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70 Anos de Propulsão a Jacto

O maior desenvolvimento mecânico do século XX

Antecedentes desfavoráveis

 

[Relativamente às turbinas de gás ]

"Eficiências de compressão na ordem dos 60 a 65% apenas poderão ser atingidas a baixa velocidade e para compressores de grande dimensão (...) o que apenas será possível para grandes motores (...) tal projecto implicará que para potências necessárias na ordem dos 1.000 hp será necessário uma relação peso/potência de cerca de 10 lb/hp para um consumo de cerca de 1.5 lb/hp/h"

 

Dr. W. J. Stern

Air Ministry own laboratory

Relatório nº 54 do ARC Engine Subcommittee de Setembro de 1920


[Relativamente ao modelo proposto por Frank Whittle]

"No seu estado actual o dispositivo de propulsão a jacto proposto não é de forma alguma competitivo em termos económicos face aos motores convencionais. (...) De momento a sua importância apenas poderá ser considerada para objectivos específicos tais como voos a alta velocidade ou a grande altitude durante um curto lapso de tempo e somente em casos em que as condições de descolagem o permitam"

 

Dr. Alan Arnold Griffith

Head of the Engine Section  of the RAE

Relatório de Março de 1937


[Relativamente à propulsão a jacto]

"(...) após estudos (...) as turbinas de gás e os compressores poderão ter uma boa aplicação a navios mas são demasiados grandes e pesadas para aeronaves."

Comité de Engenheiros da US Navy em 1938

[deste comité fazia parte o físico Theodore von Kárman]


[Relativamente ao motor a jacto]

"(...) mesmo tendo em consideração os possíveis melhoramentos (...) a turbina de gás dificilmente poderá ser considerada uma aplicação fiável em aeronaves especialmente pela sua dificuldade em cumprir com os exigentes requisitos de peso (...)"

 

The Committee on Gas Turbines

The US National Academy os Sciences

10 de Junho de 1940


12 de Abril de 1937

O primeiro ensaio de um motor de turbina de gás

 

Modelo original WU com o painel de instrumentos

Fonte: "Whittle The True Story",  por John Golley

O motor designado WU (Whittle Unit) ficou pronto para ensaio a 12 de Abril de 1937. Neste dia não estava presente qualquer quadro superior da firma BTH (British Thomson-Houston, uma sucursal da GE) que colaboravam com Frank Whittle no fabrico de componentes do motor (nomeadamente de pás da turbina) nem ninguém da Power Jets.

Frank Whittle encontrava-se aos controlos do motor auxiliado por três mecânicos.

O motor e o sistema de ensaio encontrava-se montado no estrado dum camião  o qual fora levado para um local próprio das instalações abandonadas em Ladywood Works.

Durante o mês de Março verificara-se que o motor alternativo de dois cilindros usado para o arranque do motor de turbina se mostrou desadequado e teve que ser substituído por um motor eléctrico de 20 kW.

Durante os testes de preparação do primeiro arranque, ao injectar-se ar comprimido através do compressor para o fazer rodar e assim verificar o estado dos rolamentos e das engrenagens, ao atingir-se a rotação de 9.300 rpm verificou-se que o impeller roçou-se no carter, danificando ligeiramente estes dois importantes componentes.

O estrago poderia ter sido maior não fora a atenção de um dos mecânicos assistentes que interrompeu de imediato o teste logo que se apercebeu da situação. Como não se dispunha de peças sobressalentes e o tempo urgia, os componentes danificados foram limpos, reparados e instalados em preparação para o grande dia.

A tubeira de escape salientava-se através da janela existente no compartimento. À volta do motor tinha sido erguida uma protecção constituída por três chapas de aço com cerca de 25 mm de espessura uma das quais colocada por cima na horizontal.

Ao camião onde o dispositivo de ensaio tinha sido instalado foram removidas as rodas em virtude do excesso de peso do motor eléctrico de 20 kW. O painel de instrumentos e dos controlos foram colocados na extremidade dianteira do camião. Também  sobre o camião foi montado um magneto manual cujos terminais se ligavam a uma vela de alta tensão montada na câmara de combustão para permitir a ignição. O painel de controlo do arrancador eléctrico foi colocado a alguns metros de distância e Whittle combinou uma sinalética gestual com o mecânico que ficou naquela posição a fim de poderem comunicar

A bomba de combustível que inicialmente estava prevista ser montada no motor de turbina de gás foi deslocada e operava separadamente accionada por um outro motor eléctrico.

Quando Whittle considerou que todas as condições estavam reunidas para arrancar com o motor ligou a bomba de combustível e deu indicação gestual para ligarem o motor de arranque (o qual deveria ser desligado logo que a rotação da turbina de gás ultrapassasse a rotação do motor de arranque).

