3:51AM: Por dentro da primeira partida do motor GT50

Construindo o motor GT50 internamente

O principal fator no desenvolvimento do primeiro motor de turbina acessível do mundo para a Aviação Geral 2.0 é a nossa estratégia de fabricação com Integração Vertical massiva. Ao manter controle total sobre nossos processos de fabricação em nossa unidade de produção no Reino Unido, mantemos autoridade absoluta sobre custo, qualidade, volume e cronograma.

Para criar os 438 componentes individuais do GT50, nossa equipe construiu uma instalação global verdadeiramente única, com:

• Uma fundição interna para fundir pás de turbina de superliga de precisão, palhetas diretrizes de bocal com resfriamento de anel completo e componentes estruturais.
• Usinagem de precisão para produzir rolamentos de alta velocidade, engrenagens, bicos de combustível de duplo orifício e impulsores de titânio de alta qualidade projetados para girar a 50.000 RPM.
• Fabricação avançada para prensar, conformar por laminação e soldar com precisão câmaras de combustão complexas de superliga e carcaças de motor de parede fina.
• Metrologia de precisão e montagem em ambiente de temperatura controlada para manter as tolerâncias e os controles de produção mais rigorosos possíveis.

A contagem regressiva: quatro meses para a ignição

Com quatro meses pela frente, ainda estávamos trabalhando freneticamente para tirar os últimos componentes do escritório de design, passar pelo programa de liberação e colocá-los nas mãos de Mark, para que a equipe de fabricação pudesse começar. Ao sair do mundo 3D e entrar no design detalhado, você descobre todos os pequenos detalhes que havia deixado passar — folgas de vedação, tolerâncias, falhas na ordem de fabricação — e resolver isso simplesmente leva muito tempo.

Dava para sentir a apreensão quando os designers entregavam seus desenhos finalizados para a produção, como quem entrega um trabalho prestes a ser corrigido. Nossa experiência desde então: quanto mais cedo você os libera, constrói e testa, melhor — é aí que o aprendizado de verdade começa.

Liberar as peças era apenas o começo da batalha para Mark, que coordenava a enorme tarefa logística de fabricar todos os 438 componentes pela primeira vez — cada peça, gabarito e dispositivo, cada processo detalhado, em sequência. Galvanização, tratamento térmico, inspeção, raio-X, ensaios não destrutivos — uma infinidade de etapas coordenadas para que nunca houvesse gargalos na produção.

Esforço incansável e o custo humano

A equipe trabalhou sete dias por semana durante quatro meses, com máquinas rodando 24 horas por dia e pessoas chegando à noite para trocar programas e recarregar as máquinas. Esse nível sustentado de ritmo de trabalho cobra um preço enorme — não apenas das pessoas aqui, mas de suas famílias, esposas e filhos que sentiram sua falta. Devemos a todos eles uma profunda dívida de gratidão. Sem esse esforço e comprometimento sobre-humanos, nada disso teria sido concluído.

Dois meses antes: cada peça, sob o mesmo teto

Com dois meses pela frente, a fabricação avançava a todo vapor na montagem. A partir de matérias-primas, sob o mesmo teto, produzimos:

• Rotores de titânio de alta qualidade, usinados e inspecionados, projetados para girar a 50.000 RPM.
• Carcaças de motor de paredes finas e geometria complexa, em alumínio, aço e ligas à base de níquel.
• Câmaras de combustão fabricadas de forma elaborada, com prensagem, calandragem e soldagem meticulosas em superligas à base de níquel.
• Discos de turbina em superliga, usinados com tolerâncias inimagináveis, incluindo acoplamentos curvic de precisão e raízes das pás em formato de pinheiro.
• Pás de turbina de precisão fundidas em materiais de superliga; raízes em formato de pinheiro retificadas com precisão; clipes de travamento prensados.
• Palhetas guias do bocal em anel completo, fundidas e resfriadas, em superligas.
• Difusores de palhetas de alta eficiência, usinados, fabricados e brasados a vácuo em aços de alta qualidade.
• Bicos injetores de combustível de orifício duplo e geometria intrincada.
• Nossos primeiros rolamentos de alta precisão e alta velocidade, projetados para operar a 50.000 RPM.
• As primeiras engrenagens de alta velocidade para as caixas de engrenagens de acessórios e de redução de velocidade.

Engenharia Pragmática e Testes Rigorosos

Quando chegou o momento dos testes, evitamos complexidades desnecessárias em favor de abordagens pragmáticas e comprovadas em campo. Para conduzir nossos testes de combustão, em vez de construir uma infraestrutura elaborada e cara, utilizamos uma unidade de partida a ar vintage para fornecer o ar comprimido quente necessário. Em menos de uma semana, tínhamos tanto o sistema de combustível quanto o de combustão funcionando perfeitamente.

