Publicado: Mar Sep 22, 2009 2:59 pm
Lo más curioso del P-47 es que acabó haciendo justo lo contrario de aquello para lo que fue diseñado.
El P-47 tenía una importante característica: fue uno de los pocos aviones de caza de la guerra provistos de turbocompresor.
El problema de los motores e émbolos es que a alta cota el aire es mucho menos denso, por lo que su rendimiento decrece. La forma de solucionarlo es introducir aire extra en el motor, con un compresor. En la SGM se usaron sobre todo los compresores mecánicos: el motor mueve, mediante unos engranajes, un compresor (hay de varios tipos: espirales, de hélices, etcétera). Normalmente un único compresor es insuficiente, y es preciso hacer una cadena de varios compresores, alternando con radiadores para disminuir la temperatura del aire comprimido. En la SGM se generalizaron los compresores mecánicos de dos etapas, como los que montaban los últimos modelos del Rolls Royce Merlin.
Pero los compresores mecánicos tienen varios inconvenientes:
- Son “rígidos”, es decir, están optimizados para determinadas cotas: si lo diseñas para 8.000 m, el motor rendirá mejor a 8.000 m que a 7.000 m ó a 9.000 m. Con los compresores de dos etapas podías tener varias “combinaciones” que optimizaban el rendimiento a diferentes cotas, pero seguían teniendo rendimientos variados según la altitud.
- Aumentan la carga de trabajo del piloto, que debe decidir si se usan o no según la velocidad, el consumo o la altura. Había dispositivos mecánicos para hacerlo automáticamente, pero no eran demasiado eficaces.
- Restan potencia al motor, al precisar ser movidos por él. Por ejemplo, los primeros modelos del Merlin precisaban 150 HP para mover el compresor, y a cambio el rendimiento mejoraba en 400 HP: una ganancia de 250 HP, buena pero no excesiva.
En la práctica, esto afectaba bastante al diseño de motores y aviones: el caza que volaba bien a alta cota era un mediocre cazabombardero, y a la inversa. Frecuentemente se construían versiones del mismo motor y el mismo avión optimizadas para cada cota: El AU (versión de ataque del F4U Corsair) llevaba un compresor de una sola etapa, porque estaba pensado para misiones a baja cota. Del Spitfire V había versiones de alta, media y baja cota, cada una con una versión diferente del Merlin y con diferente ala (tenía que ser divertido el mantenimiento). El Focke-Wulf Fw-190A nunca fue un buen caza de alta cota porque el compresor del BMW 801 era poco eficiente.
La otra posibilidad eran los turbocompresores: eran en esencia iguales a los de los actuales motores diésel turbocomprimidos: una turbina gira impulsada por los gases del escape, y mueve otra turbina (o varias) que comprimen el aire aspirado. En este sistema, aparentemente, eran todo ventajas:
- Apenas quitaban rendimiento al motor: se perdía el empuje proporcionado por los escapes (usado en el Zero), y bajaba mínimamente el rendimiento del motor (por la obstrucción a la salida de los gases) pero se compensaba más que de sobra por la mayor potencia, podía doblar a la del mismo motor atmosférico (sin sobrealimentación): los primeros Wright R-1820 Cyclone 9, de 30 L de cilindrada y compresor mecánico, rendían 700 HP, y el R-3350 Duplex-Cyclone de 55 L de cilindrada llegó a 3.700 HP.
- Eran completamente automáticos: al dar más gases al motor aumentaba el escape y el turbocompresor admitía más aire. A alta cota la diferencia de presión mayor aumentaba la compresión, y a baja cota disminuía la compresión y mantenía la relación ideal entre gas y combustible. Quien tenga un motor turbodiesel ¿alguna vez ha manipulado el mando del turbo?
Todo eran ventajas, pero salvo en Norteamérica apenas se usaron los turbocompresores: por una parte, implicaban llenar el avión de tuberías, por otra las turbinas girando a altas velocidades y altas temperaturas precisaban un diseño cuidadoso, requerían una construcción muy precisa, y materiales de alta calidad. De hecho los turbocompresores de los P-38 dieron muchos problemas, fueron la principal causa del fracaso de este avión sobre Europa.
El P-47B se diseñó expresamente como un caza de alta cota. El XP-47A había nacido como una propuesta de caza ligero con motor en línea para sustituir al P-40, pero se pensó que sería inferior a los Bf-109, que tenían un rendimiento excelente a alta cota. Por ello se diseñó un avión que pudiese superarlo. Se tomó el ala semielíptica del P-43, que tenía las cualidades del ala elíptica del Spitfire pero era más fácil de construir, y se montaría el motor más potente disponible, el Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp, equipado con un turbocompresor. El fuselaje se construiría alrededor del motor, el turbocompresor (su tobera está en la panza algo detrás del ala) y los conductos que los unían, y para poder acogerlo tuvo que ser grande y pesado. Y lo que nació como caza ligero acabó como el caza monomotor más pesado de la guerra.
