CFM Internacional CFM56

La serie CFM International CFM56 (designación militar estadounidense F108) es una familia franco-estadounidense de motores de avión turbofan de alto bypass fabricados por CFM International (CFMI), con un rango de empuje de 18.500 a 34.000 lbf (82 a 150 kN). CFMI es una empresa de propiedad conjunta al 50% de Safran Aircraft Engines (anteriormente conocida como Snecma) de Francia y GE Aerospace (GE) de Estados Unidos. Ambas empresas se encargan de producir componentes y cada una tiene su propia línea de montaje final. GE produce el compresor de alta presión, la cámara de combustión y la turbina de alta presión, Safran fabrica el ventilador, la caja de cambios, el escape y la turbina de baja presión, y algunos componentes son fabricados por Avio de Italia y Honeywell de Estados Unidos. Los motores son ensamblados por GE en Evendale, Ohio, y por Safran en Villaroche, Francia. Los motores completos son comercializados por CFMI. A pesar de las restricciones iniciales a la exportación, es el motor de avión turbofan más utilizado en el mundo, en cuatro variantes principales.

El CFM56 funcionó por primera vez en 1974. En abril de 1979, la empresa conjunta no había recibido ni un solo pedido en cinco años y estaba a dos semanas de disolverse. El programa se salvó cuando Delta Air Lines, United Airlines y Flying Tigers eligieron el CFM56 para rediseñar sus DC-8 y poco después fue elegido para rediseñar la flota de Boeing KC-135 Stratotanker de la Fuerza Aérea de Estados Unidos. Los primeros motores entraron en servicio en 1982. Se experimentaron varios incidentes de fallas en las aspas del ventilador durante el primer servicio del CFM56, incluida una falla que fue la causa del desastre aéreo de Kegworth, y algunas variantes de motores experimentaron problemas causados por volar bajo la lluvia y granizo. Ambos problemas se resolvieron con modificaciones del motor.

Historia

Orígenes

Investigación sobre la próxima generación de motores a reacción comerciales, turbofanes de alta relación de derivación en los motores de "10 toneladas" (20.000 lbf; 89 kN), comenzó a finales de la década de 1960. Snecma (ahora Safran), que anteriormente había construido principalmente motores militares, fue la primera empresa en intentar entrar en el mercado buscando un socio con experiencia comercial para diseñar y construir un motor de esta clase. Consideraron a Pratt & Whitney, Rolls-Royce y GE Aviation como socios potenciales, y después de que dos ejecutivos de la compañía, Gerhard Neumann de GE y René Ravaud de Snecma, se presentaran en el Salón Aeronáutico de París de 1971, se tomó una decisión. Las dos empresas vieron beneficios mutuos en la colaboración y se reunieron varias veces más para desarrollar los conceptos básicos del proyecto conjunto.

En ese momento, Pratt & Whitney dominó el mercado comercial. GE necesitaba un motor en esta clase de mercado y Snecma tenía experiencia previa trabajando con ellos, colaborando en la producción del turbofan CF6-50 para el Airbus A300. Pratt & Whitney estaba considerando actualizar su JT8D para competir en la misma clase que el CFM56 como empresa única, mientras que Rolls-Royce se enfrentaba a problemas financieros que les impedían iniciar nuevos proyectos; Esta situación hizo que GE obtuviera el título de mejor socio del programa.

Una de las principales razones del interés de GE en la colaboración, en lugar de construir un motor de 10 toneladas por su cuenta, fue que el proyecto Snecma era la única fuente de fondos para el desarrollo de un motor de esta clase en este momento en particular. tiempo. Inicialmente, GE estaba considerando contribuir únicamente con la tecnología de su motor CF6 en lugar de su motor F101, mucho más avanzado, desarrollado para el bombardero supersónico B-1 Lancer. La empresa se enfrentó a un dilema cuando la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) anunció su proyecto de Transporte Medio STOL Avanzado (AMST) en 1972, que incluía financiación para el desarrollo de un motor de 10 toneladas, ya fuera para construir un motor "limitado" #34; Motor de 10 toneladas con tecnología Snecma, o un motor similar con motor "avanzado" tecnología por su cuenta. Preocupado de que la empresa se quedara sólo con la capacidad "limitada" motor en su cartera, si no ganaba el contrato de la Fuerza Aérea (por el que competía con Pratt & Whitney y una división de General Motors con su motor "avanzado"), GE decidió solicitar una licencia de exportación para la tecnología central del F101.

Problemas de exportación

GE solicitó la licencia de exportación en 1972 como su principal contribución al proyecto del motor de 10 toneladas. La Oficina de Control de Municiones del Departamento de Estado de los Estados Unidos recomendó rechazar la solicitud por motivos de seguridad nacional; específicamente porque la tecnología central era un aspecto de un sistema estratégico de defensa nacional (bombardero B-1), fue construido con fondos del Departamento de Defensa, y que exportar la tecnología a Francia limitaría el número de trabajadores estadounidenses en el proyecto. La decisión oficial se tomó en un Memorando de Decisión de Seguridad Nacional firmado por el Asesor de Seguridad Nacional Henry Kissinger el 19 de septiembre de 1972.

