Jato de ponta - Tip jet

O Hiller Hornet foi uma das primeiras aeronaves movidas a jato de ponta.
Ponta do jato de um SNCASO Djinn

Um jato de ponta é um bocal de jato na ponta de algumas pás do rotor do helicóptero , usado para girar o rotor, bem como os fogos de artifício da roda Catherine . Os jatos de ponta substituem o eixo de transmissão normal e têm a vantagem de não colocar torque na fuselagem, dispensando a presença de rotor de cauda. Alguns monocópteros simples são compostos apenas de uma única lâmina com um foguete de ponta.

Os jatos de ponta podem usar ar comprimido, fornecido por um motor separado , para criar o empuxo do jato . Outros tipos usam um sistema que funciona de forma semelhante ao pós - combustor (reaquecimento) em um motor a jato convencional, exceto que em vez de reaquecer um jato de gás, eles servem como o aquecedor primário, criando maior empuxo do que o fluxo de ar pré-comprimido sozinho; a melhor descrição disso é o aumento do empuxo . Outros projetos incluem ramjets ou até mesmo um motor turbojato completo. Alguns, conhecidos como sistemas Rocket On Rotor , envolvem a colocação de foguetes nas pontas das pás do rotor que são abastecidos por um tanque de combustível a bordo.

Se o motor do helicóptero falhar, os jatos de ponta no rotor aumentam o momento de inércia , permitindo que ele armazene energia, o que torna mais fácil realizar um pouso com autorrotação bem-sucedido . No entanto, o jato de ponta também gera tipicamente arrasto de ar extra significativo, o que exige uma taxa de afundamento mais alta e significa que uma transição muito repentina para o flare de pouso deve ocorrer para a sobrevivência, com pouco espaço para erro.

História

Origens

Durante os anos 1900, o austríaco Ludwig Wittgenstein investigou o uso de jatos de ponta para impulsionar uma hélice de aeronave enquanto estudava engenharia aeronáutica na Universidade de Manchester , no Reino Unido. O conceito de Wittgenstein exigia que o ar e o gás fossem forçados ao longo dos braços da hélice para as câmaras de combustão na extremidade de cada pá, ponto em que esses gases seriam submetidos à compressão por meio da força centrífuga exercida pelos braços giratórios e, assim, gerando calor suficiente para atingir a ignição. Durante 1911, Wittgenstein conseguiu obter uma patente relacionada ao seu trabalho com jato de ponta.

Apesar das origens relativamente iniciais do conceito, alcançar a próxima etapa da aplicação prática provou ser altamente difícil, em grande parte devido aos projetos de hélice da época serem relativamente primitivos e incompatíveis com as mudanças de projeto necessárias para implementar os jatos de ponta de Wittgenstein. Levaria muitos anos até que um design de lâmina que pudesse suportar a inovação fosse desenvolvido. As hélices da época eram tipicamente de madeira, enquanto as pás das hélices mais recentes são normalmente compostas de materiais compostos ou laminados de aço prensado ; o último é fabricado como metades separadas antes de serem soldadas, dando à lâmina um interior oco e, portanto, um caminho ideal para canalizar o ar e o gás para um jato de ponta. O progresso na hélice a jato foi ainda mais frustrado pela falta de experiência prática de Wittgenstein com máquinas. Ele acabou perdendo o interesse pela aviação e interrompeu seu trabalho de engenharia. Wittgenstein se tornaria mais conhecido por seu trabalho posterior como filósofo .

Durante a década de 1920, o engenheiro aeronáutico italiano Vittorio Isacco projetou e construiu vários helicópteros pouco ortodoxos que ficaram conhecidos como Helicogyre . Durante 1929, o Helicogyre K1171 foi fabricado pelo fabricante de aeronaves britânico SE Saunders Limited , e foi entregue ao Royal Aircraft Establishment (RAE) em Farnborough por estrada, onde passou por testes limitados antes de o programa ser encerrado. Embora o Helicogyre não usasse tipjets, sendo movido por motores a pistão posicionados nas extremidades da asa rotativa, Isacco previu que estes poderiam ser substituídos por jatos.

Outro pioneiro no campo dos jatos de ponta foi o engenheiro russo-americano Eugene Michael Gluhareff , o inventor do jato de pressão Gluhareff .

Em vôo

Modelo Doblhoff WNF 342 V4

Durante a Segunda Guerra Mundial , o engenheiro alemão Friedrich von Doblhoff sugeriu alimentar um helicóptero com ramjets localizados nas pontas do rotor. Sua ideia foi levada adiante e, durante 1943, o WNF 342 V1 tornou-se o primeiro helicóptero a jato de ponta; ele usava um motor de pistão convencional para acionar uma hélice compacta e um compressor de ar para fornecer ar (posteriormente misturado com combustível) por meio de canais na cabeça do rotor e as pás ocas do rotor para as câmaras de combustão instaladas nas pontas do rotor. Além do uso experimental do WNF 342 pela Alemanha, dois protótipos foram obtidos pelos Estados Unidos quando o conflito chegou ao fim.

