacional de Medidas. El que es distinto es el HP (Horse Power) británico. Me autocito:
Pues sí, escribí pensando en una discusión anterior y cuando miré en la wikipedia sólo me molesté en leer donde decía que el P.S fue declarado obsoleto.

Sí, lo del tema de rendimiento y sobrecompresores lo recuerdo. Estaría muy bien algo sobre ello, pero con tiempo, no hay prisa.

Saludos.
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Junkers Jumo 004 (algo más)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Hola.

Hace tiempo que quería poner esto, dado que soy un poco maniático de estas cosas, que es un esquema muy majo de los sistemas funcionales básicos del Jumo 004, particularmente sus grupos de aeroperfiles (compresores y turbina). Se ve una perspectiva simbólica del motor y arriba aclarada la disposición de los alabes de turbina y compresor.

Imagen

Aquí, es interesante fijarse en la disposición y estructura de compresor y turbina, por si en los post que en su momento se le dedicaron, no quedó suficientemente claro, aquí se ve muy bien:

En primer lugar, tenemos unos álabes fijos, que dirigen el flujo de aire de entrada, y seguidamente la primera de las 8 etapas del rotor del compresor, en azul oscuro. En azul claro, los alabes fijos del estátor del compresor, fíjense en los ángulos respectivos entre estos álabes. Y a la salida, tenemos los álabes o perfiles fijos que dirigen el flujo de gas caliente procedente de las cámaras de combustión, y seguidamente los álabes montados en la rueda de la turbina, en naranja más oscuro.

La cámara de combustión destada el inyector de combustible, que está alojado en el quemador cilíndrico que separa flujo primario y secundario y cuya salida está cubierta por un "tambor cilíndrico" que hace las veces de "envuelta" externa de la cámara de combustión. Este conjunto, cuyo diseño particular difiere de todo lo que se hizo posteriormente (es un diseño que salió bien, pero que de por sí es poco correcto), en número de seis estaba ocupando las seis divisiones en que estaba separada la sección de combustión del motor, recuerden las fotos que puse en su momento.

Quería poner este diagrama, porque me parece muy explicativo del tema.

El origen (ya saben ustedes que en este foro gustamos de poner fuentes adecuadamente, y reconocer el trabajo de los demás, aunque siempre es discutible el derecho de algunos a restringir u apropiarse del acceso a materiales históricos) de esta foto está en un documento que encontré en esta página:

http://www.cockpitinstrumente.de/

Hay muchas cosas, que no puedo poner aquí, porque sería excesivo para el cuerpo. Pero hay material, por ejemplo sobre el 004, por el que en aquellos años se hubiera matado, literalmente.... :roll:

Saludos
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por Panzerfaust »

Excelentes graficos querido Quito, es un libro este topic :dpm:

¿ la configuracion del DB 628 negaba la instalacion de armas de capo? , quiza por eso no fue desarrollado en todo su potencial.
..Cada vez que escucho la palabra cultura le quito el seguro a mi Browning.
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por Quinto_Sertorio »

No lo creo, precisamente por ser un "apaño", que dejaba lo más intacta posible la estructura básica del Db 605. Por ejemplo, al estar el compresor final, en la posicion original, CREO que se podría poner igualmente un arma disparando a través del buje de la hélice. Por otro lado, en el gráfico sitúa un depósito de aceite en la posición habitual de las ametralladoras del Me 109, pero creo que eso no sería obligatorio, se podría poner ese depósito en otro lado. Por tanto no creo que hubera impedimento real por ese lado. Tal vez fuera un motor más exigente con el espacio, y tal vez hubiera que elegir entre un arma por el buje, o las dos en la capota, eso sí.

Yo creo, que en el hecho de que no fuera desarrollado, sino cancelado; está el hecho de que había otros motores que ofrecieran mas posibilidades, al menos a priori (Jumo 213E, o Db 603L). De todos modos, me faltan, naturalmente, datos para afirmar algo categóricamente....

Saludos
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BMW 003 (XIII)

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Bueno, si no recuerdo mal, había aún que contar alguna cosilla, acerca del empleo post bélico y del BMW 003, y alguna otra cosilla.

