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Motores Como funciona um motor a jacto? O que é a propulsão? Peças de um Motor a Jacto O Primeiro Motor a Jacto – Uma Breve História dos Primeiros Motores Tipos de motores a jacto Turbo-jactos Turboprops Turbofans Turboshafts Ramjets Motores

Como funciona um motor a jacto?

Motores Jet movem o avião para a frente com uma grande força que é produzida por um impulso tremendo e faz com que o avião voe muito rápido.

Todos os motores a jacto, que também são chamados turbinas a gás, funcionam com o mesmo princípio. O motor suga ar na frente com um ventilador. Um compressor aumenta a pressão do ar. O compressor é feito com muitas pás presas a um eixo. As pás giram a alta velocidade e comprimem ou espremem o ar. O ar comprimido é então pulverizado com combustível e uma faísca elétrica acende a mistura. Os gases queimados expandem-se e jateiam através do bocal, na parte de trás do motor. Quando os jactos de gás disparam para trás, o motor e a aeronave são empurrados para a frente. Quando o ar quente vai para o bico, ele passa por outro grupo de pás chamado turbina. A turbina é ligada ao mesmo eixo que o compressor. Girando a turbina, o compressor gira.

A imagem abaixo mostra como o ar flui através do motor. O ar passa através do núcleo do motor, bem como em torno do núcleo. Isto faz com que parte do ar seja muito quente e outra parte mais frio. O ar mais frio então se mistura com o ar quente na área de saída do motor.

Esta é uma imagem de como o ar passa através de um motor

O que é a propulsão?

A propulsão é a força que empurra o motor e, portanto, o avião para a frente. Sir Isaac Newton descobriu que para “cada acção há uma reacção igual e oposta”. Um motor usa este princípio. O motor absorve um grande volume de ar. O ar é aquecido, comprimido e desacelerado. O ar é forçado através de muitas lâminas giratórias. Ao misturar este ar com o combustível do jacto, a temperatura do ar pode atingir os três mil graus. A potência do ar é usada para girar a turbina. Finalmente, quando o ar sai, ele empurra para trás do motor. Isto faz com que o avião avance.

Peças de um Motor a Jacto

Ventilador – O ventilador é o primeiro componente de um turbofan. O grande ventilador de giro suga grandes quantidades de ar. A maioria das pás do ventilador é feita de titânio. Em seguida, ele acelera este ar e divide-o em duas partes. Uma parte continua através do “núcleo” ou centro do motor, onde é agido pelos outros componentes do motor.

A segunda parte “ultrapassa” o núcleo do motor. Ela passa por uma conduta que envolve o núcleo até a traseira do motor, onde produz grande parte da força que impulsiona o avião para a frente. Este ar mais frio ajuda a acalmar o motor, bem como a acrescentar impulso ao motor.

Compressor – O compressor é o primeiro componente do núcleo do motor. O compressor é composto por ventiladores com muitas pás e fixados a um eixo. O compressor aperta o ar que entra nele em áreas progressivamente menores, resultando em um aumento da pressão do ar. Isto resulta em um aumento do potencial energético do ar. O ar esmagado é forçado a entrar na câmara de combustão.

Combustor – No incinerador, o ar é misturado com o combustível e, em seguida, inflamado. Existem até 20 bicos para aspergir o combustível na corrente de ar. A mistura de ar e combustível incendeia-se. Isto proporciona um fluxo de ar de alta temperatura e de alta energia. O combustível queima com o oxigênio no ar comprimido, produzindo gases em expansão quente. O interior do incinerador é muitas vezes feito de materiais cerâmicos para fornecer uma câmara resistente ao calor. O calor pode atingir 2700°.

Turbina – O fluxo de ar de alta energia que sai do incinerador entra na turbina, fazendo com que as pás da turbina girem. As turbinas são ligadas por um eixo para girar as pás no compressor e para girar o ventilador de admissão na frente. Esta rotação retira alguma energia do fluxo de alta energia que é usada para acionar o ventilador e o compressor. Os gases produzidos na câmara de combustão se movem através da turbina e giram suas pás. As turbinas do jato giram cerca de milhares de vezes. Elas são fixadas em eixos que têm vários conjuntos de rolamentos de esferas entre eles.