Posteriormente, Doblhoff juntou-se à fabricante americana de aeronaves McDonnell Aircraft , que desenvolveu e voou o McDonnell XV-1 , um girodino experimental , no início dos anos 1950. Este helicóptero foi classificado como um avião convertível ; o sistema de propulsão era alimentado por um único motor radial R-975 construído pela Continental que alimentava um par de compressores de ar para alimentar ar de alta pressão através da tubulação nas pás do rotor para uma câmara de combustão em cada uma das três pontas do rotor, onde um queimador combustível inflamado para maior empuxo, o que movia os rotores e permitia que o veículo voasse de maneira semelhante a um helicóptero convencional. No entanto, durante o vôo horizontal, os compressores foram desconectados do motor, que acionou uma hélice propulsora de duas pás; no vôo para a frente, 80% da sustentação foi fornecida pela asa, enquanto o restante foi gerado pelo rotor principal, que girava automaticamente a cerca de 50% de suas rpm quando acionado diretamente. O XV-1 foi cancelado devido à sua complexidade desfavorável e aos rápidos avanços feitos por helicópteros convencionais.

O protótipo Fairey Rotodyne , por volta de 1959

O engenheiro August Stephan foi creditado com a produção dos motores a jato usados ​​pela empresa britânica de fabricação de aeronaves Fairey Aviation . Após a Segunda Guerra Mundial, a Fairey Aviation fez questão de explorar aeronaves de asa rotativa, desenvolvendo o Fairey FB-1 Gyrodyne de acordo com a Especificação E.16 / 47 . O segundo FB-1 foi modificado para investigar um rotor acionado por jato de ponta acoplado a um par de hélices montadas em asas curtas; mais tarde foi renomeado como Jet Gyrodyne . Outro helicóptero desenvolvido pela empresa, o Fairey Ultra-light Helicopter era um veículo compacto de dois lugares, lado a lado, que usava jatos de ponta movidos por um único motor turbojato Turbomeca Palouste . O tipo levou a um contrato com o Ministério do Abastecimento para quatro aeronaves com capacidade de teste de voo; as capacidades do Ultra-light foram posteriormente demonstradas em vários exercícios militares, shows aéreos e até mesmo no mar. No entanto, o Exército britânico tornou-se mais focado no rival Saunders-Roe Skeeter , supostamente devido ao interesse do governo alemão neste último.

Desenhado com uma especificação produzida pela companhia aérea British European Airways (BEA) para um helicóptero de transporte de passageiros, referido ao BEA Bus , Fairey começou a desenvolver o Fairey Rotodyne . Em 6 de novembro de 1957, o protótipo do Rotodyne realizou seu vôo inaugural , pilotado pelo líder de esquadrão W. Ron Gellatly , piloto-chefe de teste de helicóptero, e o piloto assistente-chefe de teste, Tenente Comandante John GP Morton, como segundo piloto. Em 10 de abril de 1958, o Rotodyne fez sua primeira transição bem-sucedida da vertical para a horizontal e depois de volta para o vôo vertical. Em 5 de janeiro de 1959, o Rotodyne estabeleceu um recorde mundial de velocidade na categoria de avião conversível, com 190,9 mph (307,2 km / h), em um circuito fechado de 60 milhas (100 km).

Tanto a BEA quanto a RAF anunciaram publicamente seu interesse no Rotodyne, o último fazendo um pedido inicial do modelo. Alegadamente, o projeto maior do Rotodyne Z poderia ser desenvolvido para acomodar até 75 passageiros e, quando equipado com motores Rolls-Royce Tyne , teria uma velocidade de cruzeiro projetada de 200 kn (370 km / h). Seria capaz de transportar quase 8 toneladas (7 toneladas) de carga; as cargas poderiam ter incluído vários veículos do Exército britânico e a fuselagem intacta de alguns aviões de caça dentro de sua fuselagem. Apesar de grande parte do trabalho de desenvolvimento estar sendo concluído, o governo britânico declarou que não daria mais apoio ao Rotodyne por razões econômicas. Assim, em 26 de fevereiro de 1962, o financiamento oficial para o Rotodyne foi encerrado.

