Pratt & Whitney Canadá PT6

El Pratt & Whitney Canada PT6 es un motor de avión turbohélice producido por Pratt & Whitney Canadá. Su diseño se inició en 1958, funcionó por primera vez en febrero de 1960, voló por primera vez el 30 de mayo de 1961, entró en servicio en 1964 y se ha actualizado continuamente desde entonces. El PT6 consta de dos secciones básicas: un generador de gas con caja de cambios accesoria y una turbina de potencia libre con caja reductora. En los aviones, el motor suele estar montado "al revés" con la admisión en la parte trasera y el escape en la parte delantera, de modo que la turbina está conectada directamente a la hélice. Se han producido muchas variantes del PT6, no sólo como turbohélices sino también como motores turboeje para helicópteros, vehículos terrestres, aerodeslizadores y barcos; como unidades de energía auxiliares; y para usos industriales. En noviembre de 2015, se habían producido 51.000, con lo que se habían registrado 400 millones de horas de vuelo entre 1963 y 2016. Es conocido por su fiabilidad, con una tasa de parada en vuelo de 1 cada 651.126 horas en 2016. El motor turbohélice PT6A cubre el rango de potencia entre 580 y 1.940 shp (430 y 1.450 kW), mientras que los PT6B/C son variantes de turboeje para helicópteros.

Desarrollo

En 1956, Pratt & El presidente de Whitney Canadá (PWC), Ronald Riley, ordenó al director de ingeniería, Dick Guthrie, que contratara un equipo de especialistas en turbinas de gas para diseñar un pequeño motor de turbina de gas. La demanda del motor radial Wasp seguía siendo fuerte y su producción era rentable, pero el objetivo era convertirse en la principal empresa de motores de Canadá centrándose en un pequeño motor de turbina de gas. Riley le dio a Guthrie un modesto presupuesto de 100.000 dólares canadienses. Guthrie reclutó a doce ingenieros con experiencia adquirida en varios lugares, incluido el Consejo Nacional de Investigación en Ottawa, Orenda Engines en Ontario, Bristol Aero Engines y Blackburn Aircraft. Completaron el diseño detallado de un motor para el pequeño avión de entrenamiento de Canadair, el CL-41. Era un turborreactor de empuje de 3.000 libras de fuerza (13 kN), pero el diseño fue asumido por P&WA, quien lo desarrolló hasta convertirlo en el Pratt & Whitney JT12. El equipo tuvo que esperar a las evaluaciones del mercado para definir su próximo motor, un turbohélice de 450 caballos de fuerza (340 kW) para aviones bimotores, el PT6. El desarrollo inicial del PT6, que funcionó por primera vez en diciembre de 1963, estuvo plagado de problemas de ingeniería, sobrecostos y falta de ventas. Casi fue cancelado. El equipo carecía de la capacidad para afrontar las dificultades técnicas, es decir, cómo desarrollar el motor, porque, como recuerda un miembro del equipo, Elvie Smith, tenían experiencia en investigación y diseño. Aprendieron a ejecutar un programa de desarrollo, como realizar pruebas las 24 horas del día en lugar de en un solo turno, de un equipo de PWA que dirigió el desarrollo durante varios meses.

El PT6 voló por primera vez el 30 de mayo de 1961, montado como un tercer motor en la nariz de un avión Beech 18 que había sido convertido por De Havilland en sus instalaciones de Downsview en North York, Ontario. La producción a gran escala comenzó en 1963 y entró en servicio al año siguiente. El Beech 18 continuó como banco de pruebas de vuelo de hélice y PT6 hasta que fue reemplazado por un Beech King Air en 1980. El motor de prueba o hélice King Air reemplazó a uno de los estándar. En 1974, el Beech 18 no había podido volar lo suficientemente rápido y alto como para probar el PT6A-50 para el De Havilland Canada Dash 7, por lo que se modificó un Vickers Viscount como banco de pruebas del PT6 con una instalación Dash-7 en el morro.

