Trazo evolutivo del Sistema IA-63 Pampa (2° Parte)

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Foto: Pablo Nieves

Etapa 2 “Sistema Propulsivo”- Remotorización

Por Marcelo R. Cimino

Continuando con la evolución del diseño del IA-63 Pampa en el tiempo, informe iniciado en nuestra entrega anterior referido al estándar Pampa II en su faceta de suite de aviónica, la hoja de ruta el proceso continúo hacia la Etapa 2, referida a la mejora en el Sistema Propulsivo, cuya implementación logró hacer del Pampa un jet más potente, tan económico de operar como un turbohélice de altas prestaciones, aunque con el doble de su envolvente y mayor flexibilidad de uso.

2 – Upgrade Sistema Propulsivo> evolución al estándar Pampa II-40 y Pampa III

Elección del Garret AiResearch TFE 731-2-2N

En su momento, años de la Fábrica Militar de Aviones (FMA), la elección del ingenio que propulsara al futuro IA-63, requirió del análisis de varios factores; por un lado algunos diseños de aeronaves similares de la época como el CASA 101 Aviojet (Garret) o el SIAI Marchetti 211 (Pratt & Whitney Canadá) adoptaban sistemas propulsivos de uso civil, que no solo costaban mucho menos que un propulsor puramente militar, sino que además, al ser los mismos de uso extendido, aseguraban una logística fluida a la hora de sostener las necesidades del mantenimiento. Otra de las fortalezas presentes en las plantas de poder civiles, era el respaldo de miles de horas de uso, demostrando ser confiables y seguras. En el plano estratégico/político, cabe recordar, que desde 1977 la República Argentina se encontraba bajo un embargo, por parte de la administración Carter, el cual limitaba la ayuda militar y esta condición podía extenderse a otras naciones proveedoras de motores militares.

En el caso puntual del entrenador argentino, el equipo de diseño compuesto por profesionales de la alemana Dornier y de la Fábrica Militar de Aviones (FMA), buscaban para el IA-63, un sistema propulsivo cuyo rango de empuje oscilara entre los 1360 y 1590 kg. Por entonces se evaluaron el Pratt & Whitney Canadá JT15D-5 y el Garret AiResearch TFE 731-2-2N, precisamente que propulsaban a las aeronaves citadas más arriba.

En el caso del P&W JT15D-5, cuyo diseño era relativamente simple, el empuje que este motor brindaba se encontraba en el límite inferior del requerimiento, si bien el fabricante se encontraba desarrollando una versión con mayor empuje, no llegaba a cumplir con los tiempos del programa Pampa. El otro sistema propulsivo analizado fue el Garret TFE 731, el cual era conocido por la Fuerza Aérea Argentina, puesto equipaba al Lear Jet, aeronave que ya se operaba en la institución. El mismo ofrecía un empuje de 1590 kg (3500 lb) al despegue, a potencia máxima continua un empuje de 1475 kg, mientras que pesaba 328 kg, resultando la relación peso potencia justa para el diseño inicial del IA-63 Pampa, y claramente con mejores prestaciones que el P&W, motivo por el cual, la planta de poder Garret AiResearch TFE 731-2-2N fue la elegida para esa primer fase de diseño, que abarcaba prototipos y 1ra serie de producción)

Transcurridos los primero años de vida operativa del Pampa, quedó en evidencia que el Garret TFE 731 satisfacía las necesidades en general del avión, no obstante, si bien se lograban las performances deseadas, estas se obtenían en determinados momentos sobre la base del 100% de entrega de la potencia del motor. Cabe aclarar, que cada vez que se opera una planta de poder al máximo de potencia, se excitan ciclos de durabilidad (fatiga), situación que incide directa y proporcionalmente en la disminución de la vida útil del sistema propulsivo.

Por entonces, los motores Garret AiResearch TFE 731-2-2N de los ’80 venían equipados con una computadora de primera generación, si bien la misma era acorde a la época, esta tenía claras limitaciones. En 1999, la empresa Garret paso a ser parte del consorcio Honeywell, con en esta nueva etapa comienza a estudiarse la manera de mejorar la vida útil de los TFE 731-2-2N en servicio, a través de la incorporación de un nuevo sistema de control computarizado, el cual presentaba una nueva gestión de los parámetros básicos del motor (temperatura y velocidad del fan), chequeando de manera programada no sobrepasar los límites del propulsor, procesando datos de una manera lógica y en algoritmos matemáticos, a diferencia de la forma analógica que se aplicaba hasta entonces.

