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História do Brasil e do Mundo

Motor a jato

Um motor turbofan Pratt e Whitney para o F-15 Eagle é testado na Base Aérea de Robins, Georgia, EUA. O túnel por trás do motor abafa o ruído e permite que escape para fugir. A capa de malha na frente do motor (à esquerda da foto) impede que detritos - ou pessoas - de que está sendo puxado para dentro do motor com o enorme volume de ar correndo para a entrada.

Um motor a jato é um tipo de-respirando o ar do motor de combustão interna, muitas vezes usado em aeronaves. O princípio de todos os motores a jato é essencialmente o mesmo; eles acelerar uma massa (produtos de combustão e de ar) numa direcção e, de Newton da terceira lei de movimento, as experiências do impulso do motor no sentido oposto.

O motor aspira ar em na frente e comprime-o. O ar é combinada com combustível, geralmente inflamada pela chama no redemoinho de um titular de chama, e queimou como uma mistura atomizada. A combustão aumenta a energia dos gases que são então esgotado para fora da parte traseira do motor. O processo é semelhante ao de um ciclo de quatro tempos, com a indução, por compressão, a ignição e de escape ter lugar continuamente. O motor gera impulso por causa da aceleração do ar através dele-o igual e oposta vigor esta aceleração produz é estocada.

Os motores a reação ter uma relativamente pequena massa de ar e acelerá-lo por uma grande quantidade, ao passo que uma hélice leva uma grande massa de ar e acelera-lo por uma pequena quantidade. O escape de alta velocidade de um motor a jato faz com que seja eficiente em altas velocidades (especialmente supersônicos velocidades) e altas altitudes. Nas aeronaves mais lento e aquelas exigidas para fazer fases curtas, uma turbina a gás psta hélice motor, vulgarmente conhecido como um turbo-hélice, é mais comum e muito mais eficiente. Muito pequenas aeronaves convencionais geralmente usam motores de pistão, de conduzir uma hélice, mas pequenos turboélices estão ficando menores como tecnologia de engenharia melhora.

A combustão a eficiência de qualquer dado motor de jacto, como qualquer motor de combustão interna, é fortemente influenciada pela relação de do ar comprimido de volume ao volume de escape. Em uma turbina do motor a compressão do ar e a forma das condutas que passam para a câmara de ignição evita o refluxo a partir dele e, portanto, torna possível a queima contínuo e processo de propulsão.

Motores turbo modernos são modulares no conceito e design. O núcleo de produção de energia central, comum a todos os motores de jacto, é chamado o gerador de gás (acima descrito). Para isso estão ligados módulos periféricos, tais como conjuntos de engrenagens de redução de hélice (turboprop / turboshaft), os fãs de bypass, e pós-combustão. O tipo de periférico equipado depende do aplicativo de design de aeronaves.

História

Desde o alvorecer do vôo motorizado, o alternativo motor de pistão em suas diferentes formas (radial rotativa e estática, aircooled e em linha com refrigeração líquida) tinha sido o único tipo de motor disponível para projetistas de aeronaves. Isso era compreensível, desde que os parâmetros de desempenho baixo aeronaves foram considerados aceitáveis, e de fato inevitável. No entanto, em cerca de final de 1930, os engenheiros estavam começando a perceber que, conceitualmente, o motor de pistão foi auto-limitada em termos de desempenho máximo que poderia ser obtida a partir dele; o limite era essencialmente uma das hélice eficiência, que parecia pico como pontas da lâmina se aproximou de velocidade radial supersônico. Se o motor, e, portanto, aeronaves, o desempenho foi sempre a aumentar para além de uma tal barreira, de modo que tem que ser encontrada para melhorar radicalmente o desenho do motor de êmbolo, ou um tipo completamente novo de motor teria de ser concebido. Este último viria a ser o caso. A turbina a gás (turbojet, ou simplesmente jet) do motor, tal como posteriormente desenvolvido, iria se tornar quase tão revolucionária para a aviação como os irmãos Wright primeiro vôo '.

