VOLANDO EL A321NEO: ACTUALIZACIONES TECNOLÓGICAS BAJO LA PIEL
Pequeños pero significativos cambios–no sólo nuevos motores-se establecen en el remotorizado A321neo
Tim Wuerfel | Aviation Week & Space Technology
Al llegar a la sede de Airbus en el lado sur del aeropuerto de Toulouse-Blagnac, estaba claro que iba a haber un factor inesperado para nuestro próximo vuelo de pruebas en el A321neo: nubes bajas, lluvia y un viento del oeste de 10°C. Tendríamos que buscar un espacio aéreo adecuado para las pruebas de baja altitud, y los aterrizajes que serían en una pista mojada de Toulouse.
En nuestro camino a la sala de briefing, frente a lo que sería un vuelo de prueba de más de 3 horas, pasamos frente a los dos A321neos usados para las pruebas de certificación, ambos estacionados fuera del centro de vuelo de Airbus en Blagnac. Uno de ellos es potenciado por el motor Pratt & Whitney PW1100G, el otro por el CFM Leap 1A.
Con una longitud de 44.5 mts. (146 pies), el A321neo es el más largo de la familia A320neo, pero sus motores más grandes son la diferencia distintiva de la versión de opción de motor convencional (CEO). Estos hacen que el avión luzca más balanceado y potente.
Pero el NEO es algo más que poner motores nuevos bajo alas antiguas, lo que se refleja en las pruebas en vuelo, explican el piloto de pruebas de Airbus, capitán Etienne Miche De Malleray y la ingeniera de pruebas de vuelo Sandra Bour-Schaeffer. Las nuevas combinaciones de fuselaje/motor debieron someterse a pruebas intensas, incluyendo pruebas de aleteo (flutter), aterrizajes con viento cruzado y de velocidad mínima de despegue (MUV), que se utiliza durante la certificación para establecer otras velocidades tales como la de rotación (VR).
Teniendo en cuenta que los nuevos motores agregan alrededor de 1.8 toneladas métricas (4,000 libras) al peso seco de operación del avión, se adaptaron áreas tales como pilones de motor, estructuras de alas y sistemas de purga y de aceite. Otros cambios que se hicieron para mejorar la familia A320neo fueron mediante la introducción de la tecnología desarrollada para el A380 y el A350. Las pruebas de vuelo de certificación resultaron ser aproximadamente las tres cuartas partes del esfuerzo requerido para un avión totalmente nuevo, en más de 4,000 horas de vuelo.
El avión para nuestro vuelo, registrado como D-AVXA, es potenciado por Turbofans engranados PW1100G (GTF). El mayor diámetro del fan (ventilador) a 2.06 m, y la reducción en el número de álabes del fan de 36 a 20 en el CFM56-5B, son las obvias diferencias con el CEO.
La proporción de bypass más alta de 12.5: 1, comparada con el 6: 1 del CFM56, también es inmediatamente visible y representa la mayor parte de la combustión, el ruido y las emisiones de combustible del NEO. En el, el PW1100G tiene un empuje de 32,900 libras y por lo tanto tiene aproximadamente 1,000 libras más de empuje que el CEO, mientras que el peso máximo de despegue permanece sin cambios en 93.5 toneladas métricas. Debido al menor consumo de combustible, el alcance se incrementa en 500 MN, o se dispone de 2 toneladas métricas de carga útil adicional.
A321neo
Si solía ser fácil girar un poco el fan durante el recorrido de pre vuelo para asegurarse de que se mueve libremente, las comprobaciones requieren un poco más de entrenamiento en el GTF debido a la resistencia mecánica del sistema de engranajes del fan. El fan no girará en sentido contrario a las agujas del reloj si se ha estacionado en posición de viento de cola, por lo que los pasajeros no embarcados se preguntarán qué significa el crujido. El avión no tiene que ser reposicionado fuera de una posición de viento de cola fuerte para el arranque del motor.
Los cierres de la puerta del capó del fan debajo del motor son una característica nueva y envían un mensaje a la pantalla electrónica de monitoreo centralizado del avión (ECAM) en la cabina si dos de tres pestillos no están bien cerrados después del mantenimiento.