Em produção

Vista do mastro do rotor e da pá do rotor de um Djinn

O fabricante de aeronaves francês Sud-Ouest seria a primeira empresa a atingir a produção em quantidade de um helicóptero aproveitando a propulsão a jato de ponta . Tendo inicialmente desenvolvido o Sud-Ouest Ariel equipado com jato de ponta para fins puramente experimentais, a empresa tinha confiança suficiente para prosseguir com um helicóptero de padrão de produção, o Sud-Ouest Djinn . Um protótipo de assento único, denominado SO1220 , foi construído para funcionar como uma bancada de teste aérea para o conceito de propulsão do helicóptero. O Exército francês incentivou a construção de um grande lote de pré-produção de 22 helicópteros para fins de avaliação. O primeiro deles voou em 23 de setembro de 1954. Três helicópteros de pré-produção foram adquiridos pelo Exército dos Estados Unidos , designando-o YHO-1 , para seus próprios testes; de acordo com o autor de aviação Stanley S. McGowen, o Exército dos EUA tinha pouco interesse no tipo. De acordo com o autor Wayne Mutza, o Exército dos EUA considerou o YHO-1 uma excelente plataforma de armas, mas foi obrigado a abandonar seu interesse pela oposição política à aquisição de um helicóptero de design estrangeiro.

Além dos militares franceses, outros dez países fizeram pedidos do tipo; como um lote de seis helicópteros que foram adquiridos pelo exército alemão . A produção do Djinn chegou ao fim em meados da década de 1960, quando um total de 178 Djinns foram construídos; o tipo foi efetivamente substituído pelo Aérospatiale Alouette II, mais convencional e de grande sucesso . Alguns Djinns foram vendidos a operadores civis; nessa função, muitas vezes eram equipados para fins agrícolas , equipados com tanques de produtos químicos e barras de pulverização. Durante o final dos anos 1950, uma versão melhorada do Djinn, provisoriamente designada como Djinn III ou Super Djinn , estava sendo estudada pela Sud Aviation. Como previsto, o Super Djinn projetado teria adotado o motor Turbomeca Palouste IV mais recente junto com outras mudanças para maior potência e resistência do que o modelo de produção original.

Helicópteros usando jatos de ponta

Jatos de ponta fria

O ar comprimido em jatos de ponta fria geralmente sai em temperaturas bastante altas devido aos efeitos de aquecimento por compressão, mas eles são referidos como jatos "frios" para diferenciá-los dos jatos que queimam combustível para aquecer o ar para maior impulso; semelhante à diferença entre os escapes "frios" e "quentes" no Harrier "Jump Jet" , que usa ar "frio" aquecido a várias centenas de graus por compressão dentro do compressor de baixa pressão do motor Pegasus .)

  • Avimech Dragonfly DF-1 - helicóptero movido a peróxido de hidrogênio americano
  • Dornier Do 32 - helicóptero ultraleve alemão, voado pela primeira vez em 29 de junho de 1962: 4 construído.
  • Dornier Do 132 - projeto de helicóptero a jato alemão, cancelado em 1969.
  • Fiat 7002 - helicóptero italiano a jato, voou pela primeira vez em 1961, apenas um foi construído.
  • Percival P.74 - usou segundos compressores para misturar a exaustão da turbina com mais ar para efluxo nas pontas das asas. Os motores nunca produziram potência suficiente e, portanto, nunca voaram. O progresso posterior com o design usando motores mais potentes foi cancelado.
  • Sud-Ouest Ariel - helicóptero francês movido a jato, voado pela primeira vez em 1947; três protótipos construídos.
  • Sud-Ouest Djinn - helicóptero francês movido a jato, voado pela primeira vez em 1953; 178 construído.
  • VFW-Fokker H3 - helicóptero alemão tip-jet; dois construíram e voaram.

Jatos de ponta quente

  • Doblhoff WNF 342 - Helicóptero alemão da segunda guerra mundial com propulsão de rotor a jato.
  • Fairey Ultra-light Helicopter - voou pela primeira vez em 1955. Quatro construídos para uso militar, mas a falta de interesse levou Fairey a se concentrar no projeto maior do Rotodyne.
  • Fairey Jet Gyrodyne - giroplano composto de rotor experimental com ponta a jato do Reino Unido , fornecendo dados para o Fairey Rotodyne. Voado pela primeira vez em 1954.
  • Fairey Rotodyne - UK composto girodino com rotor acionado por jatos de ponta (ar comprimido e combustível queimado em câmaras de combustão de ponta) para VTOL. Projeto de avião comercial de curta distância com 48 lugares. Voou pela primeira vez em 1957. Cancelado devido à falta de interesse comercial; em parte devido à preocupação com o ruído dos jatos de ponta em serviço.
  • Hughes XH-17 - guindaste voador movido a bico de jato dos EUA (o maior rotor de qualquer tipo em um helicóptero), cancelado devido ao projeto ineficiente (alcance em torno de 40 mi (64 km))
  • McDonnell XV-1 - composto experimental girodino dos EUA. competiu com o rotor de inclinação Bell XV-1. Voou em 1954, mas foi cancelado devido à vantagem insuficiente sobre os helicópteros contemporâneos.

Ramjets

Pulsejets

Foguetes

(Nota: Combustível e oxidante fornecidos às câmaras de combustão nas pontas do rotor.)

  • Rotary Rocket Roton ATV - conceito de foguete reutilizável dos EUA, originalmente projetado com rotor movido a jato de ponta de foguete.

Veja também

Referências

Citações

Bibliografia

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links externos