Avión a reacción de cuatro motores

Un avión a reacción de cuatro motores , a veces llamado quadjet , es un avión a reacción propulsado por cuatro motores . La presencia de cuatro motores ofrece mayor potencia y redundancia, lo que permite que dichas aeronaves se utilicen como aviones de pasajeros , cargueros y aviones militares . Muchos de los primeros aviones a reacción construidos específicamente tenían cuatro motores, entre los que se encuentra el De Havilland Comet , el primer avión comercial de pasajeros del mundo. ^[1] En las décadas posteriores a su introducción, su uso ha disminuido gradualmente debido a una variedad de factores, incluida la aprobación de aviones a reacción bimotores para volar más lejos de los aeropuertos de desvío a medida que aumentaba la confiabilidad y un mayor énfasis en la eficiencia del combustible . ^[2]

Los motores de un avión de 4 motores se encuentran más comúnmente en cápsulas que cuelgan de pilones debajo de las alas. ^[3] Esto se puede observar en el Airbus A340 , Airbus A380 y Boeing 747. Muchos aviones de transporte militares también presentan este diseño, incluido el Antonov An-124 , Boeing C-17 Globemaster y Lockheed C-5 Galaxy . En esta ubicación, los motores pueden actuar como una carga de alivio y reducir el peso estructural del ala en un 15%. También están en una ubicación más accesible para mantenimiento o reemplazo. Sin embargo, las desventajas incluyen un mayor riesgo de que los motores ingieran objetos extraños ya que tienen una distancia al suelo menor y un momento de guiñada mayor durante una falla del motor . ^[4] El avión de pasajeros supersónico Concorde tenía sus motores montados en cápsulas rectangulares conformes a la parte inferior del ala, sin ningún pilón. La omisión de pilones reduce la resistencia y elimina el riesgo de que se sobreesfuercen. ^[5]

Los cuatro motores en cápsula también se pueden unir al fuselaje trasero , lo que requiere una cola en T. ^[3] Esto reduce el ruido de la cabina y libera más espacio en las alas para dispositivos de alta sustentación y almacenamiento de combustible . El flujo de aire sobre las alas también se mantiene sin perturbaciones debido a la ausencia de pilones. Sin embargo, los motores montados en la parte trasera desplazan el centro de gravedad hacia atrás y se ubican más lejos del suministro de combustible. ^[4] El Ilyushin Il-62 y el Vickers VC10 tienen sus cuatro motores montados en esta configuración. ^{[6] [7]}

Los aviones a reacción también pueden diseñarse con motores enterrados dentro de la estructura de la aeronave. ^[3] El de Havilland Comet incorporó cuatro turborreactores enterrados dentro de las raíces de sus alas , la ubicación más común para los motores enterrados. Este diseño reduce tanto la resistencia como el riesgo de ingerir objetos extraños, pero aumenta la dificultad de mantenimiento y complica la estructura del ala. ^[4] El bombardero estratégico furtivo Northrop Grumman B-2 Spirit tiene los cuatro turborreactores enterrados dentro de su ala (como ala volante , el ala es el componente estructural principal). Esto reduce la firma térmica de los motores al ocultar los ventiladores y minimizar la firma de escape. ^[8]

El Hawker Siddeley Trident 3B no solo tiene dos motores en las góndolas externas del fuselaje trasero , sino que también tiene otros dos motores montados verticalmente en la cola. El avión fue diseñado inicialmente como trirreactor , pero al Trident 3B se le agregó un cuarto motor ya que se requería potencia adicional por el fuselaje alargado, el aumento de la cuerda alar y el aumento del peso bruto.

Una de las principales ventajas de tener cuatro motores es la redundancia que ofrece, lo que aumenta la seguridad. ^[2] Una falla de un solo motor es mucho menos significativa, ya que los tres motores restantes generalmente pueden proporcionar suficiente potencia para llegar cómodamente a un aeropuerto de desvío o continuar el viaje, dependiendo de factores como la gravedad de la falla, la altitud, la carga de combustible y las condiciones climáticas. ^[9] Con la mayor confiabilidad de los motores a reacción, las tasas de fallas de motor pueden ser tan bajas como 1 parada en vuelo por cada 100,000 horas de motor, ^[10] lo que reduce la importancia de esta ventaja.

