Os motores aeronáuticos incluem-se todos no grupo dos motores de combustão interna (por oposição aos motores a vapor) e podem caracterizar-se de diversas formas, segundo características e especificidades mais ou menos gerais. No entanto, torna-se difícil uma caracterização absoluta e definitiva.
Por terem surgido em primeiro lugar, os motores alternativos podem ser classificados pelo arranjo relativamente aos cilindros, à posição da cambota, ao método de arrefecimento, ao número de tempos de cada ciclo e ao tipo de ocorrência da ignição.
Relativamente ao arranjo dos cilindros, os motores podem classificar-se como: em linha (ou longitudinais), em V, um duplo V (ou W), em X, opostos (ou horizontais) e radiais (ou em estrela).
Relativamente à posição da cambota podem considerar-se superiores (em relação à cambota) ou invertidos. Por este motivo cada um dos arranjos relativamente aos cilindros pode combinar-se com a posição da cambota.
Relativamente ao método de arrefecimento, os motores podem ser arrefecidos a ar ou através de um líquido.
Relativamente ao número de tempos por ciclo existem motores a 2 e 4 tempos por ciclo.
Relativamente à ocorrência da ignição, esta pode ser comandada, através duma descarga eléctrica, ou por compressão, surgindo espontaneamente em função das condições termodinâmicas e químicas da mistura no interior do cilindro.
A caracterização para os motores alternativos a seguir apresentada, não sendo absoluta nem definitiva, constitui, todavia, um enquadramento genérico dos diferentes tipos de motores aeronáuticos actualmente em operação ou que foram usados em número significativo. Por ser a que melhor evidencia os diferentes tipos de motor alternativo, adoptou-se uma caracterização por arranjo dos cilindros (embora existam diferentes combinações de acordo com as opções descritas).
Assim, a grande maioria dos motores aeronáuticos caracterizam-se por serem de:
Combustão Interna
Ignição Comandada
Os
motores de combustão interna
podem ser de ignição comandada ou de auto-ignição (por compressão). Os motores de
auto-ignição tem pouca utilização aeronáutica (os que existem
classificam-se no grupo dos Motores Alternativos). Assim, os
motores de combustão interna e ignição comandada dividem-se em 3 grupos fundamentais, como se indica:
Motores
Alternativos
Motores
Rotativos
Estatorreactores
Os
Motores
Alternativos
(também designados, em português, por motores convencionais e, em inglês, por
"reciprocating
engines"
ou "piston engines")
são motores de combustão interna, normalmente a 4 tempos, em que a energia
libertada pela
combustão, seguida de explosão, duma mistura gasosa de ar e combustível, faz
movimentar linearmente os êmbolos no interior de cilindros
animando, assim, uma cambota, de movimento circular. Estes motores
subdividem-se em 2 grupos:
Motores
Longitudinais
Motores
Radiais
Os
Motores
Longitudinais
apresentam como característica principal, os cilindros alinhados ao longo dum
eixo longitudinal. Estes motores, por seu lado, subdividem-se em (os motores em duplo V ou em
X foram abandonados):
Motores
Verticais
Motores
Horizontais
Motores
em V
Os Motores Verticais (também designados por motores em linha) caracterizam-se por apresentarem os cilindros alinhados ao longo dum único plano longitudinal e justapostos, obrigando a que o movimento dos êmbolos no interior destes seja vertical. Devido à posição dos cilindros este tipo de motores apresenta maiores dimensões no eixo longitudinal.
Os
Motores
Horizontais
(também designados por motores de cilindros opostos) caracterizam-se por
apresentar os cilindros alinhados ao longo dum único plano longitudinal e opostos uns aos
outros, obrigando a que os êmbolos se movimentam horizontalmente no interior
dos cilindros em sentidos opostos. Esta configuração permite a construção de
motores de menor dimensão para o mesmo nível de potência, porém, mais
equilibrados. Dentro
dos motores Alternativos, os
Horizontais são os mais usados em aeronáutica.
Os
Motores
em V, são
de características semelhantes aos motores horizontais, distinguindo-se por os
cilindros estarem colocados ao longo de dois planos concorrentes, formando um ângulo
variável entre si. Os motores horizontais são um caso particular dos
motores em V quando o ângulo atinge o valor excepcional de 180º.
