A ingestão da camada limite por um motor parece uma promissora ideia para reduzir o consumo de combustível, as emissões de poluentes e o custo de operacional das aeronaves.

A camada limite é uma fina camada de ar que adere ao corpo de todas as aeronaves. BLI (Boundary Layer Ingestion – Ingestão da camada limite) é uma idéia promissora que pesquisadores da NASA estão estudando para reduzir a queima de combustível em motores a jato, reduzindo assim as emissões e o custo de operação da aeronave.

O desenho para uma aeronave dotada de BLI, os motores estão localizados perto da parte traseira do avião, de modo que o ar que flui sobre o corpo da aeronave torna-se parte da mistura de ar que entra no motor. “A ideia não é completamente nova“, disse Jim Heidmann, gerente do Projeto Avançado de Tecnologia de Transporte Aéreo no Centro de Pesquisa Glenn da NASA, em Cleveland. “O que estamos testando agora são novas tecnologias que podem nos ajudar a obter benefícios da BLI.”

Então, mais especificamente, o que exatamente é BLI e como ele leva a potenciais benefícios econômicos e ambientais?

Quando um avião está voando, quatro forças principais agem sobre ele – empuxo, arrasto, peso e sustentação. O empuxo faz com que um avião avance, enquanto o arrasto tenta diminuí-lo. A sustentação desloca o peso para manter um avião no céu.

BLI trata especificamente da parte do arrasto na equação. Tudo começa com o fato de que, como um avião voa apoiado no ar, uma camada de ar mais lento começa a se acumular ao longo do revestimento da fuselagem e das asas. Esse acumulo de ar recebe o nome de camada limite. Este ar em movimento, mais lento, causa arrasto adicional.

Na frente do avião a espessura da camada limite é zero, mas como o ar flui sobre a superfície da fuselagem e das asas, a camada se torna mais espessa. Quando chega à traseira do avião, pode ter 30 cm ou mais de espessura.

Numa fuselagem convencional, onde os motores a jato são pendurados sob as asas, a camada limite não gera tanto arrasto. O fluxo de ar mais lento, ou arrasto-induzindo, continua sendo mais espesso na parte traseira do avião e mais rápido, indo se misturar com o ar.

A história muda quando os motores do avião são colocados no caminho da camada limite, por exemplo, colocando-os na extremidade traseira do avião, mas não da forma como alguns aviões atuais tem os motores, ao lado ou sob a cauda, mas sim, colocando os motores diretamente em cima ou atrás da fuselagem principal.

Com os motores nesta posição, o ar mais lento da camada limite entra no motor (ingerido) e, em seguida, é acelerado com o resto do ar passando pelo motor e ejetado em alta velocidade.

Não importa se o ar da camada limite que entra está sendo comprimido, misturado com combustível e queimado para se tornar parte da exaustão do jato quente, ou se o fluxo de ar contorna o núcleo do motor, através dos fans (ventiladores) e para fora da parte traseira.

A camada limite ingerida de ar não torna os motores mais ou menos poderosos. Então, o que muda?

Alguns aviões, como o Phantom, recorrem ao uso de uma placa separadora da camada limite para melhorar a ingestão de ar pelos motores.

A quantidade total de arrasto criado pelo ar mais lento que se move sobre e por trás do corpo do avião inteiro diminui porque parte desse ar mais lento foi acelerado novamente, passando pelos motores.

Ainda há arrasto. Ainda há uma perda. Mas é uma perda menor“, disse Heidmann.

E esse é o benefício. Com menos arrasto total, os motores precisam de menos empuxo para impulsionar o avião para à frente, o que se traduz em menor queima, o que reduz as emissões e economiza na despesa de combustível.

Tudo funciona muito bem no papel, mas ainda há um desafio de engenharia a superar.

Vamos voltar para o projeto de convencional, com uma fuselagem em forma de fuso e os motores pendurados na parte inferior das asas. Nessa configuração, as entradas de ar do motor são expostas a um agradável, limpo e uniforme fluxo de ar, que entra no motor, onde o fluxo de ar é desacelerado um pouco para encontrar o primeiro conjunto de pás do ventilador. Isto é ideal para desenhos de motores, porque, à medida que as pás do ventilador giram, experimentam as mesmas condições ambientais – a mesma pressão de ar e velocidade – com cada revolução.

Mas com os motores montados na cauda, no caminho da camada limite, as pás do ventilador são expostas a tensões adicionais, cada vez que passam pelo fluxo de ar distorcido.

Para entender melhor como projetar e construir uma entrada de ar e lâminas de ventilador capazes de suportar com segurança essas tensões adicionais, uma equipe de pesquisa liderada pela NASA está testando uma configuração de motor BLI em túnel de vento.

Estamos fazendo essas experiências porque ainda não sabemos como projetar um ventilador que possa operar neste ambiente de fluxo distorcido“, disse Heidmann. “É como ser atingido por um martelo cada vez que a pá do ventilador gira“.

Os resultados iniciais mostram que um projeto adequado pode ser alcançado, mas ainda é preciso mais trabalho para garantir uma solução – o que poderia exigir um projeto de motor mais pesado e menos aerodinamicamente eficiente.

Os inovadores aeronáuticos da NASA e seus parceiros industriais estão estudando vários conceitos de avião que poderiam tirar proveito das contribuições da BLI para reduzir a queima de combustível.

Um ou mais desses projetos que inclui BLI poderia ser incorporado em uma série de Aviões X que a NASA espera construir e voar dentro da próxima década para demonstrar as tecnologias avançadas e acelerar sua adoção pela indústria.


FONTE: NASA

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