Evolução Histórica dos Motores Aeronáuticos

Se pretende conhecer a evolução histórica dos motores aeronáuticos, consulte esta página.

A ideia de utilizar o princípio da reacção em grande escala, através de foguetes, é actualmente atribuída aos chineses e terá ocorrido durante o século XIII. No entanto, foi só após a 2ª Guerra Mundial que a tecnologia do uso de foguetes se desenvolveu e evoluiu por forma a considerar-se praticável o seu uso seguro para viagens espaciais.

O desenvolvimento dos motores de turbina de gás remonta ao século XVIII com a invenção do motor de turbina de vapor e só depois de entrar no século XX se desenvolveu mais rapidamente. Este desenvolvimento concorreu com o desenvolvimento dos motores alternativos de combustão interna e a vapor.

Actualmente os motores de turbina de gás são o meio de propulsão mais eficientemente usado na propulsão de aeronaves tendo, inclusivamente, destronado os motores alternativos que até ao final dos anos 60, eram usados em grande escala.

Sob a forma de Turborreactores (ou Turbojactos), Turbofan, Turbopropulsor ou Turboshaft, os motores de turbina de gás representam um dos maiores avanços tecnológicos na aviação, os quais permitiram um franco desenvolvimento da aviação.

Os marcos desta evolução a seguir indicados demonstram quão difícil e longa foi a evolução até se chegar aos motores de turbina de gás.

Data	Factos
150 AC	Hero um habitante de Alexandria no Egipto inventou um dispositivo constituído por um torniquete esférico, com vários tubos interiores dispostos radialmente, alimentado a vapor. À medida que a pressão e o caudal do vapor aumentavam faziam rodar com maior velocidade o torniquete. Este dispositivo é tomado como um rudimento da turbina a gás.
1232	Os chineses descobrem a pólvora e com ela constroem os primeiros foguetes, usando de forma empírica o princípio da acção – reacção.
1500	Leonardo Da Vinci desenha uma roda com pás que se movimentava quando submetida a uma corrente ascendente de ar quente com suficiente força para fazer rodar um espeto de churrasco. Tratava-se dos primeiros rudimentos duma roda de turbina.
1629	O engenheiro italiano Giovanni Branca desenha uma roda de turbina movimentada por um jacto de vapor. Este invento tornou-se o primeiro exemplo de uma turbina axial.
1687	O grande filósofo e matemático inglês Sir Isaac Newton formula as 3 leis do movimento que estão na base da moderna propulsão, as quais se resumem aos seguintes princípios teóricos: Qualquer corpo permanecerá em repouso ou em movimento uniforme (velocidade constante) a menos que uma força externa se exerça sobre ele e lhe modifique esse estado; A resultante das forças que actuam sobre um corpo é igual ao produto da massa desse corpo pela aceleração produzida por tais forças; Para cada força que se exerce sobre um corpo, este reage através duma força igual de sentido oposto, segundo a mesma direcção, denominada reacção.
1687	O alemão Willem Jako Gravesande fabricou uma carruagem que se movia através de um jacto de vapor, dirigido na direcção oposta ao deslocamento, comprimido numa enorme esfera e produzido por uma fornalha localizada por debaixo da carruagem. Este artefacto embora fabricado por Willem Jako Gravesande baseou-se numa ideia original de Sir Isaac Newton.
1791	O inglês John Barber registou a patente de um motor movido por uma turbina de gás, utilizando o ciclo termodinâmico das modernas turbinas de gás. Embora projectado para ser um motor fixo para uso industrial, o aparelho empregava um gerador de gases constituído por compressor, câmara de combustão e roda de turbina, componentes estes que são fundamentais nos motores actuais. Todavia, este motor nunca foi fabricado, não deixando de constituír um mero projecto.
1808	Em Inglaterra John Bumbell registou a patente duma turbina de gás que tinha pás mas era desprovida de quaisquer elementos estáticos (actualmente designado por vanes).
1809	Sir George Cayley nos seus trabalhos sugere que se deveria utilizar a expansão do ar provocada pela rápida expansão de granulados ou líquidos inflamáveis e transmitir essa força a um êmbolo, numa clara alusão ao uso de alternativas ao vapor.
1820	Em Inglaterra, num discurso perante a Cambridge Philosophical Society o reverendo W. Cecil dissertou sobre uma teoria que apresentava o princípio dum motor de combustão interna. Este motor funcionava com uma mistura de hidrogénio e ar.
1824	Pela primeira vez o termo turbina é utilizado na literatura técnica. O francês Burdin reivindica a concepção duma roda de água por si como sendo uma turbina.
