APS Ponte

1. Objetivo do Trabalho

“Aplicar os conhecimentos adquiridos à cerca dos princípios de propulsão à jato e desenvolver um veículo propelido somente à ar comprimido”

2. Pesquisa sobre Propulsão à Jato

Até hoje não se sabe ao certo quem descobriu primeiro os princípios da propulsão a jato. Os historiadores afirmam que Heron, sábio matemático egípcio inventou um aparelho chamado copilia, constituído por uma esfera rotativa, movida por vapor d’ água, saindo através de bocais presos a referida esfera. A água era colocada numa bacia e depois de vaporizada, passava para a esfera, escapando pelos bocais fazia a esfera girar.

Propulsão é o processo de alterar o estado de movimento ou de repouso de um corpo em relação a um dado sistema de referência. Este processo pode ser realizado por vários meios, usando-se fontes de energia diversas, por exemplo, a energia das ligações químicas moleculares, a energia elétrica armazenada em baterias ou proveniente de painéis solares, a energia nuclear de reações de fissão nuclear e a energia do decaimento de radioisótopos. Um corpo pode ser acelerado através de fontes de energia internas, isto é, transportadas junto com ele, como é o caso de combustíveis armazenados em tanques, ou por fontes externas, como é o caso da pressão de radiação solar. Os meios de propulsão são utilizados para mover aviões, veículos espaciais, automóveis, trens, navios, submarinos, etc.

O princípio da propulsão baseia-se na terceira lei de Newton, a lei da ação e reação, que diz que "a toda ação corresponde uma reação, com a mesma intensidade, mesma direção e sentidos contrários".

Estágios iniciais de desenvolvimento

Devido a corrida armamentistana segunda guerra mundial, houve uma busca desenfreada pelo melhor sistema de propulsão a jato, já que os motores a foguete eram ineficientes para serem usados na aviação. Em seu lugar, por volta dos anos da década de 1930, o motor a combustão interna em suas diversas formas (rotativos, radiais, ar-refrigerados e refrigerados a água em linha) eram os únicos tipos de motores viáveis para o desenvolvimento de aviões. Esses motores eram aceitáveis em vista das baixas necessidades de performance então exigidas, dado o menor desenvolvimento dos meios técnicos.

Entretanto, os engenheiros estavam já a prever, conceitualmente, que o motor a pistão era auto-limitado em termos de performance; o limite era e é dado essencialmente pela eficiência da hélice. Isto se dá quando as lâminas da hélice aproximam-se da velocidade do som. Se a performance do motor, assim como a do avião, aumentasse sempre, mesmo com essa barreira, ainda assim haveria a necessidade de se melhorar radicalmente o desenho do motor a pistão ou um tipo completamente novo de motor teria que ser desenvolvido.

Termojato

Amarelo: motor, Verde: compressor,

Laranja: câmara de combustão,

Vermelho: duto de saída

Esta é a motivação que está por trás do desenvolvimento da turbina a gás, comumente chamada apenas por "motor a jato", a qual poderia ser quase tão

revolucionária para a aviação quanto o primeiro vôo de Santos Dumont.

Motor turbojato

Turbojato

Um motor turbojato é um tipo de motor de combustão interna normalmente usado para impulsionaraviões. O ar é sugado por um compressor rotativo e é comprimido, em sucessivos estágios para maiores pressões antes de passar pela câmara de combustão. O combustível é misturado ao ar comprimido e é queimado na câmara de combustão com o auxílio de ignitores. O processo de combustão eleva significativamente a temperatura do gás, fazendo com que os gases expelidos expandam-se através daturbina, na qual a força é extraída para movimentar o compressor. Embora este processo da expansão reduza a temperatura e a pressão do gás na saída da turbina, ambas estão ainda muito acima das condições naturais. O gás de em expansão sai da turbina através dos bocais de saída do motor, produzindo um jato de alta velocidade. Se a velocidade do jato exceder a velocidade de vôo do avião, existirá uma pressão de aceleração sobre a fuselagem.

Sob condições normais, a ação bombeadora do compressor impede a existência de qualquer contra-fluxo, facilitando o fluxo contínuo do motor. O processo inteiro é similar ao motor de quatro tempos, mas a admissão, compressão, explosão e exaustão se dão ao mesmo tempo em diferentes seções do motor. A eficiência mecânica do motor dependerá fortemente da razão de compressão (pressão de combustão/pressão de entrada) e da temperatura da turbina no ciclo.

A comparação entre motores a jato e motores a hélice é instrutiva. Um turbojato acelera intensivamente uma pequena quantidade de ar, enquanto um motor a hélice move uma relativamente grande quantidade de ar a uma velocidade significativamente menor. Os gases de exaustão rápidos de um motor a jato os fazem mais eficientes em altas velocidades, especialmente em velocidades supersônicas e em grandes altitudes. Em aviões mais lentos, requeridos para vôos curtos, um avião equipado com uma turbina a gás que move uma hélice, comumente conhecido como turbo-hélice, é mais comum e muito mais eficiente. Aviões muito pequenos normalmente usam motores convencionais, a pistão, para mover a hélice, mas motores turbo-hélice pequenos estão ainda menores com o surgimento de melhorias na engenharia.

O turbojato descrito acima é um turbo jato de eixo simples, no qual um único eixo conecta a turbina ao compressor. Projetos que atingem altas pressões possuem dois eixos concêntricos, que melhoram a estabilidade durante a aceleração do motor. O eixo de alta pressão externo liga-se ao eixo da turbina. Este, com o pós-combustor, formam o núcleo ou gerador de gás da turbina. O eixo interno conecta-se ao compressor de baixa pressão da turbina. Ambos ficam livres para operar em velocidades ótimas.

Motor turbofan

Turbofan

Grande parte dos aviões comerciais atuais são equipados com motores turbofans, nos quais um compressor de baixa pressão age como um ventilador,