Por Bradley Perrett | Aviation Week & Space Technology

21 de enero de 2016 – Los ingenieros japoneses se preparan para construir un demostrador de núcleo de motor, sentando las bases para un caza furtivo que su país podra desplegar alrededor del 2030, tras el éxito en la investigación de materiales para un motor turbofan de baja de derivación que están planificando para el avión. En el lado del programa de adquisición de tecnología para la celula del caza, otro equipo ha progresado mucho investigando el uso supersónico de las bodegas de armamento para la propuesta del caza F-3.

Un motor demostrador completo, incluyendo un fan y una turbina de baja presión, seguirá a la construcción del nucleo del motor, según el Instituto de Investigación y Desarrollo Técnico del Ministerio de Defensa (ITDR). IHI Corp. es el contratista principal para el trabajo del motor, uno de una serie de proyectos que Japón está llevando a cabo en apoyo de la F-3.

Los desarrolladores de la celula, que probablemente incluye a personal clave de Mitsubishi Heavy Industries, parece haberse asentado en una configuración parecida a la presentada en el 2013 para el F-3 que hacía hincapié en la autonomía y carga de armas sobre las prestaciones en vuelo. El ITDR no ha confirmado la disposición general de la aeronave que se ha decidido, pero su última presentación gráfica del programa utiliza dibujos vistos previamente que se aproximan a la configuración del 2013.

Esta iteración de diseño, denominada 25DMU, se describió como un caza pesado con una bodega de armamento ventral para llevar seis misiles ramjet del tamaño del MBDA Meteor. El ala era grande y delgada para los estándares de un caza, ofreciendo un gran volumen de combustible y baja resistencia debido a la sustentación, pero penalizando la aceleración.


ITDR sigue publicando dibujos de conceptos del F3 similares al 25DMU de gran autonomía del 2013. Crédito: ITDR

ITDR presentó un análisis en 2014 para demostrar por qué esa configuración era la mejor. El factor clave fue que el diseño de gran autonomía proporciona más aviones en estación que los que estarían disponibles a partir de una flota alternativa de cazas de altas prestaciones. Para la defensa de la configuración, que se comparó con estudios anteriores, la agencia dio razones externas para pensar en un diseño no revelado pero entonces en preparación, el 26DMU, que no sería muy diferente.

Los dibujos publicados en el último informe difieren del 25DMU en dos aspectos, probablemente porque son ligeramente anteriores a la fecha de este diseño: Estos parecen mostrar espacio sólo para cuatro misiles en la bodega, y el sensor de infrarrojos ubicado abajo y hacia delante de la cabina está ausente.

Mientras ITDR dice en su presentación que la construcción y prueba del núcleo será el siguiente paso en el desarrollo de motores, al que le seguira un turbofan completo, pero no dio a conocer el tiempo para desarrollar esas actividades. De acuerdo a lo planificado con anterioridad, los prototipos del compresor de baja presión y la turbina de baja presión se pondrán a prueba a partir del año fiscal 2017 (las pruebas comienzan en el año fiscal 2015). Un prototipo de motor completo debe ser ensayado en el año fiscal 2018, cuando el gobierno debe tomar una decisión sobre si se debe seguir adelante con el F-3. No hay duda de que el gobierno va a querer ver grandes avances en el desarrollo del motor antes de comprometerse con el caza.

La prueba de un compresor y de la cámara de combustión, los otros dos módulos principales de un núcleo del motor, ha dado buenos resultados, dice ITDR, sin ofrecer más detalles sobre ese trabajo.

De acuerdo con los planes establecidos hace al menos tres años, el motor demostrador debe generar 15 toneladas métricas (33.000 libras) de empuje y será inusualmente delgado, por la resistencia reducida. Cada F-3 tendría dos de tales motores. Al igual que el Pratt & Whitney F119 del Lockheed Martin F-22, el motor japonés de dos ejes está destinado a tener tres etapas de fan, seis etapas del compresor de alta presión y las turbinas de alta y de baja presión de una sola etapa en contrarrotación. Salvo sorpresas en las pruebas, las principales características de su configuración son susceptibles de ser resuelas. ITDR continúa presentando el motor con un dibujo que se mostro por primera vez en 2011.

En su actualización de los progresos, ITDR confirma que la temperatura media del gas que entra en la turbina de alta presión será tan alto como 1.800°C (3.300°F), unvalor que se mencionó anteriormente en el programa. Los estudios realizados hasta ahora indican que el material compuesto de matriz cerámica (CMC), un material que puede hacer frente a temperaturas más altas que los metales, puede ser utilizado para hacer la cubierta de la turbina. El refuerzo de la cerámica será de fibra de carbono-silicio. Los alabes del estator y el rotor se harán de una superaleación de cristal único a base de níquel. El disco de turbina, en la que se montan las palas del rotor, se construirá con una superaleación de níquel-cobalto desarrollada localmente, denominada TMW-24.

Por cinco años, los directores del programa estuvieron expentantes para que el estator se haga en CMC, mientras que el rotor, con un montaje más difícil, siempre parece haber sido planeado como metalico. Los investigadores japoneses sugieren que el disco del rotor de TMW-24 se puede hacer a través del proceso tradicional de fundición y forja, en lugar de por purimetalurgia, la tecnología habitual para tales partes del rotor durante las últimas décadas.

Los investigadores evaluaron el TMW-24 sobre la base de una vida de disco de 1000 hr. bajo tensión centrífuga de 630 megapascales (91.000 lbf. por sq. in.). A reserva de estas condiciones un disco debe TMW-24 debe hacer frente a 710°C, acercándose al rendimiento de 730°C de la tecnología de purimetalurgia de principios de la década anterior, y por encima de los 690°C de la mejor tecnología de fundido y forjado de mediados de la década de 1970, según los informes ITDR . Sin embargo, este aspecto de la turbina aún no ha sido verificado.

Los estudios de la bodega de armamento comenzaron en 2010 y fueron seguidos por las pruebas a partir de 2013. Ese trabajo ha revelado combinaciones de velocidades de flujo de aire supersónico y ángulos en los que un arma puede ser lanzada desde una bodega. El siguiente paso será el diseño de un mecanismo de liberación.

Los ingenieros japoneses ya están familiarizados con el lanzamiento de armamento desde las bodegas de los aviones subsónicos, como el Kawasaki Heavy Industries P-1 de patrulla maritima. La investigación sobre el lanzamiento supersónico desde bodegas utilizo la dinámica computacional y en un banco de pruebas de túnel de viento se simulo la parte inferior de un avión con una bodega de armamentos abierta. El túnel de viento fue capaz de alcanzar velocidades de Mach 0,3 a 2,5. Según un informe de 2012, se realizaron ensayos de lanzamiento en un túnel de viento a Mach 1,4. Esa es una velocidad probable para el lanzamiento de un misil aire-aire. En el momento de ese informe, se estaban investigando 11 formas de cavidades.

Fuente: http://aviationweek.com/defense/japan-ready-next-fighter-engine-core


LA evolución del futuro caza F3, de acuerdo a los graficos presentados anteriormente por ITDR

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