El avión de prueba tenía una cabina sin terminar con tanques de agua usados como lastre y una estación de ingeniería en el centro de la cabina. En la cabina, todo parecía familiar, a excepción de algunos hardwares de prueba y el head-up display (pantalla de cabeza alta) opcional. Esto reduce la visibilidad mínima requerida para el despegue de 125 metros a 75 m del alcance visual de pista (RVR).
Al realizar el chequeo de la cabina de vuelo en el pre vuelo, noté dos indicaciones de presión de oxígeno en la pantalla del sistema (SD). Es opcional en el NEO tener botellas de oxígeno separadas para los dos pilotos, una opción para mayor redundancia que muchos clientes están tomando, dice Airbus.
En la página de motor en el ECAM, había cruces de color ámbar donde se encuentran las indicaciones de cantidad de aceite del motor en el CEO. En el NEO, como en el A380 y el A350, tuve que encender los switches de control digital del motor de autoridad completa (FADEC) en el panel de mantenimiento de arriba para verificar las cantidades. Una vez iniciada la secuencia de arranque del motor, la cantidad de aceite se visualizó de forma continua.
El Leap 1A es un turbofan convencional con una alta relación de bypass, pero el PW1100 tiene una caja de reducción de 3: 1 que permite que el fan y el compresor de baja presión funcionen a velocidades óptimas. Después de un apagado reciente, el PW1100G requiere refrigeración para minimizar las diferencias de temperatura interna antes de reencender. El motor realiza un giro seco automático durante la secuencia de arranque para evitar una situación de rotor arqueado (bowed rotor).
La duración de este periodo de «enfriamiento», que en realidad equilibra las temperaturas internas, depende de la temperatura de los gases de escape en el último apagado, de la temperatura de ambiente y del tiempo transcurrido desde el último apagado. El tiempo hasta el encendido se muestra en la pantalla de advertencia del motor (EWD) junto con la palabra «Cooling».
Los clientes iniciales del A320neo junto con Airbus han dedicado mucho esfuerzo a reducir los tiempos de arranque y, con la ayuda del equipo técnico de Lufthansa, se creó un procedimiento de doble arranque. Esto se inicia pulsando un nuevo botón en el panel superior (overhead panel). A medida que comienza el giro en seco del primer motor, normalmente el número 2 en el lado derecho, el otro motor «esclavo» gira en seco al mismo tiempo.
Cuando el combustible fluye en el motor «maestro», el giro en seco del motor esclavo se detiene para que toda la presión de aire de la unidad de potencia auxiliar (APU) esté disponible para un motor. Después de completar la primera secuencia de arranque, el segundo motor necesita unos segundos de enfriamiento adicional antes de que esté listo para arrancar. Esto ahorra un montón de tiempo para el giro en seco y, en los próximos meses, se esperan más cambios pequeños de parte de Pratt para entregar tiempos normales y conocidos del arranque del motor.
Libre para rodar hacia la pista 32L, solté el freno de parqueo. Nuestro A321neo comienza a moverse sin aumentar el empuje, como el empuje de ground-idle es mayor de lo que estoy acostumbrado en el CEO, esto para proporcionar la refrigeración necesaria para los accesorios del motor.
El piloto de evaluación de Aviation Week encontró que el control manual del A321neo era más directo y dinámico que el del A320ceo. Crédito: A_Doumenjou / AIRBUS
En preparación para la salida, la prueba de configuración de despegue se inició pulsando el respectivo botón. Con el software más reciente, ahora este chequeo interno incluye la temperatura mínima del aceite, que es una buena característica porque, a 52°C, es ligeramente diferente de la antigua limitación.
Estamos listos para despegar con un peso de 71 toneladas métricas y una velocidad de rotación calculada de 134 kt. con flaps en configuración 2 y un empuje de despegue reducido ligeramente por encima del 83% de N1 (velocidad del spool de baja presión). Enfrentado en la pista, verifique la configuración de la BLEED, que se muestra en la parte superior del EWD en el NEO.
