Aula 9 Conhecimentos Técnicos sobre Aviões

Transcrição

1 Universidade Federal do ABC Aula 9 Conhecimentos Técnicos sobre Aviões AESTS002 AERONÁUTICA I-A

2 Suporte ao aluno Site do prof. Annibal: ts002-aeronautica-i-a

3 Inspeção e Manutenção Inspeções É o serviço de manutenção mais simples e consiste em verificações visuais ou por outros meios imediatos destinadas a determinar anormalidades. Uma vez detectadas, faz-se uso de uma manutenção corretiva. Classificam-se em inspeções de pré-voo e inspeções periódicas.

4 Inspeção Pré-Voo É a única inspeção que é responsabilidade do piloto e deve ser feita antes do voo. Consiste em examinar as diversas partes do avião de acordo com um checklist fornecido pelo fabricante do avião. Qualquer anormalidade constatada deve ser examinada por um mecânico habilitado. O piloto deve receber instruções e treinamento para execução da inspeção pré-voo, como a drenagem de amostra de combustível, a verificação do nível do óleo, etc.

5 Inspeção e Manutenção Inspeções e Revisões Periódicas A manutenção preventiva compreende inspeções e revisões feitas em determinados períodos, baseados em números de horas de voo. As revisões incluem a estrutura, o motor, acessórios e demais componentes, os quais são desmontados para exame detalhado e substituição das peças em condições não satisfatórias. Procedimentos e Programas Todo serviço de manutenção dever ser feito de acordo com os procedimentos e programas determinados pelo fabricante do avião, motor e componentes. Eles estão descritos nos manuais e são obrigatórios, devendo o proprietário ou o operador do avião comprovar o cumprimento dos procedimentos e programas (períodos) para a autoridade aeronáutica (ANAC) por ocasião das vistorias.

6 Falhas Estruturais Os componentes estruturais e outras partes metálicas sujeitas a esforços normalmente falham aos poucos por fadiga, exceto em casos anormais como colisão, uso de peças não aprovadas, etc.

7 Falhas Estruturais O fabricante pode determinar o número de horas de voo necessário para que uma trinca microscópica atinja condições críticas, estabelecendo um período de revisões inferior, para detectar a condição crítica a tempo. A detecção é feita pelos seguintes métodos: Magmaflux ou processo de partículas magnéticas => É utilizado em peças ferrosas magnetizáveis. A peça é magnetizada e banhada com um líquido contendo partículas ferrosas em suspensão. Estas se acumulam junto às rachaduras, tornando-as visíveis. Líquido penetrante => A rachadura é detectada através de um líquido penetrante de alta visibilidade. Zyglo ou penetração fluorescente => A rachadura é revelada através de um líquido penetrante e fluorescente que brilha sob a luz de uma lâmpada ultravioleta.

8 Métodos de Raios-X e Ultra Som São usados para detectar rachaduras internas numa peça ou estrutura.

9 Codificações das Tubulações Os tubos usados nos diversos sistemas do avião são codificados através de faixas coloridas, a fim de facilitar a identificação desses sistemas durante a manutenção. As cores são complementadas com um desenho codificado em preto e branco para evitar erros sob condições de pouca iluminação. 10/56

10 MOTORES A REAÇÃO

11 Motores a Reação Princípios Básicos: O funcionamento do motor a reação é baseado na 3ª lei de Newton (Lei da Ação e Reação) Lex III: Actioni contrariam semper & æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales & in partes contrarias dirigi. Para os que tem interesse em motores a reação, recomendo a leitura desse link:

12 Motores a Reação

13 Motores a Reação

14 Constituição Básica de um Motor a Jato

15 Constituição Básica de um Motor a Jato A câmara de combustão pode se comparada a um reservatório de ar comprimido que empurra para trás o ar do tubo de descarga. A reação dessa força faz o motor avançar para frente. O compressor e a turbina formam um conjunto girante que constitui a única parte móvel do motor.

16 Duto de Admissão Duto de Admissão: Tem a finalidade de ordenar o fluxo de ar na entrada do motor, a fim de garantir o bom funcionamento do compressor.

17 Compressor Tem a finalidade de comprimir o ar admitido. São usados dois tipos de compressores nos motores a reação: Compressor centrífugo Compressor axial.

18 Compressor Compressor axial é melhor para comprimir volumes maiores de ar, e o centrífugo é melhor para pressões mais elevadas. Entretanto, a pressão pode ser aumentada através de múltiplos estágios.

19 Compressor Axial Compressor axial é melhor para comprimir volumes maiores de ar, e o centrífugo é melhor para pressões mais elevadas. Entretanto, a pressão pode ser aumentada através de múltiplos estágios. 20/56

20 Motores a Jato 20/56

21 Estol de Compressor As pás do compressor axial devem receber um fluxo de ar uniforme e no ângulo apropriado. Caso contrário, o fluxo de tornará turbulento, reduzindo sobremaneira a taxa de compressão. A esse fenômeno dá-se o nome de estol de compressor.