A turbina a gás não foi uma idéia desenvolvida na década de 1930, a patente para um turbina estacionária foi concedida a John Barber na Inglaterra em 1791. As primeiras tentativas de motores a jato eram modelos híbridos em que uma fonte de alimentação externa fornecidos a compressão. Neste sistema (chamado um Thermojet por secondo campini) o ar é comprimido pela primeira vez por um ventilador accionado por um motor de êmbolo convencional, que, em seguida, é misturado com o combustível e queimado para jacto de impulso. Três exemplos conhecidos deste tipo de projeto foram o Henri Coanda 's Coanda-1910 aeronave, o muito mais tarde Campini Caproni CC.2, eo japonês Tsu-11 motor destinado a alimentar Ohka kamikazes planos para o final da II Guerra Mundial. Nenhum foram inteiramente bem-sucedida eo CC.2 acabou sendo mais lento do que o mesmo projeto com uma combinação tradicional do motor e hélice.

Jet mecanismo de simulação do fluxo de ar

A chave para o mecanismo de jacto era útil da turbina a gás, usado para extrair energia para acionar o compressor a partir do próprio motor. A primeira turbina a gás para executar com êxito auto-sustentável foi construído em 1903 pelo engenheiro norueguês Aegidius Elling. As primeiras patentes para propulsão a jato foram emitidos em 1917. As limitações no design e engenharia prática e metalurgia impedido tais motores atingindo fabricação. Os principais problemas foram segurança, fiabilidade, de peso e, especialmente, sustentada operação.

Em de Janeiro de 16 de, 1930 em Inglaterra Frank Whittle submetido patentes para seu próprio projeto para um motor de aviões de grande escala (concedida em 1932). Em 1935, Hans von Ohain começou a trabalhar em um projeto similar em Alemanha, aparentemente inconsciente do trabalho de Whittle.

Ohain aproximou Ernst Heinkel, um dos maiores industriais de aeronaves do dia, que imediatamente viu a promessa do design. Heinkel tinha recentemente comprou a empresa do motor Hirth, e Ohain e seu mecânico mestre Max Hahn foram criados lá como uma nova divisão da empresa Hirth. Eles tiveram seu primeiro HeS um motor em funcionamento até setembro de 1937. Ao contrário do projeto de Whittle, Ohain usado hidrogénio como combustível, que ele credita para o sucesso inicial. Seus projetos posteriores culminaram na gasolina abastecido HeS 3 de 1.100 lbf (5 kN), que foi montado para simples e compacto do Heinkel He 178 fuselagem e voado por Erich Warsitz no início da manhã de 27 de agosto de 1939 a partir de Marienehe aeródromo, um impressionante curta tempo para o desenvolvimento. O He 178 foi o primeiro avião a jato do mundo.

Na Inglaterra, Whittle tinha problemas significativos em encontrar financiamento para a investigação, eo Ministério da Aeronáutica, em grande parte ignorado-lo enquanto eles se concentraram em questões mais prementes. Utilização de fundos privados, ele foi capaz de obter um motor de teste de corrida em 1937, mas este foi muito grande e inadequado para ser utilizado numa aeronave. Em 1939 o trabalho progrediu ao ponto em que o motor estava começando a olhar útil, e de Whittle Poder Jets Ltd. começou a receber Ministério da Aeronáutica dinheiro. Em 1941, uma versão flyable do motor chamado de W.1, capaz de 1000 lbf (4 kN) de empuxo, foi montado para o Gloster E28 / 39 fuselagem, e voou maio 1941.

Um problema com estes dois primeiros desenhos, que são chamados motores de fluxo centrífugo, era que o compressor funciona por "arremesso" (acelerando) o ar para fora a partir da entrada central para a periferia exterior do motor, onde o ar é, em seguida, comprimido por um conduta divergente instalação de conversão da velocidade em pressão. A vantagem é que tais modelos de compressor foram bem compreendido em compressores centrífugos, mas isto conduz a uma muito grande secção transversal para o motor a velocidades de rotação que eram utilizáveis ??no momento. Uma desvantagem é que o fluxo de ar teve de ser "dobrado" a fluir para trás através da secção de combustão e a turbina e tubo de escape. Com melhorias para os rolamentos a velocidade do eixo do motor e aumentaria o diâmetro do compressor centrífugo reduziria grandemente. A falta deste motor é uma vantagem. A força deste tipo de compressor é uma vantagem sobre os posteriores compressores axiais que ainda são susceptíveis a danos objeto estranho (FOD no jargão da aviação).