Los cielos estaban todavía cubiertos con una base de nubes a 1.400 pies. Tenía curiosidad por ver el pitch damping en la rotación, la respuesta de Airbus a la exigencia de certificación de la protección del golpe de cola (tailstrike) en el despegue es el mismo utilizado en el A380 y A350. Pero primero llamó mi atención el sonido de los motores mientras que los aceleradores (thrust levers) fueron avanzados a potencia de despegue. Es un sonido sorprendentemente profundo que da la impresión de que hay más empuje si es necesario. Habiendo volado como un pasajero en un A320neo, puedo decir que el nivel de ruido de la cabina no hizo necesario levantar la voz en la conversación mientras nos hacíamos al aire.
Durante la rotación, con un viento cruzado de 10-kt y un poco de aire turbulento, no fue posible sentir el pitch damping. Esto es reduciendo ligeramente la fuerza del elevador en los ángulos de cabeceo sobre los 7 grados. Malleray dice que se espera una rotación normal y constante, al igual que en el CEO y que si por alguna razón, se realiza una inclinación adicional, todavía es posible rotar la cola en tierra.
Después de retractar el tren y los flaps, ascendimos al noroeste de Toulouse en un bloque del espacio aéreo entre 8,000-16,000 pies mientras que intenté tener una sensación de las diferencias en volar manualmente el NEO comparado al CEO. Hemos tenido tiempo de apreciar otra nueva característica: lógica de control de malfuncionamiento de empuje en el FADEC para detectar la sobrevelocidad del motor. Hay un modo de apagado mientras el avión está en tierra con reversas activadas para contrarrestar una salida de pista no deseada si los aceleradores están en idle, pero la N1 es superior al 60%. Aparecerá una señal de advertencia en el ECAM indicando que el motor ha fallado.
Un modo llamado cutback se activará si, mientras se vuela por debajo de 15,000 pies y Mach 0.45, se presenta sobrevelocidad de un motor. El flujo de combustible se reducirá automáticamente a un valor bajo el preestablecido. A continuación, corresponde a la tripulación de vuelo evaluar la situación y apagar el motor si el problema no puede resolverse.
Los pedidos de A321neo está reforzado por las líneas aéreas que compran el avión como reemplazo del Boeing 757. Crédito: H. Gousse / Airbus
Al llegar al espacio aéreo reservado, finalmente salimos de las nubes y continuamos a velocidades variables con diferentes configuraciones de flaps. El avión se sentía cómodamente familiar para un piloto de A320ceo. Sin embargo, el control de cabeceo y banqueo es más directo y dinámico, y no existe la pequeña tolerancia o inactividad como en el CEO. Muchos pilotos de Airbus van a volar una mezcla de CEOs y NEOs durante muchos años, probablemente incluso en el mismo día, por lo que tendrá que tener esa diferencia en mente.
Continuamos con situaciones más dinámicas, como una falla simulada del motor durante el arranque a 15,000 pies. Después de mi llamada «go-around, flaps», Malleray redujo el ajuste de los flaps de 3 a 2 y colocó el motor Nº 2 en idle. Reduje el cabeceo y esperé la reacción del beta-target en la pantalla de vuelo primario (PFD), que en los aviones de Airbus indica el deslizamiento lateral (beta) debido al empuje asimétrico.
A continuación, lentamente agregó presión al timón izquierdo para contrarrestar el empuje asimétrico. La maniobra puede ser volada suavemente y no se mostraron diferencias de manejo con el CEO. Debido al diseño del nuevo motor, con su fan más grande, ofrece más empuje después de algunos segundos. Airbus compensó esto añadiendo 5 grados hasta la máxima deflexión del timón, que ahora es de 30 grados en el NEO, por lo que las velocidades mínimas de control permanecerían en el mismo rango.