1837	O francês Bresson registou a patente dum dispositivo equipado com uma roda de fan que deslocava ar pressurizado para o interior duma câmara de combustão, onde este era misturado com combustível gasoso e queimado. Os gases de escape resultantes eram, então, dirigidos contra uma turbina. Contudo não existem provas de que este dispositivo tenha sido alguma vez construído.
1838	O inventor inglês William Barnett fabricou um motor de um só cilindro com uma câmara de combustão em cada extremo do cilindro. Neste motor o combustível utilizado era gasoso em vez de líquido como era a tendência da época.
1850	W. F. Fernihough registou a patente em Inglaterra de uma turbina movida quer a gás quer a vapor. Apesar de terem sido realizados alguns ensaios com vapor o projecto acabou por ser abandonado.
1860	O inventor francês Jean Joseph Étienne Lenoir fabricou o primeiro motor de aplicação prática. Este motor era alimentado por gás de iluminação e a ignição tinha origem numa bateria eléctrica. Foram fabricados cerca de 400 destes motores, principalmente para equipar tornos mecânicos e máquinas de impressão, de entre outro tipo de maquinaria.
1872	Um indivíduo chamado Stolze concebeu o que poderá ter sido a primeira turbina de gás equipada com vários andares de turbina e de compressão axial. Este dispositivo terá sido ensaiado entre 1900 e 1904.
1876	É fabricado o primeiro motor alternativo a 4 tempos pelos alemães August Otto e Eugen Langen, na Alemanha. Apesar desta dupla de técnicos também ter fabricado motores a 2 tempos, o nome Otto permaneceu intimamente associado ao ciclo termodinâmico dos motores a 4 tempos.
1876	Nos EUA o engenheiro George B. Brayton construiu um motor usando como combustível a gasolina. Este motor foi apresentado ao público durante a Exposição Centenária de Filadélfia.
1883	O engenheiro sueco Patrik de Laval faz funcionar a primeira aplicação utilizável de uma turbina de vapor. A forma especialmente concebida dos ejectores, produziam um escoamento supersónico do vapor à saída.
1884	O grande inventor inglês Sir Charles Parsons registou a patente duma turbina a vapor cujo princípio teórico assentava na ideia de que uma turbina poderia ser convertida num compressor, bastando rodá-la no sentido contrário com auxílio duma fonte exterior de movimento. O ar, assim comprimido, deveria ser descargado numa câmara de combustão com combustível injectado e os produtos da combustão poderem expandir-se através duma turbina.
1885	É fabricado o primeiro motor a gasolina de 4 tempos de grande expressão pelo engenheiro alemão Gottlieb Daimler que havia trabalhado anteriormente com Otto e Langen. Ao mesmo tempo um motor semelhante era fabricado por outro engenheiro alemão chamado Karl Benz.
1889	O australiano Lawrence Hargrave fabricou e ensaiou um pequeno motor constituído por três cilindros dispostos radialmente que ao movimentarem-se por acção de ar comprimido contido num reservatório faziam rodar o seu invólucro. Este dispositivo terá sido o precursor do motor alternativo rotativo.
1894	Sir Hiram Maxim construiu a mais impressionante aeronave do século XIX utilizando dois motores a vapor que ao rodarem impulsionavam dois hélices. Nestes motores atingiu uma pressão de 320 psi à qual correspondia uma potência de 180 hp.
1896	Samuel Pierpont Langley fabricou dois novos modelos de motor a vapor.
1897	Em Inglaterra uma turbina de vapor designada por turbina Parson e destinada a equipar um navio é ensaiada pela primeira vez. Sete anos mais tarde o cruzador alemão Lubeck, equipado com uma turbina deste tipo, é lançado ao mar.
1898	Os irmãos franceses Armangaud fazem funcionar o primeiro motor de turbina de gás. A ignição da mistura gasosa de ar comprimido e gasóleo era provocada por filamentos metálicos aquecidos.
1900	Sanford A. Moss que viria a tornar-se num dos engenheiros líderes na General Electric Company completou uma tese de doutoramento, na Universidade da Califórnia, na qual descrevia o princípio de funcionamento das turbinas de gás.
1902	O americano Charles G. Curtis solicitou o registo da patente de um compressor rotativo a qual lhe foi concedida em 1914. Baseado nesta ideia inventou o chamado motor a vapor Curtis e tornou-o num dos pioneiros do desenvolvimento dos motores a vapor.