Austrian Anselm Franz de Junkers divisão de motores '(Junkers Motoren ou Jumo) abordou este problema com a introdução do compressor de fluxo axial. Essencialmente, esta é uma turbina no sentido inverso. Ar vindo da frente do motor é soprado para a parte traseira do motor por uma fase de ventilador (condutas convergentes), onde é esmagado de encontro a um conjunto de lâminas não rotativas chamados estatores (condutas divergentes). O processo está longe de ser tão poderoso como o compressor centrífugo, portanto, um número destes pares de fãs e estatores são colocados em série para obter a compactação necessária. Mesmo com todo o complexidade adicional, o motor resultante é muito mais pequena em diâmetro. Jumo foi atribuído o próximo número do motor, 4, e o resultado foi o Jumo 004 do motor. Depois de muitos problemas iniciais, a produção em massa deste motor começou em 1944 como um motor para aviões a jato-lutador o primeiro do mundo, o Messerschmitt Me 262. Porque Hitler queria um novo bombardeiro o 262 chegou tarde demais para impactar decisivamente a posição da Alemanha na Primeira Guerra Mundial II, mas ele vai ser lembrado como o primeiro uso de motores a jato em serviço. Após o fim da guerra, o Me 262 aviões alemães foram extensivamente estudada pelos aliados vitoriosos e contribuiu para trabalhar no início dos caças soviéticos e norte-americanos.

Motores britânicos também foram licenciados amplamente em os EUA. Seu projeto mais famoso, o Nene também daria poder a URSS avião a jato 's depois de uma troca de tecnologia. Projetos americanos não estão totalmente em seu próprio até 1960.

Tipos

Há um número de tipos de motores a jacto, os quais se baseiam no princípio de que o ar é comprimido e usado como um oxidante para o combustível. Alguns exemplos são os seguintes:

 

Componentes

Os componentes de um motor a jato são padrão entre os diferentes tipos de motores (mencionado acima). As partes incluem:

• Air Induction
  Para aeronaves subsónicas, a entrada de ar para um motor a jato não apresenta dificuldades especiais, e consiste essencialmente de uma abertura que é projetado para minimizar o arrasto, como com qualquer outro componente da aeronave. No entanto, o ar que chega ao compressor de uma (não scramjet) normal do motor jacto deve ser viajar abaixo da velocidade do som, mesmo para embarcações supersónico.
• Fan Compressor
  O compressor é a série de fãs que são espaçados muito perto juntos. Cada fã comprime o ar um pouco mais. A energia é derivada do ventilador de escape (ver abaixo), transmitido ao longo do eixo.
• Eixo
  Isto leva de alimentação da ventoinha de exaustão para o compressor, e executa a maioria do comprimento do motor. Pode haver até três eixos concêntricos, girando em velocidades independentes, com tantos conjuntos de exaustores e compressores. Outros serviços, como uma sangria de ar fresco, também pode executar para baixo do eixo.
• Latas de chama ou Flameholders ou câmaras de combustão
  Estes são câmaras de combustão, onde o combustível é queimado em continuamente o ar comprimido.
• Fãs de turbinas ou fãs de escape
  Estes recolher a energia do ar quente expansão correndo para fora do motor. Esta energia é utilizada para accionar o compressor, através do veio, ou ventiladores de bypass, ou suportes, ou ainda (para uma turbina a gás helicóptero psta) convertido inteiramente a energia de rotação para uso noutro local.
• Afterburner (opcional)
  (principalmente militares) Produz impulso extra a queima de combustível extra, geralmente de forma ineficiente, na descarga.
• Escape
  Air, uma vez arrefecido e ampliada, é expelido para fora da parte de trás do motor. Escapamentos são projetados para maximizar o impulso, uma vez que a ventilação de ar quente não fornece quase tanto como impulso ventilação rápido movimento de ar fresco.
• Bico Supersonic
  A aerodinâmico padrão quadro de referência está ligado ao avião. Ar deve viajar através do motor a velocidades subsônicas, para assegurar a operação da mecânica de fluxo nas lâminas das turbinas e compressores. O bocal supersónico é necessária para converter a pressão e calor à velocidade, e, consequentemente, o impulso do ar expelido. Um bico de Laval afunila para baixo para uma garganta, acelerando o gás até a velocidade sónica, e, em seguida, o bocal é aberto de novo. O gás quente se expande e arrefece ao mesmo tempo, portanto, pressionando o interior do bocal num ângulo virado para a retaguarda. Isto acelera ainda mais o ar; formando um jacto de escape supersónico poderoso. A reacção no interior do bocal multiplica o empuxo para cima e acelera o veículo.

