Tutorial Fly Higher II

1. Tutorial FlyHigher II Aviões no ar: O que fazem os motores a jacto Imagem: Rolls Royce Plc. 2013

2. 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 Imagem: http://gimnasio-altair.com/webquest/flight/

3. Introdução • Como conseguem os pássaros voar? Um vídeo curto que demonstra como os pássaros conseguem voar: Porfavorvisualiza o video 1 Como voamospássaros? Source Youtube Acknowledgement : www.pendulumswingmedia.com Edition Fly Higher

4. 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 Peso Imagem: http://www.kids.ct.gov/kids/cwp/view.asp?q=330926 O que é o Impulso? Estudemos o conceito básico.

5. 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? Source http://www.bloodhoundssc.com/shop/balloon-car-kit Então, o que acontece a um avião com um motor a jacto?

6. 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. Quem teve esta ideia brilhante?

7. História • Como começou? 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 Fonte: http://www.globalsecurity.org/military/library/policy/army/fm/1-506/Ch2.htm

8. 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. Imagem: http://wright.nasa.gov/airplane/Images/eng2.gif

9. História • Como começou? O seu avião, KittyHawk, 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 modernos, mais pequenos e leves, ainda utilizam hélices…. Consegues adivinhar porque motivo?

10. História • Como começou? 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.

11. 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

12. 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

13. 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. Porfavorvisualiza o video 2 Dentro de um motor a jacto Source Youtube Acknowledgement : www.wydea.com Edition Fly Higher

14. Tipos de Motor • Porque são utilizados motores diferentes? Existemdiferentestipos 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

15. 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? Turbojacto http://img.bhs4.com/64/e/64e5d996fcdce95195acd4621cb79fb4f8ec776a_large.jpg 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 Foguetão

16. 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? Movido com Pistões Turbopropulsor 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

17. 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 Turbina Compressor Combustível Turbina Canal Entrada de Oxidante Queimador de Combustível Tubo do Jacto e Embocadura da Hélice Entrada de Ar

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

19. 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. 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

20. Tipos de Motor • Turbopropulsor Os Turbopropulsores têm hélices externas, mas utilizam a ideia do motor a jato como força motriz. Cárter da Transmissão Compressor Hélice Escape Turbina Câmara de Combustão 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

21. 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 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

22. 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. Porqueachasqueistoacontece? source: http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/VirtualAero/BottleRocket/airplane/Images/rockth.gif

23. Sumáriosobremotores • Animação de motores a jacto Sumário Porfavorvisualiza o video 3 Animação de motores a jacto Source Youtube Acknowledgement : www.rendermedia.co.uk Edition Fly Higher

24. Prossecução da Aprendizagem • Simuladores de Motor da GE Link paraSimulador de Motores: http://www.geaviation.com/education/engines101/