Aeronave motorizada - Powered aircraft
Um aeronaves com motor é uma aeronave que usos bordo de propulsão com energia mecânica gerada por um motor de aeronaves de algum tipo.
A propulsão de aeronaves quase sempre usa um tipo de hélice ou uma forma de propulsão a jato . Outras técnicas de propulsão potenciais, como ornitópteros, são muito raramente usadas.
Métodos de propulsão
Aerofólios rotativos
Avião a hélice
Uma hélice ou parafuso de ar compreende um conjunto de pequenas lâminas de aerofólio em forma de asa colocadas em torno de um cubo central que gira em um eixo alinhado na direção de deslocamento. As lâminas são fixadas a um passo de ângulo em relação ao fluxo de ar, que pode ser fixa ou variável, de tal modo que a girar a hélice cria sustentação aerodinâmica, ou de impulso , numa direcção para a frente.
Um projeto de trator monta a hélice na frente da fonte de energia, enquanto um projeto de empurrador a monta atrás. Embora o design do empurrador permita um fluxo de ar mais limpo sobre a asa, a configuração do trator é mais comum porque permite um fluxo de ar mais limpo para a hélice e fornece uma melhor distribuição de peso .
As hélices em contra-rotação têm uma hélice logo atrás da outra no mesmo eixo, mas girando na direção oposta.
Uma variação da hélice é usar muitas pás largas para criar um ventilador. Esses ventiladores são geralmente circundados por uma carenagem ou duto em forma de anel, como ventiladores de dutos .
Muitos tipos de usinas de energia têm sido usados para acionar hélices.
Os primeiros projetos usavam força de trabalho para dar aos balões dirigíveis algum grau de controle, e remontam a Jean-Pierre Blanchard em 1784. As tentativas de realizar voos mais pesados que o ar não tiveram sucesso total até o Gossamer Condor de Paul MacCready em 1977.
O primeiro vôo motorizado de uma aeronave foi feito em um dirigível a vapor por Henri Giffard em 1852. As tentativas de casar uma máquina a vapor leve prática com uma fuselagem de asa fixa prática não tiveram sucesso até muito mais tarde, quando o motor de combustão interna já era dominante.
Desde o primeiro voo de aeronave de asa fixa motorizada por William Frost até a Segunda Guerra Mundial , as hélices acionadas pelo motor de pistão de combustão interna eram virtualmente o único tipo de sistema de propulsão em uso. O motor a pistão ainda é usado na maioria das aeronaves menores produzidas, pois é eficiente em altitudes mais baixas e velocidades mais lentas adequadas para hélices.
Os motores de turbina não precisam ser usados como jatos (veja abaixo), mas podem ser engrenados para acionar uma hélice na forma de turboélice . Helicópteros modernos também costumam usar motores de turbina para alimentar o rotor. As turbinas fornecem mais potência com menos peso do que os motores a pistão e são mais adequadas para aeronaves de pequeno a médio porte ou tipos maiores de vôo lento. Alguns projetos de turboélice montam a hélice diretamente no eixo da turbina do motor e são chamados de propfans .
Outras fontes de energia menos comuns incluem:
- Motores elétricos, frequentemente usados para aplicações de curto alcance, como motores elétricos sustentadores frontais para planadores e outros tipos de aeronaves elétricas . Alguns tipos experimentais usam painéis solares para criar uma aeronave movida a energia solar .
- Elásticos, muitas vezes enrolados para armazenar energia, são usados principalmente para modelos voadores.
Rotorcraft
Os helicópteros têm pás giratórias chamadas rotor, que giram no plano horizontal para fornecer sustentação. O empuxo para a frente é geralmente obtido inclinando o disco do rotor ligeiramente para a frente, de modo que uma proporção de sua sustentação seja direcionada para trás; estes são chamados de helicópteros . Outros helicópteros são helicópteros e autogiros compostos que às vezes usam outros meios de propulsão, como hélices e jatos.
O rotor de um helicóptero pode, como uma hélice, ser alimentado por uma variedade de métodos, como um motor de combustão interna ou turbina a jato. Jatos de ponta , alimentados por gases que passam ao longo das pás ocas do rotor de um motor montado centralmente, foram experimentados. Já foram feitas tentativas de montar motores diretamente nas pontas do rotor.
