Aula 4 Sistemas propulsivos

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Desempenho de Aeronaves
Sistemas Propulsivos
Prof. Joel Laguárdia
joel.laguardia@fumec.br
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Motor a pistão (hélice) / combustão internaMotor a pistão (hélice) / combustão internaMotor a pistão (hélice) / combustão internaustão inteMotor a pistão (hélice) / combustão internarna
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Turbina a gás
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Turbojato
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Turbofan
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Pulsojato
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Foguete
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Elétrico
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Aviação Geral:
§ motor pistão / combustão / elétricos
§ turbohélice
§ tubojato
turbohélice
tubojato§ tubojato
motor pistão / combustão / elétricosmotor pistão / combustão / elétricosmotor pistão / combustão / elétricos
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Aviação Comercial:
§ turbohélice
§ turbojato
§ tubofan
turbojato
tubofan§ tubofan
Opções de Sistemas Propulsivos para aviões:
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Definições Fundamentais:
Brake Horse Power (BHP) 1!" # 550 $%. &'$/( # 746)
Shaft Horse Power (SHP)
Thrust Horse Power (THP) *+, = *. -/550
Classificação de Potência e Tração do Motor
Take-off wet: pós-queimador – turboprop com injeção de água
Take-off dry
Potência Máxima Continua: configuração para Vh
Flat-rating: dias frios e dias quentes
Thrust Horse
Classificação de Potência e Tração do Motor
Power (SHP)
Horse Power (THP)
Power (SHP)
Power (THP)
Power (SHP)
Power (THP)
1!"1!" # 550550 $%. &'$/( # 746)746)
queimador 
Classificação de Potência e Tração do Motor
queimador – turboprop
Classificação de Potência e Tração do Motor
turboprop
Classificação de Potência e Tração do Motor
com injeção de águacom injeção de água
configuração para 
dias frios e dias quentes
configuração para Vh
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Desempenho de Aeronaves
Combustíveis:
Avgas
0,71 kg/L = 6,0 lbf/galão
razão ideal (estequiométrica)
14,7kg de ar : 1kg de avgas
mistura rica / mistura pobre
octanagem
Jet A
6,7 lbf/galão
razão ideal (estequiométrica)
14,7kg de ar : 1kg de 
razão ideal (estequiométrica)
14,7kg de ar : 1kg de 
0,71 kg/L = 6,0 
razão ideal (estequiométrica)
0,71 kg/L = 6,0 lbf/galãolbf
razão ideal (estequiométrica)
/galão
mistura rica / mistura pobremistura rica / mistura pobre
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Consumo Específico de Combustível:
Quão eficiente é a conversão da energia química em energia mecânica?
Motor pistão:
238 = 9: =
";(< >; 9<?'./%;?"<
"<%ê@9AB
&'$/!C
!"
D/(
)
Motor jato:
*238 = 9E =
";(< >; 9<?'./%;?"<
%CBçã<
&'$/!C
&'$
D/(
F
238 =
Motor pistão:
: =
";(<";(< >;
"<%ê@9AB
9<?'
Quão eficiente é a conversão da energia química em energia mecânica
/%;?"<
Quão eficiente é a conversão da energia química em energia mecânicaQuão eficiente é a conversão da energia química em energia mecânicaQuão eficiente é a conversão da energia química em energia mecânicaQuão eficiente é a conversão da energia química em energia mecânica?
>; 9<?'
!"
D/(
)
&'$/
&'$
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Consumo Específico de Combustível:
80 HP
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Consumo Específico de Combustível:
Exemplo 1: motor Williams FJ33 (turbofan) consome 1000 lbf por hora e gera 1500 lbf de tração. Calcule 9E
em sistema UK e SI
Exemplo 2: um motor pistão consome 10 galões de combustível por hora gerando 150 hp. Calcule 9: em 
sistema UK e SI.
motor Williams FJ33 (turbofan) consome 1000 lbf por hora e gera 1500 
Exemplo 2: um motor pistão consome 10 galões de combustível por hora gerando 150 
sistema UK e SI.
um motor pistão consome 10 galões de combustível por hora gerando 150 um motor pistão consome 10 galões de combustível por hora gerando 150 um motor pistão consome 10 galões de combustível por hora gerando 150 um motor pistão consome 10 galões de combustível por hora gerando 150 um motor pistão consome 10 galões de combustível por hora gerando 150 hp. Calcule 
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Desempenho de Aeronaves
Motores a Pistão / Combustão Interna
Lycoming XR-7755 - 500 HP
36 cilindros 0,05 HP
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Motores a Pistão / Combustão Interna
Tipos mais comuns: 4 tempos
238 # 0G4H I 0G60 &'$/!C/!"
