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Motores Aeronáuticos XIV Semana da Faculdade de Engenharia Mecânica 2012 Prof. Dr. Odenir de Almeida [email protected] Laboratório de Mecânica dos Fluidos UFU Universidade Federal de Uberlandia SL 302 Bloco 5P (34) 3239-4040 (614)
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XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Oct 28, 2015

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Page 1: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Motores Aeronáuticos

XIV Semana da Faculdade de Engenharia Mecânica

2012

Prof. Dr. Odenir de Almeida

[email protected]

Laboratório de Mecânica dos Fluidos

UFU – Universidade Federal de Uberlandia

SL 302 – Bloco 5P

(34) 3239-4040 (614)

Page 2: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Conteúdo

1. Histórico

2. Conceito;

3. Motores Convencionais;

4. Hélices;

5. Motores a reação – Motor a Jato;

6. Componentes de um Motor a Jato;

7. Turbo-hélice/Turboeixo;

8. Ensaios de Certificação de Motores

Page 3: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Histórico

Pré-História da Propulsão a Jato e dos Motores a Turbina

Cadeira a Jato de Wan Hu (1300 dC) Aelopile de Hero (100 aC)

Page 4: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Pré-História da Propulsão a Jato e dos Motores a Turbina

Carruagem a Jato de Newton (1687 dC)

Chaminé Turbinado de DaVince (1500 dC)

Histórico

Page 5: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

1791: John Barber patenteou um motor como as turbinas a gás atuais (compressão,

combustão e expansão); foi sugerido para propulsão a jato.

1807: George Caley inventou o motor alternativo a ar quente que funcionava no mesmo

ciclo das turbinas a gás atuais.

1872: F. Stoltz projetou uma TG (Turbina a Gás) que nunca rodou autonomamente devido à

baixa eficiência dos componentes.

1884: Charles Parson patenteou vários inventos relevantes para as turbinas a gás atuais.

1900: Rateau, francês, idealizou o turboalimentador e Sanford Moss contribuiu muito para o

desenvolvimento do equipamento.

1913: René Lorin patenteou o estatojato (athodyd – aero thermodynamic duct), que foi

impossível de se fabricar na época devido à falta de materiais adequados.

1920: A. Griffith desenvolveu a teoria do projeto de pás de turbinas baseada no escoamento

através de aerofólios, no lugar de passagens.

Propulsão a Jato, com Turbina, na Inglaterra e França

Histórico

Page 6: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

1928: Frank Whittle (FW – cadete da RAF, pai do motor a jato) propôs o uso de TG para a

propulsão a jato.

1930: FW patenteou um motor jato para a propulsão de aeronaves.

1930/35: FW tentou vender sua idéia para a RAF, mas foi considerada impraticável para

vôo.

1936: Willians e Tinling (ex-oficiais da RAF) sugeriram a FW registrar novas patentes e

levantar dinheiro para construir um modelo experimental do motor.

1936: Em março, a Power Jets Ltda. (PJ) foi formada. A Thomson-Houston Co. foi

contratada para fabricar o motor, menos a câmara de combustão e os instrumentos.

Propulsão a Jato, com Turbina, na Inglaterra

Histórico

Page 7: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Modelo experimental de Frank Whittle:

Rotação – 17750 rpm; Compressor: razão de pressões 4, Diâmetro – 19 polegadas,

Rendimento 80%, Fluxo de ar 12 kg/s; Potência 3000 HP; A câmara de combustão

queimava 200 galões/hora em um volume de seis pés cúbicos, que resultava em uma

intensidade de combustão muito maior que as caldeiras industriais conhecidas. O projeto e

a fabricação da câmara de combustão, por uma fábrica de queimadores a óleo (LaidlaW,

Drew and Co.), foi o mais difícil do motor.

1937: Em abril, começo dos testes do primeiro motor.

1939: Após muitos problemas, várias construções, o motor foi considerado um sucesso. A

RAF assinou um contrato com a PJ para fabricar um motor para vôo.

1941: Em maio, o motor W1 Whitlle, instalado no Gloster E28, fez seu primeiro vôo. Em

vôos subseqüentes o avião atingiu 370 mph em vôo nivelado, com 1000 lb de empuxo.

