Por que os aviões de propulsão ainda são feitos?

Os motores a jato só são eficientes em altas altitudes e alta velocidade (mais de 25.000 pés ou mais e mais de 300 nós / ou velocidade real). O custo de fabricar e operar um avião capaz de voar para lá é muito alto, e a maioria dos vôos de aviação geral não precisa desse desempenho (ou despesa), portanto, de aviões a hélice.

Os turbopropulsores preenchem a lacuna de eficiência entre motores a jato recíprocos e puros, sendo mais eficientes em altitudes e velocidades médias. Ainda mais despesas e desempenho do que a maioria dos vôos de aviação geral precisa embora.

É tudo relacionado à missão.

Motores a hélice - e estou incluindo turboélices - são muito mais eficientes em velocidades e altitudes mais baixas. Exemplo: o avião de carga C-130 Hercules. Ele pode entrar e sair de campos muito mais curtos do que um turbojato ou um turbofan, enquanto transporta uma carga grande, porque tem essas hélices enormes arranhando o ar. Os jatos, como dito anteriormente, têm a vantagem alta e rápida. Mas essa não é a missão do Hércules.

Como mencionado, eles são eficientes em altitudes mais baixas (e atendem à missão do GA muito bem), mas de muitas maneiras simplesmente se reduzem ao custo. Existem empresas por aí projetando e trabalhando em jatos menores como Cirrus com o SF50 . Então há alguns jatos lá fora, como o Cessna Citation Mustang , que são de piloto único e podem voar com as classificações apropriadas. uma PPL. Mas a verdade é que não é barato nem é fácil trazer um novo avião para o mercado. Cirrus primeiro voou seu jato em 2008 e ainda não está no mercado oficialmente. Isso os coloca em quase oito anos, desde o protótipo até o lançamento, e tenho certeza de que as primeiras linhas foram elaboradas bem antes de 2008.

Por outro lado, empresas como Piper e Cessna têm projetos aprovados que ainda são rápidos e fáceis de manter, mesmo pelos padrões atuais. Muito o problema "Se não está quebrado não conserte". Não é nenhum mistério que as vendas da GA caíram e algumas empresas poderiam estar se saindo melhor.

Existe um problema de segurança. Os aviões de hélice são agradáveis e fáceis de pilotar com uma resposta rápida do acelerador e velocidades mais baixas fazem grandes treinadores. Alguns podem argumentar que os jatos são apenas muito planos para um novo piloto.

Para o que vale a pena, há alguns pistão muito rápidos por aí. O Glasair reivindica um cruzeiro de 252Ktas (embora seu experimental) e a produção cheia Mooney Acclaim Tipo S puxa a 242Kta ambos os planos se aproximam das velocidades do turbo prop ao motor do pistão enquanto um design antigo ainda pode oferecer desempenho (e alta velocidades).

Existe também algum cruzamento com motores de pistão automotivos. Através da história, houve alguns motores de automóveis certificados para aeronaves. Era uma vez A Ford tinha alguns motores que encontraram seu caminho aviões. Mooney tentou usar motores de carros pelo menos duas vezes, começando com o motor Crosley que foi encontrado nos primeiros ácaros e culminando com o épico (se você é um fã da Porsche como eu) PFM3200 que contou com o motor Porsche 3.2 do final dos anos 80 Carrera. Enquanto o PFM3200 estava repleto de problemas e a Porsche eventualmente abandonou a certificação da FAA para o motor, foi uma demonstração interessante de engenharia. Peças para o 3,2 eram provavelmente mais fáceis de comprar e havia muitas pessoas que sabiam como trabalhar nelas. Atualmente, a Diamond oferece um diesel DA42 executado em motores de carros modificados. Novamente usando um motor que é testado e verdadeiro na estrada. Portanto, os custos não são apenas porque os motores são mais baratos, mas feitos em quantidades muito maiores, além de compensar alguns dos custos de engenharia com esse volume.

As centrais a hélice movidas a pistão são:

• Mais barato. Como o mecanismo é um projeto comprovado e bem compreendido, eles são mais baratos de projetar, fabricar e manter, sendo que todos esses custos são mais baixos para o piloto. Você pode pegar um Piper Cherokee mais velho por cerca de $ 40k bem equipado com muitas horas antes de sua próxima revisão. O turboélice Piper mais barato e absoluto que posso encontrar com uma busca rápida é o Cheyenne, um bimotor de 275.000 dólares, e provavelmente precisa de trabalho, já que a média está mais próxima de 400.000 dólares. Outras estruturas de turboélice se aproximam de US $ 2 milhões por pop.

• Menor. Um motor de pistão naturalmente aspirado de quatro cilindros refrigerado a ar não é muito maior do que o V-Twin em uma motocicleta. O menor tende a ser mais leve, e também permite mais cabine em uma fuselagem com o mesmo volume total e menos variação do CG com o peso da cabine (o que é um grande negócio em aviões pequenos).

• Mais simples. Não há muito o que dar errado com um avião de motor a pistão refrigerado a ar de passo fixo. Isso reduz novamente os custos de manutenção, mas também aumenta a segurança, aumentando o "tempo médio entre falhas" que exigiria procedimentos de emergência. Adereços de velocidade constante são um pouco mais mecanicamente complexos, mas não tão ruins. Turboprops um pouco mais complexo ainda.

• Melhor desempenho em baixas altitudes. A maioria dos turbofans é projetada para operação acima de 10.000 pés, enquanto a maioria das embarcações movidas a hélice é projetada para voar a 8.000 ou menos porque sua cabine não é pressurizada. Em altitudes mais baixas, onde o ar é mais espesso, os motores de pistão funcionam com mais eficiência e resfriamento do que os turbofans e muito melhor do que os jatos puros.

Os jatos ultra-leves eram toda a mania de uma década atrás, e nunca decolaram: eles eram muito ineficientes em termos de combustível. As hélices fazem um trabalho muito melhor ao converter a energia química do combustível em propulsão que impulsiona o avião para frente, do que os jatos.

Impulso aerodinâmico pode ser escrito como $ T = \ ponto {m} \ cdot \ Delta V $, com $ \ ponto {m} $ o fluxo de massa de ar em kg / se $ \ Delta V $ aumenta a velocidade da massa de ar propelida em m / s. Para obter a maior eficiência de propulsão, acelere a maior quantidade de ar para o menor $ \ Delta V $. As hélices têm uma área de disco efetiva muito mais alta do que os motores a jato puros, e oferecem muito mais empuxo por potência de motor instalada do que os jatos puros.

O turbofan é muito mais eficiente em termos de combustível do que um jato puro, porque o ventilador de bypass grande funciona como uma hélice. No entanto, o turbofan ainda é menos eficiente que um turboélice, simplesmente por causa do maior raio da lâmina.

A questão do motor de pistão contra o motor de turbina para a aviação geral é completamente diferente. Os motores de pistão são mais pesados, mas têm melhor economia de combustível. Em termos de peso, eles aumentam muito pouco, e é nesse ponto que as turbinas se tornam totalmente independentes: nada supera uma grande turbina na relação potência / peso. Turbinas menores não são muito eficientes devido às menores taxas de pressão das aberturas das pás / abas.

É muito simples: os planos Prop são fabricados porque a maioria dos aeroportos em todo o mundo tem pistas muito curtas para jatos.