Hay que tener en cuenta, que el BMW 003 era un motor de concepción y estructura muy avanzada para su época, por lo tanto no resulta extraño que creara escuela tras la guerra, y durante esta.

Cabe hablar en primer lugar, de los desarrollos japoneses para obtener sus propios turborreactores. Un tema ampliamente desconocido por otra parte. Sin extendernos demasiado (quizá algún día tuviera hilo propio), hay que mencionar que varios de los proyectos nipones estaban basados en el BMW 003. Se enviaron algunos ejemplares mediante submarino, pero por desgracia éstos (U-864 y U-234) no llegaron, de modo que los japoneses se las arreglaron para reproducir la ingeniería de este motor, a partir de gráficos y fotos y datos numéricos que habían sido radiados a Japón. Y por supuesto, a partir que que en Japón había algunos señores, que ha habían trabajado en este tema; notablemente uno llamado Osamu Nagano, que durante la guerra fue el director técnico del equipo de desarrollo de turborreactores en Kugisho. Este tema de por sí tiene su miga, pero digamos por abreviar que hubo cuatro proyectos japoneses basados en en el BMW 003: Ishikawajima-Shibaura Ne 130, Nakajima-Hitachi Ne 230, Mitsubishi Ne 330, y por último, el que llegó a volar con éxito: el Kugisho Ne 20. Reproducía exitosamente los puntos claves del 003 en cuanto a compresores, cámaras de combustión y turbina, si bien era más pequeño con 470 kg, 2'7m de longitud y un diametro de 0'62m, con un empuje de 475 kp, según pruebas norteamericanas.

Imagen
Imagen del Kugisho Ne 20, comparen con las previas del 003.

Otro lugar donde cabe trazar la herencia o al menos el uso del 003, fue en la URSS, como en el caso del 004, primero ejemplares capturados, y luego otros "copiados", propulsaron a la primera generación de reactores rusos tras la guerra. Por cierto, la Wikipedia está equivocada a este respecto, pero eso es normal...

En realidad, la historia del desarrollo soviético en este tema, con estos motores; comienza con el secuestro masivo, a las 3 de la madrugada del 22 de octubre de 1946, de todos los técnicos alemanes relevantes en este tema que permanecían en la zona oriental (más de medio millar de ellos); y que fueron enviados unos a Siberia, al Sur de Kazán, los de motores; y otros (los de estructuras) al Norte de Moscú. La forma de firmar contratos de trabajo por parte del Tio Joseph era bastante expeditiva, como ven... Si bien hay que decir, que los técnicos de motores alemanes y sus familias, fueron en general muy bien tratados, con pinzas... Porque se esperaba de ellos que continuaran con el desarrollo de los motores 003 y 004, además de otros proyectos aeronáuticos bastante interesantes. El primer paso fue continuar con el trabajo en los motores, ahora redesignados RD-20 y RD-10 (RD viene de Reactivnyi Dvigatel), para volver a ponerlos en producción, y luego pasar el programa de mejoras a manos de técnicos soviéticos. Estas mejoras, en la cámara de combustión, turbinas (lo de siempre, vamos), dieron lugar a la versión RD-20F, capaz de dar un empuje de 1000kp. Motores 003 capturados, dos de ellos, propulsaron el MiG I-300, más tarde desarrollado como MiG-9, que llevaba RD-20 de producción rusa.

Y por supuesto, la historia francesa... Ya comentamos en su momento cómo Herman Oestrich terminó en SNECMA, dirigiendo el desarrollo de los motores de la línea "ATAR", por proceder el equipo integrado en SNECMA de esta última "marca". De hecho, el primer producto, el prototipo SNECMA atar 101 V, de 1948 y de 1.700kp de empuje, es clavado a un 003 con mejoras de detalle, el desarrollo natural de este motor. Y el primero en ser producido en cierta cantidad, el 101 A0 de 1949, con 2.200 kp, es un pasito más en el desarrollo.. Así sucesivamente hasta los Atar 9K7 de 6.700 kp con postquemador que equiparon a las series Mirage III. Y finalmente llegaríamos a los M53 que equipan a los Mirage 2000 y a los M88 que equipan a los Rafale.

