O assunto deste post é o motor a jato turbofan. É usado em todo avião comercial por ter alta propulsão e por ser o tipo mais eficiente e silencioso.
Princípio de funcionamento do motor a jato turbofan
Entrada de ar
O turbofan tem este nome devido à grande hélice que suga o ar. Cada pá possui um formato aerodinâmico, quando o vento chega na pá é induzida uma força de sustentação, como na asa do avião. Esta força nas pás é a que mais contribui para o empuxo do avião com motores turbofan.
Quanto maior a hélice, maior a capacidade de sugar o ar para dentro do motor.
Comprensão do ar
Para realizar a combustão no motor, o ar precisa estar com pressão e temperatura altas. Logo atrás da hélice, há um compressor de baixa pressão, e em seguida, um outro compressor de alta pressão, que gira mais rápido do que o anterior.
São usados 2 tipos de compressores: axial e centrífugo. No tipo axial, as lâminas têm formato de aerofólio e o ar flui paralelo ao eixo do motor.
O compressor axial possui um ou mais estágios de lâminas fixas, chamados de estatores. As funções do estator são converter a energia rotacional em pressão e direcionar o fluxo para o próximo estágio em rotação, chamado de rotor.
Combustão
Depois de passar pelos compressores, a pressão do ar e a temperatura ficam muito maiores. A próxima etapa é a câmara de combustão.
O combustível vai do tanque até a câmara por válvulas e um tubo, auxiliado por bombas. Vários injetores (fuel injector) colocam o combustível na câmara como um spray, para se misturar com o ar de alta pressão e alta temperatura. Uma faísca elétrica (ingniter) inicia a combustão da mistura.
A primeira parte do post “Todos os combustíveis” mostra os combustíveis usados na aviação.
Todos os combustíveis (Parte 1)Clique aqui
Turbinas
Os gases que saem da câmara de combustão vão para as turbinas de alta e baixa pressão, respectivamente. Estas turbinas usam a energia cinética dos gases para girar os compressores e a hélice, pois estão ligados ao mesmo eixo.
As lâminas de baixa pressão são mais longas, uma velocidade menor reduz o stress centrífugo na base da lâmina, aumentando a sua vida útil.
Exaustão
Depois de passar pelas turbinas, a mistura de gases é expelida por um bocal. Este deve ser estreito para aumentar o empuxo do avião. É uma aplicação da terceira lei de Newton, quando o ar quente é expelido pelo bocal a uma alta velocidade, uma força é produzida. O ar gera uma força de reação que produz empuxo para o avião.
A equação da força de empuxo F do turbofan, em Newtons (N).
F=\dot{m}_{f}\cdot (V_{f}-V_{o})+\dot{m_{c}}\cdot (V_{e}-V_{o})
- \dot{m}_{f}, a taxa do fluxo de ar de desvio.
- V_{f} é a velocidade do fluxo de desvio.
- V_{o}, a velocidade do ar antes de entrar no motor.
- \dot{m_{c}} é a taxa do fluxo de ar que passa pelo motor.
- V_{e} é a velocidade do ar expelido pelo bocal.
Razão de desvio do turbofan
A maioria do ar puxado pela grande hélice não vai para a câmara de combustão, e sim, para ao lado do motor. Este é chamado fluxo de desvio, bypass em inglês.
A equação da razão de desvio.
bpr=\frac{\dot{m}_{f}}{\dot{m}_{c}}
As 2 categorias de turbofan são: baixo desvio (Low-bypass) e alto desvio (High-bypass). O de alto desvio tem um grande volume de ar que passa ao lado, em relação ao volume que entra no motor. No baixo desvio, a relação entre os fluxos é pequena.