22 Estator Além do rotor giratório, o compressor possui um estator, formado por pás ou lâminas estacionárias.

23 Estator

24 Lâminas ou Pás Variáveis do Estator Alguns motores têm lâminas de ângulo variável no estator, as quais corrigem constantemente o fluxo de ar sobre as lâminas rotativas, a fim de evitar o estol de compressor.

25 Câmara de Combustão O volume de ar comprimido produzido pelo compressor é relativamente pequeno e não se compara com o fluxo do jato do motor. Essa transformação ocorre na câmara de combustão. A câmara de combustão é um tubo alargado para acomodar a expansão dos gases da combustão.

26 Problemas com a Chama Os problemas que têm que ser resolvidos no projeto de câmara de combustão são dois: 1. Evitar que a chama seja soprada para fora da câmara. 2. Evitar que a chama derreta o material da câmara.

27 Ar Primário e Ar Secundário Para solucionar os problemas com a chama, o fluxo de ar é dividido em 2 partes: O ar primário e o ar secundário. O ar primário corresponde a ¼ do total, e entra num setor alargado que funciona como difusor, onde a velocidade diminui e o fluxo torna-se turbulento, facilitando a mistura a mistura do ar com o combustível. O ar secundário, que corresponde a ¾ do total, não participa da queima do combustível. Ele contorna o difusor e se mistura com os gases quentes, expandindo-se para gerar a tração. O ar secundário também serve para formar uma camada fria que protege a câmara do excesso de calor.

28 Ar Primário e Ar Secundário

29 Bico Injetor O bico injetor recebe combustível sobre pressão e o pulveriza finamente para misturá-lo com o ar primário. Além de combustível, o bico injetor recebe também um pequeno fluxo de ar do compressor para evitar a formação e o depósito de carvão no orifício de pulverização.

30 Câmara de Combustão 30/56

31 Turbina A turbina serve para extrair potência dos gases queimados para acionar o compressor e outros acessórios. Nos motores aeronáuticos são usadas somente turbinas do tipo axial. As pás das turbinas estão sujeitas a altas temperaturas. Por isso são fabricadas com materiais resistentes ao calor. Além das lâminas rotativas, a turbina também tem lâminas fixas que constituem o estator.

32 Motores com 2 Rotores Nestes motores, há dois compressores e duas turbinas. O rotor de alta pressão gira mais rapidamente, funcionando numa faixa de pressões mais elevada. Essa subdivisão da carga de trabalho aumenta a eficiência e ajuda a reduzir a possibilidade de estol de compressor.

33 Bocal Propulsor Um motor a reação poderia funcionar sem o bocal propulsor, mas os gases deixariam a turbina ainda pressurizados, desperdiçando energia na atmosfera. O bocal propulsor serve para aproveitar a energia de pressão, aumentando a velocidade dos gases, e ainda corrigir o fluxo que se encontra desalinhado ao deixar a turbina.

34 CONHECIMENTOS MOTORES TÉCNICOS A SOBRE REAÇÃO: AVIÕES Cálculo da Tração Fórmula simplificada: T = P 2 P 1 A + dm dt V 2 V 1 T : Tração P 1 : Pressão na entrada V 1 : Velocidade na entrada (velocidade do avião) P 2 P:ressão na saída V 2 : Velocidade na saída A : Área do bocal propulsor dm dt : Fluxo de massa Para os que tem interesse em motores a reação, recomendo a leitura desse link:

35 Motores a reação O motor a reação que acabamos de estudar é o turbojato (turbojet), também conhecido como jato puro. É adequado para velocidades supersônicas. Em velocidades subsônicas apresenta um consumo elevado e pouca tração... e é extremamente barulhento! Assim, outros motores foram desenvolvidos visando reduzir as características indesejáveis do turbojet, como o turbo hélice (turboprop) e o turbofan.

36 Turbo Hélice É derivado do jato puro e a energia dos gases é aproveitada para acionar a hélice. A turbina possui dimensões e estágios suficientes para extrair 90% da energia dos gases para girar a hélice através de uma caixa de engrenagens de redução. Os outros 10% formam um jato residual que é aproveitado para aumentar a tração. Ideal como sistema propulsivo de aviões que não excedam os 300 nós. Essa limitação é imposta pela hélice, cujas pás tornam-se ineficientes quando atingem velocidades próximas à velocidade do som.

37 Turbo Hélice

38 Turbo Hélice

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40 Turbofan É formado por um turbojato (núcleo), cuja turbina aciona conjuntamente o compressor e um fan (ventilador). A massa movimentada é maior que a do turbojato, resultando em maior tração e menor consumo. O fluxo de ar quente do núcleo é envolvido pelo ar frio do fan e sua intensidade é menor que no turbojato, devido à potência que lhe foi extraída pela turbina. Isso faz com que o motor seja mais silencioso. 41/56

41 Turbofan

42 Turbofan Turbofan É um turbojato onde a turbina aciona o compressor e um fan (ventilador). Uma parte do ar é impulsionada pelo fan, passando pela parte externa do motor, misturando-se com o fluxo de alta temperatura do jato principal. Elevada tração, baixo ruído, e grande economia de combustível.