Lo curioso es que luego el avión resultó excesivamente pesado para ser un buen caza. Tenía buenas cualidades (su masa le permitía conservar la energía, y picaba muy bien). Pero viraba mal y tenía escasa velocidad ascensional (salvo en los primeros metros gracias a su inercia, un Thunderbolt bien pilotado podía dar un susto), siendo en conjunto inferior al P-51. Al contrario, su resistencia y su motor radial lo hacían ideal para el ataque a tierra. Pero para esas misiones el complejo y caro turbocompresor, la causa del tamaño del avión, sobraba, y un F4U con compresor mecánico lo hacía tan bien o mejor.
El mediocre rendimiento del P-47 como caza hizo que este fuese retirado en 1948. Lo que fue un grave error: al iniciarse la guerra de Corea hubo que enviar los Mustang F-51D, que enseguida fueron relegados a misiones de apoyo, a sabiendas de su vulnerabilidad ante el fuego terrestre (incluso de pequeño calibre). Mientras que los Jug que eran desguazados por miles, hubiesen podido efectuar esa misión con ventaja.
En resumen: el P-47 fue un buen avión, pero no podía aprovechar lo que debía ser su mayor ventaja, el rendimiento a alta cota. Hubiese sido sustituido con ventaja por el Corsair, que era mejor caza y mejor bombardero, pero…
Incidentalmente, todo eso de los turbocompresores tuvo un beneficio inesperado. El diseño de las turbinas, que requerían pequeñas tolerancias, facilitó el diseño de turborreactores de flojo axial, es decir, que en lugar de usar un compresor centrífugo (como los primeros diseños ingleses: Welland, Goblin, Nene) usaban un compresor de turbinas de varias etapas. El Allison J-35 fue el primer reactor de flujo axial con buen rendimiento y fiabilidad (el Jumo 004 y el BMW 003 fueron un desastre), y el más potente J-47 aún era mejor. Esos motores tenían un consumo muy inferior a los anteriores modelos, eran más estrechos y de mantenimiento relativamente sencillo, permitiendo diseñar el F-84 (el primer cazabombardero de reacción eficaz) y el F-86 Sabre.
Saludos, y disculpas por el rollo
El P-47 tenía una importante característica: fue uno de los pocos aviones de caza de la guerra provistos de turbocompresor.
El problema de los motores e émbolos es que a alta cota el aire es mucho menos denso, por lo que su rendimiento decrece. La forma de solucionarlo es introducir aire extra en el motor, con un compresor. En la SGM se usaron sobre todo los compresores mecánicos: el motor mueve, mediante unos engranajes, un compresor (hay de varios tipos: espirales, de hélices, etcétera). Normalmente un único compresor es insuficiente, y es preciso hacer una cadena de varios compresores, alternando con radiadores para disminuir la temperatura del aire comprimido. En la SGM se generalizaron los compresores mecánicos de dos etapas, como los que montaban los últimos modelos del Rolls Royce Merlin.
Pero los compresores mecánicos tienen varios inconvenientes:
- Son “rígidos”, es decir, están optimizados para determinadas cotas: si lo diseñas para 8.000 m, el motor rendirá mejor a 8.000 m que a 7.000 m ó a 9.000 m. Con los compresores de dos etapas podías tener varias “combinaciones” que optimizaban el rendimiento a diferentes cotas, pero seguían teniendo rendimientos variados según la altitud.
- Aumentan la carga de trabajo del piloto, que debe decidir si se usan o no según la velocidad, el consumo o la altura. Había dispositivos mecánicos para hacerlo automáticamente, pero no eran demasiado eficaces.
- Restan potencia al motor, al precisar ser movidos por él. Por ejemplo, los primeros modelos del Merlin precisaban 150 HP para mover el compresor, y a cambio el rendimiento mejoraba en 400 HP: una ganancia de 250 HP, buena pero no excesiva.
En la práctica, esto afectaba bastante al diseño de motores y aviones: el caza que volaba bien a alta cota era un mediocre cazabombardero, y a la inversa. Frecuentemente se construían versiones del mismo motor y el mismo avión optimizadas para cada cota: El AU (versión de ataque del F4U Corsair) llevaba un compresor de una sola etapa, porque estaba pensado para misiones a baja cota. Del Spitfire V había versiones de alta, media y baja cota, cada una con una versión diferente del Merlin y con diferente ala (tenía que ser divertido el mantenimiento). El Focke-Wulf Fw-190A nunca fue un buen caza de alta cota porque el compresor del BMW 801 era poco eficiente.