Faltando um mês: a célula de teste

Testar motores de turbina a gás não é brincadeira — é potencialmente muito perigoso, e precisamos executar cada teste com segurança e responsabilidade. A abordagem mais pragmática foi estabelecer uma célula de teste segura dentro de um contêiner de carga em nosso pátio, instrumentando meticulosamente o motor com uma complexa rede de sensores e tubos hipodérmicos. Isso nos permitiu medir temperaturas, pressões, vazões e vibração, garantindo que pudéssemos avaliar tanto a eficiência termodinâmica quanto a integridade mecânica do GT50.

Duas semanas antes: o problema de combustão e uma solução pragmática

Cerca de duas semanas antes da ignição, nos deparamos com nosso primeiro grande problema. O complexo sistema de controle e instrumentação desenvolvido no Rufus 1 e planejado para o banco de testes do Rufus 3 — e que seria depois portado para o motor — estava ficando para trás no cronograma, com problemas complexos de engenharia de sistemas que são impossíveis de prever. Sem um sistema de controle, não conseguíamos realizar os testes de combustão, não conseguíamos concluir a configuração do combustor e não conseguíamos rodar o motor. Precisávamos mudar de abordagem.

Apresentamos Ian à equipe, um prolífico colecionador de motores de turbina a gás com enorme experiência prática na posse e operação de turbinas terrestres. Implementamos um sistema de controle manual simples para combustível e ar, usando uma combinação de manômetros digitais e analógicos tradicionais. Os resultados foram imediatos. Conseguíamos rodar um teste logo pela manhã, modificar o projeto na hora do almoço, remanufaturar o próximo conjunto de componentes durante a noite e testar novamente no dia seguinte. Em uma semana, tanto o sistema de combustível quanto o de combustão estavam funcionando bem o suficiente para rodar no primeiríssimo GT50.

Precisávamos então de um suprimento de ar comprimido quente para levar o combustor aos seus pontos de operação. Todas as opções que havíamos considerado eram complexas, enormes e caras. Nunca nos ocorreu que poderíamos acessar, de forma econômica, um motor de turbina a gás existente, projetado como partidor de ar para um motor maior. Acontece que Ian tinha, em sua garagem, três unidades antes utilizadas para dar partida em motores RB211. Colocamos Ian em uma van, trouxemos uma unidade, fabricamos alguns adaptadores e, no dia seguinte, já estávamos testando. Quanto mais exigíamos do sistema de combustão, melhor ele funcionava — chama estável, devidamente contida, zona de recirculação e defletores de ar fazendo exatamente o que queríamos.

Uma semana antes: instrumentação e uma realidade de produção de quatro horas

Faltando uma semana, a atenção se voltou para a instalação da instrumentação no motor de desenvolvimento; e estávamos arrancando os cabelos ao enterrar uma complexa teia de tubos, fios e sensores nas profundezas do motor. Como Eric Welch, que apoia o programa GT50 com sistemas de instrumentação e controle, explica: por ser nosso primeiro motor, instalamos intencionalmente uma grande quantidade de sensores para avaliar tanto a saúde mecânica — temperaturas, rotações, vibração — quanto a eficiência termodinâmica.

O problema: os dados precisam vir de sensores em áreas totalmente inacessíveis, roteados por meio de um emaranhado de fios e tubulação hipodérmica através de passagens minúsculas até o sistema de aquisição de dados, tudo vedado para garantir a integridade da pressão, e tudo isso enquanto o motor está sendo montado. Foi um pesadelo absoluto. Chris descia a carcaça principal enquanto nós puxávamos os cabos; Jason quebrou duas agulhas hipodérmicas e foi devidamente banido do chão de fábrica.

Também estávamos projetando, fabricando e utilizando gabaritos, dispositivos de fixação e ferramental especializado em tempo real — com cada novo componente, na maioria das vezes, exigindo seu próprio dispositivo. Mas eis a parte reveladora: tirando da equação a instrumentação e o desenvolvimento intermitente de ferramental, uma única pessoa leva cerca de quatro horas para produzir um GT50. Escalar para uma produção de alto volume não é, de forma alguma, uma tarefa intimidadora.

As últimas 48 horas: levando o motor para o banco de testes

Com 48 horas para a ignição, havíamos concluído tudo o que era possível na posição vertical de montagem e precisávamos virar o motor e instalá-lo no banco de testes. Dois pequenos descuidos surgiram. Primeiro, construímos o motor no laboratório de montagem mecânica no andar de cima, e atualmente não temos um elevador. A única saída era colocá-lo sobre um palete, levá-lo até a doca de carga e baixá-lo com muito cuidado usando uma empilhadeira. Um momento de tensão, com um suspiro de alívio quando ele chegou ao nível do chão.

Segundo, o motor foi entregue na vertical e precisávamos virá-lo na horizontal — mas, na fase de projeto, não havíamos previsto olhais de içamento adequados. Mais chapas de içamento improvisadas, mais um momento de tensão, mas conseguimos colocá-lo no banco sem nenhum dano. Foi nesse momento que pensei pela primeira vez: temos um motor.

