Motor Allison T38
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O motor T56/501 nas suas versões militar e civil representa um exemplo de longevidade dentro do grupo dos motores aeronáuticos de turbina de gas |
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O motor T56/501 representa actualmente o exemplo de motor aeronáutico de
turbina de gás de maior longevidade operacional na história da aviação.
No ano em que se comemora o primeiro centenário da aviação, celebrando o
primeiro voo motorizado dos irmãos Wright, também se comemoram os cinquenta
anos de operação dos motores da família T56/501, uma vez que um primeiro
modelo desta família funcionou pela primeira vez em 1953.
Na década de 40, após a 2ª Grande Guerra, já se tinha concluído que os
motores alternativos não poderiam desenvolver-se para além dos limites de potência
atingidos na época, com o maior expoente desse desenvolvimento materializado
pelo motor R-4360 Wasp Major, fabricado pela Pratt & Whitney em 1943 e
atingindo 3,500 shp (embora se tenham atingido 4,000 shp em modelos de desenvolvimento). Tratava-se de um
motor de 28 cilindros dispostos em estrela e em 4 planos de 7 cilindros cada,
arrefecidos a ar e equipado com turbo-compressor. Algumas versões afinadas para
3,800 shp eram arrefecidas a água. O motor tinha um diâmetro médio de 1,397
mm e pesava cerca de 1,665 kg. No entanto o volume e peso destes motores e o rápido
desenvolvimento dos motores de turbina de gás, levou a que os motores
alternativos perdessem terreno em relação aos de turbina de gás.
Em 1944 a Allison deu início a um enorme esforço para produzir um motor do
tipo turboprop. Através de um programa financiado pela marinha dos EUA
(NAVY) concebeu o modelo T38 (também designado por 501) que foi o percursor duma
família de turboprops que veio a originar a família T56/501.
Tratava-se de um modelo constituído por um compressor axial de 19 andares,
com uma razão de compressão de 1:6.3, rodando a 14,300 rpm, equipado com 8
câmaras de combustão e uma turbina axial de 4 andares.
Motor Allison T38
Este modelo rodou pela primeira vez em 1947 em banco de ensaios.
Posteriormente, após sucessivos desenvolvimentos, foi afinado para 2,250 shp e
foi ensaiado em voo em Abril de 1949, instalado na posição de nariz numa
aeronave Boeing B-17G, da própria Allison, convertida de um bombardeiro
(propulsionado por 4 motores alternativos em estrela Wright Cyclone G200
“R-1820”). Mais tarde, em 29 de Dezembro de 1950, sob a designação de
XT38, acabou por ser instalado numa outra aeronave da Allison, um Convair
Turbo-Liner (CV-240) e foi afinado para 2,763 hp. Também em Abril de 1953 voou
instalado na posição de nariz dum protótipo da aeronave XF-88B (que era
propulsionada por 2 motores a jacto J34).
Posteriormente, foram acoplados dois modelos T38 à mesma caixa redutora (externa) e remotamente colocada e, assim, surgiu um novo modelo designado por T40 (também designado por 500). Este modelo foi afinado para 5,500 shp e vou pela primeira vez a bordo do hidroavião Convair XP5Y, em 18 de Abril de 1950. Mais tarde o T40 sofreu novos desenvolvimentos e a sua potência foi elevada para 7,500 hp para ser instalado nos caças de descolagem e aterragem vertical XFV-1 e XFY-1. Um dos modelos experimentais YT40-A6 foi instalado na aeronave Douglas XA2D-1 e posteriormente na A2D-1 já com o modelo de produção T40-A6 a partir de 1953. Este modelo foi ainda instalado num outro hidroavião de 80 toneladas designado R3Y. Qualquer destas aeronaves acabou por não ter sucesso.
Sendo o modelo T40 consequência do modelo T38, padecia da dificuldade
tecnológica inerente ao acoplamento de duas secções de potência do modelo
T38 a uma mesma caixa redutora.
Motor Allison T40
Os desenvolvimentos realizados sobre estes modelos, sobretudo nas caixas
redutoras, permitiu à Allison acumular experiência no controlo das vibrações,
através da sucessiva eliminação das frequências coincidentes com elementos
rotativos no seu interior, dominar a transmissão de valores tão elevados de
potência através de vários andares de engrenagens e desenvolver os mecanismos
de desacoplamento de uma das secções de potência (permanecendo operacional a
restante) em caso de anomalia.