Durante una falla de un solo motor, la cantidad de potencia perdida con cuatro motores es proporcionalmente menor que con tres o dos motores. Esto se debe a que tres de los cuatro motores seguirán funcionando, lo que constituye una reducción del 25% en el empuje, en comparación con el 33% para los trirreactores y el 50% para los birreactores . Esto se puede observar en el siguiente ejemplo que involucra al cuatrirreactor Boeing 747-400 , el trirreactor McDonnell Douglas MD-11 y el birreactor Boeing 767-300ER . Con todos los motores operativos al peso máximo de despegue , las tres aeronaves tienen relaciones potencia-peso de aproximadamente 1 a 3,4. Después de la falla de un motor, la relación potencia-peso cae a 1 a 4,7 ( 747-400 ), 1 a 5,5 ( MD-11 ) y 1 a 6,6 ( 767-300ER ). ^[11] El Boeing 747-400 experimenta la menor degradación en el rendimiento, lo que lo hace más seguro durante una falla del motor.

Equipar un avión con cuatro motores también aumenta la potencia, lo que permite más pasajeros, cargas útiles más pesadas y un mayor rendimiento. ^[12] Esto fue especialmente importante para los primeros aviones a reacción, ya que los turbofán de bajo bypass y los turborreactores de la época eran mucho más débiles en comparación con los turbofán de alto bypass modernos . El Pratt & Whitney JT3D de 1958 tenía una salida de empuje de 76 kilonewtons (17.000  lbf ), ^[13] mientras que los motores modernos como el General Electric GE90 pueden producir más de 440 kilonewtons (100.000 lbf) de empuje, ^[14] lo que hace que esta ventaja sea menos significativa hoy en día, ya que los aviones de pasajeros más grandes ya no necesitan necesariamente cuatro motores.

Los aviones a reacción de cuatro motores más grandes se distinguen por tener la mayor capacidad de pasajeros: el Airbus A380 puede transportar hasta 853 pasajeros en una configuración de una sola clase. ^[15] Esto les permite satisfacer la demanda en rutas extremadamente concurridas y, cuando se llenan de pasajeros para distribuir el costo, pueden ser muy rentables. ^[12]

Cuatro motores más pequeños consumen más combustible que dos más grandes, lo que eleva los costos operativos. En concreto, el Boeing 747 Quadjet consume ^{[ aclaración necesaria ]} 2,5 litros (0,66 galones estadounidenses) más de combustible por kilogramo (2,2 libras) de carga útil en comparación con el Boeing 787 Twinjet. ^[16] Como el combustible para aviones representa una gran parte de los costos totales, esto hace que los quadjets sean menos atractivos para las aerolíneas y muchas están cambiando su atención hacia tipos de aeronaves más eficientes. ^[17]

Cuatro motores también implican mayores costos de mantenimiento, ya que cada uno necesita someterse a inspecciones y servicios regulares. Aproximadamente la mitad de los costos de mantenimiento de los aviones de pasajeros se derivan del mantenimiento rutinario de los motores, por lo que el gasto adicional en el mantenimiento de cuatro motores es significativo. ^[18]

La capacidad de un avión muy grande para transportar una gran cantidad de pasajeros puede ser un inconveniente cuando los asientos no están ocupados. Esta es una tendencia emergente, en particular porque la industria de las aerolíneas ha estado haciendo la transición de un modelo de centro de operaciones a un modelo de punto a punto . ^[12] En el modelo de centro de operaciones, los pasajeros se trasladan desde puntos periféricos más pequeños y se concentran en grandes centros de operaciones. Esto introduce una necesidad de aviones de alta capacidad. ^[19] Por el contrario, el modelo de punto a punto transporta a los pasajeros directamente desde el origen hasta el destino, distribuyéndolos en diferentes rutas y requiriendo menos asientos en el avión de servicio. ^[19] Especialmente con la reciente ^{[ ¿cuándo? ]} aparición de aerolíneas de bajo costo que operan muchos vuelos de punto a punto, es más difícil llenar los asientos de los aviones de pasajeros más grandes. ^[12] Por esta razón, las flotas de fuselaje ancho de estas aerolíneas están dominadas por birreactores de menor capacidad y largo alcance , como el A330 y el 787. ^[20]

