Aviões no ar: O que fazem os motores a jacto Tutorial Fly Higher II Aviões no ar: O que fazem os motores a jacto Imagem: Rolls Royce Plc. 2013 Fotografia principal: Motor Rolls Royce Trent 900 num Airbus A380.

Como conseguem os pássaros voar? Introdução Como conseguem os pássaros voar? Os pássaros conseguem voar devido a uma série de características especiais. Necessitam de um nível extremo de energia para voar. Esta energia provém dos seus elevados metabolismos. Devido aos seus corpos leves, os pássaros conseguem produzir quer a propulsão, quer o impulso necessário utilizando as suas “penas de voo”. Elevação Propulsão Aplanador Peso Se os alunos tiverem assistido ao Tutorial FH I terão algum conhecimento sobre o voo dos pássaros e reconhecerão que os aviões não os imitam simplesmente. Contudo, estes elementos são relevantes para qualquer objeto voador: energia elevada, peso mínimo e asas aerodinâmicas. Imagem: http://gimnasio-altair.com/webquest/flight/

Como conseguem os pássaros voar? Introdução Como conseguem os pássaros voar? Um vídeo curto que demonstra como os pássaros conseguem voar: Por favor visualiza o video 1 Como voam os pássaros? Source Youtube Acknowledgement : www.pendulumswingmedia.com Edition Fly Higher Vídeo – Youtube “Como voam os pássaros?”. Duração: 2:29 Créditos: www.pendulumswingmedia.com

O que é o Impulso? Estudemos o conceito básico. Introdução Impulso Tal como acontece com os pássaros, para que os aviões se mantenham no ar é necessário impulso e elevação. De onde provêm? Porque não podemos simplesmente copiar os pássaros? Elevação Aplanador Impulso Não é possível bater as asas do avião devido ao seu peso elevado e necessidade de integridade estrutural. Portanto, o impulso é proporcionado pelo motor que não apenas conduz o avião em frente, como também cria um fluxo de ar a alta velocidade sobre a asa, gerando a elevação. Peso Imagem: http://www.kids.ct.gov/kids/cwp/view.asp?q=330926 O que é o Impulso? Estudemos o conceito básico.

A física por detrás do impulso Introdução A física por detrás do impulso Baseado na Terceira Lei de Newton: Toda a ação tem uma reação igual e oposta Experiência: Enche um balão de ar e liberta-o num espaço aberto - O que acontece? Explicação para o Balão – Um balão cheio afasta-se num voo impulsionado quando largado com a extremidade aberta. À medida que o ar sai, a pressão contra a frente interior do balão impulsiona-o. Kit para fazer um carro “movido a balão” - http://www.bloodhoundssc.com/shop/balloon-car-kit Source http://www.bloodhoundssc.com/shop/balloon-car-kit Então, o que acontece a um avião com um motor a jacto?

Quem teve esta ideia brilhante? Introdução Avião em marcha Os gases de exaustão dos motores a jacto do avião empurram o ar, o que por sua vez produz uma reação oposta nos motores. Uma vez que os motores estão adaptados de forma segura ao corpo do avião, o avião move-se para a frente. O balão básico não tem estrutura equivalente, por isso o seu voo é irregular. Contudo, o princípio é exatamente o mesmo. Quem teve esta ideia brilhante?

História Como começou? Carro a Vapor de Newton No século XVIII - Sir Isaac Newton (um físico e matemático inglês) propôs uma teoria de “explosão canalizada na retaguarda” que poderia impulsionar uma máquina para a frente a grande velocidade. Ele previa a aplicação da terceira lei de movimento (que hoje em dia é quase banal para nós). Carro a Vapor de Newton O carro a vapor de Newton nunca foi construído, mas Newton articulou o princípio de um motor a jacto muito antes da noção de máquinas voadoras. Fonte: http://www.globalsecurity.org/military/library/policy/army/fm/1-506/Ch2.htm

História Como começou? Em 1903, o ano do primeiro voo dos Irmãos Wright, o seu biplano em madeira e tela usou um motor a gasolina de 12 cavalos. O motor tinha um design mecânico básico, bastante semelhante a um motor de carro de quatro cilindros moderno. Recursos Extra (em inglês): http://www.pbs.org/wgbh/nova/wright/flye-flash.html Imagem: http://wright.nasa.gov/airplane/Images/eng2.gif

História Como começou? O seu avião, Kitty Hawk, dependia da sua hélice para ter impulsão. O motor apenas colocava a hélice a funcionar. Nos 30 ou 40 anos seguintes, os aviões tornaram-se tubos metálicos, com uma asa, os seus motores tornaram-se mais poderosos e eficientes em termos de gasto de combustível…mas o princípio da impulsão não mudou. Os aviões mais leves, que voam a velocidades modestas e altitudes mais baixas (o avião de um piloto amador, ou talvez um pulverizador agrícola), são máquinas muito mais simples - os custos baixos são imperativos. Os motores a jacto são sofisticados e dispendiosos. Os aviões pequenos de alto desempenho (um Air-force fighter, por exemplo) que têm de voar alto e rapidamente terão obviamente um motor a jacto. Os aviões mais modernos, mais pequenos e leves, ainda utilizam hélices…. Consegues adivinhar porque motivo?