Com o motor de arranque accionado e a rotação a atingir 1.000 rpm, Whittle abriu a válvula de admissão de combustível que fazia chegar combustível a um injector piloto situado no interior da câmara de combustão, e rapidamente rodou o magneto para causar a ignição do combustível atomizado que brotava do injector

Um observador situado no alinhamento da câmara de combustão mas protegido por uma janela de vidro sinalizou (com os polegares apontados para cima) para confirmar que a chama do injector piloto estava acesa.

Com esta confirmação Whittle solicitou um aumento da rotação do motor de arranque e quando este atingiu as 2.000 rpm abriu a válvula principal de alimentação de combustível.

Por momentos a rotação do motor aumentou apenas ligeiramente mas ao fim de dois segundos a rotação começou a aumentar muito rapidamente acompanhada de um silvo que mais parecia uma sirena de alarme, ao mesmo tempo que surgiam no carter da câmara de combustão grandes manchas incandescentes. Nesta altura o motor de turbina de gás funcionava fora de controlo.

Em acto contínuo todo o pessoal da fábrica BTH que por ali se encontravam a observar a experiência apercebendo-se do que aquele som poderia significar encetaram um fuga desenfreada correndo em todas as direcções, procurando abrigo por temerem o que se seguiria.

De imediato Whittle fechou a válvula de controlo sem que este acto produzisse qualquer efeito imediato enquanto a rotação do motor continuava a aumentar. Felizmente que a rotação estabilizou às 8.000 rpm e lentamente começou a diminuir até cessarem e o motor ter voltado ao repouso

Pela primeira vez um motor de turbina de gás tinha trabalhado produzindo-se uma combustão auto-sustentada embora de forma não inteiramente controlada.

No mesmo dia à tarde e após alterações ao sistema de combustível foi tentado novo arranque mas com resultados ainda mais assustadores que os obtidos durante  a manhã.

Desta feita o motor iniciou uma aceleração descontrolada após as 1.500 rpm mesmo sem a válvula de combustível integralmente aberta. A rotação aumentou rapidamente e inúmeras chamas projectaram-se pela tubeira de escape para o exterior ao mesmo tempo que nuvens de vapor de combustível que se libertavam de pontos de fuga de uniões entravam em contacto com as áreas incandescentes do carter da câmara de combustão que provocavam a ignição deste combustível no exterior do motor.

A ignição do combustível proveniente das fugas originou uma dança de labaredas sobre o motor o que provocou nova fuga do pessoal circundante ainda mais rápida que a ocorrida durante a manhã.

Felizmente que uma vez mais a aceleração descontrolada não ultrapassou a rotação de 8.000 rpm.     1 mais detalhes

Traduzido e adaptado de "Whittle The True Story", Biografia de Fank Whittle por John Golley

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Motores Ohain

Frank Whittle (inglês) e Hans von Ohain (alemão) foram os percursores da concepção e fabrico dos primeiros motores de turbina de gás. Embora as suas invenções se tenham baseado em trabalhos limitados desenvolvidos anteriormente, foram os primeiros a materializarem um novo sistema de propulsão.

Quase em simultâneo e sem saberem do trabalho um do outro (a não ser o que a espionagem permitia) desenvolveram dispositivos diferentes mas ambos baseados na força propulsiva desenvolvida por um fluxo de ar animado de elevada energia e caudal.

Enquanto a primeira experiência de Frank Whittle chegou aos nossos dias abundantemente documentada e com a evidência da data exacta em que ocorreu pela primeira vez o funcionamento de um motor de turbina de gás (12 de Abril de 1937), da experiência de Hans von Ohain não restaram evidências quanto à data exacta em que esta se realizou. Segundo o próprio, o primeiro ensaio ter-se-á realizado entre Março e Abril de 1937, quase em simultâneo com as experiências de Frank Whittle. Por este motivo se atribui a Frank Whittle a primazia do evento, embora tenha sido o motor de Hans von Ohain a propulsionar o voo da primeira aeronave a jacto em 27 de Agosto de 1939.


Frank Whittle

O inventor inglês

Nascido em Coventry no Reino Unido em 1 de Junho de 1907 e falecido em Baltimore nos EUA em 9 de Agosto de 1996

Hans von Ohain

O inventor alemão

Nascido em Dessau na Alemanha em 14 de Dezembro de 1911 e falecido em Melbourne nos EUA em 13 de Março de 1998

O currículo de Frank Whittle

Air Commodore Sir Frank Whittle tinha 22 anos de idade quando colocado como oficial da RAF em Whittering, no Reino Unido, concebeu a ideia de usar a turbina de gás para a produção de força propulsiva.

Tendo iniciado a sua carreira na RAF como aprendiz de mecânico aeronáutico em 1923, ingressou no RAF College tendo sido cadete entre 1926 e 1928.

