Por que os motores a jato estão cada vez maiores?

(Foto: Aerospace Trek/Shutterstock)

A indústria da aviação pode ter visto a última aeronave de quatro motores sair da linha de montagem no início deste ano, quando a Boeing entregou um cargueiro 747-8 para a Atlas Air (exceto adições como o Boom Supersonic Overture redesenhado). Nas últimas décadas, o número de aeronaves de três e quatro motores diminuiu, enquanto o tamanho dos motores aumentou visivelmente.

Motores maiores geram mais empuxo e são mais eficientes. Este artigo discutirá as razões pelas quais motores maiores são melhores.

Razões de desvio e eficiência

O fã do Rolls-Royce Ultra

O UltraFan tem um diâmetro de ventoinha de 140 polegadas; a ventoinha é grande e o núcleo é relativamente pequeno para maior eficiência.

A caixa de engrenagens de potência UltraFan forneceu 64 MW no teste, um recorde de potência aeroespacial.

O UltraFan oferece uma melhoria de 25% no consumo de combustível na primeira geração do motor Trent.

A saída de empuxo para uma determinada queima de combustível determina em grande parte a eficiência do motor da aeronave. Logo após o início dos motores a jato, os fabricantes (os maiores sendo General Electric, Pratt & Whitney e Rolls-Royce) tentaram aumentar a taxa de desvio de seus produtos. A taxa de desvio de um motor é a quantidade de ar que passa pelo núcleo do motor versus a quantidade de ar que circula pelo núcleo do motor e é empurrada para fora da parte traseira do motor pelo grande ventilador na frente.

Um motor a jato com suas capotas removidas. (Foto: Soopotnicki/Shutterstock)

De acordo com a Rolls-Royce: "À medida que o mundo busca maior sustentabilidade na aviação, estamos criando o UltraFan. O UltraFan é um motor aeronáutico de demonstração – o maior do mundo – contendo um conjunto de novas tecnologias que oferecem maior eficiência de combustível, o que, por sua vez, significa menores emissões e maior sustentabilidade."

Os motores a jato inflamam o ar comprimido com combustível no núcleo do motor. A energia resultante dessa combustão é usada para acionar o eixo que gira as pás do ventilador na frente do motor, enquanto o escapamento também é expelido para produzir uma quantidade modesta de empuxo. As pás giratórias na frente do motor produzem a maior parte do empuxo do motor. Quanto mais rápido e eficientemente essas pás giram, mais potência o motor produz.

Engenharia de motores maiores

• Grande diâmetro do ventilador
• Distribuição eficiente de lâminas
• Uso de materiais compósitos
• Utilização de técnicas de fabricação aditiva

Os engenheiros aumentaram o tamanho dos motores para acomodar pás maiores do ventilador e maiores taxas de desvio, enquanto tentavam manter o núcleo de combustão dos motores relativamente pequeno. Mais ar passa pelas grandes pás do ventilador do motor sem inflamar o combustível. Menos ar no núcleo do motor significa que menos combustível é necessário para se misturar a ele, resultando em economias significativas de combustível.

Novo motor Rolls-Royce (Foto: Rolls-Royce)

Um dos desafios mais assustadores no aumento do tamanho de um motor é garantir que sejam usados ​​materiais que possam suportar maiores velocidades de rotação e maiores forças centrífugas. Engenheiros e cientistas desenvolveram ligas de titânio incrivelmente duráveis ​​e materiais compostos que podem suportar maiores forças de rotação resultantes de pás de ventilador mais longas.

Dentro do motor, engrenagens de redução altamente sofisticadas são implementadas para garantir que o eixo conectado ao compressor não acelere demais as pás do ventilador, maiores do que nunca, especialmente em configurações de alta potência.

Atualmente, o motor com a maior taxa de desvio é o Pratt & Whitney 1000G, que impulsiona a família Airbus A320neo e o A220. Para cada quilo de ar misturado com combustível no núcleo, até 12 quilos desviam do núcleo como empuxo puro. Em comparação, o maior motor até o momento é o General Electric 9X (o motor do novo 777X da Boeing), que tem uma taxa de desvio de 10:1, um pouco menor que o P&W.

De acordo com a GE Aerospace: "O GE9X é o maior e mais potente motor de aeronave comercial já construído, incorporando tecnologias avançadas que permitem um voo mais eficiente e silencioso com menos emissões. Projetado especificamente para a nova família bimotor Boeing 777X, o GE9X é o motor mais econômico em combustível de sua classe, proporcionando confiabilidade e desempenho inigualáveis."

O fabricante afirma que o diâmetro do ventilador do motor GE9X é de 134 polegadas (3,4 metros), o que é apenas marginalmente menor que o diâmetro de 156 polegadas (3,95 metros) de toda a fuselagem do Airbus A320.

• Melhoria de 5% no consumo de combustível: proporciona uma melhoria específica de 5% no consumo de combustível em relação a qualquer motor de corredor duplo disponível.
• Melhoria de 10% no consumo de combustível: Oferece até 10% de melhorias específicas no consumo de combustível em comparação ao motor GE90-115B.
• 16 Pás de ventilador compostas: As pás de ventilador compostas de quarta geração maximizam o fluxo de ar e minimizam o arrasto.
• Taxa de desvio de 10:1: atinge uma taxa de desvio aproximada de 10:1, além de uma taxa de pressão geral de 60:1 e margem para limites de ruído do estágio 5.

Motor LEAP 1A (Foto: CFM Internacional)

Quanto maior, melhor

Simplificando, motores maiores são mais eficientes porque produzem mais empuxo do que equivalentes com menores taxas de desvio para uma determinada quantidade de combustível. Os primeiros motores a jato não apresentavam nenhum desvio, o que significa que cada molécula de ar era misturada com combustível para produzir energia. Desde então, os materiais se fortaleceram e os engenheiros projetaram máquinas maravilhosas, mais duráveis, seguras e eficientes.

Com informações de Simple Flying