Si bien se citaron preocupaciones de seguridad nacional como motivo del rechazo, la política también jugó un papel importante. El proyecto, y la cuestión de las exportaciones asociadas a él, se consideraron tan importantes que el presidente francés, Georges Pompidou, apeló directamente al presidente estadounidense Richard Nixon en 1971 para que aprobara el acuerdo, y Henry Kissinger planteó la cuestión al presidente Pompidou en una reunión de 1972. Según se informa, GE argumentó en los niveles más altos que tener la mitad del mercado era mejor que no tener nada, lo que creían que sucedería si Snecma perseguía el motor por su cuenta sin la contribución de GE. Los funcionarios de la administración Nixon temían que este proyecto pudiera ser el principio del fin del liderazgo aeroespacial estadounidense.

También se especuló que el rechazo pudo haber sido, en parte, una represalia por la participación francesa en convencer a los suizos de no comprar aviones LTV A-7 Corsair II de fabricación estadounidense que habían estado compitiendo con un diseño francés, el Dassault Milan.. Al final, los suizos no compraron ninguno de los dos aviones y optaron por el Northrop F-5E Tiger II.

Reunión Nixon-Pompidou de 1973

A pesar de que se rechazó la licencia de exportación, tanto los franceses como GE continuaron presionando a la administración Nixon para obtener permiso para exportar la tecnología F101. Los esfuerzos continuaron durante los meses posteriores al rechazo, culminando con el hecho de que el motor se convirtió en un tema de la agenda durante la reunión de 1973 de los presidentes Nixon y Pompidou en Reykjavík. Las discusiones en esta reunión dieron como resultado un acuerdo que permitió continuar con el desarrollo del CFM56. Informes contemporáneos afirman que el acuerdo se basó en garantías de que el núcleo del motor, la parte que GE estaba desarrollando a partir del F101 militar, se construiría en los EE. UU. y luego se transportaría a Francia para proteger las tecnologías sensibles. La empresa conjunta también acordó pagar a Estados Unidos una regalía de 80 millones de dólares (calculada en 20.000 dólares por motor que se prevé construir) como reembolso por el dinero de desarrollo proporcionado por el gobierno para el núcleo del motor F101. Documentos desclasificados en 2007 revelaron que un aspecto clave del acuerdo de exportación CFM56 fue que el gobierno francés acordó no imponer aranceles a los aviones estadounidenses que se importaran a Europa.

CFM Internacional

Una vez resuelto el problema de las exportaciones, GE y Snecma finalizaron el acuerdo que formó CFM International (CFMI), una empresa conjunta al 50% que sería responsable de producir y comercializar el motor de 10 toneladas, el CFM56. La empresa se fundó oficialmente en 1974. El "CF" en el nombre del motor representa la designación de GE para motores turbofan comerciales, mientras que el "M56" es el nombre de la propuesta de motor original de Snecma. Las dos funciones principales de CFMI eran gestionar el programa entre GE y Snecma, y comercializar, vender y dar servicio al motor en un único punto de contacto para el cliente. CFMI fue responsable de la toma de decisiones diarias del proyecto, mientras que las decisiones importantes (desarrollar una nueva variante, por ejemplo) requirieron el visto bueno de la dirección de GE y Snecma.

La junta directiva de CFMI está actualmente dividida en partes iguales entre Snecma y GE (cinco miembros cada uno). Hay dos vicepresidentes, uno de cada empresa, que apoyan al presidente de CFMI. El presidente tiende a provenir de Snecma y se sienta en la sede de CFMI cerca de GE en Cincinnati, Ohio.

El trabajo dividido entre las dos empresas dio a GE la responsabilidad del compresor de alta presión (HPC), la cámara de combustión y la turbina de alta presión (HPT); Snecma fue responsable del ventilador, el compresor de baja presión (LPC) y la turbina de baja presión (LPT). Snecma también fue responsable de la ingeniería inicial de integración del fuselaje, que involucra principalmente el diseño de la góndola, e inicialmente fue responsable de la caja de cambios, pero transfirió ese trabajo a GE cuando se hizo evidente que sería más eficiente para GE ensamblar ese componente junto con sus otras partes.

Desarrollo

Descripción general

El trabajo de desarrollo del CFM56 comenzó antes de que se creara formalmente el CFMI. Si bien el trabajo se desarrolló sin problemas, el acuerdo internacional generó condiciones de trabajo únicas. Por ejemplo, ambas empresas tenían líneas de montaje, algunos motores eran ensamblados y probados en Estados Unidos y otros en Francia. Los motores ensamblados en Francia estaban sujetos al acuerdo de exportación inicialmente estricto, lo que significaba que el núcleo de GE se construyeba en los EE. UU. y luego se enviaba a la planta de Snecma en Francia, donde se colocaba en una habitación cerrada con llave en la que incluso el presidente de Francia Snecma no estaba permitido. Los componentes de Snecma (las secciones delantera y trasera del motor) se llevaron a la sala, los empleados de GE los montaron hasta el núcleo y luego se sacó el motor ensamblado para terminarlo.

El primer motor CFM56 completo funcionó por primera vez en GE en junio de 1974 y el segundo en octubre de 1974. El segundo motor se envió luego a Francia y funcionó allí por primera vez el 13 de diciembre de 1974. Estos primeros motores se consideraron "de producción". hardware" a diferencia de los ejemplos de prueba y fueron designados como CFM56-2, la primera variante del CFM56.