La otra posibilidad eran los turbocompresores: eran en esencia iguales a los de los actuales motores diésel turbocomprimidos: una turbina gira impulsada por los gases del escape, y mueve otra turbina (o varias) que comprimen el aire aspirado. En este sistema, aparentemente, eran todo ventajas:
- Apenas quitaban rendimiento al motor: se perdía el empuje proporcionado por los escapes (usado en el Zero), y bajaba mínimamente el rendimiento del motor (por la obstrucción a la salida de los gases) pero se compensaba más que de sobra por la mayor potencia, podía doblar a la del mismo motor atmosférico (sin sobrealimentación): los primeros Wright R-1820 Cyclone 9, de 30 L de cilindrada y compresor mecánico, rendían 700 HP, y el R-3350 Duplex-Cyclone de 55 L de cilindrada llegó a 3.700 HP.
- Eran completamente automáticos: al dar más gases al motor aumentaba el escape y el turbocompresor admitía más aire. A alta cota la diferencia de presión mayor aumentaba la compresión, y a baja cota disminuía la compresión y mantenía la relación ideal entre gas y combustible. Quien tenga un motor turbodiesel ¿alguna vez ha manipulado el mando del turbo?
Todo eran ventajas, pero salvo en Norteamérica apenas se usaron los turbocompresores: por una parte, implicaban llenar el avión de tuberías, por otra las turbinas girando a altas velocidades y altas temperaturas precisaban un diseño cuidadoso, requerían una construcción muy precisa, y materiales de alta calidad. De hecho los turbocompresores de los P-38 dieron muchos problemas, fueron la principal causa del fracaso de este avión sobre Europa.
El P-47B se diseñó expresamente como un caza de alta cota. El XP-47A había nacido como una propuesta de caza ligero con motor en línea para sustituir al P-40, pero se pensó que sería inferior a los Bf-109, que tenían un rendimiento excelente a alta cota. Por ello se diseñó un avión que pudiese superarlo. Se tomó el ala semielíptica del P-43, que tenía las cualidades del ala elíptica del Spitfire pero era más fácil de construir, y se montaría el motor más potente disponible, el Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp, equipado con un turbocompresor. El fuselaje se construiría alrededor del motor, el turbocompresor (su tobera está en la panza algo detrás del ala) y los conductos que los unían, y para poder acogerlo tuvo que ser grande y pesado. Y lo que nació como caza ligero acabó como el caza monomotor más pesado de la guerra.
Lo curioso es que luego el avión resultó excesivamente pesado para ser un buen caza. Tenía buenas cualidades (su masa le permitía conservar la energía, y picaba muy bien). Pero viraba mal y tenía escasa velocidad ascensional (salvo en los primeros metros gracias a su inercia, un Thunderbolt bien pilotado podía dar un susto), siendo en conjunto inferior al P-51. Al contrario, su resistencia y su motor radial lo hacían ideal para el ataque a tierra. Pero para esas misiones el complejo y caro turbocompresor, la causa del tamaño del avión, sobraba, y un F4U con compresor mecánico lo hacía tan bien o mejor.
El mediocre rendimiento del P-47 como caza hizo que este fuese retirado en 1948. Lo que fue un grave error: al iniciarse la guerra de Corea hubo que enviar los Mustang F-51D, que enseguida fueron relegados a misiones de apoyo, a sabiendas de su vulnerabilidad ante el fuego terrestre (incluso de pequeño calibre). Mientras que los Jug que eran desguazados por miles, hubiesen podido efectuar esa misión con ventaja.
En resumen: el P-47 fue un buen avión, pero no podía aprovechar lo que debía ser su mayor ventaja, el rendimiento a alta cota. Hubiese sido sustituido con ventaja por el Corsair, que era mejor caza y mejor bombardero, pero…
Incidentalmente, todo eso de los turbocompresores tuvo un beneficio inesperado. El diseño de las turbinas, que requerían pequeñas tolerancias, facilitó el diseño de turborreactores de flojo axial, es decir, que en lugar de usar un compresor centrífugo (como los primeros diseños ingleses: Welland, Goblin, Nene) usaban un compresor de turbinas de varias etapas. El Allison J-35 fue el primer reactor de flujo axial con buen rendimiento y fiabilidad (el Jumo 004 y el BMW 003 fueron un desastre), y el más potente J-47 aún era mejor. Esos motores tenían un consumo muy inferior a los anteriores modelos, eran más estrechos y de mantenimiento relativamente sencillo, permitiendo diseñar el F-84 (el primer cazabombardero de reacción eficaz) y el F-86 Sabre.
Saludos, y disculpas por el rollo