Antes de la era de los reactores , los aviones de pasajeros estaban propulsados ​​por motores de pistón . Las fallas de los motores eran relativamente comunes, por lo que proporcionar redundancia con cuatro motores era importante para los vuelos de largo alcance. ^[21] Esta necesidad se extendió hasta el comienzo de la era de los reactores y, combinada con el empuje limitado disponible en los primeros motores a reacción , era más práctico diseñar grandes aviones a reacción con cuatro motores. ^{[4] [22]} El primer avión a reacción comercial fue el De Havilland Comet de cuatro motores , que voló por primera vez en 1949. ^[1] Sin embargo, debido a una serie de accidentes fatales por fatiga del metal entre 1953 y 1954, el Comet quedó en tierra. ^[23] Esto empañó en gran medida su reputación y fueron los aviones de pasajeros posteriores los que realmente se beneficiaron de las mejoras posteriores. En 1958, Boeing presentó el 707 y un año después, Douglas lanzó su DC-8 , ambos tipos también con cuatro motores. ^{[24] [25]} Ambos tuvieron mucho éxito y al 707 en particular se le atribuye el avance de la era de los aviones a reacción. ^[26] Los grandes aviones de pasajeros florecieron durante este período, operando con frecuencia en rutas nacionales e internacionales. ^[27]

En la década de 1960 se hizo evidente que tener cuatro motores reducía la eficiencia del combustible. Esto no era un problema para las rutas de larga distancia que transportaban 300 o más pasajeros durante 8 a 12 horas, lo que permitía una alta relación costo-pasajero-milla. Por otro lado, los grandes tipos de cuatro motores eran menos adecuados para los servicios frecuentes de corta distancia, que exigían múltiples despegues y aterrizajes diarios, lo que costaba más combustible y, al mismo tiempo, transportaba menos pasajeros por vuelo. Esto impulsó el desarrollo de grandes trijets y birreactores . Debido a las limitaciones en la tecnología de los motores, los birreactores de esta época eran pequeños y tenían un alcance relativamente corto. La regla de los 60 minutos de la FAA también les impedía volar a más de 60 minutos de los aeropuertos de desvío debido a su menor redundancia de motores. ^[28] Los trirreactores representaban un compromiso entre la eficiencia de combustible y la redundancia. En 1969, Boeing lanzó el 747 . Apodado "Jumbo Jet", fue el primer avión de pasajeros de fuselaje ancho , capaz de transportar significativamente más pasajeros que cualquier otro avión. ^[29] Su capacidad y rendimiento eran incomparables, incluso después del lanzamiento de la competencia de trijet de fuselaje ancho en la forma del McDonnell Douglas DC-10 y el Lockheed L-1011 TriStar .

Dentro de su propia categoría en la aviación comercial, el avión supersónico Concorde comenzó a operar en 1976. ^[30] Sus cuatro turborreactores Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 le permitían volar a una velocidad de crucero del doble de la del sonido. ^[5] En el momento de su creación se lo consideraba el futuro del transporte aéreo. Sin embargo, en gran parte debido a los altos costos operativos y a los problemas de ruido, el Concorde nunca alcanzó el nivel de éxito previsto. ^[31]

Cuando se presentó el BAe 146 en 1983, era inusual porque era un avión de pasajeros regional de corto alcance y cuatro motores . ^[32] Su diseño finalmente permitió un funcionamiento más silencioso y capacidades de despegue y aterrizaje cortos . ^[33]

En la década de 1980, la mayor fiabilidad y potencia disponible de los motores a reacción permitió a los birreactores volar con seguridad con un solo motor. Esto impulsó la introducción de las clasificaciones ETOPS para los birreactores, lo que les permitió eludir la regla de los 60 minutos y volar en rutas transoceánicas que antes servían los tipos de cuatro motores. ^{[28] [34]} La ventaja de la redundancia que aportaban los cuatro motores ya no era necesaria y ya no podían competir con el menor consumo de combustible y los costes de mantenimiento de los birreactores con motores de mayor potencia. Todos los tipos de cuatro motores, excepto los más grandes, como el Boeing 747, se volvieron antieconómicos y esto llevó a la retirada de las antiguas flotas 707 y DC-8 para el servicio de pasajeros. No obstante, Boeing lanzó el 747-400 en 1989, que disfrutaba de altas capacidades (más de 300 pasajeros) y largo alcance, una combinación todavía inigualable por los birreactores en ese momento, lo que convirtió a esta variante del 747 en la variante de mayor éxito comercial. ^[35] Airbus, tras finalizar las conversaciones de colaboración con McDonnell Douglas , que luego produjo el trirreactor de largo alcance MD-11 , lanzó en su lugar el cuatrirreactor A340 en 1993 como un derivado de largo alcance del birreactor A330 , ya que sus variantes iniciales compartían el mismo fuselaje y las mismas alas. ^[36]

