1. PROJECTE DE RECERCA
Propulsió d’Aeronaus Modernes
Quin ha estat i quin serà el seu impacte?
Miquel Martí Pou
4 ESO C
Institut Lluís Domènech i Montaner
Canet de mar, 20 de Maig de 2012.
3. “Un cop hagis volat, caminaràs per la terra mirant al cel, on vas ser i on
trigaràs a tornar.”
Leonardo Da Vinci
4. INTRODUCCIÓ
En l’època en la qual vivim l’enginyeria aeroespacial és un dels camps més
atractius i importants de la tecnologia, i per aquest motiu és, també, una
de les feines més sol·licitades. Amb el meu treball pretenc demostrar la
importància de l’enginyeria aeroespacial en la societat que vivim,
especialment enfocat en un futur pròxim.
Ara bé, els problemes ecològics i mediambientals de la propulsió
mitjançant substàncies químiques també hi són molt presents. Parlaré
dels problemes que hi ha i de les seves possibles solucions.
Finalment, m’agradaria indicar que aquest projecte només és una
precuela del treball de recerca de batxillerat, on l’objectiu final és
aconseguir construir un prototip d’un dels sistemes de propulsió que
durant el treball presentaré.
Començarem fent un breu context històric de l’evolució de l’aeronàutica,
on ens podrem situar per entendre més bé els processos que ens han
portat fins als transbordadors espacials i satèl·lits. Cal dir que em limitaré
a la propulsió d’astronaus i avions, ja que el tema general de l’aeronàutica
engloba una gran quantitat de sistemes de propulsió.
2
5. 1-CONTEXT HISTÒRIC
Des dels inicis del pensament humà, l’home sempre ha aspirat a arribar a
tocar el cel, ha somiat viatjar més enllà de les estrelles. Genis com
Leonardo Da Vinci ho van intentar, i van estar molt a prop d’aconseguir-
ho: fins i tot els seus esquemes s’assemblaven al que ara coneixem per
hèlice, també es van adonar de la importància de la forma de l’aeronau.
Primitiva hèlice dissenyada per Da Vinci
Però no va ser fins l’any 1903, quan Wilbur i Orville Wright van realitzar el
primer vol amb un aeroplà, amb el quan van aconseguir recórrer 260
metres en 59 segons. Els germans Wright van ser pioners en la història de
l’aviació.
Des d’aleshores, es va produir un ràpid avenç de les aeronaus, gràcies a la
influència de la Primera i Segona Guerra Mundial. Aquest ràpida evolució
va arribar fins el punt que a l’any 1957, la URSS va llençar el primer satèl·lit
a l’espai, l’Sputnik, i quatre anys més tard, l’any 1961 va enviar el primer
home a l’espai, l’astronauta YuriGagarin. Però EUA els hi va passar al
3
6. davant quan Neil Armstrong va posar per primera vegada els peus sobre la
superfície de la Lluna.
El proper avenç tecnològic es va produir durant la Guerra del Golf quan va
aparèixer per primer cop l’avió espia americà F-117 Nighthawk, el qual
disposava de tecnologia furtiva, una tecnologia que permet ser invisible a
radars. Això li va permetre penetrar en les línies enemigues sense ser
detectat i bombardejar-les.
En el meu treball podreu veure els avenços tecnològics en sistemes de
propulsió i dissenys de les aeronaus que s’han fet des d’aleshores, i
intentarem investigar sobre quin futur ens espera en aquest sentit. Quina
serà la nostra pròxima meta?
Neil Armstrong Fent els primers passos a la Lluna
2-COMBUSTIBLES
En aquest apartat comentarem els tipus de combustibles que es fan servir
en l’aviació moderna. Actualment gairebé tots els combustibles que es fan
servir són contaminants i no renovables. Tot i això, s’estan plantejant
sistemes de propulsió alternatius, que comporten, també, combustibles
alternatius.
4
7. 2.1-COMBUSTIBLES D’AVIONS
El querosè és el combustible més comú pel que fa als motors a reacció
d’avions, tan comercials com militars. Aquest combustible és producte del
refinament del petroli, encara que no és tan fi com per exemple la nafta.
Però com que els avions gasten tant de combustible durant un vol, surt
més rentable comprar combustibles no tant refinats.
També poden utilitzar l’aeronafta si disposen d’un motor alternatiu de
pistons, però actualment n’hi ha molt pocs. També cal dir que des de fa
pocs anys s’han començat a fer proves amb biocombustibles que no
contaminin tant.
2.2-COMBUSTIBLES ESPACIALS
El més utilitzat en missions fora de l’atmosfera és el motor criogènic, on
s’utilitza la reacció de molècules d’H2 i O2 a pressió per aconseguir
l’empenyiment desitjat. Els combustibles han d’estar en estat líquid, és a
dir, que s’han de refredar a una temperatura de -200ºC.