Considerações de design

Os vários componentes citados acima têm restrições sobre como eles são colocados juntos para gerar o máximo de eficiência ou desempenho. Importante aqui é projeto ar de admissão, tamanho total, o número de estágios do compressor (conjuntos de lâminas), tipo de combustível, número de estágios de escape, a metalurgia dos componentes, quantidade de ar de bypass utilizado, onde o ar de bypass é introduzida, e muitos outros fatores. Por exemplo, vamos considerar o design da entrada de ar.

Projeto de admissão de ar

Para aeronaves viajando a supersônicos velocidades, a complexidade do projeto surge, uma vez que o ar aspirado pelo motor deve ser inferior a uma velocidade supersônica, caso contrário o motor irá "sufocar" e parar de operar. Esta velocidade do ar subsónica é conseguido fazendo passar o ar através de uma onda que se aproxima deliberadamente choque gerado (uma vez que uma característica de uma onda de choque que é o ar que flui através dele é retardado). Por conseguinte, alguns meios é necessária para criar uma onda de choque à frente da ingestão.

Os primeiros tipos de aviões supersónicos apresentava um choque cone central, chamado um cone de entrada, o qual foi utilizado para formar a onda de choque. Este tipo de cone de choque é claramente visto no Inglês elétrico do relâmpago e MiG-21 aeronaves, por exemplo. A mesma abordagem pode ser utilizada para entradas de ar montada na parte lateral da fuselagem, em que um meio cone serve a mesma finalidade com uma entrada de ar semicircular, como visto no F-104 Starfighter e BAC TSR-2. Uma abordagem mais sofisticada consiste em ângulo de modo que a ingestão de uma das suas extremidades forma uma lâmina de ataque. A onda de choque irá formar neste lâmina, e o ar ingerido pelo motor vai estar por trás da onda de choque e, portanto, subsônico. A Century série de jactos US apresentou um número de variações nesta abordagem, geralmente com a lâmina que conduz ao bordo vertical exterior do consumo que foi, em seguida, inclinado para trás para dentro para a fuselagem. Exemplos típicos incluem a República F-105 Thunderchief e F-4 Phantom. Mais tarde este evoluiu de modo a que o bordo de ataque estava na borda horizontal superior ao invés de o bordo vertical exterior, com um ângulo pronunciado para baixo e para a retaguarda. Esta abordagem simplificada a construção das doses e permitida a utilização de rampas variável para controlar o fluxo de ar para dentro do motor. A maioria dos projetos desde o início dos anos 1960 agora apresentam esse estilo de consumo, por exemplo, o F-14 Tomcat, Panavia Tornado e Concorde.

Em um exemplo incomum (o SR-71), um projeto de admissão de ar variável foi utilizada para converter o motor a partir de um turbojato a um ramjet, em vôo. Para obter uma boa eficiência em uma ampla gama de velocidades a Pratt & Whitney J58 poderia mover uma cónica tona pico e para trás dentro da nacele do motor, para manter a onda de choque supersônica apenas na frente da entrada. Desta maneira, o fluxo de ar por trás da onda de choque, e, mais importante, através do motor, foi mantida subsónico em todos os momentos. Além disso, e excepcionalmente para este motor, a alta Mach, o compressor para a J58 era incapaz de levar o fluxo de ar de alta que entra na entrada, sem travar as suas pás, e então o motor dirigido o excesso de ar por meio de 6 tubos de derivação recta para a pós-combustão. Em altas velocidades do motor, na verdade, obtido 80% do seu empuxo, contra 20% através da própria turbinas, desta maneira. Essencialmente, isso permitiu que o motor funcione como um ramjet, e, na verdade, melhorar o impulso específico (consumo de combustível) em 10-15%.

Finalmente, existe um forte apoio teórico e experimental para a ideia de que a utilização de um permutador de calor para arrefecer o ar na admissão pode aumentar a densidade do ar e, assim, reduzir a compressão necessária. Isso criaria temperaturas mais baixas que permite ligas leves de construção a serem utilizados, reduzindo o peso do motor por várias vezes. Isto leva a projetos plausíveis como SABRE que pode permitir que os veículos com motor a jato a ser usado para lançar em linha reta no espaço.

Veja também

• Jetboat
• Nave espacial de propulsão
• Superalimentador
• Turbocharger
• Turbina a gás

Links Externos

• Recursos para a construção de turbinas a gás (http://www.gtbuilder.com)
• Viagem através de um motor de jato (flash) (http://www.rolls-royce.com/education/schools/journey02/flash.html)
• How Stuff Works artigo sobre como um motor de turbina a gás funciona (http://travel.howstuffworks.com/turbine.htm)

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