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CAPÍTULO 5 - CONSTRUÇÃO DETALHADA DE UM MOTOR A
REAÇÃO OU MOTOR DE TURBINA A GÁS
No motor de turbina a gás como já foi visto, a admissão, compressão,
explosão e escapamento ocorrem em componentes distintos, simultaneamente
sem interrupção. Para que todos esses eventos possam ter o máximo de
aproveitamento, é necessário que o motor seja muito bem projetado.As partes
principais de um motor a reação são:
-Entrada de ar
-Seção do compressor
-Seção da câmara de combustão.
-Seção de turbina
-Seção de acessórios
-Seção de escapamento
Existem ainda os diversos sistemas necessários ao funcionamento e
controle do motor sendo os principais, os sistemas de:
-Combustível
-Lubrificação
-Partida
-Ignição
-Antigelo
-Injeção de água
-prevenção e extinção de incêndio
-Pressurização.
Por ocasião das buscas das informações necessárias ao estudo, manuseio,
operação e manutenção dos motores a reação, em qualquer fabricante, esses
dados estarão organizados dentro das normas ATA 100. As normas ATA 100
estão baseadas na divisão da aeronave em quatro grandes grupos. O grupo
quatro é chamado de propulsão e engloba o motor, a hélice e ainda os rotores
no caso dos helicópteros. Esse grupo esta dividido em capítulos. O capítulo
72 é destinado ao estudo dos motores, como se trata de um assunto bastante
complexo, esse capítulo é sub-dividido conforme as seções vão se sucedendo
dentro do motor, as seções dos motores também engloba assuntos extensos,
sendo necessário uma nova divisão, dessa forma o sistema ATA 100 possui
um grupo numérico, formado de seis algarismos agrupados dois a dois, que
representam:
Os dois primeiros o capítulo, que no caso dos motores é o 72.
Os dois seguintes à seção.
E os dois últimos o assunto.
O capítulo 72 fica assim dividido:
72-00-00 –DESCRIÇÃO GERAL
72-10-00 – CAIXA DE REDUÇÃO DE VELOCIDADE ( MOTOR
TURBOÉLICE)
72-20-00 – ENTRADA DE AR DO MOTOR
72-30-00 – COMPRESSOR
72-40-00 – CÂMARA DE COMBUSTÃO
72-50-00 – SEÇÃO DE TURBINA
72- 60-00 – SEÇÃO DE ACESSÓRIOS
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72-60-00 – SEÇÃO DO ACESSÓRIOS
72-30-00 – SEÇÃO COMPRESSOR
72-50-00 – SEÇÃO DE TURBINA
OBS-O primeiro componente a ser estudado no motor a reação é a entrada
de ar da aeronave. Essa seção apesar de não pertencer ao motor, é tão
importante para o seu desempenho, que se torna imperioso, analisar seus
efeitos no estudo do motor a reação. Dessa forma a entrada de ar da aeronave
por não pertencer ao motor, não fará parte do capitulo 72 da ATA 100 e sim
ao capitulo 71.
CAP 6- SÍSTEMA DE ADMISSÃO DE AR (71-00-00)
Um duto de admissão de ar para motores a reação, deve possuir certas
características, que permitam a ele exercer duas importantes funções, uma
para a aeronave e outra para o motor.
Para a aeronave, o duto deve fornecer o mínimo de resistência ao avanço.
Para o motor deve fornecer ar na entrada do compressor com um bom nível
de energia, (o que corresponde a um aumento de pressão), na quantidade
requerida e livre de turbilhonamento, isso é necessário para que o motor possa
produzir uma grande quantidade de empuxo. Para atender essas exigências um
duto de entrada de ar, deve fornecer um fluxo de ar com as seguintes
características:
1- Máximo possível de pressão - quando o ar penetra no duto de admissão,
que tem a configuração divergente, ele ocupa o espaço disponível e sofre um
processo de difusão, com isso ele tem a sua energia cinética transformada em
energia de pressão. Ao converter a velocidade do ar em aumento de pressão, o
duto produz uma concentração maior de moléculas de ar, provocando um
aumento na sua densidade, o que contribui para o aumento do empuxo. Esse
aumento de pressão, que ocorre na entrada do compressor, devido a passagem
do ar pelo duto de admissão é chamada de pressão de impacto ou
simplesmente impacto.