Propulsão a Jato, com Turbina, na Inglaterra

Histórico

Page 8: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Desenho da Patente de Whitlle

Primeiro modelo experimental

Um dos primeiros motores Gloster E28/39 que voou em 1941

Histórico

Page 9: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Engine:

The W.1 turbojet engine used to

power the Gloster E28/39 aircraft.

It was designed to produce a static

thrust of 3800 N (850 lb)

Histórico

Page 10: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Propulsão a Jato, com Turbina, na Alemanha

1929: Um planador, equipado com foguetes “OPEL”, foi a primeira aeronave a voar usando

um motor a jato.

1936: Dois estudantes, Hans von Ohain e Max Hahn, patentearam um motor turbojato.

1939: A Ernest Heinkel Aircraft Co. adaptou as idéias de Ohain e Hahn e em 27 de agosto o

He 178, equipado com um Heinkel HeS-3b (1100 lb), atingiu uma velocidade de 400 mph.

Esta é considerada a data mais antiga de propulsão a jato moderna.

Subseqüentemente os alemães desenvolveram o caça Me 262 (500 mph, dois turbojatos

com compressor axial, refrigeração de palhetas da turbina, prevenção contra gelo, bocal de

área variável, etc.). Mais de 1600 aviões foram produzidos próximo ao fim da segunda

grande guerra.

Histórico

Page 11: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Propulsão a Jato, com Turbina, na Alemanha

Engine:

HeS 3B turbojet

Thrust (Early): 992 lb. (4412 N)

Thrust (Later): 1,102 lb. (4900 N)

Histórico

Page 12: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Propulsão a Jato, com Turbina, na Alemanha

Messerschmitt Me 262 jet fighter, first production jet aircraft, powered by two Jumo

004B turbojet engines. The Me 262 first flight was on July 18, 1942.

•Drawing of Jumo 004B turbojet engine showing air cooling system [thrust = 2000 lb, airflow = 46.6 lb/sec, pressure ratio = 3.14, turbine inlet temperature = 1427F, fuel consumption = 1.4 (lb/hr)/lb-thrust, engine weight = 1650 lb, diameter = 30 in, length = 152 in, efficiencies: 78% compressor, 95% combustor, 79.5% turbine].

Histórico

Video Me-262

Page 13: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Desenvolvimento independente, iniciado em 1935:

Sir Frank Whittle

Dr. Hans von Ohain

Primeiro vôo de um avião turbojato:

Alemanha: 27 Agosto 1939, Heinkel He-178

Inglaterra: 15 Maio 1941, Gloster-Whittle E.28/39

Histórico

Page 14: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Propulsão Aeronáutica

Esse tipo de comentário era comum na Inglaterra durante a fase de

desenvolvimento do primeiro motor turbo jato.

Page 15: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Fundamentos

No propulsor a jato, três

processos são fundamentais:

a) Compressão;

b) Combustão;

c) Expansão.

Conceito

Page 16: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Conceito

• Para que uma aeronave voe é necessário uma força de tração (thrust)

atuando em sentido contrário à força de arrasto. Essa força propulsora ou

tração é proporcionada por um motor de ciclo térmico.

• A função do motor é a de, por meio de uma combustão interna, converter a

energia térmica de um combustível em energia mecânica;

• Os dois tipos de motores de combustão interna amplamente utilizados na

aviação são o motor a pistão e o motor a jato.

Page 17: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Motores Convencionais

Motores convencionais, alternativos ou a pistão:

• A palavra alternativo quando referida a um motor designa um movimento

repetitivo de um ponto a outro. Aplicado ao pistão do motor, alternativo

significa que o pistão move-se de um ponto para outro dentro do cilindro. O

movimento do pistão é resultado da expansão dos gases no interior do

cilindro, como queima de gasolina vaporizada ou butano. O movimento

alternado é convertido em movimento de rotação pelo eixo de manivela ou

virabrequim.

• Até 1940, os termos motor alternativo e motor de combustão interna eram

intercambiáveis. Hoje em dia, os motores a jato enquadram-se também na

categoria de motores de combustão interna.

