Un motor con reductor puede ahorrar combustible: la turbina gira rápido, mientras que el enorme ventilador lo hace más lento, a sus revoluciones óptimas. Este es el esquema que Pratt & Whitney utilizó en la familia PW1000G.
Pero para el PD-35 ruso se eligió otro camino. El diseñador general de ODK-Aviadvigatel, Alexander Inozemtsev, explicó que al transmitir una potencia de alrededor de 50 MW o más a través de un reductor, surge un problema que no se puede resolver simplemente aumentando el tamaño de los engranajes.
"Pervyy Tekhnicheskiy" explica "con los dedos" por qué una enorme cantidad de energía debe transmitirse a través de un engranaje, y las pérdidas inevitables se convierten en calor.
El reductor separa las revoluciones
En un motor turbofán convencional, el ventilador está conectado directamente a la turbina. Sin embargo, para estos componentes son ventajosas diferentes velocidades de rotación.
Es más eficiente que un ventilador grande gire más lento, lo que mejora la eficiencia de empuje y reduce el ruido. La turbina, por el contrario, funciona de manera más eficiente a altas velocidades.
El reductor permite separar estos modos. Pratt & Whitney utilizó este esquema en los motores PW1100G, PW1400G y otros de la familia GTF.
Sin embargo, para la clase de motores superpesados con un empuje de 35 toneladas o más, el esquema con reductor se vuelve técnicamente mucho más complejo y puede resultar irracional.
El problema comienza con decenas de megavatios
El PD-35 pertenece a una categoría de peso completamente diferente. El motor está diseñado para un empuje de hasta 35-40 toneladas, y el diámetro de su ventilador es de aproximadamente 3 m.
Al transmitir una potencia de alrededor de 50 MW, incluso la alta eficiencia del reductor no elimina las pérdidas. Parte de la energía se convierte inevitablemente en calor.
Y aquí comienza el problema principal. Los engranajes y el aceite se calientan, y el calor debe disiparse constantemente. Cuanto mayor sea la potencia transmitida, más energía hay que disipar. Esto requiere un sistema de refrigeración más complejo, aumenta la masa y complica el diseño.
Por lo tanto, para el PD-35 se eligió un accionamiento directo del ventilador sin reductor.
Por qué el PD-35 se parece al GE9X
El GE9X estadounidense, un motor para el Boeing 777X, está construido con el mismo esquema. Con un enorme ventilador de aproximadamente 3,4 m de diámetro, General Electric también prescindió del reductor.
Al mismo tiempo, el PD-35, sin un esquema de reductor, logró una alta relación de derivación de 11:1. En el GE9X, este valor es de aproximadamente 10:1.
Una alta relación de derivación generalmente ayuda a reducir el consumo de combustible en régimen de crucero: la mayor parte del aire pasa a través del conducto exterior y crea empuje con el ventilador.
Resulta una curiosa bifurcación de ingeniería. Pratt & Whitney utilizó un reductor para hacer que el ventilador y la turbina funcionaran a diferentes velocidades. Y los creadores del PD-35 y el GE9X eligieron un esquema directo para motores de clase gigante.
Para el PD-35, la renuncia al reductor no fue una simplificación por economía. Con una potencia de decenas de megavatios, los "dientes" adicionales se convierten en un problema de disipación de calor. Y a veces la elección de ingeniería más difícil es decidir qué mecanismo es mejor no tener en el motor.