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ACTUALIDADES

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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História do motor T56

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.

Antecedentes

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.

Allison T38

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).

Allison T40

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.

Allison T56/501

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

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).

 

Série III

Série IV

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).

 

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).

 

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.

Versões industriais

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.

Actualidade

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.

Sucessores do motor T56/501

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.

Ambiente de competição ao T56/501

São contemporâneos do motor T56, os seguintes rivais:

Cs-1

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.

Rolls-Royce Trent

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.

Clyde

Wellingtons

Pionair

Mamba

Napier Naiad

Fedden Cotswold

Tyne

Python

Double Mamba

Gannet

Double Naiad

Napier Eland

Bristol Theseus

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.

GE XT31

T35

T47

Olympus

Sapphire

T58

Gnome

Roll-Royce Dart

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.

Bristol Proteus

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.

Bristol 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.

Wright XT35

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.

Pratt & Whitney T34

Kuznetsov NK-12MV

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.

Pratt & Whitney T57

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.

Turbomeca Artouste

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.

Turbomeca Astazou XIV

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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