Grupo motopropulsor é o conjunto dos componentes que fornece a tração necessária para o voo. É extremamente necessário para que o avião possa vencer a resistência ao avanço.
Os tipos mais usados são: Turbojato, Turbofan, Turboélice e o Motor a pistão e hélice.
As definições de algumas potências são necessárias ao estudo dos grupos motopropulsores, são elas:
- Potência teórica -É a potência liberada pela queima do combustível.
- Potência indicada – É a potência desenvolvida pelos gases queimados sobre o pistão.
- Potência efetiva – É a potência medida no eixo da hélice, podendo variar desde a marcha lenta até a potência máxima.
- Potência máxima – É a potência efetiva máxima que o motor é capaz de fornecer.
- Potência nominal – É a potência efetiva máxima para a qual o motor foi projetado, e faz parte das especificações do motor.
- Potência de atrito – É a potência perdida por atrito nas partes internas do motor.
- Potência útil – É a potência de tração que a hélice fornece ao avião.
- Potência Necessária – É a potência que o avião necessita para manter o voo.
- Potência Disponível – É a potência útil máxima que o motor pode fornecer ao avião.
Nos aviões monomotores de pequeno porte, o grupo motopropulsor é geralmente constituído por um motor a pistão e uma hélice. Quando não há hélice o grupo motopropulsor é apenas o motor. O estudo dos motores será mais aprofundado na matéria conhecimentos técnicos, onde serão apresentadas todas as características e composição dos motores.
Aqui neste capítulo serão apresentadas apenas as características que estão diretamente ligadas a aerodinâmica do voo.
Neste curso o foco será dado aos motores a pistão que utilizam uma hélice para gerar tração.
As pás de uma hélice são aerofólios rotativos que funcionam como pequenas asas produzindo sustentação para a frente.
Observando a imagem abaixo nota-se que o aerofólio forma um ângulo de ataque devido a sua torção das pás. O vento relativo sopra de baixo para cima, contrário ao movimento da pá. Temos então uma resultante aerodinâmica que se decompõe em arrasto e tração. Da mesma forma que acontece com as forças geradas sobre as asas do avião.
Passo
Devido aos ângulos das pás, a hélice avança uma determinada distância a cada rotação completa. Funcionando como se fosse um parafuso. Essa distância que a hélice avança chama-se passo teórico. Porém, como o ar não é um meio sólido a distância realmente percorrida é menor e recebe o nome de passo efetivo ou avanço. Essa diferença depende da fluidez do ar. A diferença entre o passo teórico e o passo efetivo, que a hélice deixou de percorrer, chama-se recuo.
Sabemos que as pás da hélice são torcidas, porém, qual será o melhor ângulo de torção?
Esse ângulo depende da velocidade do avião e da rotação do motor. Como a hélice gira e ao mesmo tempo avança para a frente, o vento relativo que incide sobre a pá é inclinado, conforme mostra a figura abaixo.
A pá deve ter uma inclinação um pouco maior, de modo a formar um ângulo de ataque α positivo. Esse ângulo é importante para que as pás possam gerar tração.
Portanto o ângulo de torção das pás é determinado pelo fabricante, de modo a obter o máximo rendimento da hélice.
Aerodinâmica da pá no avião estático
Num avião parado a hélice apenas gira, sem avançar. A pá direita desce, formando um ângulo α que é igual ao ângulo de passo fixo B da pá.
A aerodinâmica da pá do avião em voo
Durante o voo a velocidade do avião aumenta, o vento relativo que atinge a pá ficará mais inclinado, conforme mostra a figura abaixo.
Com isso o ângulo de ataque diminui devido ao avanço, tornando-se menor que o passo. Para que seja mantido o mesmo ângulo de ataque α ideal para a hélice, é preciso que suas pás sejam mais torcidas. Muitos aviões possuem comando para efetuar a mudança de torção das pás, que na linguagem popular da aviação é também chamado de passo.
Do que acabamos de ver, podemos concluir imediatamente que não existe um passo ou torção da pá que sirva bem para todas as condições de voo.
- Uma hélice com pequena torção seria boa para decolagens e subidas, mas ineficiente para voos de cruzeiro em alta velocidade.
- Uma hélice muito torcida funcionaria bem em voo de cruzeiro, mas teria muita dificuldade para fazer o avião decolar e subir.
As pás das hélices são mais torcidas na raiz do que nas pontas. O motivo disso é que, perto do centro, a pá se desloca menos do que na ponta. Desta forma a torção da pá na parte central deve ser maior para que ela avance ao mesmo tempo que na ponta. O passo é constante, porem o ângulo é variável.
Eficiência e rendimento
É a razão entre a Potência útil e a Potência Efetiva.
Por exemplo, se uma determinada hélice recebe uma potência efetiva de 100HP do motor e transfere apenas 75 HP ao avião sob forma de potência útil, teremos:
Rendimento = 0,75 ou 75%
Tipo de hélices quanto ao passo
Hélice de passo fixo
Esse tipo de hélice não permite alteração do seu passo e por isso só apresenta eficiência máxima numa determinada RPM e velocidade de voo para a qual foi construída.
Hélice de passo ajustável
É aquela cujo o passo pode ser ajustado no solo, por meio de ferramentas apropriadas para isso. Essa hélice só funciona bem na RPM e velocidade de voo para as quais foi ajustada.
Hélice de passo controlável
É aquela cujo passo pode ser modificado durante o voo. Essa hélice funciona bem em qualquer condição de voo.
O passo pode ser modificado por meio de:
- Comando manual – o piloto executa o controle do passo através de uma manete especifica para isso, em muitos aviões essa manete é a de cor azul.
- Contrapesos – o passo é automaticamente ajustado por contrapesos que funcionam sob ação centrifuga.
- Governador – O passo é controlado automaticamente por um mecanismo elétrico ou hidráulico denominado Governador.
As hélices de passo controlado por contrapesos ou governador são chamadas de hélices de RPM constante ou hélices de velocidade constante. Isso significa que a rotação do motor permanece fixa durante todo o voo e somente o passo é ajustado de acordo com as necessidades.
Na matéria de conhecimentos técnicos voltaremos a falar sobre os motores. Dando mais ênfase no seu funcionamento e composição