Testes do motor GT50: avanços rumo à potência total

Além do mapeamento detalhado de lubrificação, refinamos o sistema de combustão e testamos a sequência de partida automática destinada ao nosso FADEC. Cada etapa nos dá uma visão mais clara de como o motor se comporta antes de exigirmos mais dele.

Mapeando o motor, um ponto de operação por vez

Concluímos uma série de testes abrangentes, verificando funções essenciais e parâmetros críticos nos pontos de operação explorados até agora. Diversos ciclos de múltiplas horas permitiram que os sistemas do motor se estabilizassem em condições de regime permanente e atingissem o equilíbrio térmico.

Grande parte do nosso trabalho recente se concentrou nos requisitos detalhados de lubrificação dos rolamentos, engrenagens e outras áreas críticas. Essas medições nos permitem ajustar a instalação da nossa própria bomba de óleo na parte frontal do motor. Antes de aumentar as exigências sobre o GT50, precisamos entender o que está acontecendo em suas cavidades internas e sistemas de lubrificação, e garantir que cada área receba o que necessita.

Restam alguns ciclos de lubrificação para encerrar esta fase, após os quais estaremos em posição de começar a levar o GT50 a 100% de potência.

Os resultados são encorajadores. A operação está fluindo sem intercorrências, com as temperaturas do núcleo e das cavidades amplamente dentro do esperado. Resolvemos os últimos pequenos vazamentos de óleo identificados durante os testes iniciais, e os retentores internos de óleo estão operando de forma confiável. Em cada incremento, o compressor, o difusor e as pás da turbina estão se comportando conforme o projeto.

O trabalho agora é construir metodicamente sobre essas bases, em vez de pular etapas.

Uma faixa de combustão mais ampla e estável

Em paralelo aos testes principais do motor, continuamos refinando tanto o lado do ar quanto o do combustível no sistema de combustão. Em nosso banco de testes Rufus 3, testamos diferentes turbilhonadores e otimizamos os padrões de furos da camisa de combustão, usando o feedback do GT50 para orientar esse trabalho.

A fase mais recente desses testes produziu uma geometria otimizada do turbilhonador. Nosso objetivo era alcançar uma combustão estável na mais ampla faixa possível de relações combustível-ar em cada ponto de operação. Isso permite a ignição com menos combustível e uma aceleração suave em toda a faixa, sem que ocorra a extinção da chama devido a uma mistura excessivamente rica ou pobre.

Instalamos um conjunto atualizado de turbilhonadores e injetores de combustível maiores no motor. As descobertas do Rufus 3 se traduziram diretamente nos testes do GT50, com três resultados importantes:

• Eficiência de combustão de essencialmente 100% na parte inferior da faixa de operação. Nessa condição operacional desafiadora, estamos efetivamente convertendo todo o combustível em calor.
• A mais ampla faixa de operação já alcançada no GT50 até o momento. O sistema de combustão suporta uma faixa mais abrangente de operação estável.
• Ignição e partida mais frias, fáceis e controladas. Isso nos ajuda a levar o motor à operação em regime estacionário de forma mais suave.

Nossos ensaios recentes se concentraram em ajustar essa transição: usando o menor aporte de combustível viável, mantendo as variações de temperatura suaves e alcançando uma aceleração progressiva. Ainda há detalhes a refinar, mas o sistema de combustão está agora se comportando amplamente como planejado.

Bicos de combustível com razão de redução de aproximadamente 25:1

Um motor pequeno exige que seus bicos de combustível atendam a duas demandas muito distintas: baixo fluxo de combustível para uma partida a frio e um fluxo muito maior à medida que se aproxima da potência máxima. Boa atomização e boas características de emissão são necessárias em toda essa faixa. Alcançar isso é particularmente difícil no tamanho do GT50, especialmente com uma câmara de combustão anular moderna, escolhida para uma configuração de motor compacta.

Ao longo do último ano, exploramos inúmeras formas de fabricar os bicos. O bico mais recente na bancada de testes atinge uma razão de redução de aproximadamente 25:1: ele consegue entregar um fluxo de combustível de cerca de 4% a 100% do máximo.

Ele faz isso com pressões de combustível modestas. Isso é importante para além do próprio bico, pois mantém mais simples os projetos da bomba de combustível e da válvula dosadora de combustível.

