Aeronaves a jato primordiais: Me 262 e Yak-15

O conceito de motor a ''jato'' (corrente de líquido ou gás forçado por uma pequena abertura) é 2000 anos mais velho que o motor a pistão, com seu primeiro dispositivo bem conhecido sendo o ''Motor Herói'' - também chamado eolípila. Gases em expansão de uma fonte (neste caso água fervente) são ejetados de uma abertura angulada, gerando grande rotação e demonstrando a ação (fluxo de gás) e a reação (movimento), a segunda e terceira leis da termodinâmica de Newton. De fato, motores a jato estavam nas mentes de projetistas muito antes da segunda guerra mundial. Uma turbina a jato foi proposta e patenteada por John Barber em 1971. Uma máquina movida a turbina que poderia extrair energia mecânica muito mais eficientemente a partir de gases a jato foi inventada 100 anos depois.

Peça do compressor Napier NA357

A história possui infindáveis exemplos de movimentar objetos com jatos, incluindo seu primo ''motor a reação'', o foguete, evidenciado pelas lanças a foguete da China antiga, veículos movidos a foguete e sim, até aeronaves a foguete - exemplos sendo o Opel RAK.1 de 1929 e o Messerschmitt Me 163 de 1944. Em 1910 o inventor romeno Henri Coandã registrou a patente da propulsão a jato em aeronaves que consistia de um motor a pistão movimentando hélices em dutos: um ''termojato''. O italiano Caproni Camprini N.1. era similar com a adição de uma câmara de combustão para ''afterburner''.

O motor a jato turbo que conhecemos comumente é um dispositivo muito simples. Como um motor a pistão (ciclo de Otto), ele possui os estágios da compressão, combustão e expansão, a diferença sendo que este é um “sistema continuamente aberto” permitindo o constante fluxo de matéria através dele. Logo, todos os três estágios operam simultaneamente, conhecido como o ciclo de Brayton. Embora encontrar o equilíbrio correto entre fluxo de ar e pressão fosse importante, a razão principal deste não ser aplicável até a segunda guerra mundial foi a falta do avanço na metalurgia, ciência e tecnologias em relação às propriedades do metal. As incríveis forças centrífugas e altas temperaturas demandadas pelo turbo jato estavam no limite da engenharia de materiais da época, mas para alguns, este era um desafio para ser superado.

Turbojato Whittle W.1/W.2B. Note a grande entrada de ar à esquerda.

Frank Whittle e Hans von Ohain simultaneamente e sem conhecimento do outro se proporam a resolver este desafio de engenharia e ceticismo se seus colegas para construir motores turbojato funcionantes. Apesar de Whittle ter começado a mexer nos conceitos muito mais cedo e ter conseguido fazer um motor “Unidade Whittle” funcionante 6 meses antes de von Ohain, este conseguiu apoio e logo, Heinkel estava apoiando completamente o departamento de motores a jato para aeronaves com os melhores engenheiros e equipamentos de teste, eventualmente produzindo o ''HeS 3'', que movimentou a primeira aeronave a jato do mundo, o He-178. Após seu primeiro voo em 27 de agosto de 1939 (4 dias antes do início da segunda guerra mundial) atitudes oficiais começaram a mudar.

Tanto Whittle quanto von Ohain utilizaram um compressor ''impulsor'' para a entrada de ar pois sua tecnologia era bem conhecida e comum devido ao seu uso em motores como compressores. Turbocompressores de motores também existiam mas não eram tão comuns; como também aquecedores de ar de alta admissão - basicamente, seus designs usavam conceitos já existentes de novos jeitos. Um dos maiores problemas de ambos projetistas era o grande diâmetro, similar ao de um motor radial, mas apesar do Whittle Power Jets W.1 fosse ser utilizado em númeras variações, o HeS não foi.

Motor de pós guerra Jumo 004.

Ao ouvir falar no novo motor, a companhia Junkers, querendo fazer um jato competente, escolheu o Dr. Anselm Franz como engenheiro chefe devido a sua experiência com turbocompressores e supercompressores. Apesar de não ser muito ambiciosos, seus designs possuíam uma diferença chave: ao invés de um grande disco impulsor, ele possuía múltiplas fileiras de hélices para impulsionar o ar para a câmara de combustão. O propósito era possuir uma pequena área frontal, mas muito mais importante, o motor beneficiou de um aumento do fluxo de ar da entrada, resultando em um aumento de empuxo em relação aos designs de impulsores. O resultado, motor Jumo 004, movimentou a maioria das primeiras aeronaves alemãs e fazia o Me 262 mais rápido que os primeiros Gloster Meteors, P-80 e jatos soviéticos. As limitações da nova tecnologia e falta de materiais resultou na relativamente curta vida útil do motor de 25 horas (como os primeiros motores a pistão) e menos empuxo que ele potencialmente poderia produzir. Ainda sim, o Jumo 004 ganhou o status de lendário e seu design axial se tornou a fundação de todas os motores de aeronaves a jato de hoje.

Depois da guerra, Dr. Franz foi trazido para os EUA onde ele se estabeleceu eventualmente e trabalhou para o departamento de motores da Lycoming Aircraft. A partir da experiência de seu Jumo 004 ele desenvolveu o motor turboeixo mais popular da história, o T53 (utilizado no Bell UH-1 Huey por exemplo). A partir deste veio o maior T55 e depois, AGT-1500, o motor que movimenta o tanque de batalha M1 Abrams!

Autor: Joe ''Pony51'' Kudrna