Imagen
Los motores SNECMA ATAR 101 V y el 101 A0.... vamos, sin comentarios.

En otro momento pongo alguna cosilla más, y algunos gráficos.

Saludos
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Heinkel Hirth HeS 40

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Bueno, antes de seguir con los turborreactores alemanes clase II, quería comentar algo sobre algunas denominaciones, HeS 40, 50 y 60, correspondientes a motores experimentales de Heinkel Hirth en los que se trabajó un tiempo.

Heinkel Hirth HeS 40:
Fue este un experimento llevado a cabo por el equipo de Mueller durante el 40/41, que se caracterizaba porque no funcionaba según el principio de "presión constante" o ciclos Brayton; sino que usaba un ciclo termodinámico diferente a volumen constante, de modo similara a como opera un pulsorreactor.

A presión constante, como es habitual en estos motores, el compresor entrega aire a alta presión a las cámaras de combustión, donde se mezcla con el combustible y es acelerado por la aplicación de calor de la combustión, la reacción a esta aceleración es el empuje del motor; en este caso ambos extremos de la cámara de combustión están abiertos.

A volumen constante, se usaba aire a presión sólo ligeramente más alta que la atmosférica, con una relación de compresión de2:1, que entraba en la cámara de combustión, y tras cerrarse ambos extremos de la misma se mezclaba con el combustible, produciéndose la combustión a volumen constante y con un incremento en su velocidad de combustión química, aumentando la presión con la temperatura, tras lo cual se abría el extremo posterior, produciéndose la salida de gases y el empuje. Esto obliga a diseñar un sistema en que este proceso ocurra de modo secuencial-intermitente en varias cámaras de combustión. Evidentemente, el principal problema sería la complejidad del control secuencial de las cámaras de combustión.

Mueller, usando piezas del HeS 30, diseñó un motor con cinco etapas de compresión reducida movidas por una turbina de etapa simple; tenía seis cámaras de combustión individuales con extremos anterior y posterior de apertura controlada mediante válvulas. Poco más hay que contar porque este proyecto fue abandonado en 1942 cuando parecía que el HeS 30 iba por buen camino, ni siquiera se sabe con certeza si fue contruído algún prototipo, menos si fue probado. Se esperaba un empuje de 940kp a 13.400 rpm.

Saludos

Edito:


Heinkel Hirth HeS 50 y HeS 60


Correspondieron estas dos denominaciones a dos proyectos de motores del tipo “ducted-fan”, o “ventilador carenado” en traducción muy libre. Básicamente eran ventiladores alojados dentro de un tubo carenado, y accionados por un motor de explosión. Se esperaba que esta disposición sería más ventajosa que las hélices convencionales en torno a los 720 km/h. Los motores a emplear debían ser diesel (por la economía de combustible), de dos tiempos (para aumentar la relación potencia/peso) y sus cilindros tener más diámetro que carrera, para disponer de altas rpm. Bueno todo esto no pasó de ser un juego malabar, no tiene mayor interés. Paso.
Última edición por Quinto_Sertorio el 30 Ene 2010, editado 1 vez en total.
Razón: Añado HeS 50 y 60
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Heinkel Hirth HeS 011

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Hola de nuevo..

Aún queda muchísimo que contar, incluso de modo resumido como es el caso. Y ahora toca empezar a hablar de un turborreactor que estuvo cerca de entrar en servicio, del que incluso existen ejemplares de museo que lo prueban: El Heinkel Hirth HeS 011 (109-011)

Los orígenes de éste estuvieron en un proyecto de 1941 del Technisches Amt para un nuevo turbohélice para bombarderos (nunca construído al final). El esquema general de ese motor fue establecido por Helmut Schelp, se trataría de dos generadores de gas (turborreactores) que aparte de accionar su propia turbina, usarían los gases para accionar una tercera turbina que a su vez movería la hélice a través de una reductora. Inicialmente esos generadores de gas debían ser derivados del HeS 9, pero antes del fin del 41, Schelp había persuadido a Ernst Heinkel en empezar el trabajo en un nuevo turborreactor que incorporaran algunas facetas deseadas por Schelp. Las más importantes eran el uso de un esquema de compresión basado en un compresor oblicuo, seguido por tres etapas de compresor axial. Lo que se buscaba con el compresor oblícuo era una menor susceptibilidad a daños, a heladas, a turbulencias, y mayor facilidad de arrancada. El equipo de Von Ohain no estaba nada convencido de que el esquema fuera bueno (de hecho, no lo era), porque sabían por algunos estudios anteriores de Mueller que el rendimiento del compresor oblícuo no sería nunca bueno (más tarde veremos por qué), y además agrandaba el diámetro del motor, sin aumentar la superficie de toma de aire. Sin embargo, Heinkel estaba obligada a aceptar este trabajo debido a las complejidades político-económicas derivadas de su adquisición de la Hirth Motoren.