També s’utilitzen els combustibles hipergòlics, que es componen de dos
substàncies separades en tancs diferents que quan entren en contacte es
produeix la ignició, sense cap necessitat d’una font d’ignició. Aquest
combustible també és molt utilitzat ja que permet realitzar maniobres
precises.
I finalment ens queden els combustibles sòlids, on es produeix la oxidació
d’un sòlid, normalment pols d’alumini, amb un oxidant, que generalment
és perclorat d’amoni. Aquest sistema es sol utilitzar en el llançament de
les naus, ja que quan comença el procés ja no es pot aturar.
5
8. 3-SISTEMES DE PROPULSIÓ
A continuació us presentaré els principals tipus de sistemes de propulsió
utilitzats en l’actualitat, i el futur que ens espera en aquest sentit.
3.1-MOTORS COET
Els motors coets han estat els més utilitzats en les missions espacials
durant el segle XX. En aquests motors, es fa reaccionar un sòlid, un líquid o
un gas, normalment hidrogen líquid o querosè, amb un oxidant a la
cambra de combustió, normalment oxigen. El gas procedent d'aquesta
reacció es deixa sortir per una obertura, cosa que fa que produeixi energia
cinètica.
Coet en procés d’ignició
Aquest motor és el més potent en relació al seu pes, la seva reacció és
instantània i com que no utilitza oxigen atmosfèric el fa apte per missions
espacials. Ara bé, en un futur pròxim aquest tipus de motors seran
substituïts per altres més eficients i que assoleixin major velocitat.
6
9. 3.2-MOTORS A REACCIÓ
Els motors de reacció consisteixen a que l'aire entra al motor, passa per un
compressor, que fa augmentar la pressió. Després es crema el
combustible, normalment querosè i el gas produït per aquest és expulsat
fora del motor a altes velocitats per tal d'aconseguir l'empenyiment
desitjat.
Esquema d'un motor a reacció.
La majoria d'avions porten aquest tipus de motors, i actualment s’ha
introduït un avenç en els motors de reacció: als motors de primera
generació tot l’aire entrava dins la cambra de combustió, però actualment,
en els motors de segona generació, una part de l’aire passa per fora la
cambra de combustió, i amb això s’aconsegueix reduir el soroll i la
contaminació.
Motor a Reacció Harrier
7
10. 3.3-ACCELERACIÓ PER ELECTROMAGNETISME
En aquest sistema de propulsió s’acceleren els reactius carregats
elèctricament (ions) amb camps magnètics o electromagnètics. Mitjançant
aquesta acceleració s’aconsegueix l’empenyiment desitjat.
Hi ha molts tipus de motors electromagnètics, però els principals són els
motors iònics.
3.3.1-PROPULSIÓ IÒNICA
Aquest tipus de propulsió consisteix a l'acceleració d'ions de principalment
gasos nobles per tal d'aconseguir una acceleració. Als àtoms de gasos
nobles se'ls bombardeja amb ions a través d'un càtode.
Esquema motor iònic.
En aquest esquema es pot veure més o menys la distribució dels
components. Els ions s'acceleren mitjançant un camp magnètic i això
provoca l'energia cinètica que fa moure l'aeronau.
8
11. 3.4-SISTEMES ALTERNATIUS
En aquests sistemes no hi ha combustible dins la nau, i per tant, tampoc
contaminen i són totalment ecològics, ara bé, de moment només
serveixen per propulsar petites sondes i satèl·lits, ja que no genera gaire
empenyiment.
Estació Espacial Internacional
Els principals sistemes usats per aquest tipus de propulsió són: veles
solars, mitjançant cables, mitjançant veles magnètiques i mitjançant
plasma mini-magnetoesfèric.
3.5-MAG-BEAM
Fa uns quants anys, concretament al 2004, el científic Robert Winglee de
la Universitat de Washington va dissenyar l’anomenada Mag-Beam.
Aquest sistema de propulsió consisteix a l'acceleració de la nau mitjançant
un raig de plasma magnètic amb el qual la nau s'acceleraria a una velocitat
de 20 km/s. És a dir, que tan sols trigaria 90 dies a anar al planeta Mart i
9
12. tornar, en comptes dels dos anys i mig que trigaria a anar-hi una nau
convencional.
Dibuix 3d Mag-Beam
Però perquè això fos possible s'hauria de posar un altre emissor de rajos al
planeta Mart perquè frenés la nau a mesura que aquesta s'acosta al
planeta vermell. Però això va ser una idea de fa ja 8 anys, i ja que
comportaria grans despeses econòmiques es va descartar. Però ara ha
tornat a agafar força. Però no com a propulsor de naus sinó com a
netejador de la ferralla espacial que envolta el nostre planeta.