43 2-spool, high-bypass turbofan 1. Corpo 2. Fan 3. Compressor de baixa pressão 4. Compressor de alta pressão 5. Câmara de combustão 6. Turbina de alta pressão 7. Turbina de baixa pressão 8. Saída principal 9. Saída do fan A. Baixa pressão B. Alta pressão C. Estático

44 Turbofan Um parâmetro importante em turbofans é o by-pass ratio, ou razão de by-pass ou razão de derivação. Indica a proporção entre as massas de ar impulsionadas pelo fan e pelo núcleo. Os turbofans antigos tinhas razão de by-pass menores que 1 (o fan movimentava uma massa menor que o núcleo)... hoje em dia temos turbofans com by-pass maior que 6. Teoricamente, o turbojato é um turbofan com by-pass ratio igual a zero. A nomenclatura é, por exemplo... o motor Rolls Royce RB 211 tem by-pass ratio de 4.3:1, significando que enquanto o núcleo movimenta uma massa de ar, o fan movimenta 4.3.

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49 Motor Foguete É o único motor capaz de funcionar sem o ar externo, pois utiliza o combustível e o oxidante (comburente) transportados no próprio veículo. É utilizado em veículos espaciais e em aviões experimentais. 48/56

50 Pulsojato ou Pulsorreator Extremamente barulhento, antieconômico e apresenta forte vibração. É uma motor de combustão interna extremamente simples e sem partes móveis. Utilizado em mísseis e em aeromodelos.

51 Pulsojato ou Pulsorreator

52 PDE Pulse Detonation Engine Combina combustão e detonação pulsada. Pode ser utilizado em velocidades subsônicas até hipersônicas. Pode ter eficiência superior a do turbofan e com poucas partes móveis. É um dos potenciais candidatos a sistema propulsivo dos futuros veículos hipersônicos.

53 RAMJET e SCRAMJET (ESTATORREATOR) RAMJET: Ram Air Jet SCRAMJET: Super Sonic Ram Air Jet Só funciona em velocidades tão altas que a própria pressão dinâmica devido ao ar (ram air) é suficiente para comprimir o ar. É um motor extremamente simples e sem partes móveis. Atualmente é utilizado em mísseis (decolam com auxílio de foguetes e aceleram o míssil até uma velocidade que seja possível o funcionamento dos ram/scramjets) e são fortes candidatos a sistema propulsivo dos futuros veículos hipersônicos.

54 RAMJET e SCRAMJET (ESTATORREATOR)

55 CONHECIMENTOS Motores TÉCNICOS a SOBRE Reação: AVIÕES TRAÇÃO E POTÊNCIA Os motores a reação sem hélice não possuem especificação de potência, mas sim de tração. Como tração é força, deve ser especificada em kgf, lbf, N, etc. Nos turbo hélices, a potência pode ser especificada de duas formas: SHP (Shaft Horse Power) => Potência no eixo. É igual ao HP dos motores a pistão, diferindo apenas no nome. ESHP (Equivalent Shaft Horse Power) => É igual ao SHP somado a potência fornecida pelo jato residual.

56 Comparação Motor a Pistão Funciona segundo um ciclo de 4 tempos, denominado ciclo de Otto-Beau de Rochas. No tempo motor ocorre a combustão, onde a pressão sofre um aumento, e a expansão dos gases. Todos os 4 tempos ocorrem dentro do cilindro Motor a Reação O motor a reação funcionam segundo o ciclo de Brayton, e compreende os mesmos ciclos do motor a pistão. Durante a combustão não ocorre aumento da pressão. Os 4 tempos ocorrem em um ou mais locais diferentes: duto de admissão, compressor, câmara de combustão, turbina e bocal propulsor. O motor pulsojato possui um ciclo próprio, sem compressão. A ausência da compressão explica em parte a ineficiência ou elevado consumo desse tipo de motor.

57 REFERÊNCIAS UTILIZADAS NESTA AULA 9.1 Jorge M. Homa, Aeronaves e Motores, Editora Asa, 29ª Edição.

58 Para o trabalho Fabricante 2. Modelo 3. Uso 4. Asa 5. Aileron 6. Fuselagem 7. Estabilizador 8. Profundor 9. Flapes 10. Slats 11. Deriva 12. Leme 13. Spoilers 14. Manche 15. Trem de pouso 16. Amortecedores de pouso 16. Distância de pouso e decolagem 17. Rodas 18. Motores 19. Número e alinhamento de cilindros ou características das turbinas 20. Eficiência dos motores Potência Teórica Potência Efetiva Potência Máxima Potência Nominal 21. TBO 22. Sistema de combustível 23. Combustível 24. Sistema de lubrificação 25. Sistema de resfriamento 26. Sistema elétrico (tensão) 27. Partida 28. Hélices 29. Comentários sobre a instrumentação