Este turborreactor recibió la denominación oficial de 109-011, HeS 011 para la Heinkel. Y también por exigencia de Schelp fue desarrollado dentro de la clase II de turborreactores; ello era porque para 1942, se suponía con buena razón que los 004 ó 003 estarían ya listos en seguida, y tenía sentido dar el salto adelante de categoría. El contrato inicial es de enero del 42, y las especificaciones finales establecidas en una reunión entre Heinkel (Von Ohain) y personal del Techinisches Amt de la AVA, con pleno apoyo por parte de Schelp. Lo que se pedía era un turborreactor con potencia de 1.300 kp, relación de compresión de 4'4:1, moviendo una masa de aire de 30kg/s, y funcionamiento a una temperatura de 750 ºC. El trabajo experimental había comenzado para finales del 42, y pronto Heinkel recibió la orden de abandonar su prometedor proyecto clase I (HeS 30, como ya hemos visto) para concentrarse en éste HeS 011.

Tras reunirse (es un decir, porque al parecer no se llevaron muy bien) los equipos de Von Ohain y de Mueller en las instalaciones de Hirth en Zuffenhausen, Stuttgart. Comenzón el desarrollo del 011 en un esquema planeado como sigue:

A) Prototipos V1 al V5, muy diferentes entre sí, buscando los elementos básicos importantes de la configuración del sistema.
B) Prototipos V6 a V25, para pruebas de vuelo.
C) Prototipos V26 a V85 para experimentos de detalle, estos serían sacados de la línea de producción, y modificados.
D) Motores de preproducción, designados 109-001 A-0.

El primer tema clave del diseño, era el compresor oblícuo, y el "inductor" previo a éste. El inductor era semejante a un ventilador situado delante del compresor oblícuo, para ajustar el flujo de aire a la entrada de éste, no comprimía por sí mismo porque no disponía de estator. Tras los cálculos pertinentes, se contruyeron tres diferentes inductores para probar en combinaciones con tres diferentes compresores axiales; aunque las instalaciones de prueba no eran adecuadas, por falta de potencia aplicable a estos elementos. Cuando se contruyó el 109-011 V1, el sistema de compresión falló en menos de una hora. Rotura por estres y vibración tanto del compresor oblícuo como de los axiales, desastre total; había cosas que habían sido pasadas por alto. Por ello se encargó a un señor llamado Max Bentele (con conocimientos en temas relativos a pruebas aerodinámicas de compresores y pruebas de esfuerzo) que ayudara al equipo. El señor Bentele preparó varios métodos de prueba de esfuerzo y frecuencia de vibración de los elementos; Inicialmente la Heinkel Hirt no tenía instrumentación adecuada, de modo que las primeras pruebas se realizaron usando ¡¡Un piano!! :) , y midiendo "a oído". Yo me imagino que se trataba de hacer vibrar, o dando golpecitos a las piezas, y comparando con el sonido de la tecla del piano, se sabe la nota, la octava.. todo eso; y se puede deducir la frecuencia de vibración de la pieza. Más tarde sí se adquirió instrumentación y material específico para estas pruebas.

Ahora un diagrama.

Imagen
En esta imágen, se aprecia la disposición general del HeS 011.
1- Inductor axial.
3- Compresor oblícuo.
4- Tres etapas de compresión axial.
6- Dos etapas de turbina.