Continuamos con algunas maniobras impresionantes mostrando las protecciones de ángulo de ataque ya familiares en el CEO. Volamos una recuperación del sistema de advertencia de proximidad al suelo (GPWS), que en el Airbus significa colocar completamente atrás el sidestick, la potencia de despegue/ida de largo (TOGA), y dejando que la protección de la envolvente de vuelo haga volar la aeronave a la velocidad mínima y el máximo ángulo de ataque de Alrededor 11 grados para evitar posibles obstáculos. Cambiamos velocidad por altitud con un régimen inicial de ascenso de más de 5,000 pies/minuto, y desaceleramos alrededor de 125 kt. por nuestro peso y altitud.
En la maniobra de recuperada que siguió, incluso colocó el sidestick completamente lateral para la posición de sidestick completamente atrás, banqueando el avión con 45 grados. Todas estas maniobras demostraron que la combinación de un control más dinámico a través del sidestick y los motores más potentes resultan en un control suave y cómodo de la aeronave.
Malleray me mostró una característica que Airbus ha añadido para ayudar durante el decrab en un aterrizaje de viento cruzado. Apuntando a una nube, simulamos los pilotos que giran la nariz del viento durante el flare antes del contacto con un viento cruzado para alinear el avión con la línea central de la pista. Uno de los problemas durante esta maniobra complicada es que el ala al viento (upwind wing) está moviéndose más rápido y por lo tanto tiene una tendencia a subir-lo que no se desea durante el aterrizaje, ya que crea un target de ráfagas que podría empujarlo hacia un lado de la línea central. Si quieres alas niveladas para el momento del aterrizaje, con una tendencia a tener el ala baja en el lado contra el viento. Por lo tanto, el NEO ahora da un poco de entrada de ala baja durante el decrab para evitar que un ala se eleve. Fue notable durante nuestra práctica, y me gusta la función, que ayudará en las situaciones turbulentas y dinámicas. Al igual que con la función gust-alleviation del sistema fly-by-wire, no libera al piloto de hacer entradas de dirección distintas para asegurar un aterrizaje seguro.
Subimos a gran altitud, apreciando la costa atlántica al oeste de Burdeos.
Los motores del A321neo mejoran el rendimiento de subida por lo que el avión alcanza los 31,000 pies 4 minutos antes y con un desplazamiento de 30 MN menos que el CEO con el mismo peso máximo.
Airbus ha añadido un paquete de mejora del rendimiento en el ala para operaciones de baja y gran altitud que incluye un cover blade detrás de los spoilers y un leading edge disminuido con los sharklets de punta de ala (wingtip). Juntos, estos cambios conducen a óptimas y máximas altitudes en comparación con el CEO. A bajas altitudes y bajas velocidades, el mayor flujo de masa de la corriente de derivación «fría» frente a la corriente de núcleo «caliente» conduce a un mayor empuje del motor y era notado un mayor exceso de empuje para la aceleración durante la subida.
Airbus ha añadido un paquete de mejora del rendimiento en el ala para operaciones de baja y gran altitud que incluye una hoja de cubierta detrás de los spoilers y un borde de ataque delantero rebajado con los sharklets de punta de ala. Juntos, estos cambios conducen a altitudes máximas óptimas y máximas en comparación con el CEO. A niveles y velocidades más bajos, el mayor flujo de masa del flujo de bypass «frío» frente al flujo de núcleo «caliente» conduce a un mayor empuje del motor y el mayor empuje de aceleración durante la subida era notable.
Después de alcanzar el nivel de vuelo 300, se redujo a velocidad de marca verde (mínimo limpio), que ahora es de 216 kt. de velocidad indicada (KIAS), y luego se aceleró hasta el máximo número Mach operativo de 0.82. A gran altura y alta velocidad, los aviones de pasajeros tienen que ser manejados con cuidado, ya que tienen un gran efecto los pequeños cambios de cabeceo. El NEO se sentía tan sensible como el CEO, y a baja velocidad se sentía similarmente bien equilibrado y fácil de controlar.
Durante nuestro retorno a Toulouse, revisé la página de combustible en la pantalla del sistema y vi un impresionante flujo de combustible combinado de 5 kg/min. (12 lb./min.) para ambos motores.
