Tutorial Fly Higher II
Aviões no ar: O que fazem os
motores a jacto
Imagem: Rolls Royce Plc. 2013
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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
Aplanador
Propulsão
Peso
Imagem: http://gimnasioaltair.com/webquest/flight/
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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
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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
Impulso
Aplanador
Peso
Imagem: http://www.kids.ct.gov/kids/cwp/view.asp?q=330926
O que é o Impulso? Estudemos o conceito básico.
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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?
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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?
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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/libr
ary/policy/army/fm/1-506/Ch2.htm
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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
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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 modernos, mais pequenos e leves, ainda
utilizam hélices…. Consegues adivinhar porque motivo?
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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=vie
wDoc&docId=15&level=top
SEM HÉLICES!!
O escape do motor
impulsionaria o avião.
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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
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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.
Os pistões podem então
movimentar as rodas de
um carro, as lâminas de
uma bomba…. Ou a
hélice de um avião.
Hélice
Motor de Combustão Interna
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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
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Tipos de Motor
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
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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/64e5d996fcdce9
5195acd4621cb79fb4f8ec776a_large.jpg
Foguetão
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/co
mmons/d/d3/Atlantis_taking_off_on_STS27.jpg
https://encrypted-
Estatorreator
tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQ1V5eCFRb
PSkLKrz68Ab_AGlud0UDUDQ0vR7dmp_OhHr1Xqu8
NDg
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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/wpcontent/uploads/2012/07/hb350i_vM1uz_25013.jpg
http://air-and-space.com/20050812%20Hawthorne/DSC_3008%20An2%20N2AN%20cn43798%20left%20front%20landing%20l.jpg
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Tipos de Motor
Secção do motor
Estatorreator
Movidos com Pistões
Hélice
Motor de combustão interna
Foguetão
Combustível
Jacto de combustível
Câmara de
Difusor de
Combustão
Entrada
Turbina a Gás
Câmara de Combustão
Turbina
Compressor
Turbina
Câmara de
Combustão
Canal
Entrada de
Oxidante
Entrada
de Ar
Queimador
de
Combustível
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.
Tubo do Jacto e
Embocadura da Hélice
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Tipos de Motor
Turbojacto
Componentes do Motor (Turbojacto)
Compressor
Eixo
Turbina
Câmara de Combustão
Embocadura
O original de Whittle era um motor turbojacto
como este.
source: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turbojet_operation-axial_flow-en.svg
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Tipos de Motor
Turboventilador
Ventoinha
Compressor de Turbina de
alta pressão
alta pressão
Eixo de alta
pressão
Compressor
de baixa
pressão
Eixo de baixa
pressão
Câmara de
Combustão
Turbina de
baixa
pressão
A escolha da companhia aérea:
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.
Embocadura
source : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Turbofan_operation.png
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Tipos de Motor
Turbopropulsor
Os Turbopropulsores têm hélices externas, mas utilizam a ideia do motor a jato como força motriz.
Hélice
Cárter da
Transmissão
Eixo
Compressor
Turbina
Escape
Câmara de
Combustão
Ao contrário dos motores movidos com pistões, os Turbopropulsores
não têm pistões.
Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4e/Turboprop_operation.png
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Tipos de Motor
Estatorreatores
Os Estatorreatores não têm compressores, ventoinhas e turbinas como
outros motores a jacto.
Entrada de Ar
Compressão
Injeção de Combustível
Embocadura
Estabilizador de Chama
Câmara de
Combustão
Escape
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
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Tipos de Motor
Motor de foguetão
Combustível
Aparelho de
oxidação
Bombas
Câmara de
Combustão
Embocadura
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?
source: http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/VirtualAero/BottleRocket/airplane/Images/rockth.gif
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Sumário sobre motores
Animação de motores a jacto
Sumário
Por favor visualiza o video 3
Animação de motores a jacto
Source Youtube
Acknowledgement :
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Edition Fly Higher
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Prossecução da Aprendizagem
Simuladores de Motor da GE
Link para Simulador de Motores:
http://www.geaviation.com/education/engines101/
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Parceria
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