1903	Dando continuidade ao trabalho de Samuel Pierpont Langley, de quem fora discípulo, Charles M. Mainly concebeu e fabricou o primeiro motor alternativo radial de cinco cilindros em estrela simples o que constituiu um feito demasiado avançado para a época. Este motor de combustão interna funcionava com uma mistura de ar e gasolina, inflamada por uma vela eléctrica e arrefecido a água que circulava em torno dos cilindros e pesava cerca de 200 lb. No decurso dos ensaios atingiu a potência de 52.4 hp.
1903	Os irmãos Wilbur e Orville Wright coadjuvados pelo seu mecânico Charles Taylor, construíram um motor alternativo de combustão interna de 4 cilindros alinhados horizontalmente, funcionando com uma mistura de ar e gasolina e arrefecido a água, que pesava cerca de 180 lb e produzia 16 hp. Pela primeira vez este motor introduzia um volante de inércia para atenuar os impulsos das sucessivas movimentações dos êmbolos no interior dos cilindros.
1907	O francês Laurent Seguin e o seu irmão recuperam o princípio do motor alternativo rotativo, por pesar menos ao ser arrefecido a ar, e devido ao facto de o próprio carter do motor constituir o volante de inércia. Fabricam um modelo de 5 cilindros em estrela, pesando 112 lb e debitando 34 hp designado por Gnome de 1907.
1908	Os irmãos Wilbur e Orville Wright aperfeiçoam o motor anteriormente utilizado, passando a dispor os cilindros verticalmente e aumentando a potência para 30hp.
1908	O alemão Hans Holzwarth fez funcionar uma turbina a gás equipada com uma câmara de combustão controlada por válvulas e uma ignição eléctrica para uma mistura de ar-combustível.
1909	O francês Laurent Seguin e o seu irmão aperfeiçoam o motor Gnome de 1907 e fabricam um outro motor de 7 cilindros em estrela que atingia 1,000 rpm, debitava 45 a 47 hp e pesava 170 lb, fabricado quase na íntegra em liga de ferro e níquel.
1910	A Rolls-Royce fabrica o primeiro motor alternativo em V.
1913	O engenheiro francês Lorin registou a patente dum motor tipo ramjet. As tentativas de fabricar este projecto fracassaram em virtude da inadequabilidade dos materiais utilizados.
1917	Fim da era dos motores Gnome que entretanto tinham evoluído e atingido potências de 200 hp.
1917	Um consórcio de empresas americanas fabrica o motor Liberty, um V-12 a 45º que debitava 400 hp. Foram produzidos milhares de modelos deste motor no âmbito do esforço da 1ª Guerra Mundial. Em simultâneo a Rolls-Royce fabricava os modelos Falcon e Eagle.
1918	A par duma evolução na utilização de novos materiais como as ligas de alumínio e aços de elevada resistência ao invés de ferro, cobre e latão, até então amplamente utilizados no fabrico de motores, o motor do tipo alternativo radial conquista a supremacia até aqui detida pelo motor do tipo alternativo rotativo.
1918	Na General Electric nos EUA, Sanford Moss desenvolveu um turbo-compressor alimentado com os gases de escape para equipar motores alternativos. Tratou-se da primeira aplicação duma turbina de gás num sistema de propulsão aeronáutico. Embora o fabrico do primeiro turbo-compressor seja devido a Moss, a ideia original do turbo-compressor é geralmente atribuída ao francês Rateau.
1918	É introduzida a redução cinemática a fim de reduzir a velocidade de rotação da cambota que é transmitida ao hélice, através da introdução de caixas redutoras. Esta técnica viria a estar completamente generalizada por volta de 1939 e permitia que os motores alternativos rodassem a cerca de 3,000 rpm mantendo, no entanto, a velocidade do hélice muito mais baixa, na ordem das 500 a 700 rpm.
1920	No Reino Unido a Armstrong Siddley fabrica o primeiro motor radial de dupla estrela debitando 500 hp denominado Jaguar. Ao mesmo tempo a British Bristol fabrica o modelo radial Jupiter de estrela simples debitando 500 hp.
1925	A Bristol Aeroplane Company inicia a produção de motores Hercules equipados com 14 cilindros e debitando 2,000 hp. Durante a 2ª Guerra Mundial foram fabricados mais de 57,000 motores modelo Hercules.
1927	A primeira utilização de sistemas sobrealimentados é usado no motor Jaguar IVS instalado na aeronave Siskin IIIA da Royal Air Force.
1927	A travessia do Atlântico, desde Nova Iorque até Paris, protagonizada por Charles Lindberg realiza-se com uma aeronave equipada com um motor Wright Whirlwind de 200 hp.
1927	Um grupo de engenheiros oriundos da empresa Wright fabrica um motor radial de 400 hp, denominado Wasp e funda a Pratt & Whitney.