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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por Satur »

Entre el violinista y el pianista cualquier inspector del Ministerio pensaría que estaba en la sección de la orquesta. :lol:
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por alejandro_ »

Quinto, una pregunta. El otro día encontre este diagrama sobre conversión de unidades de potencia alemana, británica, americana y japonesa. Me queda la duda si cuando los británicos se refieren a 12lb es lo mismo que los alemanes a 1.42atm. Lo digo porque los británicos operaban a 12lb gracias a la gasolina de 100 octanos. Si las presiones se comparan directamente los alemanes no llegaron a esos niveles hasta bien entrado 1944, claro que el DB tenía más cilindrada que el Merlin.

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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por Hien »

Los británicos medían la presión de admisión en libras por pulgada cuadrada.
Dado que una atmósfera equivale a unas 14 libras por pulgada, 12lb de sobrepresión (boost) equivaldrían a aproximadamente 1,85 atmósferas, posiblemente algo más.

1,42 atmósferas (6 libras y pico) parece ser el límite máximo de los motores de 87 octanos. Creo que los motores DB601 y DB605 no pasaron de esas presiones de admisión hasta el final de la guerra porque los combustibles de mayor octanaje se reservaban para el Fw190.
Con MW-50 o combustibles de alto octanaje se alcanzaron valores de 1,80 y superiores (claro que para entonces los Merlin trabajaban a 18lb y con gasolina de 130 octanos a 25lb.)

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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por Quinto_Sertorio »

Satur escribió:Entre el violinista y el pianista cualquier inspector del Ministerio pensaría que estaba en la sección de la orquesta. :lol:
Pues espera a que venga el del trombón... :)

Alejandro: La tabla de conversión de unidades de presión que pones, es ilustrativa de las dificultades que tiene el trabajo con las diferentes unidades de medida, es un poco parecido a la historia con las unidades de potencia, que si el Vatio, que si el HP, el PS...

En este caso, se ve cómo los alemanes miden estas cosas en ATA (Absoluter Technische Atmosphäre o atmósferas técnicas absolutas) No, repito, no en atmósferas (atm), son cosas parecidas pero no iguales; los británicos en -libras fuerza- per square inch, aunque por abreviar pueden decir "12 libras" (de presión, sobre entendiendo que es por pulgada cuadrada), que es lo que actualmente se llama mejor PSI (pounds per square inch) aunque sospecho que en las escalas que has puesto vienen en realidad PSIG (Pounds per Square inch gauge, luego comento por qué); los japos en mm de mercurio, y los norteamericanos en pulgadas de mercurio, el caso es no ponerse de acuerdo >-- ... Por otro lado, no tengo claro en este momento si las equivalencias que vienen en esa tabla que pones son correctas, esta noche estoy un poco empanado y no puedo, pero hay algunas cosas que quiero comprobar, con un libro de física delante...

Hay que decir que en el sistema métrico decimal, la unidad de presión es el Pascal (1 Pa =1 N/m^2). O también 1 kg·m-1·s-2 (kg/m·s2). Lo que ocurre es que por múltiples razones históricas y prácticas, se emplean otras medidas. Como los mm de Hg que empleó Torricelli.

Los alemanes usaron para estas cosas los ATA, repito, absoluter technische atmosphare, relacionada con las atmósferas (pero no son los mismo). O sea: Dos (y más) unidades de medida que miden lo mismo, están relacionadas, se llaman muy parecido, pero NO son equivalentes. Se me ha hecho la picha un lío, y a vosotros seguro que también, y quiero comprobar algunas cosas...

Además, fíjate que los británicos tienen en su escala 0 Libras por pulgada cuadrada, cuando los almenanes tienen 1'0332 ATA (es que esa es la equivalencia)...O sea: ¿0 --cero-- de presión? No, cuidado, son 0 PSIG de presión, son las libras por pulgada cuadrada que se miden en un manómetro adicionales a la presión normal atmosférica de 1,4696 · 10 PSI, es decir, usan una escala relativa. Si te fijas un manómetro para inflar las ruedas del coche te puede marcar 0 PSIG, eso no es que no exista presión, sino que no hay presión adicional a la atmosférica... La presión absoluta en medidas inglesas es PSI (pounds square inch, a secas), así la presión normal de una atmósfera es: 1 atm= 1'0332 ATA = 760 mm de Hg = 14,696 PSI (o libras...). Si tomamos 1'42 ATA = 20.197 psi.