Os
Motores
Radiais
(também designados por motores em estrela) são mais volumosos, relativamente
aos motores longitudinais, apresentam uma cambota de menores dimensões e são
muito mais equilibrados. Estes motores permitem atingir níveis de potência
muito superiores aos longitudinais, porém, o peso e dimensões que requerem,
desaconselharam o seu desenvolvimento posterior, dando lugar aos motores do tipo
turbopropulsores e subdividem-se em:
Motores
de Estrela Simples
Motores
de Dupla Estrela
Motores de Múltipla Estrela
Os
Motores
de Estrela Simples, caracterizam-se por uma disposição radial dos
cilindros num único plano, obrigando a que os êmbolos no interior daqueles, se
movimentem radialmente em relação ao centro do motor, transformando este
movimento longitudinal em movimento de rotação da cambota.
Os
Motores
de Dupla Estrela são semelhantes aos
de estrela simples, com a diferença fundamental de existirem dois grupos
de cilindros dispostos em dois planos paralelos, cujos êmbolos se movem
radialmente acoplados à mesma cambota.
Os
Motores
de Múltipla Estrela são semelhantes aos
de estrela simples, com a diferença fundamental de poderem existir
vários grupos
de cilindros dispostos em vários planos paralelos, cujos êmbolos se movem
radialmente e acoplados à mesma cambota.
Os
Motores
Rotativos,
tal como os alternativos, são de combustão interna e caracterizam-se,
fundamentalmente, pela inexistência de movimento linear de qualquer componente
(com excepção dos alternativos rotativos),
resultando movimento circular directamente da energia libertada pela combustão
duma mistura de ar com combustível. Este tipo de motores subdivide-se em 3 grupos:
Motores Alternativos Rotativos
Motores
Wankel
Motores
de Turbina
Os
Motores Alternativos Rotativos são iguais aos motores alternativos em
estrela com a particularidade de ser o corpo do motor que roda solidário
com o hélice em torno da cambota que se mantém fixa. Estes motores utilizaram-se nos primórdios
da aviação e antecederam quer os motores longitudinais quer os radiais.
Os
Motores
Wankel,
caracterizam-se pela inexistência de cilindros e de os êmbolos e a cambota
formarem uma única peça designada rotor. Estes motores podem apresentar um só
rotor ou dois rotores (eventualmente mais). Os rotores são montados no mesmo
veio. Estes motores apresentam menos componentes em movimento, menores
vibrações, são mais compactos e de maior facilidade de construção e
apresentam uma melhor relação peso-potência relativamente aos motores
alternativos. São, no entanto, motores pouco utilizados apresentando problemas
de vedação da mistura.
Os
Motores
de Turbina
caracterizam-se por apenas serem constituídos por componentes rotativos, sendo
a energia libertada pela combustão da mistura gasosa proveniente dum enorme
fluxo de ar que atravessa o motor, aproveitada para produzir uma força, responsável
pelo movimento deste, através dum jacto de gases quentes ou para imprimir um
binário a um eixo que por sua vez transmite essa potência a um hélice ou a um
rotor. Subdividem-se em:
Turborreactores
Turbofans
Turbopropulsores
Turboshafts
Propfans
Unductedfans (UDF)
Auxiliary
Power Units (APU)
Os
Turborreactores
caracterizam-se pelo seu movimento ser provocado por um enorme fluxo de ar,
previamente comprimido, resultante da combustão,
que é expelido a grande velocidade e que impulsiona o motor no sentido
contrário à expulsão dos gases de escape, segundo a lei da acção e reacção.
Os gases ao atravessarem uma turbina, imprimem-lhe um movimento de rotação
que, por sua vez, acciona um compressor na parte frontal do motor, perpetuando o
seu funcionamento enquanto existir combustível. A ignição destes motores é
apenas comandada no arranque sendo espontânea durante o seu normal
funcionamento.
Os
Turbofans
funcionam de modo idêntico aos Turborreactores, com a diferença de que o fluxo
que impulsiona o motor, é constituído, para além dos gases de escape a elevada
velocidade (caudal primário),
resultantes da combustão, por um fluxo adicional (caudal secundário) de ar secundário (não aquecido) que é
impulsionado a baixa velocidade e canalizado por uma conduta através do motor, por acção duma
"fan"
(semelhante a um hélice de mais de 16 pás), colocada à entrada do motor.
Os
Turbopropulsores
funcionam de modo idêntico aos Turborreactores. Nestes motores, a maior parte
da energia produzida é transferida dos gases de escape para a turbina que, por sua vez, a
transforma num binário. Esta potência disponível a um veio é,
posteriormente, utilizada para fazer movimentar um hélice (de avião).