Bocal – O bocal é o tubo de escape do motor. Esta é a parte do motor que realmente produz o impulso para o avião. O fluxo de ar esgotado que passa pela turbina, além do ar mais frio que contorna o núcleo do motor, produz uma força ao sair do bico que atua para impulsionar o motor, e portanto o avião, para frente. A combinação do ar quente e frio é expelida e produz um escape, o que provoca um impulso para a frente. O bico pode ser precedido por um misturador, que combina o ar de alta temperatura proveniente do núcleo do motor com o ar de temperatura mais baixa que foi contornado no ventilador. A misturadora ajuda a tornar o motor mais silencioso.

O Primeiro Motor a Jacto – Uma Breve História dos Primeiros Motores

Sir Isaac Newton no século XVIII foi o primeiro a teorizar que uma explosão canalizada para trás poderia impulsionar uma máquina para a frente a uma grande velocidade. Esta teoria foi baseada na sua terceira lei do movimento. Enquanto o ar quente explode para trás através do bocal o avião avança.

Henri Giffard construiu um dirigível que foi movido pelo primeiro motor de avião, um motor a vapor de três cavalos de potência. Era muito pesado, demasiado pesado para voar.

Em 1874, Félix de Temple, construiu um monoplano que voou apenas um pequeno salto por uma colina abaixo com a ajuda de um motor a vapor a carvão.

Otto Daimler, no final de 1800 inventou o primeiro motor a gasolina.

Em 1894, o americano Hiram Maxim tentou alimentar o seu biplano triplo com dois motores a vapor a carvão. Voou apenas por alguns segundos.

Os primeiros motores a vapor eram alimentados por carvão aquecido e eram geralmente demasiado pesados para voar.

O americano Samuel Langley fez um modelo de aviões que eram alimentados por motores a vapor. Em 1896, ele teve sucesso em pilotar um avião não tripulado com um motor a vapor, chamado Aerodrome. Ele voou cerca de 1 milha antes de ficar sem vapor. Ele então tentou construir um avião de tamanho completo, o Aeródromo A, com um motor movido a gás. Em 1903, ele caiu imediatamente após ser lançado de um barco caseiro.

Em 1903, os irmãos Wright voaram, The Flyer, com um motor a gás de 12 cavalos.

Desde 1903, o ano do primeiro vôo dos irmãos Wright, até o final da década de 1930, o motor de combustão interna alternativo a gás com uma hélice era o único meio utilizado para propulsar aeronaves.

Foi Frank Whittle, um piloto britânico, que concebeu e patenteou o primeiro motor turbo-jacto em 1930. O motor Whittle voou pela primeira vez com sucesso em Maio de 1941. Este motor apresentava um compressor de várias fases, uma câmara de combustão, uma turbina de um único estágio e um bocal.

Na mesma época em que Whittle estava trabalhando na Inglaterra, Hans von Ohain estava trabalhando em um projeto similar na Alemanha. O primeiro avião a utilizar com sucesso um motor de turbina a gás foi o Heinkel He 178 alemão, em agosto de 1939. Foi o primeiro voo do mundo com turbo-jacto.

General Electric construiu o primeiro motor a jacto americano para o avião a jacto da Força Aérea do Exército dos EUA. Foi o avião experimental XP-59A que voou pela primeira vez em Outubro de 1942.

Tipos de motores a jacto

Turbo-jactos

A ideia básica do motor turbo-jacto é simples. O ar aspirado de uma abertura na frente do motor é comprimido a 3 a 12 vezes a sua pressão original no compressor. O combustível é adicionado ao ar e queimado em uma câmara de combustão para elevar a temperatura da mistura do fluido a cerca de 1.100°F a 1.300°F. O ar quente resultante é passado através de uma turbina, que aciona o compressor. Se a turbina e o compressor forem eficientes, a pressão na descarga da turbina será quase o dobro da pressão atmosférica, e este excesso de pressão é enviado para o bico para produzir um fluxo de gás de alta velocidade que produz um empuxo. Aumentos substanciais no impulso podem ser obtidos empregando um pós-combustão. Trata-se de uma segunda câmara de combustão posicionada após a turbina e antes do bico. O pós-combustão aumenta a temperatura do gás antes do bico. O resultado deste aumento de temperatura é um aumento de cerca de 40 por cento no impulso à descolagem e uma percentagem muito maior a velocidades elevadas, uma vez que o avião está no ar.