Tornou-se oficial-piloto em 1928 e instrutor de voo em 1929. Entre 1931 e 1932 tornou-se piloto de testes e em 1932 ingressou na RAF Officer's School of Engineering.

A patente desta ideia foi-lhe atribuída em 1932 e amplamente publicada e divulgada. No entanto as reacções do Ministério da Aeronáutica tal como da indústria foram moderadas quase passando despercebidas.

Tendo-se destacado pelas suas propostas de um novo tipo de propulsão foi enviado para a Universidade de Cambridge entre 1934 e 1936, onde após concluir o bacharelato se licenciou em Engenharia Mecânica .

Finalmente fundou em 1936 a empresa Power Jets com o apoio de instituições financeiras e sendo dispensado dos compromissos militares foi nomeado para se dedicar ao projecto.

Depois dos primeiros ensaios seguiram-se os testes do motor na aeronave Gloster E.28/39 os quais culminaram com o primeiro voo duma aeronave inglesa em 15 de Maio de 1941 e se prolongaram com a aeronave Meteor que se tornou operacional em 1943.

Distinguido mundialmente com inúmeras honras foi tornado Cavaleiro pelo rei George VI em 1948.

Nesta altura foi dispensado da RAF seguindo-se-lhe uma carreira de consultor técnico em várias empresas da indústria petrolífera.

Em 1976 emigrou para os EUA onde se tornou professor na US Naval Academy e onde veio a falecer.

O currículo de Hans von Ohain

Dr. Hans von Ohain doutorou-se em Física em 1935 pela Universidade de Goettingen na Alemanha. Depois do doutoramento permaneceu na Universidade durante cerca de dois anos enquanto desenvolvia particularmente uma teoria sobre os motores turbojacto conseguindo construir um modelo de demonstração.

Em 1936 associou-se à firma Heinkel sedeada em Estugarda a fim de desenvolver o seu modelo e teoria. Na Heinkel liderou um programa de pesquisa e desenvolvimento do qual resultou a construção do motor modelo HeS-3B que viria a propulsionar a aeronave He-178 no que foi o primeiro voo duma aeronave a jacto em 27 de Agosto de 1939 em Marienehe Field na Alemanha.

Permaneceu na firma Heinkel a qual se fundiu com a firma Hirth dando origem à firma Heinkel-Hirth e aí permaneceu durante a segunda guerra mundial.

Terminada a guerra foi levado para os EUA em 1947 ficando a trabalhar na Força Aérea americana no programa de desenvolvimento de sistemas de propulsão normalmente aspirados.

Posteriormente tornou-se associado do Aerospace Research Laboratories em Wright-Patterson Air Force Base em Ohio onde alcançou a posição de Cientista-Chefe.

Entre 1935 e 1945 Hans von Ohain registou mais de cinquenta patentes na Alemanha tendo perdido todos os seus direitos após o final da guerra.

Na fase final da sua carreira recebeu várias distinções e condecorações não só pelo seu trabalho realizado na Alemanha no desenvolvimento do motor a jacto mas também pelo trabalho pioneiro que desenvolveu com a Força Aérea norte-americana.

A 14 de Junho de 1965 recebeu a maior condecoração que o pessoal civil poderia receber do departamento da Força Aérea norte-americana.

Os Trabalhos de Frank Whittle

 

O seguinte esquema corresponde à patente registada por Frank Whittle em 16 de Janeiro de 1930 com o número 347.206 na qual era apresentada a primeira descrição mundial de um motor a jacto

Legenda

(2) - Entrada de ar anelar

(4) - Compressor axial de dois andares

(7) - Compressor centrífugo de um andar

(9) - Difusor

(10) - Câmara de combustão

(11) - Injector de combustível

(13) - Disco único da turbina axial

(14) - Turbina axial de dois andares

(15) - Anel das pás estáticas (vanes) colocado entre os andares de turbina

(16) - Veio de potência

(17) - Tubeira divergente

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Configuração do primeiro modelo experimental do motor de Frank Whittle designado WU.

Configuração de ensaio do primeiro modelo experimental do motor de Frank Whittle designado WU.


 

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Fonte: "Whittle The True Story",  por John Golley

 

 

Os Trabalhos de Hans von Ohain

 

Os seguintes esquemas correspondem à patente registada por Hans vom Ohain em 10 de Novembro de 1935 com o número 317/38 na qual era apresentada a primeira descrição do seu modelo.


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Esquema do modelo radial de motor de turbina de gás de Hans von Ohain fabricado em 1936 e ensaiado em Março (?) de 1937. Ete modelo funcionava a hidrogénio, tinha um rotor com cerca de 333 mm de raio, produzia cerca de 259 lb de empuxo e atingia as 10.000 rpm.

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Fonte: "Hans vom Ohain - Elegance in Flight",  por Margeret Conner


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