Helicóptero: Motores
Motores recíprocos
Motores reciprocos, também chamados de motores a pistão, são geralmente usados em helicópteros menores. A maioria dos helicópteros de treinamento usa motores alternativos porque são relativamente simples e baratos de operar.
Motores de turbina
Os motores de turbina são mais potentes e são usados em uma grande variedade de helicópteros. Eles produzem uma quantidade enorme de energia para seu tamanho, mas geralmente são mais caros de operar. O motor de turbina usado em helicópteros opera de forma diferente daqueles usados em aplicações de avião. Na maioria das aplicações, as saídas de exaustão simplesmente liberam gases expelidos e não contribuem para o movimento de avanço do helicóptero. Aproximadamente 75 por cento do fluxo de ar de entrada é usado para resfriar o motor.
O motor de turbina a gás montado na maioria dos helicópteros é composto por um compressor, câmara de combustão, turbina e conjunto de caixa de engrenagens acessória. O compressor puxa o ar filtrado para a câmara do plenum e o comprime. Os filtros do tipo comum são tubos de redemoinho centrífugos onde os detritos são ejetados para fora e soprados ao mar antes de entrar no compressor, ou filtros de barreira do motor (EBF), semelhantes ao elemento filtrante K&N usado em aplicações automotivas.
Embora esse design reduza significativamente a ingestão de objetos estranhos no motor, é importante que os pilotos estejam cientes de quanto detritos está realmente sendo filtrado. Operar na areia, poeira ou mesmo em materiais do tipo gramado pode sufocar um motor em apenas alguns minutos. O ar comprimido é direcionado para a seção de combustão através de tubos de descarga onde o combustível atomizado é injetado nele. A mistura ar/combustível é inflamada e expandida. Este gás de combustão é então forçado através de uma série de rodas de turbina fazendo com que elas girem. Essas rodas de turbina fornecem energia tanto para o compressor do motor quanto para a caixa de engrenagens acessória. Dependendo do modelo e do fabricante, o rpm pode variar de 20.000 a 51.600.
A energia é fornecida aos sistemas do rotor principal e do rotor de cauda através da unidade de roda livre que está conectada ao eixo da engrenagem de saída de energia da caixa de engrenagens acessória. O gás de combustão é finalmente expelido através de uma saída de exaustão. A temperatura do gás é medida em diferentes locais e é referenciada de forma diferente por cada fabricante. Alguns termos comuns são temperatura entre turbinas (ITT), temperatura dos gases de escape (EGT), temperatura do gás medida (MGT) ou temperatura de saída da turbina (TOT). TOT é usado em toda esta discussão para simplificar.
Compressor
O compressor pode consistir em um compressor axial, um compressor centrífugo ou uma combinação dos dois.
Um compressor axial consiste em dois elementos principais: o rotor e o estator. O rotor consiste em um número de pás fixadas em um eixo giratório e se assemelha a um ventilador. À medida que o rotor gira, o ar é puxado para dentro. As palhetas do estator são dispostas em fileiras fixas entre as pás do rotor e atuam como um difusor em cada estágio para diminuir a velocidade do ar e aumentar a pressão do ar. Pode haver várias fileiras de pás de rotor e palhetas de estator. Cada fileira constitui um estágio de pressão, e o número de estágios depende da quantidade de ar e do aumento de pressão necessário para o motor em particular.
Um compressor centrífugo consiste em um impulsor, difusor e um coletor. O impulsor, que é um disco forjado com lâminas integrais, gira em alta velocidade para atrair o ar e expulsá-lo em uma taxa acelerada. O ar então passa pelo difusor, o que diminui a velocidade do ar. Quando a velocidade do ar diminui, a pressão estática aumenta, resultando em ar comprimido de alta pressão. O ar de alta pressão passa então pelo coletor do compressor onde é distribuído para a câmara de combustão através de tubos de descarga.
Se o fluxo de ar através do compressor for perturbado, uma condição chamada surto ou estol do compressor pode entrar em vigor. Este fenômeno é uma parada periódica das lâminas do compressor. Quando isso ocorre, a pressão no compressor é reduzida e a pressão de combustão pode causar fluxo reverso na saída do compressor. À medida que o fluxo de ar através do compressor é reduzido, a pressão do ar aumenta temporariamente corrigindo a condição até que ocorra novamente. Isso é sentido em toda a estrutura da aeronave como vibrações e é acompanhado por perda de potência e um aumento no TOT à medida que o controle de combustível adiciona combustível na tentativa de manter a potência. Esta condição pode ser corrigida ativando o sistema de purga de ar que libera o excesso de pressão para a atmosfera e permite que um volume maior de ar entre no compressor para desengatar as lâminas do compressor.
Câmara de combustão
Ao contrário de um motor de pistão, a combustão em um motor de turbina é contínua. Uma vela de ignição serve apenas para acender a mistura ar/combustível ao dar partida no motor. Uma vez que a mistura ar/combustível é inflamada, ela continua a queimar enquanto a mistura ar/combustível continuar presente. Se houver uma interrupção de combustível, ar ou ambos, a combustão cessa. Isso é conhecido como “flameout” e o motor deve ser religado ou religado. Alguns helicópteros são equipados com religação automática, que ativa automaticamente os ignitores para iniciar a combustão se o motor queimar.
Turbina
A seção de turbina de dois estágios consiste em uma série de rodas de turbina que são usadas para acionar a seção do compressor e outros componentes ligados à caixa de engrenagens acessória. Ambos os estágios podem consistir em uma ou mais rodas de turbina. O primeiro estágio é geralmente chamado de produtor de gás (N1 ou NG), enquanto o segundo estágio é comumente chamado de turbina de potência (N2 ou NP). (A letra N é usada para denotar a velocidade de rotação.)
Se as turbinas de primeiro e segundo estágios são acopladas mecanicamente uma à outra, o sistema é dito ser uma turbina fixa (turboeixo). Esses motores compartilham um eixo comum, o que significa que as turbinas do primeiro e do segundo estágio e, portanto, o compressor e o eixo de saída estão conectados.
Na maioria dos conjuntos de turbinas usados em helicópteros, as turbinas do primeiro estágio e do segundo estágio não são conectadas mecanicamente uma à outra. Em vez disso, eles são montados em eixos independentes, um dentro do outro, e podem girar livremente um em relação ao outro. Isso é chamado de “turbina livre”. Quando um motor de turbina livre está funcionando, os gases de combustão passam pela turbina de primeiro estágio (N1) para acionar o compressor e outros componentes, e depois passam pela turbina independente de segundo estágio (N2), que aciona a caixa de transmissão de energia e acessórios para acionar o motor. eixo de saída, bem como outros componentes diversos.
Caixa de engrenagens de acessórios
A caixa de engrenagens acessória do motor abriga todas as engrenagens necessárias para acionar os inúmeros componentes do helicóptero. A alimentação é fornecida à caixa de engrenagens acessória através dos eixos independentes conectados às rodas da turbina N1 e N2. O estágio N1 aciona os componentes necessários para completar o ciclo da turbina, tornando o motor autossustentável. Os componentes comuns acionados pelo estágio N1 são o compressor, a bomba de óleo, a bomba de combustível e o motor de partida/gerador. O estágio N2 é dedicado a acionar os sistemas de acionamento do rotor principal e do rotor de cauda e outros acessórios, como geradores, alternadores e ar condicionado.