Page 18: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Ciclo do motor convencional

• Ciclo de um motor é uma série de operações ou eventos

que um motor a combustão interna deve executar para

operar, continuamente, e produzir trabalho. Como

subentendido, esses eventos devem ocorrer em uma certa

sequência (ciclo). O movimento do pistão aspira a mistura

de combustível e ar e a comprime. A mistura é queimada no

final do tempo de compressão pela ação de uma centelha

elétrica, causando a expansão dos gases. Esses gases

expandidos empurram o pistão para baixo, girando o eixo de

manivela. O pistão, então, é movido para cima pela força

inercial do eixo manivela, causando a expulsão dos gases

queimados para fora do cilindro. Esta série de eventos em

sequência exata, que ocorrem em quatro tempos, é

chamado de ciclo do motor.

Motores Convencionais

Page 19: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Os tipos de motores alternativos

• Os motores convencionais ou alternativos são classificados quanto à

disposição dos seus cilindros:

• Motor Radial: O motor radial consiste de uma ou mais linhas de

cilindros dispostos radialmente no cárter ou alojamento do virabrequim.

Números ímpares de cilindros são geralmente empregados para

suavizar a operação. Os motores radiais são resfriados pelo fluxo de ar

que passa pelos cilindros, removendo o calor. Sua aparência frontal é

larga e provoca um grande arrasto, que pode ser diminuído pela

instalação de carenagens aerodinâmicas. Motores radiais de grande

potência foram produzidos com até 28 cilindros e usados amplamente

em aviões militares e de grande porte até o advento dos motores a jato

depois da II Guerra Mundial.

Motores Convencionais

Page 20: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Os tipos de motores alternativos

• Motor de Cilindros Opostos: Esse tipo de motor tem pares de cilindros

opostos, uns aos outros, de cada lado do cárter. Os motores de cilindros

opostos foram projetados para possuir de dois a oito cilindros. Eles

podem desenvolver de 65HP, para os menores, de 4 cilindros, até 400

HP, para os maiores, de oito cilindros, Atualmente, os motores de

cilindros opostos são os mais usados. Sua área frontal é pequena

quando comparada aos motores radiais, produzindo portanto pouco

arrasto. Os motores de cilindros opostos equipam a maioria das

aeronaves leves, pois possuem uma alta relação de potência por peso.

são altamente seguros e de fácil manutenção.

http://www.pelicano.com.pt/motor.html

Motores Convencionais

Rotax

Page 21: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Os tipos de motores alternativos

• Motor de Cilindros em Linha: Os motores

em linha, são refrigerados a ar ou a água.

Alguns motores em linha foram projetados

com os cilindros na parte superior do cárter e

outros na parte inferior. Esse último é

chamado de motor em linha invertido. Hoje,

quase não são usados.

• Motor em-V: Os motores em V (normalmente

V-8), usam geralmente líquido para seu

resfriamento. Existem também motores em V

invertidos.

Motores Convencionais

Page 22: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Hélices

• Em uma vista transversal, a hélice de uma aeronave se assemelha ao

aerofólio de uma asa. O aerofólio de uma hélice tem um ângulo de ataque

relativamente grande próximo à raiz. O ângulo diminui em direção à ponta,

pois a ponta da pá gira em uma razão maior que a porção próxima do cubo.

Esta é outra indicação de um dos fatores que afetam a

velocidade/sustentação. Menor ângulo de ataque é necessário na ponta da

pá para produzir sustentação por causa da maior velocidade nesta região.

• Considerando que a hélice deve absorver a potência do motor, ela deve ser

capaz de suportar a forças impostas sobre ela: centrífuga, torção, e tração.

Ela deve ser flexível e manter a propriedade de retornar à sua posição

normal sem distorções.

• Numa vista transversal, a hélice pode ser comparada a uma asa que produz

sustentação numa direção horizontal, chamada tração. Também, aplicando-

se a terceira lei de Newton, podemos notar que, quando a hélice desloca o

ar para trás, haverá uma reação igual e em sentido contrário. Essa reação

resulta no deslocamento para frente, isto é, a tração criada pela hélice.

