Rolls-Royce e Reaction Engines divulgam alguns estudos para motores de velocidade supersônica

Logo após assinar um contrato com a Virgin Galactic, a Rolls-Royce divulgou um pouco mais das suas recentes pesquisas para o setor de motores aeronáuticos.

As novas pesquisas focam no desenvolvimento de um motor para funcionamento em aviões supersônicos. A economia de combustível e eficiência são as principais pautas da Rolls-Royce no desenvolvimento deste tipo de propulsão.

O investimento para um promissor projeto foi elevado pela Rolls-Royce. Neste os engenheiros apresentaram um sistema de propulsão baseado em motor de foguete com um motor a reação.

A técnica envolve um resfriamento de ar radical, para possibilitar uma ingestão de gases atmosféricos com temperaturas inferiores. Isto ocorre pois a Mach 5 a temperatura do ar ingerido pelo motor está próxima de 1000 ºC, o que cria desafios para melhorar a eficiência do sistema.

 

Como funciona o sistema?

De acordo com a Rolls-Royce, há três formas e limitações que afetam o desempenho de um motor em regime supersônico. Listamos estes abaixo:

  1. O primeiro é logicamente reduzir a temperatura de admissão do ar. Quanto maior, mais rarefeito é o ar, e menos oxigênio existe por metro cúbico, logo, menor a potência gerada pelo motor.
  2. Os materiais tem limites térmicos de operação, muitas vezes o dano não é imediato, causado por uma fusão. A Rolls-Royce descobriu isso da pior forma, com os motores Trent 1000 que sofriam de desgaste acentuado na turbina, os materiais foram trocados e o problema aparentemente resolvido. Desta forma, um motor que gera muito calor precisa de ter suas pás da turbina resfriadas, como forma de manter a capacidade de operação do mesmo. É como um motor de um carro, feito para operar quente, mas a partir de uma determinada temperatura há risco de danos.
  3. Ao mesmo tempo os engenheiros buscam um ar de escape o mais frio possível. Se há calor saindo do motor, logo há desperdício de energia. Aliás, “nada se cria, tudo se transforma”.

Diminuir a temperatura do ar de admitido pelo motor é um projeto no qual a Reaction Engines já está trabalhando. Com a Rolls-Royce, BAE Systems e o Ministério da Defesa do Reino Unido, a fabricante de motores está trabalhando em conceitos de propulsão hipersônica.

O primeiro ponto citamos abaixo a forma de solução. Esta também afeta o segundo ponto.


A chave para possibilitar um voo supersônico mais eficiente estaria no pré-resfriador leve e compacto desenvolvido pela Reaction Engines. Este é capaz de transformar o ar admitido pelo motor em oxigênio líquido, necessário para abastecer um motor de foguete.

A solução é muito fácil de ser interpretada. Em altitudes de 55 a 70 mil pés temos um ar extremamente rarefeito e frio, com base nesse conceito os engenheiros da Reaction projetaram um sistema de muitos quilômetros de tubos, em um sistema parecido com um radiador de carro, porém grande, e com tubos tão finos quanto um espaguete.

O sistema de radiadores utiliza o próprio ar para a refrigeração, mas também conta com auxílio de hélio líquido criogênico, para diminuir ainda mais as temperaturas. 

O oxigênio líquido, por sua vez, passa pelas proximidades das pás da turbina para retirar o máximo de calor do local, antes de seguir para a admissão do motor. 

Outra técnica pode ser utilizar um trocador de calor citado acima para retirar o calor do escapamento e enviá-lo de volta à câmara de combustão, para obter potência a partir da energia que, de outra forma, seria desperdiçada. Neste caso há de se observar que pode aumentar ainda mais a temperatura da câmara de combustão.

Esses três pontos resolvem “problemas” que hoje são considerados características de motores a reação. O caminho, contudo, é totalmente diferente do tomado para criar motores turbofan mais eficientes, e bastante curioso.

Qualquer uma dessas aplicações seria candidata a motores de próxima geração, pois exigiria mudanças substanciais no motor e na possível arquitetura da fuselagem. Thomas enfatiza, porém, que trabalhar em motores de próxima geração “é algo que está muito animado para fazer”.

Uma perspectiva do motor Sabre, mais focado em voos espaciais.

Este trabalho acontece em paralelo ao desenvolvimento do SABRE, o Synergistic Air-Breathing Rocket Engine, um tipo de motor para foguetes que dispensa o uso de vários estágios para chegar em órbita e utiliza muitas dessas tecnologias já citadas.

O Reino Unido, no entanto, não descarta utilizar parte dessa tecnologia para desenvolver um sistema de propulsão mais simplificado para o caça de nova geração Tempest, do próprio país.

Mas nada impede que a Rolls-Royce aproveite essa cara tecnologia para aplicar em aviões supersônicos de nova geração como o desenvolvido pela Virgin Galactic e pela BOOM.

 

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