El motor voló por primera vez en febrero de 1977, cuando reemplazó a uno de los cuatro Pratt & Motores Whitney JT8D en el McDonnell Douglas YC-15, participante en la competencia de Transporte STOL Medio Avanzado (AMST) de la Fuerza Aérea. Poco después, el segundo CFM56 se montó en un Sud Aviation Caravelle en el centro de pruebas de vuelo de Snecma en Francia. Este motor tenía una configuración ligeramente diferente con un conducto de derivación largo y un flujo de escape mixto, en lugar de un conducto de derivación corto con un flujo de escape sin mezclar. Fue el primero en incluir un "Sistema de gestión de empuje".

Primeros clientes

Después de probar el motor durante varios años, tanto en el aire como en tierra, CFMI buscó clientes fuera de un posible contrato AMST. Los principales objetivos eran los contratos de rediseño de los aviones Douglas DC-8 y Boeing 707, incluido el avión cisterna militar relacionado, el KC-135 Stratotanker. Hubo poco interés inicial en el motor, pero Boeing se dio cuenta de que el CFM56 podría ser una solución a las próximas regulaciones sobre ruido. Después de anunciar que un 707 se configuraría con el motor CFM56 para pruebas de vuelo en 1977, Boeing ofreció oficialmente el 707-320 con el motor CFM56 como opción en 1978. La nueva variante figuraba como 707-700. Debido al interés limitado de las aerolíneas en un 707 rediseñado, Boeing puso fin al programa 707-700 en 1980 sin vender ningún avión. A pesar de la falta de ventas, tener el 707 comercial disponible con el CFM56 ayudó a la competitividad del motor para el contrato de rediseño del KC-135.

KC-135R

Ganar el contrato para rediseñar la flota de aviones cisterna KC-135 para la USAF sería una gran ayuda para el proyecto CFM56 (con más de 600 aviones disponibles para rediseñar), y CFMI persiguió agresivamente ese objetivo tan pronto como La Solicitud de Propuestas (RFP) se anunció en 1977. Como otros aspectos del programa, la política internacional jugó un papel en este contrato. En un esfuerzo por aumentar las posibilidades del CFM56 frente a sus competidores, Pratt & Whitney TF33 y un Pratt & Whitney JT8D, el gobierno francés anunció en 1978 que actualizarían sus 11 KC-135 con el CFM56, proporcionando uno de los primeros pedidos del motor.

La USAF anunció el CFM56 como el ganador del contrato de rediseño en enero de 1980. Los funcionarios indicaron que estaban entusiasmados ante la perspectiva de reemplazar el Pratt & Los motores Whitney J57 que actualmente vuelan en el avión KC-135A, llamándolos "... el motor más ruidoso, sucio [y] con menor eficiencia de combustible que aún vuela" En el momento. El avión rediseñado fue designado KC-135R. El CFM56 aportó muchos beneficios al KC-135, reduciendo la distancia de despegue hasta en 3500 pies (1100 m), disminuyendo el uso general de combustible en un 25 %, reduciendo en gran medida el ruido (24 dB menos) y reduciendo el costo total del ciclo de vida. Con esos beneficios en mente, la Armada de los Estados Unidos seleccionó el CFM56-2 para impulsar su variante del Boeing 707, el E-6 Mercury, en 1982. En 1984, la Real Fuerza Aérea Saudita seleccionó el CFM56-2 para impulsar su E- 3 aviones Sentry (también relacionados con la estructura del avión 707). El E-3 con motor CFM56-2 también se convirtió en la configuración estándar para los aviones adquiridos por británicos y franceses.

DC-8

A finales de la década de 1970, las aerolíneas estaban considerando actualizar sus viejos aviones Douglas DC-8 como alternativa a comprar nuevos aviones más silenciosos y eficientes. Tras el pedido francés del KC-135 en 1978, la decisión de United Airlines de abril de 1979 de actualizar 30 de sus aviones DC-8-61 con el CFM56-2 fue importante para asegurar el desarrollo del CFM56; GE y Snecma estaban a dos semanas de congelar el desarrollo si esa orden no se hubiera materializado. Esta decisión marcó la primera compra comercial (en lugar de gubernamental/militar) del motor, y Delta Air Lines y Flying Tiger Line pronto siguieron su ejemplo, dando al CFM56 una base firme tanto en el mercado militar como comercial.

Boeing 737

A principios de la década de 1980, Boeing seleccionó el CFM56-3 para impulsar exclusivamente la variante Boeing 737-300. Las alas del 737 estaban más cerca del suelo que las aplicaciones anteriores del CFM56, lo que requirió varias modificaciones en el motor. Se redujo el diámetro del ventilador, lo que redujo la relación de derivación, y la caja de cambios accesoria del motor se movió desde la parte inferior del motor (la posición de las 6 en punto) a la posición de las 9 en punto, dándole a la góndola del motor su Forma distintiva de fondo plano. El empuje general también se redujo, de 24.000 a 20.000 lbf (107 a 89 kN), principalmente debido a la reducción en la relación de derivación.

Desde el pequeño pedido de lanzamiento inicial de veinte 737-300 divididos entre dos aerolíneas, hasta abril de 2010 se habían entregado más de 5.000 aviones Boeing 737 con turbofan CFM56.