Entre los años 1970 y 1990, los birreactores, trirreactores y cuatrirreactores compartían motores de potencia similar, como cuando el DC-10, el MD-11, el Boeing 767, el Airbus A300, A310, A330 y el Boeing 747 tenían variantes impulsadas por el generalizado General Electric CF6 , por lo que en ese momento se necesitaban motores adicionales para mayores capacidades y mayor alcance. Las principales ventajas de los tres y cuatro motores se volvieron mucho menos significativas cuando se introdujo el bimotor Boeing 777 en 1995, equipado con el motor General Electric GE90 diseñado específicamente para ese fin y desarrollado a partir de avances posteriores en la tecnología de turbofán de alto bypass. ^[37] El 777-200 original podía albergar a más de 300 pasajeros, un aumento significativo con respecto a los birreactores existentes, como el 767 , que normalmente solo podía albergar a 200-300 pasajeros. ^[38] El desarrollo posterior del 777-300ER elevó la capacidad de pasajeros a poco menos de 400, acercándose al 747 y reemplazando al A340 , al tiempo que era más eficiente e incurría en menores costos de mantenimiento del motor. Airbus, al no ver mucho éxito con las variantes actualizadas del A340-500/600 impulsadas por el Rolls-Royce Trent 500 , optó por el nuevo A350XWB para competir contra el 777 y el próximo 787 Dreamliner .

A principios de la década de 2000, la única ventaja restante de los modelos más grandes era su capacidad para transportar más pasajeros que los birreactores más grandes. En los años posteriores a los ataques del 11 de septiembre , el aumento de los precios del combustible y el declive de la industria de la aviación aumentaron la necesidad de minimizar los costos y gastos operativos. La producción de la variante de pasajeros 747-400 cesó en 2005 y las entregas del A340 se redujeron a 11 por año, ya que se enfrentaron a la competencia de birreactores más eficientes y comparablemente capaces. ^{[39] [40]}

El uso de cuatro motores se revitalizó en 2005 cuando Airbus presentó el A380 , actualmente el avión de pasajeros más grande del mundo. ^[41] Fue diseñado para rutas con una demanda ultra alta, con capacidad para 575 pasajeros en dos cubiertas de longitud completa. Sin embargo, a partir de 2018, Airbus solo ha cumplido una cuarta parte de su cifra proyectada inicial de 1200 ventas en dos décadas. ^[42] Esto se puede atribuir a una tendencia moderna hacia los viajes punto a punto utilizando birreactores más pequeños pero altamente eficientes como el Airbus A350 y el Boeing 787 , en oposición a un modelo de centro radial que favorece aviones masivos como el A380. ^[12] El mayor operador del A380, Emirates , se beneficia de su flota porque su centro principal está situado en el Aeropuerto Internacional de Dubái , donde muchas rutas de larga distancia tienen sus escalas. Esto hace que sea más fácil para Emirates llenar los asientos de sus A380. ^[12] Después de que Emirates redujera su último pedido en febrero de 2019, Airbus anunció que la producción del A380 finalizaría en 2021.

A medida que la potencia de los motores continuó creciendo y las demandas de capacidad disminuyeron, los aviones bimotores como el Boeing 787 Dreamliner y el Airbus A350 XWB devoraron los mercados que tradicionalmente demandaban cuatro motores.

En respuesta al A380, Boeing presentó el 747-8 en 2011 como sucesor del 747-400. ^[43] La variante de pasajeros 747-8I solo recibió 50 pedidos hasta 2018 ^[actualizar], mientras que la variante de carga 747-8F ha tenido más éxito con más de 100 pedidos. ^[44] A partir de 2018, ^[actualizar]el 747-8F no tiene rival en alcance y carga útil, ^[45] lo que lo convierte en una opción para los transportistas de carga.

Tras finalizar la producción del Airbus A380, también se detuvo la producción del Boeing 747-8, cuya última entrega se produjo el 31 de enero de 2023 ^[46] , lo que significa que ya no se fabricaron aviones de pasajeros de dos pisos. Boeing atribuyó el retiro de sus flotas 747 al efecto de la pandemia de COVID-19 ^{[47] .}

• Ilyushin Il-96 (limitado)

• Ilyushin Il-76
• Kawasaki P-1
• Xi'an Y-20