Page 23: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Hélices

• Limitações: A limitação dos vôos em alta velocidade é a própria velocidade.

Independente de quão potente o motor seja, se a ponta das pás de uma

hélice se aproximar da velocidade do som ou de cerca de 700 fps (pés por

segundo), a hélice perderá alguma eficiência. A uma velocidade de ponta de

pá de 900 fps (987 km/h), a eficiência da hélice é de 86%, enquanto que a

1200 fps (1316 km/h), a eficiência cai para 72%. Quanto maior for o

comprimento da pá, menor deve ser a velocidade da hélice, para manter a

velocidade de ponta da pá abaixo da velocidade do som. Essa é uma das

maiores razões porque as aeronaves providas de hélice, não atingem a

velocidade do som em vôo nivelado.

• Passo: O passo de uma hélice, como o passo da rosca de um parafuso, é a

distância que a hélice avança em uma volta completa (revolução). Diferente

do parafuso, a hélice gira mergulhada num gás (a atmosfera) e como o ar é

compressível, a hélice não avança tanto quanto o ângulo da pá poderia

indicar. Esta perda de deslocamento para frente é chamada de

deslizamento.

Page 24: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Hélices

Page 25: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Hélices

• Assim, há dois tipos de passo de hélice; o passo teórico (geométrico) e o

passo efetivo (verdadeiro). O passo efetivo mais o deslizamento são iguais

ao passo teórico. Passos elevados produzirão melhor resultado em grandes

altitudes porque o ar é mais rarefeito. Em altitudes menores um passo

excessivamente alto sobrecarregaria o motor e sua rotação cairia em virtude

da maior densidade do ar.

Page 26: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Hélices

Tipos de Hélices

1. Passo Fixo: Normalmente, construída de liga de alumínio, desenvolve a

máxima eficiência a uma altitude e a uma velocidade, somente. A hélice de

madeira é de construção mais barata, porém não é tão eficiente e robusta

como a de metal;

2. Passo ajustável: Consiste de um cubo de hélice no qual as pás podem ser

travadas. Elas tem a vantagem de permitir a variação do ângulo, porém os

ajustes são feitos somente no solo. Essas pás são feitas tanto de metal

como de lâminas de madeira, frequentemente, revestidas de plástico;

3. Passo variável: Única que permite o passo ser mudado em vôo. Durante a

decolagem e subida, o passo mínimo é desejável (similar à marcha baixa em

um automóvel). Isso permite que o motor desenvolva máxima rpm, assim

liberando a potência máxima. Durante o vôo de cruzeiro ou vôos em grandes

altitudes, um passo maior, produzirá maior velocidade (similar à marcha alta

em um automóvel).

Page 27: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Hélices

As hélices de passo variável podem ser de 3 tipos:

Hélice de velocidade constante: incluem um governador, o qual, quando

ajustado pelo piloto através da manete de hélice, varia automaticamente o

passo para manter a velocidade do motor (rpm) constante.

Hélice embandeirável: Esse tipo de hélice permite que, caso o motor pare em

vôo, ela seja embandeirada, isto é, as pás sejam perfiladas com o vento, para

diminuir o arrasto. Naturalmente, esse tipo de hélice só será encontrado em

aeronaves multimotoras, com a finalidade de diminuir o arrasto assimétrico

durante os vôos com um motor inoperante;

Hélice de passo reversível: Esse tipo de hélice permite ao piloto reverter o

passo, (não a direção de rotação) com a finalidade de produzir um efeito de

frenagem e, assim, diminuir a aceleração da aeronave durante o pouso. Nesse

caso, a hélice empurra o ar para frente em vez de puxá-lo para trás. Essas

hélices são usadas em aeronaves monomotoras ou multimotoras. O mecanismo

de atuação necessário para alterar o passo durante o vôo envolve tanto motores

elétricos, no cubo da hélice, como pressão hidráulica oriunda do sistema de

suprimento de óleo lubrificante do motor, atuando um pistão no interior do cubo.