Desarrollo continuo

Tech56 y la inserción tecnológica

En 1998, CFMI lanzó la plataforma "Tech56" programa de desarrollo y demostración para crear un motor para el nuevo avión de pasillo único que se esperaba que construyeran Airbus y Boeing. El programa se centró en desarrollar una gran cantidad de nuevas tecnologías para el teórico futuro motor, sin necesariamente crear un diseño completamente nuevo. Cuando quedó claro que Boeing y Airbus no iban a construir aviones completamente nuevos para reemplazar al 737 y al A320, CFMI decidió aplicar algunas de esas tecnologías Tech56 al CFM56 en forma de programa de "Inserción Tecnológica" programa que se centró en tres áreas: eficiencia de combustible, costos de mantenimiento y emisiones. Lanzado en 2004, el paquete incluía palas de compresor de alta presión rediseñadas, una cámara de combustión mejorada y componentes mejorados de turbina de alta y baja presión que resultaron en una mejor eficiencia del combustible y menores emisiones de óxidos de nitrógeno (NO_x).. Los nuevos componentes también redujeron el desgaste del motor, reduciendo los costos de mantenimiento en aproximadamente un 5%. Los motores entraron en servicio en 2007 y todos los motores CFM56-5B y CFM56-7B nuevos se están fabricando con los componentes Tech Insertion. CFMI también ofrece los componentes como un kit de actualización para motores existentes.

CFM56-7B "Evolución"

En 2009, CFMI anunció la última actualización del motor CFM56, el "CFM56-7B Evolution" o CFM56-7BE. Esta actualización, anunciada con mejoras al 737 Next Generation de Boeing, mejora aún más las turbinas de alta y baja presión con una mejor aerodinámica, además de mejorar la refrigeración del motor, y tiene como objetivo reducir el número total de piezas. CFMI esperaba que los cambios dieran como resultado una reducción del 4% en los costos de mantenimiento y una mejora del 1% en el consumo de combustible (una mejora del 2% incluyendo los cambios en la estructura del avión para el nuevo 737); Las pruebas de vuelo y en tierra completadas en mayo de 2010 revelaron que la mejora en el consumo de combustible fue mejor de lo esperado con un 1,6%. Tras 450 horas de pruebas, el motor CFM56-7BE fue certificado por la FAA y la EASA el 30 de julio de 2010 y se entregó a mediados de 2011.

El motor CFM56-5B/3 PIP (Paquete de mejora de rendimiento) incluye estas nuevas tecnologías y cambios de hardware para reducir el consumo de combustible y los costos de mantenimiento. Los Airbus A320 utilizarían esta versión de motor a partir de finales de 2011.

SALTO

El LEAP es un nuevo diseño de motor basado y diseñado para reemplazar la serie CFM56, con un ahorro de eficiencia del 16 % al utilizar más materiales compuestos y lograr relaciones de derivación más altas de más de 10:1. LEAP entró en servicio en 2016.

Historia operativa

A partir de junio de 2016, el CFM56 es el turbofan de alto bypass más utilizado. Ha logrado más de 800 millones de horas de vuelo con motor y, a un ritmo de un millón de horas de vuelo cada ocho días, se espera que haya alcanzado mil millones de horas de vuelo para 2020. Tiene más de 550 operadores y más de 2400 CFM56. Los aviones están en el aire en un momento dado. Es conocido por su confiabilidad: su tiempo promedio en vuelo es de 30.000 horas antes de una primera visita al taller, mientras que el récord actual de la flota es de 50.000 horas.

A julio de 2016, se han construido 30.000 motores: 9.860 motores CFM56-5 para el Airbus A320ceo y A340-200/300 y más de 17.300 motores CFM56-3/-7B para el Boeing 737 Classic y 737NG. En julio de 2016, CFM tenía 3.000 motores atrasados. Lufthansa, cliente de lanzamiento del A340 con motor CFM56-5C, tiene un motor con más de 100.000 horas de vuelo, entró en servicio comercial el 16 de noviembre de 1993 y ha sido revisado cuatro veces desde entonces. En 2016, CFM entregó 1.665 CFM56 y registró 876 pedidos; planea producir repuestos CFM56 hasta 2045.

En octubre de 2017, CFM había entregado más de 31 000 motores y 24 000 estaban en servicio con 560 operadores, alcanzó 500 millones de ciclos de vuelo y 900 millones de horas de vuelo, incluidos más de 170 millones de ciclos y 300 millones de horas desde 1998 para el B737NG&# 39;s -7B y más de 100 millones de ciclos y 180 millones de horas para el A320ceo -5B desde 1996. En junio de 2018, se entregaron 32.645. La fuerte demanda extenderá la producción hasta 2020, en comparación con 2019.

El margen de temperatura de los gases de escape se erosiona con el uso. Se pueden realizar una o dos visitas al taller de restauración de rendimiento, que cuestan entre 0,3 y 0,6 millones de dólares para una serie -5, antes de retirar el motor del ala, lo que puede restaurar entre el 60% y el 80% del margen original. Una vez restauradas, las piezas de vida limitada deben reemplazarse después de: 20.000 ciclos para la sección caliente (0,5 millones de dólares), 25.000 para el compresor axial y 30.000 para el ventilador y el refuerzo (0,5 millones a 0,7 millones de dólares) para un CFM56 reciente. Las piezas completas del motor cuestan más de 3 millones de dólares, entre 3,5 y 4 millones de dólares con las horas de trabajo del taller, alrededor de 150 dólares por ciclo.

En junio de 2019, la flota CFM56 había superado los mil millones de horas de vuelo con motor (casi 115.000 años), habiendo transportado a más de 35 mil millones de personas, más de ocho millones de veces alrededor del mundo.