El primer modelo PT6 de producción, el PT6A-6, se certificó en diciembre de 1963. La primera aplicación fue el Beech Queen Air, lo que atrajo al ejército de los EE. UU. a comprar una flota de la variante U-21 Ute. Esto ayudó a lanzar el King Air y Beechcraft vendió alrededor de 7.000 en 2012. De 1963 a 2016, la relación potencia-peso mejoró en un 50 %, el consumo de combustible específico de los frenos en un 20 % y la relación de presión general alcanzó 14:1. Su desarrollo continúa y, aunque hoy en día su configuración básica es la misma que en 1964, las actualizaciones han incluido una paleta de turbina de primera etapa enfriada, etapas adicionales de compresor y turbina y álabes de turbina monocristalinos a principios de la década de 1990. Su relación de presión es de 13:1 en el rotor basculante AgustaWestland AW609, la más alta que se puede utilizar sin álabes de turbina refrigerados.

En respuesta al General Electric GE93, en 2017 Pratt & Whitney Canada comenzó a probar tecnología y sistemas centrales para un motor propuesto de 2000 shp (1500 kW) para reemplazar las versiones más potentes del PT6. Se consideró probable que fuera un desarrollo del núcleo PT6C y encajaría entre la familia PT6C-67C/E de 1.750 shp (1.300 kW) y la familia PW100 de 2.300 shp (1.700 kW). Se esperaba que estuviera listo para su lanzamiento a finales de 2017 para una plataforma inicial para helicópteros con una reducción del 10 al 15 % en el consumo de combustible específico de los frenos. Este motor de 2.000 CV apuntaría a un posible nuevo mercado como un Super PC-12, una tuneladora más potente o una King Air más grande.

PW100

Cuando de Havilland Canada solicitó un motor mucho más grande para el DHC-8, aproximadamente el doble de potencia que el Large PT6, Pratt & Whitney Canada respondió con un nuevo diseño inicialmente conocido como PT7, más tarde rebautizado como Pratt & Whitney Canadá PW100.

Diseño

La velocidad a la que se deterioran las piezas en una turbina de gas está desequilibrada en la medida en que las piezas más calientes necesitan ser reemplazadas o reparadas con más frecuencia que las piezas que funcionan más frías. Si las piezas más calientes se pueden retirar sin alterar el resto del motor, por ejemplo sin retirar el motor completo del avión, se reducen los costes de mantenimiento. Esto se logró con el PT6 al tener las piezas más calientes, la turbina del generador de gas y la cámara de combustión, en el extremo de la hélice. Se retiran sin alterar el resto del motor con sus conexiones al avión. Este arreglo fue patentado por el diseñador Newland, uno del equipo original del PT6. Armstrong Siddeley Motors había mostrado una disposición general similar con una toma de fuerza de turbina libre en el extremo de escape (el motor P.181 de 1.000 shp (750 kW)) en el Salón Aeronáutico de Farnborough en 1957.

Una de las primeras mejoras de diseño, incorporada en el PT6A-20, fue el difusor de tubo patentado por Vrana, otro miembro del equipo PT6 original. Reemplazó al difusor de paletas utilizado en los compresores centrífugos. El difusor de tubo se convirtió en una práctica de diseño estándar para P&WC. Otro cambio de diseño mejoró el funcionamiento a velocidad parcial del compresor. Es común purgar el aire de un compresor para que funcione correctamente a bajas velocidades del motor. El PT6 tiene un sistema de purga que reutiliza el aire purgado devolviéndolo en dirección tangencial a la entrada del compresor, una idea patentada por Schaum et al. y titulado "Motor de turbina con pre-turbulencia inducida en la entrada del compresor". Actúa como una paleta variable y se conoce como "Jet-Flap".

Todas las versiones del motor constan de dos secciones que se pueden separar fácilmente para su mantenimiento: un generador de gas suministra gas caliente a presión a una turbina de potencia libre. El motor de arranque sólo tiene que acelerar el generador de gas, lo que facilita el arranque del motor, especialmente en climas fríos. El aire ingresa al generador de gas a través de una rejilla de entrada al compresor axial de baja presión. Tiene tres etapas en las versiones pequeñas y medianas del motor y cuatro etapas en las versiones grandes. Luego, el aire fluye hacia un compresor centrífugo de una sola etapa, a través de una cámara de combustión anular plegada y, finalmente, a través de una turbina de una sola etapa que impulsa los compresores a aproximadamente 45.000 rpm. El gas caliente del generador de gas fluye hacia la turbina, que gira a unas 30.000 rpm. Tiene una etapa en los motores pequeños y dos etapas en los medianos y grandes. Para uso con turbohélice, esto impulsa una caja de cambios planetaria de reducción de potencia de dos etapas, que hace girar la hélice a una velocidad de 1.900 a 2.200 rpm. Los gases de escape salen entonces a través de dos conductos laterales en la carcasa de la turbina de potencia. Las turbinas son concéntricas con la cámara de combustión, lo que reduce la longitud total.