Page 28: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Motores a Reação*(2º dia)

O Motor a Reação – Motores a Jato

• O princípio de funcionamento de um motor a jato se baseia na terceira lei de

Newton para o movimento:

• “Toda ação provoca uma reação de igual intensidade, mesma direção e

em sentido contrário”

• Num balão, a velocidade e a força com que os gases escapam (ação)

devem ser equalizadas por igual força que age contra o interior do balão, em

sentido oposto à abertura do bico (reação). A falta de direção do balão é

devido à muitas variáveis. A constante troca de forma do balão, enquanto ele

desinfla e os movimentos do bico, variam a direção da saída dos gases

(ação) e assim a força oposta (reação).

Page 29: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Motores a Jato

• O motor a jato é um motor de combustão interna muito similar ao motor

convencional, no entanto o motor convencional tem um ciclo que ocorre em

quatro instantes de tempo distintos, enquanto o motor a jato tem

funcionamento contínuo no tempo e cada fase ocorre em uma região do

motor.

http://www.salvatoreaiello.com/main.shtml

Motores a Reação

Video

Page 30: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Motores a Jato

• Qual a diferença entre um motor a jato e um motor a hélice?

• Um motor a jato produz tração de forma similar á combinação motor/hélice,

porém, enquanto a hélice impõe uma pequena aceleração a uma grande

massa de ar, o jato impõe uma grande aceleração a uma pequena massa de

ar.

Motores a Reação

Page 31: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Diferentes tipos

• Pulsojato: Basicamente, o motor pulso jato consiste de uma câmara de

combustão, uma entrada de ar (que pode ser fechada com um dispositivo

chamado check valve) e um escapamento. Para que possa funcionar, é

necessária uma velocidade inicial conseguida, normalmente, com foguetes.

O ar entra na câmara de combustão através da check valve, onde se

mistura com o combustível. Uma vela de ignição fornece uma centelha para

queimar essa mistura. A pressão resultante dos gases queimados força o

fechamento do check valve, permitindo que essa massa de gases

expandidos seja expelida somente pelo escapamento.

Motores a Reação

Page 32: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Diferentes tipos

• Estatojato (Ramjet): Como o pulso jato, o estatojato também precisa de

uma velocidade inicial para começar a funcionar. Porém, ele não possui

peças móveis. O ar forçado a entrar na câmara de combustão é comprimido;

o combustível é adicionado e a mistura é queimada pela ação de um ignitor.

• Um dispositivo de conservação de chama mantém a câmara acesa. A

pressão do ar que penetra no motor age como uma parede da câmara de

combustão. Por isso, é necessário que seja mantida uma velocidade mínima

de 300 milhas/ hora ao nível do mar. Teoricamente, quanto mais rápido o

estatojato se deslocar, maior velocidade poderá ganhar. Ele se torna mais

eficiente à velocidades acima do som.

Motores a Reação

Page 33: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Diferentes tipos

• Turbojato: Num motor turbojato, a tração é produzida como resultado da

admissão, compressão, potência, e escapamento. O ar é aspirado através

da entrada de ar; o compressor comprime essa massa a um valor, muitas

vezes o da pressão atmosférica, forçando-a para dentro da câmara de

combustão. Então, o combustível é atomizado e queimado, continuamente,

como um maçarico. Os gases queimados se expandem rapidamente e

escapam para trás, onde passam através de um disco de aletas, chamado

turbina. Essa converte parte dessa energia em energia rotacional e, por sua

vez, essa energia é transmitida através de um eixo ao compressor, o qual

fornece mais ar. Após passar pela turbina, os gases quentes deixam o motor

através do escapamento.

Motores a Reação

Page 34: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Diferentes tipos

• Turbojato: O motor turbojato é capaz de operar independente de rampa de

lançamento ou outro dispositivo de partida. Ele tem seu próprio compressor

e, quando girado com um motor de partida, pode comprimir o ar a um valor

para iniciar o seu funcionamento. Como a turbina é conectada ao

compressor através de um longo eixo, ele continua a forçar ar para a câmara

de combustão. Com a velocidade, o efeito do ar de impacto melhora a

eficiência do motor turbojato.