La producción del CFM56 disminuirá cuando el último motor 737NG se entregó en 2019 y el último motor A320ceo se entregará en mayo de 2020. La producción continuará en niveles bajos para los 737 militares y motores de repuesto y concluirá alrededor de 2024.

Costo unitario: 10 millones de dólares (precio de lista)

Diseño

Resumen

El CFM56 es un motor turbofan de alto bypass (la mayor parte del aire acelerado por el ventilador pasa por alto el núcleo del motor y sale de la caja del ventilador) con varias variantes que tienen relaciones de bypass que van de 5:1 a 6: 1, generando de 18.500 a 34.000 lbf (80 kN a 150 kN) de empuje. Las variantes comparten un diseño común, pero los detalles difieren. El CFM56 es un motor de dos ejes (o dos carretes), lo que significa que hay dos ejes giratorios, uno de alta presión y otro de baja presión. Cada uno es impulsado por su propia sección de turbina (las turbinas de alta y baja presión, respectivamente). El ventilador y el propulsor (compresor de baja presión) evolucionaron a lo largo de las diferentes iteraciones del motor, al igual que las secciones del compresor, la cámara de combustión y la turbina.

Combustión

La mayoría de las variantes del CFM56 cuentan con una cámara de combustión anular única. Una cámara de combustión anular es un anillo continuo donde se inyecta combustible en el flujo de aire y se enciende, elevando la presión y la temperatura del flujo. Esto contrasta con una cámara de combustión de lata, donde cada cámara de combustión está separada, y una cámara de combustión canular que es un híbrido de las dos. La inyección de combustible está regulada por una Unidad Hidromecánica (HMU), construida por Honeywell. La HMU regula la cantidad de combustible entregada al motor mediante una servoválvula electrohidráulica que, a su vez, acciona una válvula dosificadora de combustible, que proporciona información al controlador digital del motor con autoridad total (FADEC).

En 1989, CFMI comenzó a trabajar en una nueva cámara de combustión de doble anular. En lugar de tener una sola zona de combustión, la cámara de combustión de doble anular tiene una segunda zona de combustión que se utiliza a altos niveles de empuje. Este diseño reduce las emisiones tanto de óxidos de nitrógeno (NO_x) como de dióxido de carbono (CO₂). El primer motor CFM56 con cámara de combustión de doble anular entró en servicio en 1995, y la cámara de combustión se utiliza en las variantes CFM56-5B y CFM56-7B con el sufijo "/2" en sus placas de identificación.

GE comenzó a desarrollar y probar un nuevo tipo de cámara de combustión llamada cámara de combustión Twin Annular Premixing Swirler, o "TAPS", durante el programa Tech 56. Este diseño es similar a la cámara de combustión de doble anular en que tiene dos zonas de combustión; esta cámara de combustión "gira" el flujo, creando una mezcla ideal de combustible y aire. Esta diferencia permite que la cámara de combustión genere mucho menos NO_x que otras cámaras de combustión. Las pruebas en un motor CFM56-7B demostraron una mejora del 46 % con respecto a las cámaras de combustión de un solo anular y del 22 % con respecto a las cámaras de combustión de doble anular. Las herramientas analíticas desarrolladas para TAPS también se han utilizado para mejorar otras cámaras de combustión, en particular las cámaras de combustión de un solo anular en algunos motores CFM56-5B y -7B.

Compresor

El compresor de alta presión (HPC), que estuvo en el centro de la controversia de exportación original, cuenta con nueve etapas en todas las variantes del CFM56. Las etapas del compresor se han desarrollado a partir del "GE^1/9 core" (es decir, un diseño de etapa de una sola turbina y nueve compresores) que fue diseñado en un rotor de núcleo compacto. La pequeña extensión del radio del compresor significó que todo el motor podría ser más liviano y más pequeño, ya que las unidades accesorias del sistema (cojinetes, sistemas de lubricación) podrían fusionarse con el sistema de alimentación principal que funciona con combustible de aviación. A medida que el diseño evolucionó, el diseño HPC mejoró gracias a un mejor diseño del perfil aerodinámico. Como parte del programa de mejora Tech-56, CFMI ha probado el nuevo modelo CFM-56 con etapas de compresor de alta presión de seis etapas (discos que componen el sistema compresor) que fue diseñado para entregar las mismas relaciones de presión (ganancia de presión 30) similares. al antiguo diseño del compresor de nueve etapas. El nuevo no reemplazaba completamente al anterior, pero ofrecía una actualización en HPC, gracias a una dinámica de pala mejorada, como parte de su estrategia de "Inserción tecnológica" plan de gestión de 2007.

Escape

CFMI probó un diseño de escape mixto y no mezclado al comienzo del desarrollo; la mayoría de las variantes del motor tienen una boquilla de escape sin mezclar. Sólo el CFM56-5C de alta potencia, diseñado para el Airbus A340, tiene una boquilla de escape de flujo mixto.

GE y Snecma también probaron la eficacia de los galones para reducir el ruido de los aviones. Después de examinar las configuraciones en el túnel de viento, CFMI decidió probar en vuelo los galones integrados en la boquilla de escape del núcleo. Los galones redujeron el ruido del avión en 1,3 decibeles de volumen percibido durante las condiciones de despegue y ahora se ofrecen como opción con el CFM56 para el Airbus A321.