La equivalencia entre libras por pulgada cuadrada y ATA es más o menos esta, pero la cosa tiene más miga, como ves...

Mañana repasamos lo dicho, todo está sujeto a revisión.

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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por Hien »

En efecto, Quinto tiene razón: me había hecho un lío. :lol:

Con los datos del post de Quinto, 12 libras (psig) = 26,696 libras (Psi) = 1,877 ata = 1,816 atm.
1,42 ata = 20,197 psi = +5,5 psig
Para 11 libras (psig) el valor sería 1,806 ata. Los dos últimos valores concuerdan con la escala que aporta Alejandro_.

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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por Quinto_Sertorio »

En realidad, la cosa merece la pena, porque a raíz de la pregunta de Alejandro, usando el buscador del foro me he dado cuenta de que hemos hablado muchas veces de “ATAs”, en relación con los motores de aviones alemanes, y de presiones de admisión en libras… Y resulta que no tenemos bien definidas y discutidas esas unidades. Imperdonable!!!!

Bien, decía Kelvin, que cuando se podía medir de alguna manera un fenómeno y expresarlo en unidades numéricas, algo se sabía de ese fenómeno…. De hecho nuestro conocimiento del Mundo se basa en poder medir las cosas. Siempre se ha tratado de identificar las magnitudes físicas, unas básicas muy pocas, otras derivadas de las anteriores, y en encontrar la manera de medirlas asignándoles unidades adecuadas para manejarlas.

El problema es que mientras identificar las magnitudes básicas y derivadas es relativamente sencillo (una magnitud física básica es el Tiempo, o la Masa, mientras que una derivada sería por ejemplo la Fuerza); se hace muy complicado asignarles unidades de medida (por ejemplo respectivamente los segundos, kilogramos, o Newtons) que valgan siempre para todos. Y ello porque para asignarles unidades de medida hace falta tener unos valores de referencia claros (por ejemplo, en el caso del tiempo podemos tomar como referencia la duración de un día, pero es que eso no es tan fácil de medir…) y unas unidades coherentes entre sí y que sean adecuadas para el uso.

Por ello, a lo largo de la Historia se han usado montones de medidas distintas para ciertas magnitudes comunes: Masa o cantidad de materia, distancia, volumen. Y modernamente, pasa con los sistemas de medidas que se han venido usando, porque los usuarios han encontrado por razones prácticas o históricas más fácil usar unos sistemas de medidas u otros. Por ello existe por ejemplo un sistema de medidas “imperiales” usadas en GB y EEUU, un sistema MKS (metro, kilogramo, segundo), un sistema CGS (centímetro, gramo, segundo), Sistemas técnicos de medida, o un Sistema Internacional de Medida; unos usados por razones históricas, otros por razones de conveniencia; Por ello hablando de aviones nos encontramos que los britones hablan de libras por pulgada cuadrada (sistema imperial), al hablar de la presión de admisión, y los alemanes al hablar de lo mismo usan de atas (sistema técnico), porque están habituados a ello; y son unidades que les resultan convenientes para su trabajo, y en las que tienen calibrados los instrumentos. Y luego a nosotros nos toca buscar la equivalencia.

Hablando de presión, si se dan cuenta, en el sistema británico, en la tabla puesta por Alejandro, usa una medida de presión en lb sq inch (libras por pulgada cuadrada), y ya he dicho que esa medida es la que se llama también PSI, (Pounds Square Inch). Tengan en cuenta que una presión, es una fuerza por unidad de superficie, de modo que cuando se habla de libras en este contexto se está hablando de libras-fuerza (lbf), que son efectivamente “pounds” (1 pound =1 lb-fuerza (lbf)), aunque las palabras libra y pound puede tener muchos otros significados según el contexto. Y esto que se sobreentiende a veces, hay que tenerlo en cuenta, y es un factor de imprecisión e incertidumbre si no andamos listos. Por cierto, 1 psi es la unidad de presión, 1 PSIG es la presión manométrica que hace la medida a partir de la presión normal atmosférica, por eso 0 psig (valor relativo respecto a la presión atmosférica) es igual a 14 y pico psi (presión absoluta). Pero, a veces se toma psi como la presión manométrica, y se habla entonces de psia(psi absoluto), como la presión total; o sea: Más confusión si no tenemos cuidado.