2- Mínimo de turbulência e sem variação de pressão - durante sua passagem
pelo duto de admissão, qualquer distorção no fluxo de ar, pode gerar
perturbações que venham afetar o desempenho do motor e contribui para um
possível estol do seu compressor. Para evitar essas turbulências, o duto de
entrada de ar deve ter, uma superfície bem acabada, com baixa rugosidade,
pois qualquer ponta de rebite ou chapa de metal mal nivelada, pode contribuir
para uma possível distorção no fluxo de ar.
TIPOS DE DUTO DE AR.
O tipo de duto de entrada de ar vai depender da localização do motor, do
tipo de operação e da velocidade da aeronave, os dutos normalmente
utilizados são os simples, de entrada dividida, boca de sino e o de geometria
variável.
Duto de entrada de ar simples - é utilizado na maioria dos motores de
fluxo axial para proporcionar um fluxo direto de ar, normalmente são dutos de
pequeno comprimento, mas dependendo da posição da instalação do motor na
aeronave podem ser mais longos e complexos.
Duto de entrada dividida - utilizado em aeronaves militares de alta
velocidade, é normalmente usado em situações onde ocorre a interferência de
equipamentos. Esse tipo de entrada de ar pode estar na raiz da asa ou nas
laterais da fuselagem, no primeiro caso quando a entrada de ar esta localizada
muito para traz, o duto apesar de curto, terá uma considerável curvatura, para
que possa entregar a quantidade adequada de ar ao compressor. Quando a
entrada de ar estiver nas laterais da fuselagem, elas devem estar localizadas de
modo a permitir uma curvatura suave, para se aproximar o máximo da
configuração de um duto de entrada simples.
Duto boca de sino – utilizado para ensaiar motores em banco de provas,
é de fácil remoção e instalação, o que torna muito prático seu uso. Tem suas
bordas cuidadosamente arredondadas para não oferecer resistência a passagem
de ar e na sua entrada esta instalada uma tela, para evitar a ingestão de
objetos estranhos que podem danificar as palhetas do compressor. A utilização
desse tipo de duto causa perda de performance do motor, não só pela
utilização da tela, mas também pelo seu formato convergente, porem são
perdas tão mínimas que são consideradas desprezíveis.
Duto de geometria variável - um duto de entrada de ar, como já foi visto,
deve fornecer ar na quantidade requerida e com um bom nível de energia, para
isso ele deve funcionar como um difusor, diminuindo a velocidade do ar e
aumentando sua pressão. Em aeronaves subsônicas o duto terá uma passagem
divergente e manterá essa configuração ao longo do seu comprimento. Uma
aeronave que atinge velocidades superiores à mach1 e por isso chamada de
aeronave supersônica, vai precisar de um duto que funcione como um difusor
supersônico, acontece que as leis da física para uma corrente de fluído em
velocidade supersônica são diferentes daquelas que se aplicam abaixo de mach1.
Em velocidades superiores à mach1, para produzir um efeito de difusão deve ser
usada uma passagem convergente no lugar de uma divergente, isso é necessário
porque em velocidades supersônicas, a razão de variação do volume de um fluido
é maior do que a razão de variação da sua velocidade, em velocidades
supersônica um fluido se expande mais rapidamente que acelera. Dessa forma
um duto para aeronaves supersônicas deve combinar duas seções, a primeira
convergente que constitui um difusor supersônico, cuja área diminui
gradativamente e mantém essa configuração até que a velocidade do ar admitido
seja reduzida à mach1. A partir desse ponto, a seção traseira do duto terá sua área
gradativamente aumentada, pois deve funcionar como um difusor subsônico
semelhante aos dutos de entrada simples.
Em aeronaves de velocidade supersônica muito alta, a configuração interna
do duto será modificada por dispositivos mecânicos de acordo com a velocidade
do vôo, pois uma aeronave supersônica também voa em velocidades subsônicas,
como por exemplo, no pouso e decolagem. Esses dutos são conhecidos como
dutos de geometria variável e sua área interna é modificada por dispositivos
automáticos, em função da variação da velocidade, eles também possuirão
válvulas para controlar o volume de ar admitido.
PROTEÇÃO CONTRA O “FOD”
Durante o funcionamento de um motor a reação no solo, existe grande
possibilidade de junto com o ar admitido, o motor ingerir objetos de tamanho
reduzidos tais como, parafusos, porcas, rebites, panos e pequenas ferramentas
esquecidas nos pátios dos hangares de manutenção. É impressionante as
avarias que o compressor de um motor a reação pode sofrer e os grandes
prejuízos que isso acarreta.