A
d
m
is
sã
o
C
o
m
p
re
ssã
o
C
o
m
b
u
st
ã
o Exp
u
lsã
o
os
/!"
C
o
m
b
u
st
ã
o
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Motores a Pistão / Combustão Interna
JKLM
N
L
JOPêQRSK T L UJV VWJ
Variação da potência e do consumo com a velocidade e altitude:
§ Variação da velocidade: quais parâmetros são afetados?
, é aproximadamente constante com -X
238 é aproximadamente constante com -X
Obs: pode-se aumentar o MAP artificialmente: 
supercharger, turbocharger, turbonormalizador
JKLMJ
JOPêQRSK TJOPêQRSKJOPêQRSK L UJV
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Desempenho de Aeronaves
Motores a Pistão / Combustão Interna
JKLM
N
L
JOPêQRSK T L UJV VWJ
Variação da potência e do consumo com a velocidade e altitude:
§ Variação da altitude: quais parâmetros são afetados?
Modelo Simplificado
Modelo Gagg and Farrar
, = ,YZ
[
[\
, = ,YZ 1.1H] ^ I 0.1H]
Como seria o modelo para um motor turbonormalizado?
Exemplo: qual a potência um motor tem capacidade de gerar a 8280 ft, sendo 
que este gera 260 hp a nível do mar?
JKLMJ
Variação da potência e do consumo com a velocidade e altitude:
JOPêQRSK
Variação da potência e do consumo com a velocidade e altitude:
JOPêQRSK
Variação da potência e do consumo com a velocidade e altitude:
JOPêQRSK T L UJV
Modelo 
Modelo Simplificado
Modelo 
Modelo Simplificado
: quais parâmetros são afetados
Modelo Simplificado
: quais parâmetros são afetados: quais parâmetros são afetados
, =
Variação da potência e do consumo com a velocidade e altitude:
: quais parâmetros são afetados
[
Variação da potência e do consumo com a velocidade e altitude:
: quais parâmetros são afetados?
Exemplo
que este gera 260 
Como seria o modelo para um motor 
: qual a potência um motor tem capacidade de gerar a 8280 
que este gera 260 
Como seria o modelo para um motor 
: qual a potência um motor tem capacidade de gerar a 8280 
Como seria o modelo para um motor 
: qual a potência um motor tem capacidade de gerar a 8280 
Como seria o modelo para um motor 
1H] ^
turbonormalizado
YZ 1.1H]
Como seria o modelo para um motor turbonormalizado
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Desempenho de Aeronaves
Motores a Pistão / Combustão Interna
Sistemas Propulsivos
Desempenho de Aeronaves
Motores a Pistão / Combustão Interna
Efeito da temperatura na potência
Proposto por fabricantes
,
,_`a
=
*bYc
*dce
Exemplo:
Um motor gera 100 BHP a nível do mar. Qual a potência que este irá gerar nas seguintes condições?
3048 m, fg* = h2g i 16G7 j
§ Qual outra maneira podemos utilizar para fazer correção de temperatura de um motor?
,
_`a
=
*bYc*
*
Proposto por fabricantes
dce**
Um motor gera 100 BHP a nível do mar. Qual a potência que este irá gerar nas seguintescondições
16G7 j
Um motor gera 100 BHP a nível do mar. Qual a potência que este irá gerar nas seguintes condiçõesUm motor gera 100 BHP a nível do mar. Qual a potência que este irá gerar nas seguintes condiçõesUm motor gera 100 BHP a nível do mar. Qual a potência que este irá gerar nas seguintes condiçõesUm motor gera 100 BHP a nível do mar. Qual a potência que este irá gerar nas seguintes condições
Qual outra maneira podemos utilizar para fazer correção de temperatura de um motorQual outra maneira podemos utilizar para fazer correção de temperatura de um motorQual outra maneira podemos utilizar para fazer correção de temperatura de um motorQual outra maneira podemos utilizar para fazer correção de temperatura de um motorQual outra maneira podemos utilizar para fazer correção de temperatura de um motor?Qual outra maneira podemos utilizar para fazer correção de temperatura de um motor
Gráficos de Motor
O-360 - A series
4 cilindros opostos
180 hp a 2600 RPM
e 29 in.Hg
Exemplo:
2400 RPM
1800 ft
23.2 in.Hg
OAT = 25°F
Calcular potência
Calcular consumo
in.Hg
Exemplo:
Gráficos de Motor
O-360 - A series
Exercício:
2200 RPM
2000 ft
22.0 in.Hg
OAT = ISA - 23,2 K
Calcular potência
Calcular consumo
22.0 in.Hg
OAT = ISA - 23,2 K23,2 K
Calcular potência
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Hélices
Qual é a função das hélices?
