Em 2017 a Rolls-Royce apresentou seus primeiros passos sobre a nova arquitetura de motores, bem como a evolução a partir da atua. Essa era uma forma da empresa dizer como estava trabalhando a sua engenharia, apesar da grande diferença de informações entre o desenvolvimento real, já em estágio avançado, e aquele divulgado para a imprensa.

Mas agora a empresa descreveu um pouco mais sobre o seu sistema “UltraFan” de primeiro estágio, descrito anteriormente como “Advanced 3”.

 

Advanced 3

Foto – AviationWeek/Rolls-Royce

O Advanced 3 foi criado a partir de um modelo “híbrido”, abandonando o núcleo comum aos novos motores da família Trent, que até então equipam as aeronaves Boeing 787 e Airbus A350XWB, além do A330neo. Para isso a Rolls-Royce precisou desenvolver um novo núcleo do motor, que também será utilizado para o segundo estágio de desenvolvimento, este já incorpora uma caixa de engrenagens, para diminuir a rotação do Fan e aumentar a rotação do núcleo do motor.

O primeiro estágio de desenvolvimento, o Advanced 3, reduz o número de estágios no compressor de baixa pressão, e aumenta o tamanho do compressor de alta pressão, localizado antes da câmara de combustão. Com novos materiais e tamanho semelhante aos atuais Trent, o Advanced 3 é capaz de reduzir em até 20% o consumo de combustível, em comparação com a geração atual.

É importante notar que o Advanced 3 também aborda um fluxo de ar contínuo no motor, sem a quebra de fluxo do Trent XWB entre o compressor de baixa pressão (amarelo) e o compressor de alta pressão (rosa). É só notar o sentido em que os estágios giram.

 

Conceito Open Rotor

O segundo estágio de desenvolvimento, e o mais interessante deles, leva a tecnologia da Rolls-Royce para os propulsores entre 40 mil a 100 mil lbs de empuxo. Esse conceito usa uma caixa de engrenagens e um Fan Frontal ainda maior, a finalidade da caixa de engrenagens é diminuir a rotação do Fan e aumentar a rotação do núcleo do motor.

Além disso a Rolls-Royce diminuirá os estágios da turbina, já que a caixa de engrenagens gera mais torque para girar o Fan Frontal.

Caso a Rolls-Royce decida usar um motor com tecnologia em comum ou com a disposição semelhante ao motor Pure Power, a P&W irá cobrar direitos de patentes no produto da RR. Apesar disso a fabricante europeia recusa uma possível acusação de que sua caixa de engrenagens teria engenharia semelhante ao que a Pratt & Whitney usou nos motores da família Pure Power. O grande ponto é que a Pratt & Whitney emprega uma disposição de engrenagens em formato de estrela nos motores.

A Rolls-Royce não quis comentar se seu novíssimo motor utiliza alguma estrutura semelhante na caixa de engrenagens, mas afirmou que não tem nada parecido em seu produto, principalmente porque está trabalhando com a Liebherr para criar um conjunto planetário, capaz de distribuir as forças do motor e permitir obter maiores potências. As únicas semelhanças dos sistemas são que eles permitem que o Fan, os compressores e a turbina girem em velocidades distintas.

A fabricante acredita que incorporando uma caixa de engrenagens em motores maiores seja possível conseguir uma taxa de 15: 1 entre o ar que passa pela área fria e o ar quente, que sofre queima, isso significa que para cada 10 kg de ar aspirado pelo motor, menos de 1 kg dele passa pela queima, enquanto mais de 9 kg são acelerados e geram propulsão sem precisar injetar combustível. Assim é possível conseguir uma economia ainda maior no consumo de JET A-1.

Para Paul Stein, Chief Technology Officer da Rolls-Royce, isso também produz uma modificação significativa nas aeronaves. A empresa estima que com um bypass tão alto, os atuais motores que têm 112 polegadas de diâmetro, como o Trent 1000, tenham no futuro 140 polegadas de diâmetro. Isso resulta em mudanças na engenharia dos aviões, como no projeto das naceles de fixação motor-asa e também na altura do trem de pouso, com finalidade de manter uma distância mínima entre o solo e o motor.

A Rolls-Royce ainda espera desenvolver materiais especiais no novo motor para compor o compressor e usará a 4ª geração de materiais compostos no Fan frontal. Os componentes leves ajudam na diminuição da inércia do motor, bem como podem ajudar na implementação de um novo sistema de refrigeração dos componentes.

O conceito Open Rotor melhora o consumo em até 25%, em comparação com os motores atuais, e 5% em relação ao Advanced.