En la mayoría de las instalaciones de aeronaves, el PT6 se monta de manera que el extremo de admisión del motor esté hacia la parte trasera de la aeronave, lo que hace que muchos lo conozcan como el extremo de admisión "de atrás hacia adelante" motor. Esto coloca la sección de potencia en la parte delantera de la góndola, donde puede impulsar la hélice directamente sin necesidad de un eje largo. El aire de admisión generalmente se alimenta al motor a través de un conducto montado en la parte inferior y las dos salidas de escape están dirigidas hacia atrás. Esta disposición ayuda al mantenimiento al permitir que se retire toda la sección de potencia junto con la hélice, dejando al descubierto la sección del generador de gas. Para facilitar las operaciones en terrenos difíciles, los objetos extraños se desvían de la entrada del compresor mediante separadores inerciales en la entrada. En algunas instalaciones como la versión PT6A-66B del Piaggio Avanti P180, el motor está invertido, con la hélice actuando como "empujador", con la caja de cambios accesoria mirando hacia la parte delantera de la aeronave.

Historia operativa

Para el 40.º aniversario de su vuelo inaugural en 2001, se habían entregado más de 36.000 PT6A, sin incluir las otras versiones. Hasta octubre de 2003, 31.606 motores entregados han volado más de 252 millones de horas. Hasta noviembre de 2015 se han producido 51.000. La familia registró 400 millones de horas de vuelo entre 1963 y 2016.

La familia PT6 es conocida por su confiabilidad con una tasa de parada en vuelo de 1 cada 333,333 horas hasta octubre de 2003. 1 por cada 127.560 horas en 2005 en Canadá, 1 por 333.000 horas de 1963 a 2016, 1 por cada 651.126 horas en 12 meses en 2016. El tiempo entre revisiones es de entre 3.600 y 9.000 horas y las inspecciones de secciones calientes entre 1.800 y 2.000 horas.

Las primeras versiones del PT6 carecían de FADEC, el acelerador automático podía instalarse como una actualización del mercado de accesorios con un actuador, inicialmente para aviones monomotor como el PC-12 y potencialmente en aviones de doble turbohélice. En octubre de 2019 se lanzó el PT6 E-Series en el PC-12 NGX, el primer turbohélice de aviación general con hélice electrónica y sistema de control del motor con una sola palanca y mejor monitoreo para intervalos de mantenimiento más largos, aumentados de 300 a 600 horas, y un TBO aumentó en un 43 % a 5000 horas, lo que redujo los costos operativos del motor en al menos un 15 %. En abril de 2022, Daher anunció que el SOCATA TBM-960 actualizado funcionaría con el PT6E-66XT.

Variantes

La variante principal, la PT6A, está disponible en una amplia variedad de modelos, cubriendo el rango de potencia entre 580 y 920 caballos de fuerza (430 y 690 kilovatios) en la serie original, y hasta 1.940 caballos de fuerza (1.450 kilovatios) en el 'grande' líneas. El PT6B y el PT6C son variantes de turboeje para helicópteros. En uso militar estadounidense, se denominan T74 o T101.

Con el tiempo han aparecido otras versiones del PT6:

• el PT6 grande agregó otra etapa de turbina de potencia y una reducción de salida más profunda, produciendo casi el doble de potencia, entre 1.090 y 1.920 caballos de fuerza (810 y 1.430 kilovatios).
• el PT6B es un modelo de turboshaft de helicóptero, que cuenta con una caja de cambios de reducción offset con un embrague freewheeling y gobernador de turbina eléctrica, produciendo 1.000 caballos de fuerza (750 kilovatios) a 4.500 rpm.
• el PT6C es un modelo de helicóptero, con un único escape montado a un lado, produciendo 2.000 caballos de fuerza (1,500 kilovatios) a 30.000 rpm, que se baja en una caja de cambios suministrada por el usuario.
• el PT6E es un gran derivado PT6A equipado con control de motor digital.
• el PT6T Twin-Pac consta de dos motores PT6 que conducen una caja de cambios de salida común, produciendo casi 2.000 caballos de fuerza (1,500 kilovatios) a 6.000 rpm.
• el ST6 es una versión destinada a aplicaciones estacionarias, desarrollada originalmente para el TurboTrain UAC, y ahora ampliamente utilizada como unidades de energía auxiliar en aviones grandes, así como muchas otras funciones.