El descenso nos dio tiempo para mirar algunos complementos al sistema de combustible del NEO. Para brindar una advertencia temprana, hay un nuevo mensaje del ECAM que alerta a la tripulación del funcionamiento degradado de un filtro de combustible, generado al detectarse un diferencial en la presión del combustible. Para avisar sobre combustible posiblemente contaminado, y si el bloqueo de ambos filtros de combustible es inminente, el mensaje «LAND ASAP» aparecerá en ámbar.
También en el NEO, hay una nueva medida de cualquier diferencia anormal en el flujo de combustible y el uso entre los motores, advirtiendo de una posible fuga de combustible. Esta es otra característica que me gusta, ya que hay una mejor oportunidad de obtener una alerta temprana que tener que estar chequeando horariamente el combustible cuando se realizan vuelos más largos. Por supuesto, los pilotos están acostumbrados a observar el combustible calculado al destino en el sistema de gestión de vuelo (FMS) cada pocos minutos.
El sistema de aceite también ha sido modificado debido a los nuevos motores. El sistema de engranajes del PW1100G tiene aproximadamente 15 cuartos más de lubricante que en los motores del CEO. Sin embargo, la indicación de la cantidad de aceite en la cabina se mantiene en valores similares al CEO. Existe un nuevo sistema de monitoreo de desechos de petróleo que ahora puede detectar partículas ferrosas y no ferrosas usando un sensor inductivo en la corriente hacia arriba del filtro de aceite principal.
El sistema de aceite también ha sido modificado debido a los nuevos motores. El sistema de engranajes del PW1100G tiene aproximadamente 15 cuartos más de lubricante que los motores del CEO. Sin embargo, la indicación de la cantidad de aceite en la cabina se mantiene en valores similares al CEO. Existe un nuevo sistema de monitoreo de desechos de petróleo que ahora puede detectar partículas ferrosas y no ferrosas usando un sensor inductivo corriente arriba (upstream) del filtro de aceite principal.
Nuestro descenso de baja potencia / baja-resistencia fue interrumpido por el control de tráfico aéreo y la necesidad de ser puesto en secuencia para nuestra primera aproximación al aeropuerto de Toulouse. Preparamos una aproximación ILS para la pista 32L con 65 toneladas métricas en la configuración 3, la cual es la menor de los dos ajustes de flaps de aterrizaje y sin cambios desde el CEO. Sin embargo, en esta aproximación íbamos a nivelar a unos 150 pies sobre la pista y volar con un low pass para demostrar la alerta de overrun de pista, una nueva opción en el NEO que también está disponible en el A350.
Mientras volábamos por encima de la zona de contacto (touchdown) de la pista de 3,500 metros de largo, el sistema llamó primero: «Si está húmedo, la pista es demasiado corta», y de hecho estaba húmeda. Aproximadamente 2 segundos más tarde, el siguiente nivel de alerta surgió: «Pista demasiado corta». Ambas advertencias también se mostraron en el PFD. Si ya hubiéramos aterrizado, el sistema habría seguido calculando la longitud de pista restante. Si la deceleración era críticamente corta, la voz sintética habría requerido «Max braking», «Max reverse» o incluso «Keep max reverse» si el piloto redujera el empuje de la reversa.
Después de la demostración, coloqué los aceleradores en la muesca de TOGA, ascendí a 4,000 pies hacia el lado noreste del aeropuerto, limpié el avión y me preparé para un aterrizaje con full flaps en la pista 32L. Nuestro peso bruto se redujo a 64 toneladas métricas, y tendríamos un viento cruzado de casi 11 kt. en el aterrizaje, así que lograríamos otra mirada en el soporte del decrab incorporado en el NEO.
Pratt & Whitney y Airbus están trabajando para minimizar los tiempos de arranque de los turborreactores PW1100G. Crédito: Airbus
Nuestra velocidad de aproximación (VAPP) se calculó a 135 kt. con el ajuste máximo de flaps, que se incrementó de 35 a 37 grados. En el A321neo y a 40 grados en el A320neo. El cambio se debió a la demanda de los clientes para mejores resultados de despegue y aterrizaje en pistas cortas. Con los ajustes más altos de flaps, la VAPP disminuye en 5-6 kt. en comparación con el CEO, resultando en 5-7% de distancias de aterrizaje más cortas.