 

Testes

Foto – Rolls-Royce

De acordo com a Rolls-Royce, os testes do núcleo de alta pressão já alcançaram 90% do nível de potência previsto. Em 2017 a empresa estava desenvolvendo uma terceira caixa de engrenagens em Dahlewitz, na Alemanha, e ela já entrou em uma fase de testes, demonstrando mais uma vez o avanço da empresa.

Para a primeira versão de testes do Advanced3 a Rolls-Royce escolheu um sistema que mescla o Fan Frontal de um motor Trent XWB-84, com capacidade de gerar até 84000 lbs de empuxo e que equipa o Airbus A350, e uma turbina de baixa pressão do motor Trent 1000, que equipa o Boeing 787. Esse motor “frankenstein” faz parte da Fase 1.

Paul Stein afirmou que essa 1ª fase está progredindo de acordo com o esperado, e que os níveis de pressão nos compressores foram satisfatórios. Na saída do compressor de alta pressão a empresa conseguiu chegar a 450 psi, cerca de 90% do previsto.

Além dos testes com o motor em movimento, a fabricante precisa saber o impacto das suas escolhas nos esforços estruturais, é essencial para o quesito durabilidade e até mesmo para o funcionamento. Por isso alguns testes incluem cargas diferentes entre a parte do compressor de alta pressão e o de baixa pressão.

“Quando você altera o trabalho dividido entre os compressores, ele dá diferentes forças axiais aos rolamentos, então precisamos gerenciar e monitorar isso”, disse Phil Curnock, Engenheiro Chefe para Civil Aerospace Future Programs. Outros testes sobre o novo núcleo incluem a ingestão de água, uma pesquisa de ruído e um exame de raios-X, para verificar o desgaste das peças metálicas.

Os testes de “mistura pobre” do núcleo, que também é um novo projeto para reduzir as emissões e aumentar a eficiência, também foram positivos, sem sinais de um efeito aero-acústico conhecido como um “estrondo”, que às vezes pode ocorrer com esses projetos. É importante notar, quando você tem uma mistura pobre a temperatura da queima aumenta, e a chance de ocorrer uma pré detonação também é evidente.

Outros testes da Rolls-Royce incluem um avançado sistema de combustão de baixas emissões (ALECSys), dedicado a testar um novo design de bico de injeção, que pulveriza uma fina camada de combustível na câmara. Para isso a empresa usará antes um motor Trent 1000 modificado, que passará por testes assim como um motor normal, inclusive realizando voos em uma aeronave de testes. Depois dos dados emitidos e o conceito ser concluído, a empresa passará a tecnologia para o Advanced3.

Enquanto isso a Rolls-Royce segue os testes com a terceira caixa de velocidades (PGB), em suas instalações de Dahlewitz, na Alemanha. Por enquanto os testes serão somente em solo, mas depois a fabricante planeja acoplar essa caixa de engrenagens ao “frankenstein” acima, como forma de verificar o comportamento do componente em uso real.

A Rolls-Royce espera que o sistema de engrenagens suporte um empuxo entre 70,000 a 80,000 lbs em uma primeira fase de desenvolvimento, mas não descartou iniciar em breve o projeto de outro componente focando no mercado de 40,000 a 50,000 lbs, principalmente devido ao novo projeto da Boeing, o NMA.

Conceito ALPS montado em um motor Trent 1000.

Em um último estágio, a Rolls-Royce também está preparada para começar as rodadas do sistema Advanced Low-Pressure System (ALPS) que, pela primeira vez em um motor da empresa, combina testes de um Fan Frontal totalmente novo, com as pás fabricadas em material composto, em uma estrutura de design avançado, são quase dois Fans girando ao mesmo tempo. Os testes serão concluídos até o final de 2018.

 

Produto Comercial

É nítido que a Rolls-Royce está empenhando todo esse esforço para criar um produto comercial perfeito, atualmente nenhum motor TurboFan de grande porte tem essa tecnologia, com o desinteresse da Pratt & Whitney nesse mercado, é a chance da Rolls-Royce ganhar vantagem em relação aos concorrentes.

“O UltraFan, que esperamos entrar no serviço no período 2025-27, será vendido para companhias aéreas por 15-20 anos e permanecerá em serviço por provavelmente 40 anos”, disse o diretor de tecnologia da Rolls-Royce, Paul Stein. “Então, a segunda geração da aviação não vai chegar ao fim por 60-70 anos. O UltraFan no momento é um demonstrador de todas as novas tecnologias, e planejamos lançá-lo como um produto em poucos anos “.

O foco da Rolls-Royce, no entanto, é no projeto NMA da Boeing, como citamos acima. Mas a empresa não descarta um novo motor para os novos widebody da próxima década, nem fornecer o Open Rotor como uma solução para prolongar a vida do A380.

 

Informações via – Aviation Week

Texto – Aeroflap

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