História Como começou? SEM HÉLICES!! Em 1930 Sir Frank Whittle de Inglaterra patenteou o motor turbojacto. Em Abril de 1941 (numa fase inicial da 2ª Grande Guerra Mundial), o novo motor estava pronto para testes de voo. O primeiro voo de um Turbojacto, o Gloster E28/39, foi realizado a 15 de Maio de 1941 em Cranwell, Lincolnshire, Inglaterra. Source: www.frankwhittle.co.uk/content.php?act=viewDoc&docId=15&level=top SEM HÉLICES!! O escape do motor impulsionaria o avião.

Fundamentos Função do motor Operação Básica Entrada: o ar entra Compressão: o ar é comprimido num compressor Combustão: o combustível é então adicionado e inflamado Escape: gases de escape a velocidade elevada (com elevada energia) saem do motor. Intermitente Entrada de Ar/Combustível Compressão Combustão Escape

Motor de Combustão Interna Fundamentos Função do motor No “motor de combustão interna” básico, a “combustão” é, na realidade, uma explosão. Esta energia explosiva é utilizada para mover um conjunto de pistões e o escape serve para a expulsão de resíduos. Hélice Os pistões podem então movimentar as rodas de um carro, as lâminas de uma bomba…. Ou a hélice de um avião. Motor de Combustão Interna Um avião deste género é muitas vezes denominado “Avião a pistão e turbo-hélices”.

Fundamentos Função do motor No motor a jacto, o escape não é apenas resíduo, mas a fonte de impulsão que coloca o avião em marcha. Por favor visualiza o video 2 Dentro de um motor a jacto Source Youtube Acknowledgement : www.wydea.com Edition Fly Higher Vídeo – Youtube Dentro de um Motor a Jato. Duração: 1:41. Créditos: www.wydea.com; 2) Vídeo alternativo: http://www.youtube.com/watch?v=ON0sVe1yeOk

Existem diferentes tipos de motor a jacto. Porque são utilizados motores diferentes? Existem diferentes tipos de motor a jacto. O Airbus A380 – com 525 Passageiros é o maior avião civil de longo curso do mundo – utiliza motores turboventiladores, versões refinadas do original de Whittle, que incluem uma ventoinha enorme para acelerar o ar que entra no motor a jacto e contribui para a impulsão exatamente da mesma forma que uma hélice o faz. Turbofan Turbofan O Airbus A380 utiliza motores turboventiladores fabricados na Europa: o Rolls Royce Trent 900 (Motor Turbojato) ou o Engine Alliance GP 7200 (Motor Turbojato).

Tipos de Motor Os Turboventiladores não são a única opção Diferentes aviões precisam de diferentes tipos de motor… Consegues adivinhar o que são e porque são utilizados? Foguetão Turbojacto http://img.bhs4.com/64/e/64e5d996fcdce95195acd4621cb79fb4f8ec776a_large.jpg Estatorreator url : https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQ1V5eCFRbPSkLKrz68Ab_AGlud0UDUDQ0vR7dmp_OhHr1Xqu8NDg Turbo jato url : http://img.bhs4.com/64/e/64e5d996fcdce95195acd4621cb79fb4f8ec776a_large.jpg Foguetão url : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/Atlantis_taking_off_on_STS-27.jpg Turbopropulsor - http://www.instablogs.com/wp-content/uploads/2012/07/hb350i_vM1uz_25013.jpg Movidos com Pistões - http://air-and-space.com/20050812%20Hawthorne/DSC_3008%20An-2%20N2AN%20cn43798%20left%20front%20landing%20l.jpg O Manual do professor proporciona uma explicação completa destes tipos de motores, e a próxima sequência de slides apresenta cada um. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/Atlantis_taking_off_on_STS-27.jpg https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQ1V5eCFRbPSkLKrz68Ab_AGlud0UDUDQ0vR7dmp_OhHr1Xqu8NDg Estatorreator