Ventilador y amplificador

El CFM56 cuenta con un ventilador de una sola etapa y la mayoría de las variantes tienen un refuerzo de tres etapas en el eje de baja presión, con cuatro etapas en las variantes -5B y -5C. El reforzador también se denomina comúnmente "compresor de baja presión" (LPC) ya que forma parte del carrete de baja presión y continúa la compresión del aire realizada por la parte interior del ventilador antes de que llegue al compresor de alta presión. La variante CFM56-2 original presentaba 44 aspas de ventilador con punta cubierta, aunque el número de aspas del ventilador se redujo en variantes posteriores a medida que se desarrolló la tecnología de aspas de cuerda ancha, hasta 22 aspas en la variante CFM56-7.

El ventilador CFM56 cuenta con aspas de ventilador en cola de milano que permiten reemplazarlas sin quitar todo el motor, y GE/Snecma afirman que el CFM56 fue el primer motor en tener esa capacidad. Este método de fijación es útil en circunstancias en las que solo es necesario reparar o reemplazar unas pocas aspas del ventilador, como en el caso de colisiones con pájaros.

El diámetro del ventilador varía según los diferentes modelos del CFM56, y ese cambio tiene un impacto directo en el rendimiento del motor. Por ejemplo, el eje de baja presión gira a la misma velocidad tanto para el modelo CFM56-2 como para el CFM56-3; el diámetro del ventilador es menor en el -3, lo que reduce la velocidad punta de las aspas del ventilador. La velocidad más baja permite que las aspas del ventilador funcionen de manera más eficiente (un 5,5% más en este caso), lo que aumenta la eficiencia general de combustible del motor (mejorando el consumo específico de combustible casi un 3%).

Inversor de empuje

El CFM56 está diseñado para admitir varios sistemas de inversión de empuje que ayudan a frenar y detener la aeronave después del aterrizaje. Las variantes construidas para el Boeing 737, el CFM56-3 y el CFM56-7, utilizan un inversor de empuje de tipo cascada. Este tipo de empuje inverso consta de mangas que se deslizan hacia atrás para exponer cascadas en forma de malla y puertas bloqueadoras que bloquean el flujo de aire de derivación. El aire de derivación bloqueado es forzado a pasar a través de las cascadas, lo que reduce el empuje del motor y ralentiza la aeronave.

El CFM56 también admite inversores de empuje de tipo puerta pivotante. Este tipo se utiliza en los motores CFM56-5 que propulsan muchos aviones Airbus, como el Airbus A320. Funcionan accionando una puerta que gira hacia abajo en el conducto de derivación, bloqueando el aire de derivación y desviando el flujo hacia afuera, creando el empuje inverso.

Turbina

Todas las variantes del CFM56 cuentan con una turbina de alta presión (HPT) de una sola etapa. En algunas variantes, las palas HPT están "crecidas" de una superaleación monocristalina, lo que les confiere alta resistencia y resistencia a la fluencia. La turbina de baja presión (LPT) presenta cuatro etapas en la mayoría de las variantes del motor, pero el CFM56-5C tiene una LPT de cinco etapas. Este cambio se implementó para impulsar el ventilador más grande en esta variante. Durante el programa Tech56 se examinaron mejoras en la sección de la turbina, y un desarrollo fue un diseño de palas de turbina de baja presión aerodinámicamente optimizado, que habría utilizado un 20% menos de palas para toda la turbina de baja presión, ahorrando peso. Algunas de esas mejoras de Tech56 llegaron al paquete Tech Insertion, donde se actualizó la sección de turbinas. La sección de turbinas se actualizó nuevamente en la sección "Evolution" mejora.

Las etapas de la turbina de alta presión en el CFM56 se enfrían internamente con aire del compresor de alta presión. El aire pasa a través de canales internos en cada pala y se expulsa por los bordes de ataque y salida.

Variantes

Serie CFM56-2

La serie CFM56-2 es la variante original del CFM56. Se utiliza más ampliamente en aplicaciones militares, donde se le conoce como F108; concretamente en el KC-135, el E-6 Mercury y algunos aviones E-3 Sentry. El CFM56-2 consta de un ventilador de una sola etapa con 44 aspas, con un compresor LP de tres etapas impulsado por una turbina LP de cuatro etapas y un compresor HP de nueve etapas impulsado por una turbina HP de una etapa. La cámara de combustión es anular.

Serie CFM56-3

El primer derivado de la serie CFM56, el CFM56-3, fue diseñado para la serie Boeing 737 Classic (737-300/-400/-500), con índices de empuje estático de 18.500 a 23.500 lbf (82,3 a 105 kN). Un "abanico recortado" Derivado del -2, el motor -3 tiene un diámetro de ventilador más pequeño de 60 pulgadas (1,5 m), pero conserva el diseño básico original del motor. El nuevo ventilador se derivó principalmente del turbofan CF6-80 de GE en lugar del CFM56-2, y el propulsor se rediseñó para que coincida con el nuevo ventilador.

Un desafío importante para esta serie fue lograr la distancia al suelo para el motor montado en el ala. Esto se solucionó reduciendo el diámetro del ventilador de admisión y reubicando la caja de cambios y otros accesorios desde debajo del motor hacia los lados. La parte inferior aplanada de la góndola y el labio de admisión resultantes dieron la apariencia distintiva del Boeing 737 con motores CFM56.