klmk
kn
,c = op ,qrp
?
k
, = o ,
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Hélices
s
t
Lt
u: torque
*: tração
v: ângulo de hélice
w: ângulo de passo
s
t
: torque
*: trat ção
v: ângulo de héliceâ
: ângulo de passoâ
ângulo de héliceângulo de hélice
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Hélices
xyzw =
,
]{C
xyzv =
-X
|C
} =
C
~
,
�
= �
-:\�`� = -X
� i |~ �
=
-:\�`�
BX
�:\�`�
EX: 80 x 69
� =
-X
@�
w =
]{C]{C
} =
C
~
,
�
�
|~ �
EX: 80 x 69EX: 80 x 69
=
-X--
@�
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Desempenho de Aeronaves
Hélices
passo variável x passo constante
passo fixo x velocidade constantepasso
passo vari
passo fixo x velocidade constante
variável x passo constante
fixo x velocidade constante
x passo constante
fixo x velocidade constante
x passo constante
fixo x velocidade constante
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Desempenho de Aeronaves
Hélices
passo variável x passo constante
passo fixo x velocidade constante
o:
� = -/@�
melhor desempenho de subida
melhor desempenho de cruzeiro
o:
passo
passo vari
passo fixo x velocidade constante
variável x passo constante
fixo x velocidade constante
x passo constante
fixo x velocidade constante
x passo constante
fixo x velocidade constante
melhor
melhor
melhor desempenho
melhor desempenho
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Hélices
Exemplo: Uma aeronave voa a 185 knots a 8000 ft. O mesmo opera uma hélice de 76’’ de diâmetro e um ângulo de passo 
de 23° a 2700 RPM. Calcule:
§ o ângulo de hélice na ponta, 
§ a velocidade angular em rad/s, 
§ a velocidade de ponta, 
§ o passo a 75%r, 
§ o número de Mach na ponta e 
§ a razão de avanço
o ângulo de hélice na ponta, 
a velocidade angular em 
a velocidade de ponta, 
o passo a 75%r, 
o ângulo de hélice na ponta, 
a velocidade angular em 
a velocidade de ponta, 
o passo a 75%r, 
a 2700 RPM. Calcule:
o ângulo de hélice na ponta, 
a velocidade angular em 
a velocidade de ponta, 
a 2700 RPM. Calcule:
o ângulo de hélice na ponta, 
rad/s, 
a 185 knots a 8000 ft. O a 185 knots a 8000 ft. O mesmomesmo opera uma élice de 76
o número de Mach na ponta e 
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Desempenho de Aeronaves
Hélices
Coeficientes aerodinâmicos
8p =
,
[@���
8e =
*
[@���
8� =
u
[@���
op ?
Exemplo: o motor da aeronave gera 225 BHP, a 2700 RPM. Supondo que a aeronave possui uma hélice com 76’’ de 
diâmetro. Qual o 8p da hélice sabendo que a aeronave voa a nível do mar?
8p8 =
,
[ �
op ?
8 =
[@�
o motor da aeronave gera 225 BHP, a 2700 RPM. Supondo que a aeronave possui uma hélice com 76
da hélice sabendo que a aeronave voa a nível do mar?
o motor da aeronave gera 225 BHP, a 2700 RPM. Supondo que a aeronave possui uma hélice com 76
da hélice sabendo que a aeronave voa a nível do mar?
o motor da aeronave gera 225 BHP, a 2700 RPM. Supondo que a aeronave possui uma hélice com 76o motor da aeronave gera 225 BHP, a 2700 RPM. Supondo que a aeronave possui uma hélice com 76
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Hélices
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Hélices
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Hélices
Exemplo: Uma aeronave voa a 125 knots, sua hélice de 76’’ de diâmetro possui suas curvas de desempenho 
representadas acima. Supondo condições a nível do mar e que a rotação do motor nessa condição é 2400 RPM. Calcule a 
Potência e a tração nessa condição.
a 125 knots, sua
representadas acima. Supondo condições a nível do mar e que a rotação do motor nessa condição é 2400 RPM. Calcule a 
hélice de 76
representadas acima. Supondo condições a nível do mar e que a rotação do motor nessa condição é 2400 RPM. Calcule a 
de 76’’ de di’’ de di
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Motores Turbojato
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Motores Turbofan
Aproximação de dados para o Rolls-Royce RB211-535E4Aproximação de dados para o RollsAproximação de dados para o Rolls
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T
T
P
P
V
V V
V
T
V
T
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Exercícios propostos
3.2
3.4