Tipos de Motor Os Turboventiladores não são a única opção Diferentes aviões precisam de diferentes tipos de motor… Consegues adivinhar o que são e porque são utilizados? Turbopropulsor Movido com Pistões Estatorreator url : https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQ1V5eCFRbPSkLKrz68Ab_AGlud0UDUDQ0vR7dmp_OhHr1Xqu8NDg Turbo jacto url : http://img.bhs4.com/64/e/64e5d996fcdce95195acd4621cb79fb4f8ec776a_large.jpg Foguetão url : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/Atlantis_taking_off_on_STS-27.jpg Turbopropulsor - http://www.instablogs.com/wp-content/uploads/2012/07/hb350i_vM1uz_25013.jpg Movido com Pistões - http://air-and-space.com/20050812%20Hawthorne/DSC_3008%20An-2%20N2AN%20cn43798%20left%20front%20landing%20l.jpg O Manual do professor inclui uma explicação completa destes tipos de motores e a próxima sequência de slides apresenta cada um. http://www.instablogs.com/wp-content/uploads/2012/07/hb350i_vM1uz_25013.jpg http://air-and-space.com/20050812%20Hawthorne/DSC_3008%20An-2%20N2AN%20cn43798%20left%20front%20landing%20l.jpg

Tipos de Motor Secção do motor A escolha do motor é baseada em: Impulsão requerida Desempenho Eficiência Custo Manutenção Os aviões civis requerem motores eficientes em termos de combustível. Os aviões militares requerem motores de elevado desempenho. Estatorreator Movidos com Pistões Hélice Jacto de combustível Câmara de Combustão Difusor de Entrada Motor de combustão interna Foguetão Turbina a Gás Câmara de Combustão Câmara de Combustão Compressor Turbina Combustível Turbina Canal Entrada de Oxidante Queimador de Combustível Tubo do Jacto e Embocadura da Hélice Entrada de Ar

Tipos de Motor Turbojacto Componentes do Motor (Turbojacto) Compressor Turbina Eixo Imagem: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turbojet_operation-axial_flow-en.svg Embocadura Câmara de Combustão O original de Whittle era um motor turbojacto como este. source: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turbojet_operation-axial_flow-en.svg

Tipos de Motor Turboventilador Compressor de alta pressão Turbina de alta pressão Ventoinha A escolha da companhia aérea: Eixo de alta pressão Os turboventiladores são como os turbojatos, mas têm também uma grande ventoinha que acelera a entrada de ar no motor e aumenta a impulsão como uma hélice interna. Imagem: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Turbofan_operation.png Eixo de baixa pressão Turbina de baixa pressão Compressor de baixa pressão Embocadura Câmara de Combustão source : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Turbofan_operation.png

Tipos de Motor Turbopropulsor Cárter da Transmissão Hélice Compressor Os Turbopropulsores têm hélices externas, mas utilizam a ideia do motor a jato como força motriz. Cárter da Transmissão Hélice Compressor Turbina Escape Câmara de Combustão Imagem: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4e/Turboprop_operation.png Eixo Ao contrário dos motores movidos com pistões, os Turbopropulsores não têm pistões. Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4e/Turboprop_operation.png

Tipos de Motor Estatorreatores Os Estatorreatores não têm compressores, ventoinhas e turbinas como outros motores a jacto. Entrada de Ar Injeção de Combustível Embocadura Estabilizador de Chama Câmara de Combustão Escape Compressão Imagem - http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6c/Ramjet_operation.svg/300px-Ramjet_operation.svg.png Tecnicamente, os estatorreatores são a forma mais simples de motores a jacto. Mas estes não podem produzir impulsão a velocidade zero, por isso os aviões com estatorreatores precisam de outros mecanismos para começarem a voar. source - http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6c/Ramjet_operation.svg/300px-Ramjet_operation.svg.png

Porque achas que isto acontece? Tipos de Motor Motor de foguetão Câmara de Combustão Aparelho de oxidação Embocadura Combustível Bombas Ao contrário dos motores de aviões, os motores de foguetão utilizam combustível e oxigénio para recarregar o combustível na câmara de combustão, antes de sair através de uma embocadura. Porque achas que isto acontece? Imagem: http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/VirtualAero/BottleRocket/airplane/Images/rockth.gif source: http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/VirtualAero/BottleRocket/airplane/Images/rockth.gif

Sumário Sumário sobre motores Animação de motores a jacto Por favor visualiza o video 3 Animação de motores a jacto Source Youtube Acknowledgement : www.rendermedia.co.uk Edition Fly Higher Vídeo – Youtube. Duração: 0:51. Créditos: www.rendermedia.co.uk

Prossecução da Aprendizagem Simuladores de Motor da GE Link para Simulador de Motores: http://www.geaviation.com/education/engines101/