1928	É batido o recorde de altitude por uma aeronave Wright Apache pilotada pelo major R. R. Schroeder cujo motor era alimentado por um grupo turbo-compressor.
1930	Frank Whittle na Grã-Bretanha solicitou o registo duma patente baseada no seu estudo “Improvements Relating to the Propulsion of Aircraft and Other Vehicles”, no qual descrevia o funcionamento dum motor a jacto equipado com um compressor axial multi-estágios acoplado a um compressor radial, uma câmara de combustão anelar, uma turbina de andar único e uma tubeira. Com base neste estudo o primeiro motor Whittle funcionou em Abril de 1937 e era alimentado a combustível líquido.
1930	Data deste ano o primeiro projecto dum motor do tipo Turbopropulsor da autoria do engenheiro húngaro chamado Jendrassik que o chegou a construir.
1934	É fabricado pela British Rolls-Royce o motor modelo Merlin que debitava cerca de 720 hp. Em 1936 surgiu o modelo Merlin Mk I que debitava 990 hp. O modelo que se seguiu, o Merlin Mk II, debitava 1,030 hp e a partir de 1945 surgiram novas variantes que debitavam 2,000 hp. Durante a batalha de Inglaterra estes motores equiparam as frotas de Hurricanes e Spitfires, tendo sido fabricados cerca de 70,000 motores.
1936	O professor alemão Hellmuth Walter experimentou com êxito um pequeno motor-foguete com 90 lb de empuxo, alimentado a gasolina.
1937	O engenheiro e cientista alemão Pabst von Ohain, ao serviço da empresa fabricante de aeronaves Heinkel, fez funcionar um motor do tipo turbojacto que desenvolvia 550 lb (250 daN) de empuxo e que se designava He S-1. Embora a concepção deste motor fosse similar ao motor Whittle, apenas possuía um compressor radial. O combustível utilizado era hidrogénio gasoso por forma a evitar problemas de combustão.
1939	Um motor derivado do projecto de Ohain, designado He S-3B e funcionando com gasolina, desenvolvendo 1,100 lb (500 daN) de empuxo, pesando 367 kg, voou pela primeira vez numa aeronave experimental a jacto Heinkel He 178, sendo considerado o primeiro voo mundial dum motor do tipo turbojacto.
1939	Generaliza-se na construção dos motores alternativos a gasolina o uso da introdução da mistura gasosa no interior dos cilindros através da sua injecção em vez de aspiração.
1940	A aeronave DFS-194 realizou o primeiro voo impulsionada por um motor-foguete designado Walter R I-203 de 882 lbs de empuxo, desenvolvido pelo professor Hellmuth Walter.
1940	O motor designado Junkers Jumo 004 equipado com compressor axial, funcionou pela primeira vez na fábrica Junkers, na Alemanha. Anselm Franz, foi um pioneiro no projecto de motores do tipo turbojacto equipados com compressores axiais, ao contrário da concepção dos motores equipados com compressores radiais tipo Whittle e Ohain.
1940	É construído o primeiro motor do tipo turboprop e designado por Cs-1, projectato 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. 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.
1941	Na Grã-Bretanha, a aeronave experimental Gloster E28/39 voou equipada com um motor Whittle W1A o qual desenvolvia um empuxo de 850 lb (400 daN) e pesava 286 kg.
1941	Voou pela primeira vez um protótipo de aeronave Me-163A V4 propulsionada com um motor-foguete Hellmuth Walter Wenke R-II 203b com 1,635 lb de empuxo, que trabalhava durante pouco mais que 1 minuto. Nos voos que se seguiram a aeronave foi acelerada até 1,004 km/h (Mach 0.84). Este tipo de motor deixava muito a desejar em termos de fiabilidade e segurança. Utilizava como combustível dois compostos químicos. o T-stoff (um concentrado à base de peróxido de hidrogénio) e o Z-stoff (uma solução aquosa de permanganato de cálcio) mais tarde substituído pelo C-stoff (uma mistura de 30% de hidrato de hidrazina numa solução de metanol), produtos que reagiam violentamente quando se combinavam.
1941	Nos EUA, a companhia General Electric, em colaboração com as Forças Armadas americanas, foi requisitada para desenvolver um motor do tipo Whittle, o qual veio a culminar no projecto do motor J33, caracterizado por um compressor radial. Este motor viria a ser experimentado numa aeronave Bell designada XP-59A.
1942	Voou pela primeira vez a aeronave Me-163B propulsionada pelo motor HWK R II-211 de 3,750 lb de empuxo, apresentando um consumo de cerca de 11 lb/s, quase o dobro do previsto.
