A maior parte das aeronaves são alimentadas por algum tipo de motor a jacto de respiração de ar. Estes sistemas de motores aspiram ar comprimido, queimado e expelido para produzir impulso. O impulso pode vir do escape de alta pressão, ou de lâminas de turbina rotativas que acionam componentes externos.
Os projetos mais comuns de motores de aeronaves são turbinas a gás. Os motores de turbinas a gás aspiram ar que é misturado com combustível e inflamado para produzir gás quente e em expansão. A energia do gás em expansão é utilizada para alimentar uma turbina – uma roda de aerofólio ou pás que gira à volta de um eixo para accionar componentes do motor como hélices e ventiladores. Existem diferentes tipos de motores de turbina a gás utilizados nas aeronaves modernas, todos alimentados por pás giratórias e ar em combustão.
Turbofan:
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Os motores turbofan são os mais comuns para jactos comerciais, uma vez que oferecem um impulso substancial e uma elevada eficiência de combustível. Estes motores são facilmente identificáveis pelo grande ventilador na frente, utilizado para extrair grandes volumes de ar.
Facto engraçado: Durante a descolagem, um motor de avião típico pode absorver mais de uma tonelada de ar por segundo.
Um pouco deste ar de admissão é canalizado para o núcleo do motor para combustão, enquanto alguns são desviados em torno do incinerador para serem expelidos directamente do bocal.
Tipos de Motores Turbofan
Os motores Turbofan podem ser classificados em duas variantes com base na proporção de ar contornado.
- Os motores turbofan de alto desvio desviam a maior parte do ar em torno do incinerador para serem expelidos directamente do bico como escape produtor de impulso.
- Os motores turbofan de derivação baixa canalizam mais ar de admissão através dos vários estágios do motor, produzindo maior impulso através da combustão mas também consumindo mais combustível.
Turbo-jacto:
Os motores turbo-jacto são uma variação anterior sem o grande ventilador frontal. Eles foram as primeiras turbinas a gás para a aviação. Os turborreactores extraem ar directamente para dentro do compressor, e todo o ar quente passa pelos estágios de combustão e turbina antes de sair através do bico propulsor. Os motores turbo-jato são de design relativamente simples e compacto, mas carecem dos benefícios de eficiência de combustível e de redução de ruído de um turbofan de desvio elevado.
Facto engraçado: Os motores turbo-jato alimentavam o Concorde – um jacto supersónico de passageiros já reformado, capaz de voar o dobro da velocidade do som.
Turbopropulsor:
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Um motor turbopropulsor é essencialmente um turbo-jacto com uma hélice acoplada. O ar de admissão passa através de um compressor e câmara de combustão, depois o gás queimado é usado para acionar uma turbina rotativa. O eixo da turbina é ligado a uma hélice fora do motor, que gira para criar um impulso que impulsiona o plano para a frente. A potência da hélice e a força de propulsão deste motor a jacto são equilibradas para um desempenho óptimo. Turboprops proporcionam uma velocidade de rotação limitada, mas são muito eficientes – tornando-os populares em aeronaves comerciais e privadas menores.
Fato engraçado: A maior aeronave turboélice do mundo, a Antonov An-22, é movida por quatro pares de hélices contra-rotantes que giram em direções opostas para equilibrar o torque.
Turboshaft:
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Os motores de turboeixo são como turbopropulsores em que o fluxo de ar é aproveitado para acionar uma turbina rotativa para produzir potência. A principal diferença é que um turboélice gira diretamente a hélice para produzir impulso, enquanto o turboeixo geralmente aciona uma transmissão que, por sua vez, alimenta a aeronave. Os motores turboeixo são mais comuns em helicópteros, onde o eixo da turbina se conecta a uma transmissão que aciona os rotores do helicóptero. Turbos-eixos também são comumente usados em tanques, trens e navios.
Ramjet e Scramjet
Ramjets são motores de combustão que respiram ar, mas diferem das turbinas a gás porque não possuem lâminas rotativas ou partes móveis. Os rampus operam com os mesmos princípios de compressão, combustão e exaustão, mas dependem apenas do movimento de avanço da aeronave para comprimir o ar que entra. Ramjets são ineficientes em baixas velocidades, mas podem acelerar aeronaves a níveis supersônicos, tornando-as populares para caças e mísseis.
Scramjets operam com princípios similares, mas alcançam velocidades ainda maiores através da combustão de ar supersônico dentro do núcleo do motor. A NASA utilizou um scramjet para acelerar uma aeronave não tripulada a quase 7.000 milhas por hora – um recorde mundial a dez vezes a velocidade do som.
Aprimoramento de componentes críticos
Os motores de aeronaves estão entre os sistemas mais sofisticados já criados. Estas maravilhas modernas de motores a jacto aproveitam a energia do ar para levantar cargas maciças, perfurar a estratosfera e ultrapassar a velocidade do som. Além de serem complexos e potentes, os motores a jato são excepcionalmente confiáveis – levando milhões de passageiros com segurança ao seu destino a cada dia.
O peening laser desempenha um papel crítico no desempenho do motor e na confiabilidade para diferentes tipos de motores de avião, permitindo que os engenheiros empurrem o envelope ao mesmo tempo em que garantem a máxima segurança. Todos os motores de turbinas a gás são susceptíveis à fadiga do metal ou à fissuração por esforço nas pás de giro rápido. Se uma única lâmina falhar durante a operação do motor, ela pode danificar ou desativar todo o sistema, colocando a aeronave, os passageiros e a tripulação em risco. A fadiga do metal tem desempenhado um papel mortal em vários desastres de aviação de alto nível, e a falha das pás tem contribuído para muitas situações assustadoras – como este voo da AirAsia em Junho de 2017 que suportou tremores violentos depois que uma pá de ventoinha quebrou ao largo da costa da Austrália.
Felizmente, o peening a laser proporciona um melhoramento superior do metal que diminui muito o risco de falha dos componentes. O peening a laser inibe a fissuração por fadiga e retarda significativamente a propagação da fissuração, produzindo componentes mais seguros e robustos com maior vida útil.
Veja como o peening a laser evitou danos nas lâminas do motor das aeronaves para a Força Aérea. Isto poupou-lhes cerca de $1 bilhão quando calculado sobre todos os motores da frota da Força Aérea.
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