Os danos causados por esses objetos estranhos ao motor quando
ingeridos, são conhecidos pela sigla “FOD” (FOREIGN OBJECT
DAMAGE). Alguns sistemas foram desenvolvidos para tentar impedir que
tais objetos sejam sugados e compreendem:
Tela – utilizada para proteger a entrada de ar do motor, apresenta
algumas desvantagens como o perigo de formação de gelo, perda de pressão
de impacto e problemas de fadiga. Uma tela avariada pode desprender
pedaços que serão sugadas pelo motor, causando mais problemas do que se
nenhuma proteção estivesse instalada.
Separação inercial – é constituída de uma chapa metálica, que acionada se
interpõe a corrente de ar na parte superior do duto de admissão, impedindo
que objetos estranhos sejam sugados pelo motor, pois os deslocam para a
parte inferior da corrente. Esses objetos serão expelidos por uma saída que se
abre no final do duto de admissão.
Seção subsônica
divergente
Seção supersônica
convergente
Dissipador de “Vortex” – é um sistema utilizado em aeronaves
equipadas com motores turbojato ou turbofan, para eliminar redemoinhos
(vortex) que podem ser formar durante a operação do motor no solo. Esse
“vortex” é capaz de levantar, por força de sucção, pequenos objetos que
podem ser sugados pelo motor.
O dissipador é um pequeno jato de ar, sangrado do compressor,
direcionado para o chão na altura do bordo de ataque inferior da entrada de ar
do motor, de modo que possa destruir a base do redemoinho. O controle do
jato de ar dissipador do “vortex” é feito por uma válvula localizada na
carenagem do motor, essa válvula normalmente tem duas posições, aberta e
fechada. Ela se abre pela chave de segurança do trem de pouso, quando a
aeronave toca o solo e se fecha quando a aeronave decola e seu peso é
removido do trem de pouso.
Ventoinhas de motores turbofan – a maioria dos motores turbofan usa
ventoinhas dianteiras, que são projetadas para arremessar para a ponta das
palhetas do “fan”, qualquer objeto que venha ser sugado, dessa forma esse
objeto será descarregado na corrente de ar de “bypass” do “fan”, sem passar
pelo compressor do motor.
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  • 1. CAPÍTULO 5 - CONSTRUÇÃO DETALHADA DE UM MOTOR A REAÇÃO OU MOTOR DE TURBINA A GÁS No motor de turbina a gás como já foi visto, a admissão, compressão, explosão e escapamento ocorrem em componentes distintos, simultaneamente sem interrupção. Para que todos esses eventos possam ter o máximo de aproveitamento, é necessário que o motor seja muito bem projetado.As partes principais de um motor a reação são: -Entrada de ar -Seção do compressor -Seção da câmara de combustão. -Seção de turbina -Seção de acessórios -Seção de escapamento Existem ainda os diversos sistemas necessários ao funcionamento e controle do motor sendo os principais, os sistemas de: -Combustível -Lubrificação -Partida -Ignição -Antigelo -Injeção de água -prevenção e extinção de incêndio -Pressurização. Por ocasião das buscas das informações necessárias ao estudo, manuseio, operação e manutenção dos motores a reação, em qualquer fabricante, esses dados estarão organizados dentro das normas ATA 100. As normas ATA 100 estão baseadas na divisão da aeronave em quatro grandes grupos. O grupo quatro é chamado de propulsão e engloba o motor, a hélice e ainda os rotores no caso dos helicópteros. Esse grupo esta dividido em capítulos. O capítulo 72 é destinado ao estudo dos motores, como se trata de um assunto bastante complexo, esse capítulo é sub-dividido conforme as seções vão se sucedendo dentro do motor, as seções dos motores também engloba assuntos extensos, sendo necessário uma nova divisão, dessa forma o sistema ATA 100 possui um grupo numérico, formado de seis algarismos agrupados dois a dois, que representam: Os dois primeiros o capítulo, que no caso dos motores é o 72. Os dois seguintes à seção.