Es así que en 2005, casi de manera simultánea a la modernización de electrónica y aviónica aplicada al estándar Pampa II, se implementó esta segunda fase, sobre el sistema propulsivo original de serie, lográndose con este nuevo sistema de control una apreciable ganancia en términos de durabilidad sobre los viejos motores en uso.

Remotorización

Si bien en entre los años 1996 y 1997 se llevó a cabo un estudio de ingeniería preliminar (que trataremos de manera integral en la próxima entrega), donde se analizaron diferentes opciones de remotorización, en búsqueda una expansión del diseño original, recién en 2007 se encararon las acciones tendientes a dotar al IA-63 Pampa II de un nuevo sistema propulsivo, acorde a los tiempos, que a su vez compensara el peso ganado en equipos de abordo agregados con los años, y así recuperar la relación peso potencia inicial, sin que se tuviera que recurrir al tope de máxima potencia para lograr la ecuación peso/empuje ideal.
De manera contemporánea, Honeywell aprovecharía la presencia del viejo motor Garrett TFE731-20-2N, el cual era un sistema, con 25 años en uso y con gran cantidad de usuarios en el mercado civil, para insertar un reemplazo natural, con una nueva versión optimizada de la familia TFE 731, a imagen y semejanza de la versión original. Es decir; las mismas dimensiones, los mismos puntos de anclajes, comunión en sus sistemas asociados etc., aunque aggiornando todos sus componentes materiales, bajo el mando de una nueva y efectiva computadora de control digital DEEC (Digital Electronic Engine Control).

Esta iniciativa beneficiaba de manera directa al sistema Pampa, puesto que el nuevo desarrollo fue por propio interés del fabricante, facilitando así el proceso de remotorización de nuestro jet intermedio a un costo exiguo. Cabe aclarar que, aún siendo el IA-63 una aeronave militar, tanto el conjunto motor, toda su configuración y sistemas asociados, son análogos a los utilizados en jets civiles, de allí un enorme ahorro de dinero en el proceso. De otra manera, afrontar la remotorización basado en un sistema propulsivo de origen militar y su ingeniería de adaptación, hubiera costado una pequeña fortuna.

La única diferencia de los jet ejecutivos (histórica), cuya disposición es lateral al fuselaje, en el caso del Pampa el motor va montado en una góndola sumergida, donde el motor “sale” por debajo, la inspección del mismo se realiza en la cintura inferior del sistema propulsivo. De allí que se mantuvo la misma configuración Dash 2N que en la versión anterior del TFE731, que reviste el motor con todos los componentes periféricos, facilitando las zonas de inspección.

En julio de 2008, épocas de Lockheed Martin Aircraft Argentina S.A. (LMAASA), se firma el contrato con Honeywell Aerospace para la adaptación del nuevo TFE 731-40-2N al IA-63 Pampa II. Hasta ese momento, este modelo se utilizaba en solo en aeronaves de uso civil como el Dassault Falcon y el Gulfstream 6G150.

A la hora de las comparativas, el nuevo Turbofan TFE 731-40-2N, brinda poco más del 21% de potencia respecto a la versión anterior ( 1930kg/ 4250lb contra 1590 kg/3500LB), siendo su peso de casi 5 kg menos. Por otra parte, la experiencia operativa adquirida con el motor Garrett primigenio, tanto en la versión inicial con computadora de control digital y luego con la mejora que representaba una computadora analógica con control digital de primera generación, se obtuvieron datos suficientes como para formular mejoras en el rendimiento, en las performances y en economía de operación mediante la programación del software en la nueva DEEC.

Fue así que, por el término de un año y medio, ya en etapa Fabrica Argentina de Aviones S.A. (FAdeA), está trabajó junto a Honeywell desarrollando el nuevo software, para la computadora digital DEEC, estableciendo todos los parámetros de control que permiten operar al motor, como si permanentemente estuviera a régimen de crucero. Evitando que el fan llegue a límites máximos de potencia, temperatura y revoluciones por minuto (RPM).

