Como Funcionam os Afterburner’s – Parte 2

Design de um Afterburner

A pós-combustão nos motores a jacto não é mais que um ponto de exaustão prolongado com posterior injecção de mais combustível. O Processo de combustão resultante aumenta significativamente a temperatura de saída, obtendo um aumento de propulsão.

Além do aumento considerável da temperatura dos gases expelidos, existe também um aumento no fluxo de massa. A relação de propulsão bruta (pós-combustão / seca) é directamente proporcional à raiz quadrada da relação temperatura de estagnação em todo o pós-combustor (saída / entrada).

Limitações

Uma das grandes limitações dos pós-combustores é o elevado consumo de combustível, e não podem ser usados durante longos períodos de tempo. Geralmente a pós-combustão é usada para a descolagem em pistas curtas ou em situações de combate aéreo.

Uma das excepções às longas utilizações de pós-combustão é o motor Pratt & Whitney J58 motor usado no SR-71 Blackbird.

Eficiência

A eficiência não é o ponto forte da pós-combustão uma vez que a presença de oxigénio nos gases de escape é reduzida devido à combustão anterior, e a adição suplementar de combustível e a sua combustão é também feita fora da câmara de combustão principal que é altamente pressurizada, o que diminui substancialmente a sua eficiência.

A eficiência da pós-combustão é também significativamente afectada com as diferenças de pressão atmosférica resultantes do aumento da altitude.

Mas existe uma excepção, o motor Pratt & Whitney J58 motor usado no SR-71 Blackbird consegue ter uma uma eficiência aceitável em altitude com o modo de pós-combustão activado (Wet).

Essa eficiência é alcançada devido à sua elevada velocidade de operação de cerca de 3398.4 km/h (Mach 3.2), e devido à admissão de ar Ram-air que utiliza a pressão criada pelo movimento da aeronave para aumentar a pressão estática do ar dentro do colector de admissão do motor, permitindo assim um maior fluxo de massa através do motor e, consequentemente um aumento da potência do motor.

Quando o modo de pós-combustão é activado, a conduta de escape liberta uma chama muito grande e cintilante. Esta chama pode causar um fenómeno chamado de shock-diamonds que são causadas pela diferença entre a pressão atmosférica e a pressão dos gases de escape libertados após a pós-combustão.

O Uso dos Afterburner’s

Foi durante a 2ª Guerra Mundial que começou o desenvolvimento dos primeiros Afterburner’s, com os britânicos Jets Power W.2/700, que na época faziam uso de “a reheat jetpipe” para o projecto supersónico Miles M.52

As primeiras pesquisas dos EUA sobre o conceito de Afterburner foram feitas pela NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) em Cleveland.

Já durante o pós-guerra foram desenvolvidos os McDonnell F3H Demon e os Douglas F4D Skyray em torno do motor a jacto Westinghouse J40 que possuía cerca de 8.000 lbf (36 kN) de propulsão sem pós-combustão, enquanto que os novos motores Pratt & Whitney J48 possuíam a mesma capacidade de propulsão, mas recorrendo à pós-combustão.

Na década de 1950 várias empresas de desenvolvimento e construção de motores a jacto trabalharam em produtos que incluíam pós-combustão. No Reino Unido a Rolls-Royce Avon concebeu uma aeronave capaz de superar a barreira supersónica, o Lightning F.3, que foi o primeiro avião supersónico ao serviço da RAF.

O uso de Afterburner’s é muito comum em aeronaves militares, mas existem menos uma dezena de aviões civis com esta tecnologia, alguns deles são o Tupolev Tu-144, Concorde e o Scaled Composites Model 318 White Knight. O Concorde e o Tupolev Tu-144 fazem uso das suas capacidades para voos supersónicos em longas distâncias. Mas apenas fazem uso da pós-combustão para atingir a velocidade ideal, pois seria impossível fazer as longas viagens usando o pós-combustor.

O “dump-and-burn” é um processo utilizado em espectáculos aéreos onde é inflamado combustível intencionalmente, o que produz uma chama espectacularmente vistosa e que combinada com a alta velocidade provoca um belo espectáculo. Este processo tem também como principal objectivo de remover com segurança todo o combustível da aeronave antes de esta efectuar uma aterragem de emergência.

 

Como Funcionam os Afterburner’s – Parte 1

Os Afterburner’s ou Pós – Combustores são um componente que se adiciona a alguns motores a jacto, cuja sua finalidade é proporcionar um aumento temporário da pressão tanto para voo supersónico como para as manobras de descolagem.

Em manobras de descolagem o uso de Afterburner’s torna-se essencial em aeronaves que possuam uma grande carga alar (peso da aeronave carregada dividida pela área da asa), o que significa que necessitam de velocidades bastante elevadas para efectuarem a descolagem. Quando em voo o Afterburner pode ser utilizado para um aumento da potência disponível de imediato.

Este aumento imediato da potência disponível é conseguido através da injecção adicional de combustível na área do bocal de escape, ou seja, genericamente após ser queimado o combustível na câmara de combustão, esta liberta gases a elevada temperatura que são pressurizados pela turbina, e é sobre estes mesmos gases que se encontram extremamente quentes e pressurizados que se injecta mais combustível de modo a que este seja queimado quando em contacto com os gases expulsos, gerando uma maior quantidade de gases, o que aumenta a impulsão gerada.

O uso deste sistema tem vantagens, tais como o aumento significativo da impulsão gerada, mas por outro lado aumenta consideravelmente o consumo de combustível e tem uma elevada taxa de ineficiência, mas é aceitável o seu uso em curtos espaços de tempo e para a realização de determinadas manobras.

Principio Básico dos Motores a Jacto

Os motores de propulsão a jacto regem-se pelo princípio geral do fluxo de massa. Basicamente o impulso depende de duas variáveis, a primeira é a velocidade dos gases de escape, e a segunda a massa dos gases. Existem duas expressões importantes no uso dos Afterbuner’s, e são elas “wet” quando o Afterburner está a ser usado e “dry” quando se está a usar o motor sem pós-combustão, ou seja sem a intervenção do Afterburner.

A temperatura dos gases resultantes da combustão ocorrida na câmara de combustão é maior logo antes da turbina, o que faz com que seja a capacidade da turbina resistir a essas temperaturas que é a primeira restrição da potência seca (dry) que o motor é capaz de gerar. Essa temperatura é conhecida como Turbine Entry Temperature (TET), e é um dos parâmetros críticos da operação do motor.

Sabendo que nem todo o oxigénio foi consumido na reacção de combustão ocorrida dentro da câmara de combustão, então ainda existe possibilidade de adicionar mais combustível de modo a reacender os gases e causar um aumento substancial na velocidade de exaustão dos gases e assim aumentar a propulsão. Este é o real funcionamento de um Afterburner, e é pelo motivo da adição posterior de mais combustível que se chama de potência molhada (wet).

Assim, durante a operação de funcionamento do motor, os gases passam a turbina e expandem numa entropia constante, perdendo assim temperatura, consequentemente o pós-combustor (afterburner) injecta combustível à direita da turbina, que ao entrar em contacto com os gases quentes expelidos pela turbina se reacendem na presença de uma quantidade adicional de combustível, aumentando assim a pressão no tubo de escape, enquanto o fluxo de massa se torna ligeiramente maior, aumentando a propulsão.

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