Geared open rotor performance assessment for short range civil aviation

Evaluación de motores open rotor contra rotativos con caja de reducción para vuelos de corta distancia

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Universidad de Montevideo
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As a consequence of increased stringent environmental regulations in a highly competitive market, airlines require radically more efficient and environmentally friendly aircraft.Engine manufacturers propose four different alternatives for the replacement of the A320: the geared turbofan, the advanced turbofan, the counter-rotating geared open rotor and the counterrotating direct drive open rotor. The open rotor technology offers the more potential fuel saves than the other options but there are major challenges associated with the development of this technology such as: the design of reliable counter-rotating components, the design of silent propellers, the design of a pitch changing mechanism capable of safely operating in hot sections of the engine and the stable operation in reverse thrust setting. In order to design the most efficient engine that meets the certification requirements, a multidisciplinary simulation tool is required to quantify the implication of different design and operation choices. This article focuses on the performance module of this simulation tool and on the performance assessment of the geared open rotor architecture. The simulation results suggest that the geared open rotor has the potential to reduce the fuel consumption by approximately 21% compared to a current turbofan. This is directly translated into a 21% reduction of gaseous emissions and approximately a 7.7% reduction of the average European airline total operating cost.

Como resultado de la presente situación económica, la continua subida en el precio del combustible y las normativas ambientales cada día más exigentes, las aerolíneas requieren aviones radicalmente más eficientes y amigables con el medio ambiente. Los fabricantes de motores proponen actualmente cuatro alternativas para la reposición del A320: el turbofan con caja de reducción, turbofan avanzado, el open rotor contra rotativo con caja de reducción y el open rotor contra rotativo a transmisión directa. El open rotor contra rotativo es la tecnología que ofrece un mayor potencial de ahorro de combustible pero presenta mayores desafíos técnicos como son: el diseño de componentes contra rotativos fiables, el diseño de hélices silenciosas, el diseño de un mecanismo de cambio de ángulo de hélices capaz de funcionar en la parte caliente del motor, la operación estable en modalidad de frenado, etc. Para diseñar un motor lo más eficiente posible y que a su vez cumpla con los requisitos de certificación para la aviación civil es necesaria una plataforma de simulación multidisciplinar que ayude a cuantificar el impacto de las  decisiones de diseño y operación. Este artículo describe el módulo de performance del motor de esta herramienta y propone como caso deestudio la evaluación del open rotor con caja de reducción. Los resultados de este estudio muestran que el open rotor con caja de reducción podría reducir cerca de un 21% el consumo de combustible frente a un turbofan actual. Esto significa aproximadamente una ventaja del 21% de emisiones gaseosas y un 7.7% del costo operativo de una aerolínea europea promedio.