Determinando de esta manera, que para lograr la relación peso potencia deseada, no era necesario utilizar las 4250 lb de empuje y así no excitar ciclos de mayor desgaste. Entonces, usando solo un porcentual de la potencia total que brinda el nuevo “motor 40″ (3950lb), se logró la premisa de llegar el rendimiento deseado, a la vez de ampliar el margen de durabilidad del sistema propulsivo. Puesto que con el nuevo motor no es necesario el 100% de su potencia ni en el despegue de la aeronave, aún con peso máximo de operación.

Puntualmente, el motor Turbofan Honeywell TFE 731-40-2N (4250 libras de empuje) controlado por una Computadora de Control digital (DEEC), el cual suministra un empuje nominal estático de 3950 libras (1800 kg) en condiciones estándares. De muy bajo consumo específico (0,46 Lb/Lb/h). Cabe destacar, que el empuje máximo del TFE 731-40-2N es de 4250 libras y este se encuentra derateado a través del software, dado que toda la potencia del motor no es necesaria para la normal operatoria del Pampa III.Este derateo hace que el sistema propulsivo no excite ciclos de desgaste, al no requerir el 100% de potencia ni aún en el despegue, incidiendo directamente en la durabilidad del mismo y economía de mantenimiento.

Desde entonces, con el nuevo Turbofan Honeywell TFE 731-40-2N , los valores de tiempo medio para ejecutar los mantenimientos programados, pasaron de 600 hs a 1200hs en la zona caliente, respecto al viejo motor Garret. Mientras que de 1500hs a 3000 hs, el ciclo de mantenimiento mayor del sistema propulsivo, con respecto al motor original. Cabe agregar que, estos mismos controles, llevados a la aviación civil serían de 3500 hs, para la zona caliente, y 5000 hs, para el ciclo de mantenimiento mayor, como para tomar conciencia del cuidado aplicado sobre el sistema IA-63 Pampa.

A su vez, con la nueva computadora digital DEEC se logra mayor agilidad, se controla de forma más eficiente todo el funcionamiento conjunto del fan, proporcionando la potencia adecuada en cada régimen. Estas mejoras disminuyen notablemente los costos de operación, aumentando confianza y fiabilidad del IA-63 Pampa.

En el año 2012 se obtuvo la certificación de la Empresa Honeywell para la instalación del nuevo motor TFE731-40-2N y se completó la campaña de ensayo en vuelo en configuración limpia. Paso siguiente, se preparó la línea de fabricación de piezas estructurales y conjuntos, a fin de producir los kits necesarios para remotorizar la flota de aviones IA 63 Pampa II existentes, elevándolos así, al estándar IA 63 Pampa II-40. En tanto, las nuevas estructuras construidas entre 2009 y 2011, destinadas a la nueva serie IA 63 Pampa III (Block 1 y 2) ya salen de origen con el nuevo TFE731-40-2N.

Finalmente, el aumentos logrado en la capacidad de gestión a través de la DEEC, sumado a la economía de operación, junto al sustancial aumento de potencia con menor desgaste de la planta de poder, son los resultados directos del trazo evolutivo del sistema.

Galería

El IA 63 Pampa II-40 y el Pampa III, está propulsado por un motor Turbofan Honeywell TFE 731-40-2N (4250 libras de empuje) controlado por una Computadora de Control digital (DEEC), el cual suministra un empuje nominal estático de 3950 libras en condiciones estándares. De muy bajo consumo específico (0,46 Lb/Lb/h). Cabe destacar, que el empuje máximo del TFE 731-40-2N es de 4250 libras (18.90 KN) y este se encuentra derateado a través del software, dado que toda la potencia del motor no es necesaria para la normal operatoria del Pampa III. Este derateo hace que el sistema propulsivo no excite ciclos de desgaste, al no requerir el 100% de potencia ni aún en el despegue, incidiendo directamente en la durabilidad del mismo y economía de mantenimiento. – Imagen: Sergio Cáceres –

Fotos de los motores: Pablo Nieves

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