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Tutorial Fly Higher IIAviões no ar: O que fazem os

motores a jacto

Imagem: Rolls Royce Plc. 2013

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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”.

IntroduçãoComo conseguem os pássaros voar?

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

Elevação

Propulsão

Peso

Aplanador

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Um vídeo curto que demonstra como os pássaros conseguem voar:

IntroduçãoComo conseguem os pássaros voar?

Por favor visualiza o video 1 Como voam os pássaros?

Source YoutubeAcknowledgement :

www.pendulumswingmedia.comEdition Fly Higher

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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?

O que é o Impulso? Estudemos o conceito básico.

IntroduçãoImpulso

Imagem: http://www.kids.ct.gov/kids/cwp/view.asp?q=330926

Elevação

Impulso Aplanador

Peso

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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?

Então, o que acontece a um avião com um motor a jacto?

IntroduçãoA física por detrás do impulso

Source http://www.bloodhoundssc.com/shop/balloon-car-kit

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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?

IntroduçãoAvião em marcha

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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).

HistóriaComo começou?

Carro a Vapor de Newton

Fonte: http://www.globalsecurity.org/military/library/policy/army/fm/1-506/Ch2.htm

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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

HistóriaComo começou?

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O seu avião, Kitty Hawk, dependia da sua hélice para ter impulsão. O motor apenas colocava a hélice a funcionar.

Os aviões mais modernos, mais pequenos e leves, ainda utilizam hélices…. Consegues adivinhar porque motivo?

HistóriaComo começou?

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.

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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.

O escape do motor impulsionaria o avião.

SEM HÉLICES!!

HistóriaComo começou?

Source: www.frankwhittle.co.uk/content.php?act=viewDoc&docId=15&level=top

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FundamentosFunção 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.

Entrada de Ar/Combustível Compressão Escape

Intermitente

Combustão

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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.

FundamentosFunção do motor

Hélice

Motor de Combustão Interna

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No motor a jacto, o escape não é apenas resíduo, mas a fonte de impulsão que coloca o avião em marcha.

FundamentosFunção do motor

Por favor visualiza o video 2 Dentro de um motor a jacto

Source YoutubeAcknowledgement : www.wydea.com

Edition Fly Higher

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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

Tipos de MotorPorque são utilizados motores diferentes?

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Diferentes aviões precisam de diferentes tipos de motor… Consegues adivinhar o que são e porque são utilizados?

Estatorreator

Turbojacto

Foguetão

Tipos de MotorOs Turboventiladores não são a única opção

https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQ1V5eCFRbPSkLKrz68Ab_AGlud0UDUDQ0vR7dmp_OhHr1Xqu8NDg

http://img.bhs4.com/64/e/64e5d996fcdce95195acd4621cb79fb4f8ec776a_large.jpg

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/

Atlantis_taking_off_on_STS-27.jpg

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Diferentes aviões precisam de diferentes tipos de motor… Consegues adivinhar o que são e porque são utilizados?

Turbopropulsor

Movido com Pistões

Tipos de MotorOs Turboventiladores não são a única opção

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

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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.

Tipos de MotorSecção do motor

Movidos com Pistões Estatorreator

Foguetão

Queimador de Combustível

HéliceMotor de combustão interna

Câmara de Combustão

Jacto de combustível

Câmara de CombustãoCombustível

Entrada de Oxidante

Canal

Entrada de Ar

Tubo do Jacto e Embocadura da Hélice

Compressor TurbinaCâmara de Combustão

Turbina

Turbina a Gás

Difusor de Entrada

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Componentes do Motor (Turbojacto)

O original de Whittle era um motor turbojacto como este.

Tipos de MotorTurbojacto

source: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turbojet_operation-axial_flow-en.svg

Compressor Eixo Turbina

Câmara de Combustão Embocadura

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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.

Tipos de MotorTurboventilador

source : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Turbofan_operation.png

VentoinhaCompressor de alta pressão

Turbina de alta pressão

Eixo de alta pressão

Compressor de baixa pressão

Eixo de baixa pressão

Câmara de Combustão

Turbina de baixa pressãoEmbocadura

A escolha da companhia aérea:

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Os Turbopropulsores têm hélices externas, mas utilizam a ideia do motor a jato como força motriz.

Ao contrário dos motores movidos com pistões, os Turbopropulsores não têm pistões.

Tipos de MotorTurbopropulsor

Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4e/Turboprop_operation.png

Hélice

EixoCâmara de Combustão

EscapeTurbinaCárter da Transmissão

Compressor

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Os Estatorreatores não têm compressores, ventoinhas e turbinas como outros motores a jacto.

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.

Tipos de MotorEstatorreatores

source - http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6c/Ramjet_operation.svg/300px-Ramjet_operation.svg.png

CompressãoCâmara de Combustão

Escape

EmbocaduraEntrada de Ar Injeção de Combustível

Estabilizador de Chama

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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?

Tipos de MotorMotor de foguetão

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

CombustívelAparelho de oxidação Bombas

Câmara de Combustão Embocadura

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Sumário

Sumário sobre motoresAnimação de motores a jacto

Por favor visualiza o video 3Animação de motores a jacto

Source YoutubeAcknowledgement :

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Link para Simulador de Motores: http://www.geaviation.com/education/engines101/

Prossecução da AprendizagemSimuladores de Motor da GE

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