  • 2. E os dois últimos o assunto. O capítulo 72 fica assim dividido: 72-00-00 –DESCRIÇÃO GERAL 72-10-00 – CAIXA DE REDUÇÃO DE VELOCIDADE ( MOTOR TURBOÉLICE) 72-20-00 – ENTRADA DE AR DO MOTOR 72-30-00 – COMPRESSOR 72-40-00 – CÂMARA DE COMBUSTÃO 72-50-00 – SEÇÃO DE TURBINA 72- 60-00 – SEÇÃO DE ACESSÓRIOS 72-00-00 - GENERALIDADES 72-10-00 – REDUTCION GEARBOX 72-20-00 – ENTRADA DE AR 72-40-00 – CÂMARA COMBUSTÃO 72-60-00 – SEÇÃO DO ACESSÓRIOS 72-30-00 – SEÇÃO COMPRESSOR 72-50-00 – SEÇÃO DE TURBINA OBS-O primeiro componente a ser estudado no motor a reação é a entrada de ar da aeronave. Essa seção apesar de não pertencer ao motor, é tão importante para o seu desempenho, que se torna imperioso, analisar seus efeitos no estudo do motor a reação. Dessa forma a entrada de ar da aeronave por não pertencer ao motor, não fará parte do capitulo 72 da ATA 100 e sim ao capitulo 71. CAP 6- SÍSTEMA DE ADMISSÃO DE AR (71-00-00)
  • 3. Um duto de admissão de ar para motores a reação, deve possuir certas características, que permitam a ele exercer duas importantes funções, uma para a aeronave e outra para o motor. Para a aeronave, o duto deve fornecer o mínimo de resistência ao avanço. Para o motor deve fornecer ar na entrada do compressor com um bom nível de energia, (o que corresponde a um aumento de pressão), na quantidade requerida e livre de turbilhonamento, isso é necessário para que o motor possa produzir uma grande quantidade de empuxo. Para atender essas exigências um duto de entrada de ar, deve fornecer um fluxo de ar com as seguintes características: 1- Máximo possível de pressão - quando o ar penetra no duto de admissão, que tem a configuração divergente, ele ocupa o espaço disponível e sofre um processo de difusão, com isso ele tem a sua energia cinética transformada em energia de pressão. Ao converter a velocidade do ar em aumento de pressão, o duto produz uma concentração maior de moléculas de ar, provocando um aumento na sua densidade, o que contribui para o aumento do empuxo. Esse aumento de pressão, que ocorre na entrada do compressor, devido a passagem do ar pelo duto de admissão é chamada de pressão de impacto ou simplesmente impacto. 2- Mínimo de turbulência e sem variação de pressão - durante sua passagem pelo duto de admissão, qualquer distorção no fluxo de ar, pode gerar perturbações que venham afetar o desempenho do motor e contribui para um possível estol do seu compressor. Para evitar essas turbulências, o duto de entrada de ar deve ter, uma superfície bem acabada, com baixa rugosidade, pois qualquer ponta de rebite ou chapa de metal mal nivelada, pode contribuir para uma possível distorção no fluxo de ar. TIPOS DE DUTO DE AR. O tipo de duto de entrada de ar vai depender da localização do motor, do tipo de operação e da velocidade da aeronave, os dutos normalmente utilizados são os simples, de entrada dividida, boca de sino e o de geometria variável. Duto de entrada de ar simples - é utilizado na maioria dos motores de fluxo axial para proporcionar um fluxo direto de ar, normalmente são dutos de
  • 4. pequeno comprimento, mas dependendo da posição da instalação do motor na aeronave podem ser mais longos e complexos. Duto de entrada dividida - utilizado em aeronaves militares de alta velocidade, é normalmente usado em situações onde ocorre a interferência de equipamentos. Esse tipo de entrada de ar pode estar na raiz da asa ou nas laterais da fuselagem, no primeiro caso quando a entrada de ar esta localizada muito para traz, o duto apesar de curto, terá uma considerável curvatura, para que possa entregar a quantidade adequada de ar ao compressor. Quando a entrada de ar estiver nas laterais da fuselagem, elas devem estar localizadas de modo a permitir uma curvatura suave, para se aproximar o máximo da configuração de um duto de entrada simples. Duto boca de sino – utilizado para ensaiar motores em banco de provas, é de fácil remoção e instalação, o que torna muito prático seu uso. Tem suas bordas cuidadosamente arredondadas para não oferecer resistência a passagem de ar e na sua entrada esta instalada uma tela, para evitar a ingestão de objetos estranhos que podem danificar as palhetas do compressor. A utilização desse tipo de duto causa perda de performance do motor, não só pela utilização da tela, mas também pelo seu formato convergente, porem são perdas tão mínimas que são consideradas desprezíveis.