1942	Na Alemanha, o caça Messerschmitt Me 262, bimotor, equipado com motores Jumo 004A, voou pela primeira vez em Julho desse ano. Até Março de 1945, terão sido fabricados cerca de 6,000 motores Jumo 004A.
1943	Na Grã-Bretanha o desenvolvimento e produção do motor Whittle ficou sob a responsabilidade da Rolls-Royce. O caça Gloster Meteor 1 equipado com 2 motores do tipo Whittle mas designados Rolls-Royce Welland, entrou ao serviço em 1944.
1945	Atinge-se a supremacia do sistema de arrefecimento a ar dos motores alternativos até então divididos entre este método e o método de arrefecimento a líquido.
1945	Se bem que até esta data a maioria dos motores alternativos funcionavam com misturas de gasolina e ar, a escola alemã tinha mantido a opção de funcionamento a diesel. Por volta deste ano esta técnica é completamente abandonada.
1945	A Rolls-Royce fabrica o primeiro motor do tipo Turbopropulsor designado Trent. Este motor foi testado numa aeronave Meteor e produzia 750 hp de potência e 1,250 lb de empuxo adicionais.
1947	Entra em serviço o primeiro motor Turbopropulsor de grande potência denominado Dart e fabricado pela Rolls-Royce, produzindo 990 shp. Este motor é ainda largamente utilizado.
1949	A Bristol, em Inglaterra, introduz pela primeira vez a técnica de veio duplo que permitia ter no mesmo motor dois compressores e duas turbinas a rodarem a diferentes rotações e sem qualquer ligação entre si. Só no ano seguinte esta técnica era utilizada por um fabricante norte-americano, através da Pratt & Whitney.
1950	É fabricado pela Wright o primeiro motor alternativo radial equipado com o dispositivo Turbocompound, denominado R-3350 Cyclone. Este novo dispositivo permitia aumentar a potência desde 2,700 hp até 3,700 hp sem o consumo adicional de combustível. O sistema Turbocompound baseia-se no aproveitamento da energia dos gases de escape, captada por uma turbina e transmitir esse movimento ao veio do hélice. Este sistema veio permitir que as primeiras aeronaves DC-7C da Douglas Super Constellation e L-1649 Starliner da Lockheed pudessem realizar voos transatlânticos.
1950	A Rolls-Royce introduz a técnica de arrefecimento de blades de turbina através da passagem de ar menos quente purgado do compressor e forçado a passar através de canais existentes no interior das blades.
1950	A Turbomeca fabrica o primeiro motor do tipo Turboshaft para helicópteros, denominado Artouste que foi instalado num helicóptero Alouette, debitando 220 shp.
1951	A Turbomeca fabrica o primeiro motor do tipo Turbofan denominado Aspin com um consumo específico de apenas 0.63 lb/h/lb, no entanto sem aplicação prática.
1953	Foi pela primeira vez ensaiado em banco em Setembro de 1953, desenvolvendo 3,460 hp e 726 lb de empuxo, equivalentes a 3,750 ehp, o motor T56. A este primeiro protótipo seguiu-se-lhe outro instalado no modelo experimental YC-130 que voou a 23 de Agosto de 1954, seguindo-se a primeira aeronave de produção em 7 de Abril de 1955, um C-130A. 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 lb/s, girando a uma rotação constante de 13,820 rpm em vez de 14,300 rpm (como os seus predecessores), o T56 constitui o motor de maior longevidade da história da aeronáutica (a par do motor Dart), continuando a ser produzido, passados 50 anos após a sua aparição. Mais detalhes
1957	Na União Soviética é construído o motor do tipo Turbopropulsor mais potente jamais fabricado denominado Kuznetsov NK-12M que desenvolve 14,700 shp.
1960	Embora tenha sido a Rolls-Royce a incorporar no motor Conway a técnica de separação do fluxo de ar produzido no compressor de baixa pressão e escoá-lo exteriormente ao compressor de alta pressão para o misturar com o fluxo que atravessava o núcleo do motor, foi, no entanto, a Pratt & Whitney a conceber o primeiro motor do tipo Turbofan de ampla utilização com o modelo JT3D derivado do JT3C.
1961	É fabricado pela General Electric o primeiro motor do tipo Turbofan com a fan instalada na turbina designado CJ805-23, sendo cada blade constituída por um segmento de blade de turbina e o segmento exterior blade de fan.
1984	A empresa Hamilton Sundstrand introduziu o primeiro "Full Authority Digital Engine Control" (FADEC). Este dispositivo permite o controlo automático do motor aliviando a tripulação dessa missão.