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Los motores de la aviación ultraligera

Por Despegamos

Índice
Introducción
Objetivos de la presentación
Datos recopilados
Configuración de motores
Ejemplos de motores de dos y cuatro tiempos
Geometría
Prestaciones
Pesos, potencias y volúmenes
Conclusiones

Introducción
Los aviones ultraligeros son pequeños aviones deportivos situados entre los aviones ligeros (peso máximo al despegue igual o inferior a 3000 kg) y el vuelo libre. En España, para que una aeronave pueda ser considerada ultraligera, debe cumplir varios requisitos:

  • Que sean aeronaves motopropulsadas.
  • Que la velocidad de pérdida en configuración de aterrizaje sea inferior a 65 km/h.
  • Que el peso máximo al despegue sea inferior a 300 kg para monoplazas, 450 kg para biplazas terrestres y 495 kg en el caso de hidroaviones.

Situación actual
A día de hoy, la fabricación de células, motores y equipos para la aviación ultraligera se ha convertido en una industria de cierta entidad. En el caso de los motores, que es el tema que nos ocupa, se han contabilizado 53 fabricantes, que, en los últimos años, han puesto en el mercado alrededor de 177 modelos, entre motores de 2 y 4 tiempos, de encendido por chispa. No están considerados los motores Diésel.
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Objetivos de la presentación
El propósito es mostrar los resultados del análisis estadístico de las especificaciones y prestaciones de estos motores, dentro del marco de la teoría que les es propia y de los resultados experimentales disponibles en la literatura, para identificar información útil, tal como:

  • Diseños óptimos.
  • Éxito del diseñador en la utilización de las cilindradas, pesos y volúmenes.
  • Identificación de las correspondencias entre geometrías y configuraciones con las prestaciones del motor.
  • Áreas de potencias no cubiertas.
  • “Estado del arte” y posible evolución tecnológica.

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Datos recopilados:

  • Diámetro y carrera
  • Relación de compresión
  • Cilindrada
  • Tiempos (2 o 4)
  • Nº de cilindros y disposición de los mismos
  • Potencia máxima @ rpm (revoluciones/minuto)
  • Consumo específico de combustible @ rpm
  • Consumo horario de combustible
  • Sistema de combustible (carburación/inyección)
  • Nº de válvulas/cilindro
  • Presencia de Turbocompresor (si/no)
  • Tipo de reducción
  • Tipo de refrigeración
  • Dimensiones (altura, anchura, longitud)
  • Peso (kg)

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Configuración de motores
Motor de dos tiempos

motor_2t

Motor de cuatro tiempos

motor_4t

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Ejemplos de motores de dos y cuatro tiempos
Ejemplos de motores de dos tiempos

paramotores
H&E Paramotores. R80 Monocilindro para parapentes.
bicilindro
Radial Compact Engines. MZ202, bicilindro en línea.

Ejemplos de motores de dos tiempos

l_275
Limbach L275. Dos cilindros horizontales opuestos. (Operating Manual L275E/L550E)
l_550
Limbach L550E. Cuatro cilindros horizontales opuestos. (Operating Manual L275E/L550E)

Ejemplos de motores de cuatro tiempos

l_2000
Limbach L2000. Cuatro cilindros horizontales opuestos.
roter_2800
Motor radial Rotec 2800 de 7 cilindros. 81 cm de diámetro; DxC: 80×80 mm.(WEB del fabricante)

Ejemplos de motores de cuatro tiempos
Motores de automóvil modificados para uso aeronáutico

revmaster_r_2300
Motor Revmáster R-2300 (Volkswagen).
raven_1300
Raven modelo 1300SVS (Suzuki).

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Geometría
Cilindros y Cilindradas

cilincros_cilindradas

Relación de compresión

relacion_compresion_2trelacion_compresion_4t

Razón Diámetro/Carrera

diametro_carrera

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Prestaciones
Ecuaciones

ecuaciones


Velocidad media del pistón

vel_media_piston

Presión Media Efectiva

pme

Presión Media Efectiva (motores de cuatro tiempos)

pme_4t

Potencia vs Cilindrada

potencia_vs_cilindrada

Potencia vs área del pistón

potencia_vs_area_piston

Potencia normalizada

potencia_normalizada

Par motor vs cilindrada

par_motor_vs_cilindrada

Densidad de potencia vs carrera

densidad_vs_carrera

Densidad de potencia vs carrera

densidad potencia_vs_Carrera

Densidad de potencia vs volumen

densidad_potenciavsvol
grafica_densidad_potenciavsvol

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Pesos, potencias y volúmenes

pesos_potencias_volumentes

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Conclusiones
Motores de dos tiempos
La razón D/C=1 proporciona:

  • Más alta presión media efectiva.
  • Mejores potencias y pares para la misma cilindrada.

Hace que el diseñador alcance éxitos en la:

  • Utilización de la cilindrada.
  • Utilización del área del pistón. Sin embargo, no es óptima en cuanto a la incorporación de éste área en el volumen del motor.
  • Consecución de la mejor densidad de potencia.

Evita diseños sobredimensionados del sistema de refrigeración.

En cuanto a pesos y volúmenes específicos, los multicilindros están en mejor posición que los monocilindros.
Existen correspondencias explícitas, para todas las razones D/C, entre el Par y la cilindrada, y entre el potencia normalizada y el área del pistón.
El rango de potencias cubiertas va de los 10 a los 80 kW, estando el 50% por debajo de los 30 kW.

Motores de cuatro tiempos
Proporcionan diseños óptimos aquellas configuraciones que mejoran el llenado del cilindro. Entre estas están:

  • Sustitución del carburador por un sistema de inyección.
  • Cambio de una configuración de 2 válvulas/cilindro a 4.
  • Incorporación de un turbocompresor.

Estas, individualmente o en conjunto, son óptimas para:

 

  • Consecución de la mejor potencia máxima para la misma cilindrada.
  • Consecución de la mejor potencia máxima para la misma área total del pistón.
  • Consecución del mejor par para la misma cilindrada.
  • Consecución de la mejor densidad de potencia.

 

En cuanto a la configuración de cilindros, la disposición “horizontales opuestos” es óptima frente a la disposición “lineal”, en el sentido de proporcionar un menor peso específico para el mismo volumen específico. También es óptima en la incorporación del área del pistón en el volumen del motor, para la misma razón Pb/(volumen) 2/3.

Existen correspondencias explícitas del par con la cilindrada, de la potencia y potencia normalizada con el área del pistón.

El rango de potencias cubiertas va de los 14 a los 110 kW, estando el 80% entre los 40 y 100kW.
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