Jato-Propulsão
Avião a jato
Os motores a jato que respiram o ar fornecem empuxo absorvendo o ar, comprimindo o ar, injetando combustível na mistura de ar comprimido quente em uma câmara de combustão , e o escapamento acelerado resultante é ejetado para trás através de uma turbina que aciona o compressor. A reação contra essa aceleração fornece o empuxo do motor.
Os motores a jato podem fornecer empuxo muito maior do que as hélices e são naturalmente eficientes em altitudes mais elevadas, sendo capazes de operar acima de 40.000 pés (12.000 m). Eles também são muito mais eficientes em termos de combustível em velocidades de vôo normais do que os foguetes . Consequentemente, quase todas as aeronaves de alta velocidade e altitude usam motores a jato.
O primeiro turbojato e o turbofan moderno usam um compressor giratório e uma turbina para fornecer empuxo. Muitos, principalmente na aviação militar, adicionam um pós - combustor que injeta combustível extra no escapamento quente.
O uso de uma turbina não é absolutamente necessário: outros projetos incluem o jato de pulso bruto , o ramjet de alta velocidade e o ainda experimental ramjet de combustão supersônica ou scramjet . Esses projetos mecanicamente simples requerem um fluxo de ar existente para funcionar e não podem funcionar quando estacionários, portanto, devem ser lançados por uma catapulta ou foguete propulsor, ou lançados de uma nave-mãe.
Os motores turbo-ramjet J58 do Lockheed SR-71 eram de design híbrido - a aeronave decolou e pousou em configuração de turbina a jato puro, e para vôo de alta velocidade o pós-combustor foi aceso e a turbina contornada, com 90% da massa de fluxo de ar circulando em torno dele, para criar um ramjet. Ainda é necessário algum ar para passar pelo núcleo para sustentar a operação e reter a energia dos geradores e bombas hidráulicas para os sistemas da aeronave
O motorjet era um projeto muito antigo, que usava um motor a pistão no lugar da câmara de combustão, semelhante a um motor a pistão turboalimentado , exceto que o empuxo é derivado da turbina em vez do virabrequim. Ele logo foi substituído pelo turbojato e permaneceu uma curiosidade.
Aeronave movida a foguete
A propulsão do foguete oferece empuxo muito alto para peso leve e não tem limite de altura, mas sofre com o alto consumo de combustível e a necessidade de transportar oxidante e propelente.
Aeronaves movidas a foguetes foram experimentadas e, durante a Segunda Guerra Mundial, o caça Messerschmitt Komet foi desenvolvido e usado operacionalmente. Desde então, eles ficaram restritos a nichos especializados, como o Bell X-1 que quebrou a barreira do som ou o norte-americano X-15 que era capaz de voar em altitudes extremamente elevadas na fronteira com o espaço por não depender da atmosfera oxigênio.
Foguetes têm sido usados com mais freqüência como um suplemento ao motor principal, normalmente no caso de decolagem assistida por foguete para fornecer mais potência para uma aeronave carregada ou reduzir a corrida de decolagem. Em uma série de projetos, como o protótipo do interceptor Saunders-Roe SR.53 de "potência mista", um foguete foi usado para fornecer subida em alta velocidade e velocidade para atingir o alvo, enquanto um turbojato menor fornecia um retorno mais lento e econômico à base .
Ornitóptero
O ornitóptero obtém impulso batendo as asas. Quando a asa abana, ao contrário do deslizamento, ela continua a desenvolver sustentação como antes, mas a sustentação é girada para frente para fornecer um componente de empuxo .
Dispositivos de trabalho foram criados para pesquisas de voo e como protótipos, mas a oscilação vertical da fuselagem, que tende a acompanhar o bater das asas, limita sua utilidade. A única aplicação prática é um modelo de falcão voador usado para congelar presas para que possam ser capturadas.
Os brinquedos na forma de um pássaro modelo voador também são populares.
Métodos de aumentar a potência
Uma aeronave de asa fixa obtém sustentação do fluxo de ar sobre a asa resultante do movimento devido ao impulso para frente. Alguns outros tipos, como o autogiro com asas rotativas , obtêm sustentação por meio de métodos semelhantes.
Alguns tipos usam um sistema de energia separado para criar sustentação. Isso inclui o helicóptero de asas rotativas e embarcações que usam jatos de elevação (por exemplo, a cabeceira da cama voadora ).
Um balão de ar quente requer uma fonte de energia (normalmente um queimador de gás) para ser erguido, mas normalmente não é considerado uma "aeronave motorizada".
Veja também
Referências
links externos
- Prehistory of Powered Flight (US Centennial of Flight Commission)