Foi a partir dos modelos T38 e T40 que surgiu o T56 (designação para a
versão militar) e 501 (designação para as versões civis), através de um
novo projecto que teve início em 1951, agora financiado pela Força Aérea
norte-americana (USAF), destinado a motorizar a aeronave em desenvolvimento
C-130, que em 1953, através dum protótipo designado YT56, de 3,250 shp, e que
foi instalado em duas aeronaves YC-131C (versão militar do Convair 340) para um
programa de ensaios em voo de modo a validar os resultados já obtidos no solo e
em banco de ensaios.
Equipado com um compressor axial de apenas 14 andares, com uma taxa de
compressão de 1:9.25 e debitando um caudal de ar de 32.35 lb/s, girando a uma
rotação constante de 13,820 rpm em vez de 14,300 rpm (como os seus
predecessores), com uma relação de desmultiplicação de 13.54:1, foi pela
primeira vez ensaiado em banco de ensaios em Setembro de 1953 (concluindo um
primeiro conjunto de ensaios perfazendo um total de 50 horas) e em voo num
Convair C-131C em 20 de Maio de 1954 e num C-130 em 23 de Agosto de 1954,
desenvolvendo 3,460 shp e 726 lb de empuxo, equivalentes a 3,750 ehp. A estes
primeiros ensaios, seguiu-se a entrega da primeira aeronave de produção em 7
de Abril de 1955, um C-130A.
Motor Allison T56
Em Novembro de 1953 foi iniciado o fabrico do primeiro motor T56 de série e
em Setembro de 1954 a USAF encomendou 288 unidades do modelo T56-A-1 para
instalar nas aeronaves C-130A. Em 10 de Janeiro de 1955 foi entregue o primeiro
motor para uma aeronave C-130.
A família de motores T56/501 evoluiu segundo as variantes aeronáutica e industrial. A variante aeronáutica (designada T56 ou 501D) apresenta uma evolução segmentada em 4 grupos: as séries I, II, III e IV. A variante industrial (designada 501K), destinada à propulsão marítima, produção e co-geração de energia eléctrica, accionamento de compressores e bombas em infra-estruturas industriais químicas e petrolíferas, apresenta uma evolução segmentada por vários modelos.
Motor Allison T56
Série I |
Série II |
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Após os primeiros modelos experimentais, a primeira série a ser produzida
constituiu a série I na qual se incluem os modelos militares T56-A-1 e
T56-A-9 (instalados nas aeronaves Lockheed C-130A Hercules e YC-131C) e
a versão civil 501-D13 (instalados nas aeronaves Convair 580 e 5800 e
Lockheed L-188 Electra). |
Em 1958 surgiu a série II constituída pelos modelos militares T56-A-7, T56-A-8 e T56-A-10W (instalados nas aeronaves Lockheed C-130B, E-2A e P-3A, respectivamente) e os modelos civis 501-D22 e 501-D36 (instalados nas aeronaves Lockheed CC-109 e L-382 Hercules).
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Série III |
Série IV |
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Em 1965 surgiu a série III constituída pelos modelos militares T56-A-14,
T56-A-15, T56-A-16 e T56-A-425 (instalados nas aeronaves Lockheed P-3B,
P-3C, CP-140, C-130H, E-2B, E-2C e C-2) e os modelos civis 501-D22A,
501-D22C e 501-D22G (instalados nas aeronaves Super Convair 580,
Lockheed L-100 e C-97).
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Em 1985 surgiu a série IV constituída pelo modelo militar T56-A-427
(instalado na aeronave Lockheed E-2C) e o modelo civil 501-M71D
(instalado na aeronave HTTB).
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O modelo 501-M71D não foi produzido em série por se tratar de um motor de
demonstração e que evoluiu sucessivamente a partir do modelo 501-M24,
produzido em 1964, dos modelos XT701 e GMA 300 de 1972 e do modelo 501-M78 de
1984 (instalado na aeronave NASA PTA). Este último deu ainda origem ao modelo
578X de 1986 que é um propfan.