Serie CFM56-4

La serie CFM56-4 fue una versión mejorada propuesta del CFM56-2 diseñada para la familia de aviones Airbus A320. Compitiendo con el motor RJ500 desarrollado por Rolls-Royce, la serie -4 fue diseñada para producir 25.000 lbf (110 kN) e incluiría un nuevo ventilador de 68 pulgadas (1,73 m), un nuevo compresor de baja presión y una autoridad total. Controlador digital del motor (FADEC). Poco después de que se lanzara el proyecto de actualización en 1984, International Aero Engines ofreció su nuevo motor V2500 para el A320. CFMI se dio cuenta de que el CFM56-4 no se comparaba favorablemente con el nuevo motor y descartó el proyecto para comenzar a trabajar en la serie CFM56-5.

Serie CFM56-5

La serie CFM56-5 está diseñada para aviones Airbus y tiene un índice de empuje muy amplio de entre 22.000 y 34.000 lbf (97,9 y 151 kN). Tiene tres subvariantes distintas; el CFM56-5A, CFM56-5B y CFM56-5C, y se diferencia de sus primos Boeing 737 Classic por presentar un FADEC e incorporar más mejoras de diseño aerodinámico.

Serie CFM56-5A

La serie CFM56-5A es la serie CFM56-5 inicial, diseñada para impulsar la familia Airbus A320 de corto a medio alcance. Derivada de las familias CFM56-2 y CFM56-3, la serie -5A produce empujes entre 22.000 y 26.500 lbf (98 kN y 118 kN). Las mejoras aerodinámicas, como un ventilador actualizado, un compresor de baja presión, un compresor de alta presión y una cámara de combustión, hacen que esta variante sea entre un 10% y un 11% más eficiente en combustible que sus predecesoras.

Serie CFM56-5B

Una mejora de la serie CFM56-5A, fue diseñada originalmente para alimentar el A321. Con un rango de empuje de entre 22.000 y 33.000 lbf (98 kN y 147 kN), puede impulsar todos los modelos de la familia A320 (A318/A319/A320/A321) y ha reemplazado a la serie CFM56-5A. Entre los cambios con respecto al CFM56-5A se encuentra la opción de una cámara de combustión de doble anular que reduce las emisiones (particularmente NO_x), un nuevo ventilador en una caja de ventilador más larga y un nuevo compresor de baja presión con una cuarta etapa (frente a las tres de las variantes anteriores). Es el motor más numeroso suministrado a Airbus.

Serie CFM56-5C

Con una potencia de empuje de entre 31 200 y 34 000 lbf (139 kN y 151 kN), la serie CFM56-5C es la más potente de la familia CFM56. Impulsa a Airbus' aviones de largo alcance A340-200 y -300, y entraron en servicio en 1993. Los principales cambios son un ventilador más grande, una quinta etapa de turbina de baja presión y el mismo compresor de baja presión de cuatro etapas que se encuentra en la variante -5B.

A diferencia de cualquier otra variante del CFM56, el -5C cuenta con una boquilla de escape mixta, que ofrece una eficiencia ligeramente mayor.

Serie CFM56-7

El CFM56-7 funcionó por primera vez el 21 de abril de 1995. Con un rango de empuje de despegue de 19 500 a 27 300 lbf (87 a 121 kN), impulsa al Boeing 737 Next Generation -600/-700/-800/-900.; en comparación con el CFM56-3, tiene mayor durabilidad, una mejora del 8% en el consumo de combustible y una reducción del 15% en los costos de mantenimiento.

Las mejoras se deben a su ventilador de cuerda ancha de titanio de 61 pulgadas, un nuevo núcleo diseñado con aerodinámica 3D y una turbina de baja presión con turbina de alta presión monocristal y control digital del motor con autoridad total (FADEC). Las aspas del ventilador se reducen de 36 (CFM56-5) a 24 e incorpora características del CFM56-5B, como una cámara de combustión de doble anular como opción.

Menos de dos años después de su entrada en servicio, el 737 de próxima generación recibió la certificación de operaciones bimotores de autonomía extendida (ETOPS) de 180 minutos de la Administración Federal de Aviación de EE. UU. (FAA). También impulsa las versiones militares del Boeing 737: Airborne Early Alert & Control, transporte C-40 Clipper y Avión Marítimo P-8 Poseidon.

Fiabilidad

El CFM56 tiene una tasa de parada en vuelo de 1 incidente cada 333,333 horas. El tiempo récord en vuelo antes de la primera visita al taller fue de 30.000 horas en 1996, 40.729 horas en 2003 y 50.000 horas en 2016.

Ha habido varias fallas de motor en el servicio inicial de la familia CFM56 que fueron lo suficientemente graves como para dejar en tierra a la flota o requerir que se rediseñaran aspectos del motor. Los motores también han sufrido periódicamente eventos de inestabilidad de empuje atribuidos tentativamente a la unidad hidromecánica de Honeywell.

Ingestión de lluvia y granizo

Hay varios incidentes registrados en los que motores CFM56 se incendiaron en condiciones de lluvia intensa y/o granizo, comenzando temprano en la carrera del CFM56. En 1987, se produjo un doble apagado en condiciones de granizo (los pilotos lograron volver a encender los motores), seguido del incidente del vuelo 110 de TACA en 1988. Ambos motores CFM56 del TACA 737 se apagaron al pasar por granizo y lluvia intensa, y la tripulación se vio obligado a aterrizar sin motores en un dique cubierto de hierba cerca de Nueva Orleans, Luisiana. CFMI modificó los motores agregando un sensor para obligar a la cámara de combustión a encenderse continuamente en estas condiciones.