O motor turbo-jacto é um motor de reacção. Num motor de reacção, os gases em expansão empurram com força contra a parte frontal do motor. O turbo-jacto aspira o ar e comprime-o ou aperta-o. Os gases fluem através da turbina e fazem-na girar. Estes gases saltam para trás e disparam para fora da traseira do escape, empurrando o avião para a frente.

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Turboprops

Um motor turboélice é um motor a jacto ligado a uma hélice. A turbina na parte de trás é girada pelos gases quentes, e este gira um eixo que aciona a hélice. Alguns pequenos aviões e aviões de transporte são movidos por turboprops.

Como o turbo-jato, o motor turbopropulsor consiste de um compressor, câmara de combustão e turbina, a pressão de ar e gás é usada para operar a turbina, que então cria energia para acionar o compressor. Em comparação com um motor turbo-jato, o turboélice tem melhor eficiência de propulsão em velocidades de vôo abaixo de cerca de 500 milhas por hora. Os modernos motores turboélice são equipados com hélices que têm um diâmetro menor, mas um número maior de pás para uma operação eficiente a velocidades de vôo muito mais altas. Para acomodar as velocidades de vôo mais altas, as pás são em forma de cimitarra com bordas de ataque varridas nas pontas das pás. Motores com estas hélices são chamados de hélices.

Picture of turbopropulsor

Turbofans

Um motor turbofan tem um grande ventilador na frente, que aspira ar. A maior parte do ar flui em torno do exterior do motor, tornando-o mais silencioso e dando mais impulso a baixas velocidades. A maioria dos aviões de hoje são alimentados por turbocompressores. Em um turbojato todo o ar que entra na admissão passa pelo gerador de gás, que é composto pelo compressor, câmara de combustão e turbina. Em um motor turbofan apenas uma parte do ar que entra na câmara de combustão. O restante passa por um ventilador, ou compressor de baixa pressão, e é ejetado diretamente como um jato “frio” ou misturado com o escape do gerador de gás para produzir um jato “quente”. O objetivo deste tipo de sistema de bypass é aumentar a impulsão sem aumentar o consumo de combustível. Ele consegue isso aumentando o fluxo total de ar-massa e reduzindo a velocidade dentro do mesmo suprimento total de energia.

Picture of Turbofan Engine

Turboshafts

Esta é outra forma de motor de turbina a gás que funciona muito parecido com um sistema de turbopropulsor. Ele não aciona um propulsor. Ao invés disso, ele fornece potência para um rotor de helicóptero. O motor do turboeixo é projetado para que a velocidade do rotor do helicóptero seja independente da velocidade de rotação do gerador a gás. Isto permite que a velocidade do rotor seja mantida constante mesmo quando a velocidade do gerador é variada para modular a quantidade de potência produzida.

Picture of Turboshaft Engine

Ramjets

O ramjet é o motor a jato mais simples e não tem peças móveis. A velocidade do jato “rams” ou força o ar para dentro do motor. É essencialmente um turbo-jacto em que a maquinaria rotativa foi omitida. A sua aplicação é limitada pelo facto de a sua relação de compressão depender totalmente da velocidade de avanço. O jato ramjet não desenvolve impulso estático e, em geral, muito pouco impulso abaixo da velocidade do som. Como consequência, um veículo a jacto ram exige alguma forma de descolagem assistida, tal como outra aeronave. Ele tem sido utilizado principalmente em sistemas de mísseis guiados. Os veículos espaciais utilizam este tipo de jacto.

Picture of Ramjet Engine