Os motores a jato menores giram mais rápido que os maiores?

Os motores a jato são projetados para produzir potência suficiente para levantar a aeronave do solo e mantê-la no ar durante o vôo. Para conseguir isso, eles devem funcionar em velocidades muito altas. A velocidade do motor, em rotações por minuto (RPM), é geralmente expressa como uma percentagem da velocidade de rotação máxima permitida. Os motores menores funcionam a velocidades muito maiores do que os motores maiores.

Nas últimas décadas, o tamanho dos motores a jato aumentou significativamente. A quantidade de empuxo que um motor produz determina em grande parte sua eficiência operacional. Motores com grande taxa de bypass tendem a aumentar a quantidade de empuxo que o motor produz. A taxa de desvio é a razão entre a taxa de fluxo de massa do ar que desvia do núcleo do motor (fluxo secundário) e a taxa de fluxo de massa do ar que entra no núcleo (fluxo primário).

Foto: Airbus

Motores maiores geram mais empuxo e são mais eficientes. Contudo, eles devem ser operados em velocidades mais rápidas do que motores menores? A resposta é não.

Velocidades da ponta da lâmina

A velocidade da ponta da lâmina determina as relações de pressão máximas que a turbina e o compressor podem obter. Isto, por sua vez, limita a potência e eficiência máximas que o motor pode obter. Os fabricantes de motores pretendem atingir velocidades ideais das pontas das lâminas para aumentar a eficiência. A velocidade da ponta da lâmina aumenta à medida que o tamanho das lâminas aumenta. Se o diâmetro de um rotor for reduzido pela metade, a velocidade de rotação deverá dobrar para manter constante a velocidade da ponta.

• GE90 alimentando o Boeing 777: 22 pás
• GEnx alimentando o Boeing 787 Dreamliner: 18 pás
• GE9X alimentando o Boeing 777X: 16 pás

O uso de compósitos minimizou significativamente o design das pás do ventilador e seu peso. O número de pás necessárias para motores mais novos é significativamente menor do que para motores mais antigos. De acordo comGE Aeroespacial,

"Os engenheiros da GE avançaram ainda mais no design de pás compostas do ventilador para o motor GEnx, permitindo um número reduzido de pás por sistema de ventilador (22 pás no GE90 a 18 pás no GEnx). O GEnx também utilizou compósitos de fibra de carbono na caixa do ventilador para reduzir o peso do motor em cerca de 400 libras."

"O GE9X terá apenas 16 pás em sua ventoinha frontal de 134 polegadas. Quanto menos pás e mais finas melhorarão o fluxo de ar do motor e criarão uma ventoinha mais leve e eficiente que ajudará no desempenho geral e no consumo de combustível do GE9X."

O tamanho do motor

Quanto menor o motor, maior será a RPM necessária para atingir a velocidade ideal da ponta da lâmina. Por exemplo, o motor CFM LEAP instalado na família Airbus A320neo (LEAP 1-A) e Boeing 737 MAX (LEAP 1-B) tem velocidades N1 próximas de 4.600 RPM e N2 velocidades de até 20.500 RPM.

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Por outro lado, os fabricantes de motores devem limitar a velocidade da ponta das pás em motores maiores. Os fabricantes pretendem atingir velocidades de ponta dentro ou ao redor da região de fluxo subsônico. O fluxo subsônico ao redor das pontas minimiza o ruído do motor e aumenta a eficiência do combustível. No entanto, as pontas das pás do ventilador atingem velocidades supersônicas, como decolagem e subida, durante pontos de alta potência. De acordo comRolls-Royce,

"O Trent 900 é o quarto membro da família Trent e inclui a mais recente tecnologia comprovada para reduzir o ruído e o peso, ao mesmo tempo que aumenta a eficiência. Por exemplo, as 24 pás do ventilador do motor têm um novo design varrido que reduz o efeito das ondas de choque à medida que a ponta do ventilador gira supersonicamente."

Foto de : Rolls-Royce

Portanto, as velocidades máximas do carretel em motores maiores são mais baixas do que em motores menores. Por exemplo, o General Electric GE90 que alimenta a aeronave Boeing 777 gira a uma velocidade máxima N1 de 2.850 RPM e N2 de 10.850 RPM. Da mesma forma, as velocidades dos grandes motores de três carretéis são relativamente mais baixas do que as dos motores menores. O motor Rolls-Royce Trent XWB de três carretéis que alimenta o Airbus A350 tem uma velocidade N1 de 2.700 RPM, velocidade N2 de 8.200 RPM e velocidade N3 de 12.500 RPM.

Motores típicos de dois carretéis	Velocidades
Eixo N1	2.200 – 4.500 RPM
Eixo N2	10.000 – 15.000 RPM
Eixo N2 (motores para fins especiais)	Até 30.000 rpm

A Rolls-Royce lista que o ventilador frontal do motor Trent XWB tem pouco menos de 3 metros de diâmetro e suga até 1,3 toneladas de ar a cada segundo durante a decolagem. Da mesma forma, as pás da turbina de alta pressão no núcleo do motor giram a 12.500 RPM enquanto as pontas das pás se aproximam de 1.900 km/h, quase o dobro da velocidade do som.

Motores típicos de três carretéis	Velocidades
Eixo N1	2.200 – 4.500 RPM
Eixo N2	6.000 – 8.000 RPM
Eixo N3	10.000 – 15.000 RPM