En 2002, el vuelo 421 de Garuda Indonesia tuvo que amerizar en un río debido a que el motor se apagó debido al granizo, matando a una azafata e hiriendo a decenas de pasajeros. Antes de este accidente, hubo varios otros incidentes de apagado simple o doble debido a estas condiciones climáticas. Después de tres incidentes hasta 1998, CFMI realizó modificaciones al motor para mejorar la forma en que manejaba la ingestión de granizo. Los cambios más importantes incluyeron una modificación en el divisor de ventilador/acelerador (lo que hace más difícil que el núcleo del motor ingiera granizo) y el uso de un rotor elíptico, en lugar de cónico, en la entrada. Estos cambios no impidieron el accidente de 2002 y la junta de investigación encontró que los pilotos no siguieron los procedimientos adecuados para intentar reiniciar el motor, lo que contribuyó al resultado final. Se hicieron recomendaciones para educar mejor a los pilotos sobre cómo manejar estas condiciones, así como para revisar los procedimientos de prueba de lluvia y granizo de la FAA. No se recomendaron más modificaciones del motor.

Fallo de las aspas del ventilador

Un problema que provocó accidentes con el motor CFM56-3C fue la falla de las aspas del ventilador. Este tipo de fallo provocó el desastre aéreo de Kegworth en 1989, en el que murieron 47 personas y resultaron heridas 74 más. Después de que fallara la paleta del ventilador, los pilotos apagaron por error el motor equivocado, lo que provocó que el motor dañado fallara por completo cuando se encendió para la aproximación final. Tras el accidente de Kegworth, los motores CFM56 instalados en un Dan-Air 737-400 y un British Midland 737-400 sufrieron fallas en las aspas del ventilador en condiciones similares; Ninguno de los incidentes resultó en un accidente o lesiones. Después del segundo incidente, la flota 737-400 quedó en tierra.

En ese momento no era obligatorio probar en vuelo nuevas variantes de motores existentes, y las pruebas de certificación no revelaron los modos de vibración que experimentaba el ventilador durante los ascensos de potencia realizados regularmente a gran altitud. El análisis reveló que el ventilador estaba siendo sometido a tensiones de fatiga de ciclo alto peores de lo esperado y también más severas que las probadas para la certificación; Estas tensiones más altas provocaron que la hoja se fracturara. Menos de un mes después de la encalladura, se permitió a la flota reanudar sus operaciones una vez que se reemplazaron las aspas y el disco del ventilador y se modificaron los controles electrónicos del motor para reducir el empuje máximo del motor a 22,000 lbf (98 kN) desde 23,500 lbf (105 kN). Las aspas del ventilador rediseñadas se instalaron en todos los motores CFM56-3C1 y CFM56-3B2, incluidos más de 1.800 motores que ya se habían entregado a los clientes.

En agosto de 2016, el vuelo 3472 de Southwest Airlines sufrió una falla en las aspas del ventilador, pero aterrizó más tarde sin más incidentes. Si bien la aeronave sufrió daños sustanciales, no hubo heridos.

El 17 de abril de 2018, el vuelo 1380 de Southwest Airlines sufrió lo que parece ser una falla en las aspas del ventilador, cuyos restos perforaron una ventana. El Boeing 737-700 aterrizó sin problemas, pero un pasajero murió y varios resultaron heridos.

Problemas de flujo de combustible

Las aerolíneas han informado de 32 eventos que implican inestabilidad repentina del empuje, en varios puntos durante el vuelo, incluidos ajustes de empuje elevados durante el ascenso a altitud. El problema viene desde hace mucho tiempo. En 1998, dos pilotos de 737 informaron que los aceleradores de sus motores aumentaron repentinamente a toda su potencia durante el vuelo. Una investigación muy reciente ha llevado a la conclusión tentativa de que el problema se origina en la unidad hidromecánica y puede implicar un nivel inaceptable de contaminación del combustible (con agua o partículas, incluido el material biodegradable que crea sólidos en el combustible), o el uso excesivo de Biocidas para reducir el crecimiento bacteriano. Boeing dijo a Semana de la Aviación y Tecnología Espacial que CFM International había revisado su software FADEC. El nuevo software "...'reduce la duración y el grado de los eventos de inestabilidad de empuje' haciendo funcionar la válvula de monitoreo de combustible (FMV) y la EHSV (servoválvula electrohidráulica) para limpiar el carrete de la EHSV." Esta solución de software no pretende ser una solución definitiva al problema; CFM afirmó que no le han llegado más informes después de que se realizó este cambio.

Piezas de origen desconocido

Según Bloomberg, los reguladores de aviación europeos han determinado que AOG Technics, con sede en Londres, propiedad mayoritaria de José Zamora Yrala, cuya nacionalidad figura como británica en algunos formularios y venezolana en otros, suministró piezas de origen desconocido y documentos falsos para las reparaciones. en CFM56.

Aplicaciones

• Airbus A320 family
  • Airbus A318
• Airbus A340
• Boeing 707-700 (prototipo solamente)
• Boeing 737 Classic
• Boeing 737 Next Generation
  • Boeing 737 AEW PulC
  • Boeing C-40 Clipper
  • Boeing P-8 Poseidon
• Boeing Business Jet
• Boeing E-3D Sentry
• Boeing E-6 Mercury
• Boeing KC-135R Stratotanker
  • Boeing RC-135
  • Boeing WC-135
• McDonnell Douglas DC-8 Super 70

Especificaciones