Finalmente, em 1987 os modelos 501-M71D e 501-M78 deram origem aos modelos
militar T406-AD-400 (instalado na aeronave Boeing/Bell Vertol V-22) e o modelo
civil 501-M80C que, por sua vez, veio dar origem aos modelos GMA 2100
(posteriormente redesignado AE2100) (instalado nas aeronaves Lockheed C-130J,
Saab 2000 e IPTN N-250) e GMA 3007 (posteriormente redesignado AE3007), sendo
este último um turbofan constituído pelo mesmo núcleo central do motor
(mesmo compressor e câmara de combustão). Entretanto, foi produzida uma versão
civil equivalente ao modelo militar T406-AD-400 com a designação AE1107.
Em 1963 surgem as primeiras variantes industriais com os modelos 501-KF e
501-KS II para a propulsão de Jetfoils. Em 1965 surge uma segunda série
de modelos industriais, os 501-KS III. Em 1980 surge a 3ª série de modelos
industriais, através do modelo 501-K17, seguida do modelo 501-K34, em 1985.
Actualmente a família de motores T56/501 continua a ser produzida através
do modelo T56 A-427, tendo sido produzidas e vendidas mais de 15,460 unidades,
incluindo as versões civis através do modelo 501 instalado nas aeronaves
Lockheed Electra e Convair 5800.
Os actuais modelos T56-A-15 debitam praticamente o mesmo caudal de ar e mantêm
a mesma razão de compressão que os modelos de 1954, todavia, operam em condições
de temperatura mais elevadas e foram afinados para 4591 shp (ou 4910 ehp) para
um peso de 1825 lb, sobretudo à custa da incorporação de materiais mais
nobres e novos revestimentos protectores, sobretudo ao nível das pás fixas e
rotativas da turbina, o que lhe permite atingir maiores temperaturas e, assim,
maior nível de potência.
Um outro modelo desenvolvido entre 1970 e 1975, designado YT701 (ou
501-M62), de construção modular e com uma turbina livre, destinado a equipar a
aeronave XCH-62 HLH (heavy lift helicopter) foi o percursor do modelo 501-M80C.
Em 1985 foi produzido o modelo T56-A-427 para equipar a aeronave E-2C
Hawkeye, afinado para 5250 shp e operando com uma consumo específico inferior
em 13%.
Sendo apenas os modelos da série IV ainda fabricados, a Rolls-Royce
anunciou recentemente, estar disposta a reabrir a linha de produção de modelos
da série III, desde que exista a garantia de aquisição de 20 motores daquele
tipo.
Entretanto, a partir do T56 a Allison desenvolveu um modelo com turbina
livre na classe dos 6000 shp, designado 501-M80C e destinado a operar em
qualquer atitude, a fim de ser instalado na aeronave V-22 (inicialmente
designada JVX) em 1987.
Este modelo, após sucessivos desenvolvimentos originou um outro, o T406 que
equipa presentemente, a aeronave BELL/Boeing V-22 Osprey. O T406 é do tipo
turboshaft e desenvolve uma potência de 6150 shp sob uma temperatura de 43 ºC.
Existe uma versão civil deste modelo designada AE 1107.
Deste modelo derivou um outro, do tipo turboprop, que se constitui como o
sucessor do modelo T56 e que é o AE 2100, sendo este um modelo equipado com um
compressor axial de 14 andares, com os primeiros seis andares de geometria variável,
uma turbina livre de 4 andares e da classe de 6000 hp. Este modelo equipa a
aeronave Saab 2000 e está afinado para 4152 shp. Uma outra aplicação deste
modelo é o C-130J e o C-27J, através dos modelos AE 2100D3 e AE 2100D2,
respectivamente.
São contemporâneos do motor T56, os seguintes rivais:
O primeiro motor do tipo turboprop a ser construído foi o Cs-1,
projectado pelo húngaro Gyorgy Jendrassik que trabalhava na Ganz wagon works em
Budapeste. Tratava-se de um motor da classe de 1,000 hp que rodava a 13,500 rpm,
com um compressor axial de 15 andares, câmaras de combustão individuais e de
fluxo invertido e uma turbina de 11 andares. Embora o seu projecto remonte ao início
dos anos 30, rodou pela primeira vez em Agosto de 1940 e destinava-se a equipar
o caça X/H (também designado RMI-1). Porém, os acontecimentos decorrentes da
2ª Guerra Mundial inviabilizaram este projecto, que sucumbiu em 1941.
Este motor representa o primeiro exemplo na história da aviação de aplicação
de motores de turbina de gás aos modelos denominados turbopropulsores.