Os
Turboshaft
funcionam de modo idêntico aos Turborreactores. Nestes motores, a maior parte
da energia produzida é transferida dos gases de escape para a turbina que, por sua vez, a
transforma num binário. Esta potência disponível a um veio é,
posteriormente, utilizada para fazer movimentar um rotor (de helicóptero).
Os Propfans funcionam de modo idêntico aos Turborreactores. Nestes motores, a maior parte da energia produzida é transferida dos gases de escape para a turbina que, por sua vez, a transforma num binário. Esta potência disponível a um veio é, posteriormente, utilizada para fazer movimentar um propfan. Um propfan é um misto de hélice e de fan. Possui um maior número de pás, de concepção diferente, que não estão confinadas por qualquer conduta. O seu princípio baseia-se no conceito de combinar a potência dos motores a turbina de gás e a eficiência dos hélices. O propfan está instalado na parte dianteira do motor.
Os Unductedfans (UDF) funcionam de igual modo como os Propfans. As principais diferenças assentam no posicionamento, em que a unductedfan se localiza na traseira do motor e é constituída por duas turbinas que rodam em sentidos contrários. Apresenta como vantagem, relativamente ao Propfan, o facto da maior eficiência da contra-rotação das duas unductedfans.
As Auxiliary Power Units (APU) funcionam de modo idêntico aos Turborreactores. Nestes motores, a maior parte da energia produzida é transferida dos gases de escape para a turbina que, por sua vez, a transforma num binário. Esta potência disponível a um veio é, posteriormente, utilizada para fazer movimentar um gerador eléctrico ou uma bomba hidráulica. Uma parte do ar comprimido é sangrado do compressor da APU e canalizado para várias finalidades, de entre as quais, para accionar os motores de arranque pneumáticos dos motores principais das aeronaves. As APU são normalmente postas em funcionamento através duma bateria eléctrica (eventualmente arrancam através duma bomba hidráulica). As aeronaves comerciais possuem uma APU instalada. Muitas APU estão instaladas em unidades de apoio que funcionam em terra no apoio a aeronaves. Uma das características das APU é que funcionam a uma elevada rotação (na ordem das 50,000 rpm) necessária para compensar as reduzidas dimensões dos seus componentes rotativos.
Os
Estatorreactores
funcionam sem a movimentação de qualquer componente no seu interior. A
quantidade de movimento que desenvolvem e a força que produzem resulta da
expansão dos gases de escape originados a partir da combustão duma mistura de
combustível com um comburente. Subdividem-se em:
Estatorreactores
Abertos
Estatorreactores
Fechados
Nos Estatorreactores Abertos a combustão resulta duma mistura de combustível com ar (comburente) que é admitido através da entrada de ar do motor. Este tipo de funcionamento implica que as aeronaves que utilizam este tipo de motores, sejam postas em movimento por outro tipo de motor, pois só após haver movimento a uma velocidade elevada (em relação ao ar) é que o ar atravessa o Estatorreactor, fazendo-o funcionar. Os Estatorreactores Abertos apenas podem funcionar dentro da atmosfera terrestre e, ainda assim, abaixo de determinada altitude em que a densidade do ar ainda permite a sua combustão. Um caso particular dos Estatorreactores é a variante designada por Pulsorreactor, cuja particularidade é produzir empuxo por impulsos através de uma dada frequência. Trata-se de um tipo de motor alvo de complexas e secretas investigações, pois, permitirá atingir elevadas velocidades (muito acima da velocidade do som).
Nos Estatorreactores Fechados a combustão resulta duma mistura de combustível com um comburente (que não é o ar) que é transportado pela própria aeronave. Desta forma, as aeronaves propulsionadas por este tipo de motores são autónomas ao invés das aeronaves propulsionadas pelos Estatorreactores Abertos. O seu funcionamento é muito idêntico ao Estatorreactor Aberto, podendo, contudo, funcionar a partir do repouso e fora da atmosfera terrestre ou acima da altitude em que aquela se torna muito rarefeita. Este tipo de motor é especialmente utilizado em foguetes.
TIPOS DE MOTORES
ALTERNATIVOS
ROTATIVOS
ESTATORREACTORES
LONGITUDINAIS
RADIAIS
TURBINA
Turborreactor - Adour
Turbofan - CFE 738
Turboshaft - RTM 322
Turbofan - Tay
Turbopropuslor - PT6A
Alternativo horizontal
APU
Turbofan - GE90
Turboshaft - Arrius