La relación entre libra, libra-fuerza, pound, es igual que lo que pasa cuando se habla de kilogramos-fuerza, porque el kg es una unidad de masa, y el kilogramo-fuerza es lo que se llama Kilopondio: Un kilopondio es la fuerza que ejerce la gravedad terrestre sobre una masa de 1 kg. Y los dinamómetros están calibrados para que 1kg mida en ellos, 1 kp. Como resulta que esa fuerza (igual a Masa x aceleración de la gravedad) que ejerce la gravedad sobre una masa de 1kg, en realidad varía porque la aceleración de la gravedad varía, el SI (Sistema internacional de medidas) que se está estandarizando toma como unidad de fuerza el Newton (N), definido como la fuerza que ejerce 1 kg sometido a una aceleración de 1 m/s^2. Y una masa de 1 kg, pesa 1 kp, ó 9’8 N, porque 1kg x g(9’8m/s^2) = 9’8 N.

La otra unidad que nos trae de cabeza por el tema de los motores es el at (atmosphere technical o atmósfera técnica) que es la presión ejercida por una columna de agua de exactamente 10 metros (no confundir con la atmosfera física, atm, la presión referida a la presión equivalente a 760mm de mercurio, la presión normal a nivel del mar). Y es igual a la fuerza de un kilopondio ejercida sobre una superficie de 1 centímetro cuadrado, extensamente algunas equivalencias son: 1 at: = 10 m WT (10 metros de columna de agua) = 1 kp / cm ² = 9,80665 N / cm ² = 0,980665 bar = 98,066.5 Pa. (recuerden lo que he comentado antes que es un kilopondio). Si a esta unidad, at, le añaden la a de absolute tienen el ata, que es la presión at, o en Kp/cm^2 teniendo en cuenta las presión atmosférica (es decir, que si no hay presión absoluta el manómetro marca 0 atas). Es una unidad muy adecuada para ciertas ingenierías, son unidades de un sistema técnico de medida, un sistema coherente para sus usuarios habituales (por ejemplo como digo técnicos e ingenieros) pero no normalizado como universal. Si se dan cuenta, la definición de kilopondio, y por tanto la de at, es dependiente de la definición y valor normalizado de “aceleración de la gravedad”, g = 9’80665 m/s^2. Y ahí está el problema, porque la gravedad varía de un sitio a otro y con la altura en la realidad, y por eso como ya dije, el Sistema internacional de medidas toma como unidad de presión el Pascal = 1 N/m^2=1 kg•m-1•s-2.

Si quieren ustedes jugar a convertir unidades, les recomiendo este enlace, en el que se puede jugar con las unidades, cosa que ayuda un montón a entender lo que pasa (por cierto, una página muy recomendable):

http://www.luizmonteiro.com/Conversions.aspx

Del que tomo la imagen siguiente:

Imagen
Valores de presión equivalentes, 1 atmósfera física (atm) = 760 mm de Hg = 14'695949 psi = 1'0332 kg/cm^2(ata)

Fíjense en el apartado de PRESIONES Y CARGAS… Porque la presión por definición tiene dimensiones de una fuerza por unidad de superficie, mientras que una carga es una masa por unidad de superficie, fíjense en el matiz… Ello permite poner, a la derecha, unidades actualmente no normalizadas como por ejemplo: Una unidad de [kg/cm^2], que son precisamente… Los ata expresados como carga.

Según ese conversor, 1 kg/cm^2 (1 ata) = 14.223343 psi, por ejemplo.

Saludos

PD: Este post, está sujeto a correcciones, cacería de gazapos, y reescrituras varias, pero es que quería ponerlo ahora.

PD2: El autor, no acepta ningún tipo de responsabilidad respecto a los daños causados en el inflado de ruedas, después de leer este ladrillo.
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Re: Motores de aviación alemanes, S.G.M.

Mensaje por gustav »

hola muy bueno tus articulos !!! donde puedo encontrar informacion de los motores walter?
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