Motores a Reação

Page 35: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Diferentes tipos

• Turbofan: O motor turbofan é basicamente igual ao motor turbojato, porém

acrescido de um "fan". Os " fans” podem ser instalados tanto à frente como

atrás do motor, O "fan" é movido por uma segunda turbina (ou conjunto de

turbinas), localizada atrás da turbina primária, que aciona o compressor

principal. Parte do ar é canalizada, passando por fora da câmara de

combustão, refrigerando-a e sendo aquecido (uma troca de calor). Esse ar é

canalizado (desviado) para o escapamento misturando-se aos gases que

escapam do motor. A pressão de ar auxiliar produzida pelos "fans" gera um

grande aumento de tração e baixo consumo de combustível em certas

velocidades subsônicas e supersônicas.

Motores a Reação

Page 36: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Diferentes tipos

Motores a Reação

Page 37: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Diferentes tipos

Motores a Reação

Page 38: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Diferentes tipos

• Turbofan:

Motores a Reação

Video

Page 39: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Ciclo Termodinâmico

• O ciclo de potência a gás ideal é o Ciclo Brayton, que é composto por quatro

processos reversíveis:

• Compressão isoentrópica num compressor;

• Fornecimento de calor a pressão constante num aquecedor;

• Expansão isoentrópica numa turbina;

• Rejeição de calor a pressão constante.

• O fluido de trabalho é o ar, que pode ser considerado gás perfeito.

Motores a Reação

Page 40: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Ciclo Termodinâmico

• Ciclo Brayton (ideal):

Motores a Reação

Page 41: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

Motores a Reação

Page 42: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Compressor: Pode ser de dois tipos – axial e radial (centrífugo):

• Compressor Radial (Centrífugo): O compressor de fluxo centrífugo

consiste de um estator e um rotor montados em um alojamento. Como

as aletas do rotor giram devido à rotação do eixo ao qual estão presas,

o ar é sugado da atmosfera e enviado para dentro do motor. A força

centrífuga lança o ar para a periferia do rotor (extremidade das aletas)

em direção ao alojamento, onde se encontram as aletas do estator. O ar

é, então, comprimido e atinge a câmara de combustão com grande

pressão. Maior pressão pode ser obtida pelo uso dos múltiplos estágios

de compressor. O estator age como um difusor para separar o ar de alta

velocidade vindo do rotor e para direcioná-lo para canais apropriados.

Componentes de um motor a Reação

Page 43: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Compressor Centrífugo

Componentes de um motor a Reação

Page 44: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Compressor Axial: O compressor de fluxo axial consiste de uma série de

aletas montadas em ângulo e dispostas radialmente em relação ao eixo

central. Com a rotação do rotor, o ar é aspirado da atmosfera e

pressionado para trás, em direção aos próximos estágios de aletas e,

finalmente, para a câmara de combustão. Entre cada conjunto de aletas

rotoras, há uma série de aletas estatoras para receber e direcionar

corretamente o ar para o próximo estágio.

• O compressor axial movimenta maior massa de ar com pressão menor,

enquanto que o compressor centrífugo movimenta menor massa de ar

com pressão maior.

Componentes de um motor a Reação

Page 45: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Compressor Axial

Componentes de um motor a Reação

Page 46: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Câmara de Combustão: O ar, forçado para dentro da câmara de

combustão pelo compressor, é misturado com combustível e se

transforma numa parte do processo contínuo de queima. O querosene é

o combustível mais satisfatório para uso até o presente.

Aproximadamente 25% do ar forçado para dentro dos combustores

participa do processa de queima; a outra parte é canalizada para

envolver as câmaras a fim de resfriá-las. A temperatura atinge valores

como 3.000º F (1.664°C) no interior das câmaras. Porém, este calor

excessivo está centralizado nas câmaras e não pode atingir suas

paredes que são envoltas por uma camada de ar de refrigeração. Toda

queima deve ser completada antes de deixar as câmaras e atingir a

roda da turbina. Nos modelos com câmaras múltiplas, tubos de

interligação alimentam as câmaras com a chama inicial proveniente da

primeira câmara a queimar, durante a partida.