El raig de plasma empenyeria el objectes cap a l'atmosfera, on es
cremarien durant la reentrada.
10
13. 4-RELACIÓ ENTRE LES AERONAUS I LA GLOBALITZACIÓ
Actualment vivim en un món hipercomunicat on podem saber què passa a
l’altra punta en poc segons. També s’ha instaurat un comerç mundial de
mercaderies on cada país exporta els seus productes fins i tot a les
antípodes. Res d’això s’hauria aconseguit si no hi hagués hagut avenços
tecnològics en les aeronaus que permetessin portar, per exemple, menjar,
d’un país a un altre en poques hores. A part de transportar mercaderies,
els avions també s’encarreguen de transportar empresaris, que poden
negociar contractes comercials per tot el món en pocs dies o, fins i tot,
hores.
L’augment de l’ús de les aeronaus ha comportat que els preus cada
vegada siguin més baixos i més gent hi pugui accedir. Però aquest
augment també ha comportat que la contaminació ambiental augmenti,
fins a un 15% en alguns casos.
Aquest tema no ha estat totalment desenvolupat, tot i així espero poder
aprofundir-hi més a batxillerat.
11
14. 5-COM ESTUDIAR ENGINYERIA AEROSESPACIAL?
Si vols estudiar enginyeria aeroespacial a Espanya, aquestes són les
universitats en les quals es pot cursar:
-Universitat Politècnica de Catalunya
-Universitat Politècnica de Madrid
-Universitat Carlos III de Madrid
-Universitat de Càdiz
-Universitat de León
-Universitat de Sevilla
-Universitat Politècnica de València
La nota de tall oscil·la entre 10 i 12 sobre 14 (8-8,5/10). Les ponderacions
a Catalunya valoren amb 0,2 les assignatures Dibuix Tècnic, Física i
Matemàtiques, i fora de Catalunya també es valora Química.
Crec que és una carrera molt interessant, i és molt recomanable per
aquells qui volen superar-se ells mateixos i les fronteres que els envolten.
Classe enginyeria aeroespacial UPC
12
15. 6-CONCLUSIÓ
En general, els avions han estat l’avenç tecnològic més important de tots
els temps, ja que, com he dit abans, des dels inicis de la història hem
somiat volar com els ocells.
També ha servit per portar fins al límit la curiositat humana, portant-nos
fins a la lluna, i en el cas de la sonda Voyager, fins més enllà del sistema
solar.
Tot i així encara hem de millorar molt respecte a la contaminació que
produeixen els motors a reacció, desenvolupant, entre d’altres, solucions
com el Mag-Beam.
L’avenç tecnològic dels avions ha influït en la globalització mundial, i ha
afavorit l’exportació entre països separats per oceans i continents.
Aquest projecte m’ha servit per saber tots els sistemes de propulsió
utilitzats en les aeronaus modernes, comprendre com funcionen i
començar a introduir-me en el món de l’aeronàutica.
6.1-VALORACIÓ PERSONAL
Abans de començar a fer el treball em pensava que seria més fàcil trobar
la informació, però resulta que ha estat més difícil del que em pensava,
m’ha costat bastant trobar la informació.
El que jo buscava era tenir una idea general per tal de no començar de
zero a batxillerat, i crec que ho he aconseguit. En el treball de batxillerat
pretenc recuperar la informació del blog i començar a construir un motor
jo mateix, i a mesura que el vagi construint anar publicant els avenços al
blog.
M’ha agradat molt entrar en contacte amb totes les aplicacions que
existeixen al blog, ja que jo ja havia tingut una experiència prèvia, però no
13
16. havia aprofundit tant com ara. Les aplicacions com el gadgets, el cooliris i
el prezi són impressionants.
També m’ha agradat ajudar els companys amb els problemes tecnològics
que han sortit, i també agraeixo l’ajuda que hem rebut amb el programa
Prezi.
L’ambient de treball ha estat molt amè i ha estat molt fàcil treballar.
Agraeixo el fet de treballar individualment, ja que també està bé que ha
vegades puguis plasmar les teves idees sense haver de discutir les
preferències amb ningú.
Amb tots els programes que hem descobert aquesta setmana, crec que
l’any que bé, si es torna a fer aquest projecte, serà molt més enriquidor i
profitós per als estudiants. D’altra banda, crec que els temes dels blogs
han estat molt ben escollits i molts d’ells són molt interessants. Em sap
greu no haver pogut fer cap entrevista, però espero durant l’any que bé
poder posar-me en contacte amb diversos professor d’enginyeria
aeroespacial de la UPC.
MOLTES GRÀCIES!
14