El cambio significa que el rango desde velocidad limpia a una VAPP más lenta es mayor, por lo que tiene que estar preparado para iniciar la reducción de velocidad más temprano, en particular con los motores que producen un mayor empuje de vuelo en vacío y los Sharklets reduciendo la resistencia (Drag). Como el fan del motor es altamente eficiente a bajas velocidades y bajas RPMs, el ajuste de potencia requerida para la aproximación se reduce en aproximadamente 5% N1.
En mi primera aproximación, pensé que el avión no era tan estable en cabeceo como yo estaba acostumbrado, pero nuestro piloto de prueba dejó en claro que esto fue porque los cambios de potencia a los que estaba acostumbrado en el CEO eran un poco mayores de lo necesario en el NEO. Cambios más pequeños del empuje del motor le impedirán sobrecontrolarse en velocidad y cabeceo. Los nuevos motores pueden ajustarse incluso con valores N1 bajos. Durante esta aproximación final, me alinee visualmente hacia la Pista 32R a unos 2,000 pies después de volar fuera de las nubes y luego de nuevo a la 32L a aproximadamente 1,300 pies para obtener otra impresión del control del NEO.
Después de nuestro aterrizaje final, abrí las reversas y usé el empuje de idle para una suave desaceleración. En comparación con el CEO, el mayor ground idle de los motores NEO nos ayudó a desacelerarnos más rápido sin usar los frenos. Esto mantiene los frenos frescos para la próxima salida y prolongará la vida de los costosos frenos de carbono.
Al bajar del avión, volví a mirar los motores. La reducida distancia al suelo en comparación con el CEO es notable. Pero el ángulo máximo para mantenerlos fuera del suelo se reduce en 0.5 grados y no requiere ningún cambio en la atención durante la operación del NEO. Hasta ahora, no ha habido quejas de clientes sobre daños a objetos extraños debido a la menor distancia al suelo, dice Airbus.
Los pilotos calificados en la familia A320 pueden volar el NEO después de un curso aprobado de diferencias que cubre familiarización, cambios técnicos y procedimientos. Esto puede hacerse por auto-estudio a través de la instrucción basada en computadoras (CBT) y toma medio día.
Los fabricantes de motores prometieron ahorros de combustible del 15% en la familia A320neo, y la experiencia de las aerolíneas hasta ahora muestra que se están logrando -y algunas veces se superan- dependiendo de la estructura de la ruta. Además, el NEO está reduciendo la huella de ruido en un 50% en comparación con el CEO, y las emisiones de NOx y CO2 se reducen drásticamente.
Debido a los nuevos motores, muchos sistemas tuvieron que ser adaptados y diferentes límites puestos en su lugar, pero la aeronave le dirá si usted está acercándose a cualquiera de ellos. Airbus ha aprovechado la oportunidad para desarrollar los avances técnicos desarrollados para el A380 y el A350, pero al mismo tiempo ha logrado mantener un 95% de similitud con el CEO, lo cual es importante para las aerolíneas y sus divisiones de mantenimiento.
¿Y cómo vuela? Vuela como un CEO con algunas mejoras, que es un cumplido. El control manual a través del sidestick es más reactivo, y se siente más directo y dinámico. Debido al número de pequeños cambios, como piloto de línea aérea, preferiría no volar el CEO y NEO durante el mismo tiempo de servicio en el mismo día. Pero el avión es divertido para volar, y estoy seguro de que los pilotos apreciarán la actualización técnica.
Tim Wuerfel es capitán de A320 en Lufthansa, con 14,000 horas y 6,000 aterrizajes. Empezó a volar DC-9s para Aero Lloyd en 1990 y más tarde se reubicó en modelos como el DC-8, MD-11 y el Boeing 747-200F volando para Lufthansa Cargo. Wuerfel se convirtió en capitán de Boeing 737 en Lufthansa en el 2005 y cambió al Airbus A320 en 2013.