La familia PT6A es una serie de motores turbohélice de turbina libre que proporcionan de 500 a 1940 caballos de fuerza en el eje (de 370 a 1450 kilovatios).

Pequeño

Medio

Grande

T74-CP-700

(PT6A-20) designación militar estadounidense para el PT6A-20/27, utilizado en el Beechcraft U-21 Ute.

T74-CP-702

(PT6A-29)

T101

Designación militar de los Estados Unidos para el T101-CP-100 / PT6A-45R, utilizado en los Shorts 330 y Shorts C-23 Sherpa.

PT6B-9

El PT6B-9 es un motor turboshaft de 550 caballos de fuerza (410.1 kilovatios) para uso en helicópteros; una marca posterior de PT6B se clasifica en 981 caballos de fuerza (731,5 kilovatios).

PT6B-16

PT6C

El PT6C es un motor de 1,600 a 2.300 caballos de fuerza (1.200 a 1.700 kilovatios) para helicópteros y rotores.

PT6D-114A

El PT6D-114A se basa en el PT6A-114A; la principal diferencia es la eliminación del eje de segunda etapa de reducción y salida, ya que el motor está destinado a la integración con una caja de cambios que incorpora gobernadores de turbina de potencia y un eje de salida de hélice.

Soloy Dual Pac

2x PT6D-114A motores que conducen una sola hélice a través de una caja de cambios que combina, capaz de operación independiente.

PT6T

Unidades de potencia Twin PT6 que combinan salidas a través de una caja de cambios para su uso en helicópteros.

ST6

El ST6 es una variante del PT6 que fue desarrollado originalmente como una planta de energía para los coches de energía UAC TurboTrain, pero más tarde desarrollado como un generador de energía estacionario y unidad de energía auxiliar.

ST6B

El ST6B-62 fue una versión de 550 caballos de fuerza de freno (410 kilovatios) del PT6 desarrollado para su uso en el Turbocar STP-Paxton, corrido en el 1967 Indianapolis 500.

STN 6/76

El STN 6/76 fue una versión de 500 caballos de fuerza de freno (370 kilovatios) del PT6 desarrollado para su uso en el Lotus 56, corrió en el Indianapolis de 1968 500 y más tarde en la Fórmula Una raza, en 1971.

Aplicaciones

El motor se utiliza en más de 100 aplicaciones diferentes.

PT6A

PT6B

• AgustaWestland AW119 Koala
• Avicopter AC313
• Changhe Z-8F
• Lockheed XH-51
• Sikorsky S-76B
• Westland Lynx 606

PT6C

• Airbus Helicopters H175/Avicopter Z-15
• AgustaWestland AW139
• AgustaWestland AW609
• Actualización de Bell UH-1 Global Eagle

PT6D

• Soloy Pathfinder 21

PT6E

• Pilatus PC-12NGX

ST6

• UAC TurboTrain
• STP-Paxton Turbocar Indy racer

ESTN

• Lotus 56 USAC y Fórmula 1 coche de carreras

Motores en exhibición

• New England Air Museum, Connecticut (cortaaway)

Especificaciones (PT6A-6)

Datos de Jane's 62-63,

Características generales

• Tipo: Turboprop
• Duración: 62 en (1.575 mm)
• Diámetro: 19 en (483 mm)
• Peso seco: 270 lb (122,47 kg)

Componentes

• Compresor: Compresor de flujo centrífugo de 3 etapas
• Combustores: reverso anular con 14 quemadores simples
• Turbina: Turbina generador de gas de 1 etapa + turbina de potencia gratuita de 1 etapa
• Tipo de combustible: Queroseno de aviación a MIL-F-5624E / JP-4 / JP-5
• Sistema de aceite: Sistema de división con presión de tipo de engranaje y bombas de escavenge, con presión a la caja de engranaje impulsada por una segunda bomba.

Rendimiento

• Producción máxima de potencia: 578 hp (431 kW) potencia equivalente a 2.200 rpm de salida para despegue
• Tasa general de presión: 6.3:1
• Flujo de masa de aire: 5,3 libras (2 kg)/segundo
• Consumo específico de combustible: 0,67 lb/hph (0,408 kg/kWh)
• ratio de potencia a peso: 2.14 hp/lb (3,52 kW/kg)