O primeiro turboprop a funcionar em voo, foi o modelo Trent (esta
designação nada tem a ver com o modelo Trent do tipo turbofan também
fabricado pela Rolls-Royce a partir da década de sessenta), fabricado pela
Rolls-Royce, instalado numa aeronave Meteor em 1945. Na verdade, o turboprop
Trent resultava da modificação do turborreactor Derwent II para o adaptar a um
hélice de 5 pás. Este hélice absorvia uma potência de 750 shp e o motor
produzia um empuxo adicional de 1,250 lb.
O motor Theseus começou a ser desenvolvido pela Bristol em Dezembro de 1940
e pretendia-se ser um motor da classe dos 4,000 shp. Pouco tempo depois foi
decidido limitar o âmbito do projecto a 2,000 shp. Este modelo possuía um
compressor axial de 8 andares que alimentava um compressor centrífugo de andar
único. O ar comprimido era posteriormente dirigido por 8 tubagens através de
um permutador, a fim de ser pré-aquecido, antes de ser introduzido em 8 câmaras
de combustão individuais. O escoamento era depois dirigido através duma
turbina geradora de gases de 2 andares e de uma turbina de andar único ligada
à caixa redutora. Finalmente, antes de ser expelido através da tubeira de
escape o escoamento passava de novo através do permutador.
A inovação deste motor derivava da existência de um permutador de ar que
aproveitando a temperatura dos gases de escape a aproximadamente 500 ºC
permitia aquecer o escoamento comprimido a 300 ºC, permitindo uma economia de
combustível. Contudo, este permutador pesava cerca de 227 kg num peso total do
motor de cerca de 1270 kg.
Este motor rodou pela primeira vez em 18 de Julho de 1945 e terá sido o
primeiro turbopropulsor a ser testado de acordo com um programa de certificação
de tipo. Porém, em 1946 o seu posterior desenvolvimento foi cancelado em
virtude da complexidade do sistema de permuta de calor que nunca funcionou como
seria desejável.
O motor Dart, fabricado pela Rolls-Royce, entrou em produção em 1946.
Embora a sua produção já tenha cessado, espera-se que a venda de peças
sobressalentes se estenda até 2005. Este motor está instalado nas seguintes
aeronaves: Viscount V.630, F.27 Friendship, Herald, Argossy, H.S. 748,
Gulfstream I e Japanese YS-11A. Trata-se de um motor com dois compressores centrífugos
e dois andares de turbina. Foi ensaiado pela primeira vez em 1946 e voou pela
primeira vez em Outubro de 1947 instalado na posição de nariz de uma aeronave
Lancaster. O primeiro modelo desta família produzia 990 shp. A partir de Abril
de 1953 surgiu um novo modelo que produzia 1,480 shp. Foi efectivamente o
primeiro turbopropulsor da história a entrar em serviço e foram fabricados
mais de 7,000 unidades. Os modelos Dart 505 produzem 1,400 shp mais 365 lb de
empuxo e o modelo Dart 542 produz 3,060 ehp, pesando 467 kg com 963 mm de diâmetro
e um comprimento de 2,416 mm. Os modelos actualmente em operação desenvolvem
3,250 shp e integram 3 andares de turbina. Trata-se de um exemplo que à custa
de sucessivos aperfeiçoamentos se conseguiu elevar a potência de 990 para
3,250 shp, mantendo a mesma configuração básica.
O motor Proteus foi desenvolvido e fabricado pela Bristol em 1947.
Tratava-se de um motor equipado, na sua versão original, com um compressor
axial de 12 andares e dois andares centrífugos, atingindo uma razão de
compressão de 1:9 com um caudal de 19 kg/s e rodando a 10,000 rpm. Ao
compressor estava acoplada uma turbina axial de dois andares e uma de potência
ligada à caixa redutora. Este modelo possuía 8 câmaras de combustão
independentes. Para o seu desenvolvimento foi inicialmente desenvolvido uma secção
geradora de gases constituída por um motor do tipo turbojacto, designada Phoebus
que funcionou pela primeira vez em Maio de 1946. A versão Proteus 2, depois de
removido um dos andares centrífugos, rodou pela primeira vez em 25 de Janeiro
de 1947. A fim de melhorar ainda mais o desempenho deste motor foi-lhe
acrescentado um segundo andar à turbina de potência, dando origem ao modelo
Proteus 3 ou série 700. Foram produzidos os modelos 700, 705 e 755,
desenvolvendo uma gama de potências desde 3446 shp mais 1220 lb de empuxo até
4400 shp. Foi instalado nas seguintes aeronaves: Bristol Britannia 100, 250, 300
e 310. Este motor pesava 1336 kg e tinha 1019 mm de diâmetro e um comprimento
de 2555 mm.