Componentes de um motor a Reação

Page 47: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Câmara de Combustão - Tubular

Componentes de um motor a Reação

Page 48: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Câmara de Combustão - Anular

Componentes de um motor a Reação

Page 49: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Turbina: A turbina deve ser a parte mais durável do motor, já que deve

resistir ao impacto dos gases quentes e não queimados que se

movimentam a cerca de 2.000 pés por segundo. Quando os gases

penetram na seção da turbina, a temperatura atinge aproximadamente

1.500a F (830ºC aproximadamente). A passagem dos gases pelas

aletas da turbina faz com que a mesma gire e este movimento é

transmitido para o compressor. (motores tipo turbofan e turbo-hélice

possuem um segundo conjunto de turbina para acionar o eixo que

movimenta o fan ou a hélice);

Componentes de um motor a Reação

Page 50: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Turbina

Componentes de um motor a Reação

Page 51: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação:

Ciclo de Trabalho e Escoamento

Page 52: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Exaustão

Componentes de um motor a Reação

Page 53: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Caixa de Acessórios

Componentes de um motor a Reação

Page 54: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Sistema de Lubrificação

Componentes de um motor a Reação

Page 55: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Sistema de Arrefecimento

Componentes de um motor a Reação

Page 56: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Sistema de Combustível

Componentes de um motor a Reação

Page 57: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Sistema de Partida

Componentes de um motor a Reação

Page 58: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Sistema de Controle

Componentes de um motor a Reação

Page 59: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Proteção contra Gelo

Componentes de um motor a Reação

Page 60: XIVSEMEC-MOTORES AERONAUTICOS

O Motor a Reação – Componentes

• Proteção contra Fogo

Componentes de um motor a Reação

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O Motor a Reação – Componentes

• Reversores

Componentes de um motor a Reação

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Turbo-hélice/Turboeixo

• Um motor turbo-hélice utiliza a força de expansão dos gases para girar uma

hélice. Como num turbojato, os gases quentes passam através do motor

girando uma turbina, a qual, por sua vez, gira um compressor. Os gases

passam, então, através de outra turbina chamada de turbina de potência.

Essa turbina está acoplada a um eixo que movimenta a hélice através de

uma caixa de engrenagens de redução. O eixo da turbina que gira o

compressor, e o eixo da turbina que aciona o caixa de engrenagens, são

coaxiais.

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Turbo-hélice/Turboeixo

• Um motor turboeixo é similar ao turbo-hélice. Ele difere, primariamente, na

função que desempenha. Enquanto, um movimenta uma hélice, o outro,

turboeixo, é conectado a um sistema de transmissão que movimenta o rotor

de um helicóptero ou, no campo extra-aviação, diversos equipamentos como

geradores, motores auxiliares de locomotivas, motores de navios, etc.

Considerando que as turbinas alcançam o maior eficiência quando atingem a

máxima rpm, a potência deve ser transmitida através de uma caixa de

engrenagens. Como no caso de um turbo-hélice, a velocidade da hélice

(rotação) deve ser limitada a aproximadamente 2.000 rpm, caso contrário, a

velocidade nas pontas das pás pode resultar em perda de eficiência. Como

essas hélices geralmente mantêm-se a uma velocidade constante, sua

capacidade em variar o ângulo assegura uma variação de potência enquanto

a rpm do motor se mantém constante.

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Ensaios de Certificação de Motores

FAA Federal Aviation Regulations (FARS, 14 CFR)

Part 33 – Airworthiness standards: Aircraft Engines

Regulamenta todos os sistemas que compõe um motor aeronáutico: operação e

segurança de vôo.

Alguns testes mais importantes:

1. FAN BLADE OUT

2. BIRD INGESTION

3. WATER INGESTION

4. THRUST REVERSER

5. (...)

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Ensaios de Certificação de Motores

Certificação FAR 33

FAN BLADE OUT TEST:

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Ensaios de Certificação de Motores

Certificação FAR 33

BIRD INGESTION:

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Ensaios de Certificação de Motores

Certificação FAR 33

WATER INGESTION:

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Partida de um Motor