  • 5. Duto de geometria variável - um duto de entrada de ar, como já foi visto, deve fornecer ar na quantidade requerida e com um bom nível de energia, para isso ele deve funcionar como um difusor, diminuindo a velocidade do ar e aumentando sua pressão. Em aeronaves subsônicas o duto terá uma passagem divergente e manterá essa configuração ao longo do seu comprimento. Uma aeronave que atinge velocidades superiores à mach1 e por isso chamada de aeronave supersônica, vai precisar de um duto que funcione como um difusor supersônico, acontece que as leis da física para uma corrente de fluído em velocidade supersônica são diferentes daquelas que se aplicam abaixo de mach1. Em velocidades superiores à mach1, para produzir um efeito de difusão deve ser usada uma passagem convergente no lugar de uma divergente, isso é necessário porque em velocidades supersônicas, a razão de variação do volume de um fluido é maior do que a razão de variação da sua velocidade, em velocidades supersônica um fluido se expande mais rapidamente que acelera. Dessa forma um duto para aeronaves supersônicas deve combinar duas seções, a primeira convergente que constitui um difusor supersônico, cuja área diminui gradativamente e mantém essa configuração até que a velocidade do ar admitido seja reduzida à mach1. A partir desse ponto, a seção traseira do duto terá sua área gradativamente aumentada, pois deve funcionar como um difusor subsônico semelhante aos dutos de entrada simples. Em aeronaves de velocidade supersônica muito alta, a configuração interna do duto será modificada por dispositivos mecânicos de acordo com a velocidade do vôo, pois uma aeronave supersônica também voa em velocidades subsônicas, como por exemplo, no pouso e decolagem. Esses dutos são conhecidos como dutos de geometria variável e sua área interna é modificada por dispositivos
  • 6. automáticos, em função da variação da velocidade, eles também possuirão válvulas para controlar o volume de ar admitido. PROTEÇÃO CONTRA O “FOD” Durante o funcionamento de um motor a reação no solo, existe grande possibilidade de junto com o ar admitido, o motor ingerir objetos de tamanho reduzidos tais como, parafusos, porcas, rebites, panos e pequenas ferramentas esquecidas nos pátios dos hangares de manutenção. É impressionante as avarias que o compressor de um motor a reação pode sofrer e os grandes prejuízos que isso acarreta. Os danos causados por esses objetos estranhos ao motor quando ingeridos, são conhecidos pela sigla “FOD” (FOREIGN OBJECT DAMAGE). Alguns sistemas foram desenvolvidos para tentar impedir que tais objetos sejam sugados e compreendem: Tela – utilizada para proteger a entrada de ar do motor, apresenta algumas desvantagens como o perigo de formação de gelo, perda de pressão de impacto e problemas de fadiga. Uma tela avariada pode desprender pedaços que serão sugadas pelo motor, causando mais problemas do que se nenhuma proteção estivesse instalada. Separação inercial – é constituída de uma chapa metálica, que acionada se interpõe a corrente de ar na parte superior do duto de admissão, impedindo que objetos estranhos sejam sugados pelo motor, pois os deslocam para a parte inferior da corrente. Esses objetos serão expelidos por uma saída que se abre no final do duto de admissão. Seção subsônica divergente Seção supersônica convergente
  • 7. Dissipador de “Vortex” – é um sistema utilizado em aeronaves equipadas com motores turbojato ou turbofan, para eliminar redemoinhos (vortex) que podem ser formar durante a operação do motor no solo. Esse “vortex” é capaz de levantar, por força de sucção, pequenos objetos que podem ser sugados pelo motor. O dissipador é um pequeno jato de ar, sangrado do compressor, direcionado para o chão na altura do bordo de ataque inferior da entrada de ar do motor, de modo que possa destruir a base do redemoinho. O controle do jato de ar dissipador do “vortex” é feito por uma válvula localizada na carenagem do motor, essa válvula normalmente tem duas posições, aberta e fechada. Ela se abre pela chave de segurança do trem de pouso, quando a aeronave toca o solo e se fecha quando a aeronave decola e seu peso é removido do trem de pouso. Ventoinhas de motores turbofan – a maioria dos motores turbofan usa ventoinhas dianteiras, que são projetadas para arremessar para a ponta das palhetas do “fan”, qualquer objeto que venha ser sugado, dessa forma esse objeto será descarregado na corrente de ar de “bypass” do “fan”, sem passar pelo compressor do motor. Dissipador de vortex