As últimas 12 horas: o primeiro gole de Jet A-1

Com cerca de 12 horas pela frente, tudo estava construído, montado e testado, e era hora de levar o motor para a célula de teste. Nós o transportamos cuidadosamente com uma empilhadeira pelos corredores da fábrica, com um de nós em cada canto. Para os primeiros giros em baixa velocidade — lubrificação, partida a frio e autossustentação inicial —, posicionamos a bancada meio para dentro e meio para fora do contêiner, para que a equipe pudesse acessar e trabalhar ao redor do motor durante o comissionamento. E então, tenho um orgulho especial em dizer que fui eu quem deu ao primeiríssimo GT50 o seu primeiro gole de Jet A-1.

Quatro horas antes: a lição de lubrificação

Com o equipamento conectado — energia elétrica, lubrificação, resfriamento, instrumentação e controle todos online — começamos a testar os sistemas de suporte. O sistema de lubrificação foi o primeiro, por dois motivos. É fundamental garantir resfriamento e lubrificação suficientes para os rolamentos de alta velocidade; sem isso, o rotor travaria e destruiria o motor. E é essencial acertar a quantidade de óleo na medida exata: pouco óleo faz com que rolamentos e engrenagens superaqueçam pelo atrito; paradoxalmente, óleo em excesso faz com que os componentes de alta velocidade transformem o óleo em espuma, gerando calor por cisalhamento viscoso contra cada componente, causando também superaquecimento.

Colocamos o trocador de calor ar-óleo, as bombas de recuperação e as bombas de pressão online. Por um momento, tudo correu bem. Então Mark percebeu um vazamento na parte traseira — óleo por toda parte, a carcaça pingando. A essa altura, já estávamos trabalhando há cerca de 19 horas. Na parte dianteira, o óleo saía pelo respiro do separador ar-óleo da caixa de acessórios. O GT50 é um motor de cárter seco; não deveria haver óleo residual nessas carcaças. Tínhamos errado as taxas de pressão e de recuperação — bombeando mais óleo para dentro do que estávamos retirando, sobrealimentando nosso motor recém-nascido com óleo.

Desligamos tudo, retiramos o excesso e aplicamos uma engenharia bem simples medindo fisicamente, com exatidão, o que cada bomba de pressão e de recuperação estava fornecendo e retornando. Rapidamente identificamos que não estávamos recuperando o que pensávamos. Recalibramos: bombas de recuperação um pouco mais rápidas, bombas de pressão um pouco mais lentas. O sistema voltou ao equilíbrio e retomamos os testes.

T menos duas horas

Duas horas antes da ignição, o rotor se moveu no motor pela primeira vez, acionado apenas pelo motor de partida, em toda a faixa de velocidade que o motor de partida consegue atingir. Este é o teste que revela se há atritos mecânicos, instabilidades na dinâmica do rotor, problemas de vibração ou qualquer anomalia nos rolamentos ou engrenagens.

Por volta de 1.000 RPM, estava silencioso. Completamente silencioso. Sem nenhuma vibração — era impossível perceber que o motor estava girando, e até o motor de partida era silencioso.

Aumentamos a velocidade progressivamente. Por volta de 2.000 RPM, houve a mais leve sensação de uma trepidação, uma pequena vibração axial na caixa de engrenagens auxiliar. Mark estava convicto de que não era nada, e já havíamos visto algo semelhante antes com o gerador de partida, então fomos um pouco além para ver se conseguiríamos superar o que estava causando essa excitação. O ruído foi diminuindo, e diminuindo ainda mais, e logo o motor estava operando de forma estável a 10.000 RPM no motor de partida. Silencioso. Tranquilo. Suave. Sem nenhuma vibração perceptível, no primeiro conjunto de rolamentos que já fabricamos, após esse rotor ter sido montado e desmontado mais vezes do que qualquer um gostaria de contar.

Foi nesse momento que a equipe de produção soube que tudo iria dar certo.

Ignição: o primeiro respiro às 3h51

De repente, não há mais nada a fazer. Trinta anos da sua vida se passaram, levando a este momento, e agora é hora de ver se você consegue estar à altura de todas aquelas promessas.

Cinco. Quatro. Três. Dois. Um.

Eric disse "Estou fora", e Jason ergueu os braços no ar. Autossustentável. 27.000 RPM na tela. Havíamos cumprido um turno de 23 horas e todos estavam no limite, mas a adrenalina e o momento falaram mais alto.

Nem estávamos planejando que ele fosse autossustentável naquela noite. E há algo muito poético no motor dando seu primeiro respiro enquanto o sol nascia às 3h51 da manhã, após um esforço tão monumental de todos os envolvidos.

Dias como esse são aqueles que você nunca esquece. Eles fazem tudo valer a pena. Ninguém aqui acredita que poderia ter sido melhor.