Mais tarde foi desenvolvida a instalação de dois modelos Proteus,
denominado Coupled-Proteus, instalados obliquamente um em relação ao outro e
acoplados a uma mesma caixa de engrenagens que accionavam um par de hélices
tractoras e contra-rotativas na aeronave Bristol Brabazon Mk. II.
Para equipar a aeronave Saunders-Roe Princess foi igualmente prevista a
instalação de 10 destes motores em 4 grupos de 2 na versão acoplada e 2
motores individuais (motores exteriores). Ambas estas aeronaves não tiveram
sucesso e os respectivos projectos foram abandonados. Os motores Proteus
acabaram por ser desenvolvidos com o objectivo de aplicações industriais e m
navios.
No seguimento do abandono deste projecto a Bristol produziu um outro
turbopropulsor designado Orion.
O motor Orion, desenvolvido e produzido pela Bristol, era constituído por um
compressor axial que compreendia 7 andares de baixa pressão e 5 de alta pressão,
uma câmara de combustão anelar, um andar de turbina de alta pressão e 3
andares de baixa pressão que accionavam a caixa redutora. Este motor foi
ajustado para 5,150 ehp e potencialmente poderia atingir os 10,000 shp. No
entanto, a rápida ascensão dos jactos relegou para segundo plano este
projecto, dando origem ao primeiro turbojacto com dois veios e que viria a
designar-se por Olympus.
O motor XT35 Typhoon fabricado pela Wright e que iniciou ensaios em voo
instalado na posição de nariz de um Boeing B-17 em Setembro de 1947. Todavia,
após o fabrico de 17 motores o contrato foi cancelado. Tratava-se do primeiro
motor de turbina de gás desenvolvido pela Wright ao abrigo dum contrato para a
USAF celebrado em 1944.
O motor Kuznetsov NK-12MV desenvolvido na União Soviética em 1956 e que
desenvolvia 14,700 shp, acoplado a hélices contra-rotativas. Este modelo
motorizava a aeronave militar do tipo bombardeiro Tupolev Tu-95 e mais tarde, em
1957, uma versão civil passou a motorizar a aeronave de transporte civil
Tupolev Tu-114.
O motor T57 da Pratt & Whitney que desenvolvia 15,000 shp mas que acabou
por ser cancelado devido aos elevados custos do desenvolvimento do projecto.
O motor Artouste de 1950, fabricado pela Turbomeca e que produzia 220 shp.
Este modelo foi o primeiro motor a turbina de gás desenvolvido para equipar
helicópteros e foi instalado pela primeira vez num helicóptero Alouette. Já
em 1955 este modelo viria a ser desenvolvido para produzir 550 shp.
O motor Astazou XIV de 1959, fabricado pela Turbomeca, e que produzia 460
shp e que tinha 458 mm de diâmetro, pesava 124 Kg. Este modelo sofreu
posteriormente importantes desenvolvimentos que elevaram a sua potência até
cerca de 1,000 shp já em 1969.
Fontes de pesquisa:
World
Encyclopedia Aero-engines, 4th Edition, by Bill Gunston, pp. 11, 12, 95, 199
e 200
The Timechart History of Aviation, Lowe & B. Hould Publishers, pp 112
The Development of Jet and Turbine Aero Engines, 3rd Edition, by Bill Gunston, pp. 200 – 211
Allison – Power of Excellence, 1915 – 1990, by Allison Gas Turbine Division General Motors, pp. 102 – 147, 196 - 207
The Pratt & Whitney Aircraft Story, by United Aircraft Corporation, Agosto 1950, pp. 8 e 59
The Illustrated Encyclopedia of Civil Aircraft from Leonardo Da Vinci to the Present by Enzo Angelucci, Chartwell Books, Inc., pp. 130, 330
O
Mundo da Aviação - Modelos, Técnicas e Experiências de Voo, Planeta
Agostini, Volume 4, pp. 850 – 853
O
Mundo da Aviação - Modelos, Técnicas e Experiências de Voo, Planeta
Agostini, Volume 6, pp. 1302 – 1307
The Lore of Flight, Barnes & Noble Books, John W. R. Taylor, New Revised Edition de 1996, pp. 220 - 231
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