Na bancada, conseguimos demonstrar e medir a faixa de fluxo de combustível necessária, desde uma partida a frio até o fluxo mais elevado exigido para gerar todos os 500 cavalos de potência.

Testando a sequência de partida destinada ao nosso FADEC

Até este marco, os acionamentos do motor eram controlados manualmente. O gerador de partida e os sistemas de lubrificação e de recuperação foram totalmente instrumentados, mas nossa equipe manteve o controle manual para que cada parâmetro pudesse ser ajustado. A partida também exigia a coordenação manual do motor de arranque, da ignição e do fornecimento de combustível.

Em nossos testes mais recentes, implementamos a sequência de partida automatizada desenvolvida para o FADEC. Pela primeira vez, o GT50 essencialmente deu a partida sozinho com o pressionar de um botão.

A sequência foi bem coordenada e produziu a partida mais fria já registrada no motor até o momento. Alguns ajustes e trabalhos na tubulação de fornecimento de combustível ainda são necessários, com refinamentos adicionais exigidos à medida que ampliamos a faixa de operação. Este é um primeiro passo encorajador na introdução das funcionalidades preliminares do FADEC, e não a conclusão do programa de controle do motor.

Preparando a célula de teste para demandas mais elevadas

À medida que aumentamos a rotação e a potência do motor, a instalação de teste precisa acompanhar essa evolução. Diversas mudanças estão em andamento para preparar o equipamento para operação em rotações mais altas e testes mais longos:

• Tubulação rígida: mangueiras flexíveis nas linhas mais quentes, incluindo as linhas de scavenge, foram substituídas por tubulação rígida conectada aos trocadores de calor externos.
• Alterações no sistema de combustível: as modificações acomodam os injetores maiores e seu controle.
• Entrada de ar com medição: o conjunto de entrada e sua instrumentação estão concluídos, restando apenas a instalação.
• Tratamento de exaustão: um sistema de silenciamento de exaustão e uma rede de dutos estão sendo construídos para direcionar os gases de exaustão ao longo do contêiner e para fora, com segurança, pelo teto.

Esperamos mais uma ou duas semanas de testes nesta configuração antes de uma parada técnica para instalar as modificações, preparando a célula de teste para os próximos ensaios de maior rotação e maior resistência.

Por que as horas de motor ainda não são a principal medida de progresso

Centenas de parâmetros precisam ser verificados em cada ponto de projeto. Testes curtos e direcionados nos permitem estabilizar o motor e medir temperaturas e pressões das cavidades, níveis de vibração e temperaturas e pressões de alimentação e retorno do lubrificante.

Um teste de cinco minutos pode exigir uma hora, duas horas ou meio dia de configuração, reconfiguração e análise antes da próxima execução. As horas de operação crescem lentamente nesta fase, enquanto nosso entendimento do motor cresce rapidamente.

Esse trabalho nos dá confiança para aumentar a velocidade e a potência. Estamos integrando mais sistemas do motor ao processo, testando e calibrando cada um deles e verificando se os componentes desempenham suas funções previstas em todas as condições que encontram.

Estimamos aproximadamente mais duas a quatro semanas de caracterização de sistemas rumo aos 100% de potência, seguidas de desmontagem e inspeção antes dos testes de resistência. Nessa fase, planejamos operar ao menos 10 horas por dia, de modo que as horas acumuladas devem crescer rapidamente.

Motor dois em produção, motor três planejado

Com o excelente desempenho do primeiro motor e sem a necessidade de grandes revisões de projeto nos conjuntos rotativos principais, a produção do motor dois já está em andamento na oficina de usinagem. Esperamos que o motor dois esteja pronto por volta do final do ano ou no início de janeiro, com o motor três programado para entrar em produção logo em seguida.

Os motores adicionais servem a dois propósitos. Eles oferecem um backup caso testes mais rigorosos causem algum dano, pois algumas questões só podem ser respondidas operando o motor sob condições mais exigentes. Eles também nos permitem acelerar os testes de longa duração ao separar diferentes tarefas.

Com dois motores disponíveis, um pode se concentrar no acúmulo de horas e em ciclos de operação específicos, enquanto o outro passa por ciclos repetidos de partida e parada. Isso nos dá mais margem para testar a durabilidade e as partidas repetidas simultaneamente.

Uma atualização sobre o HX50

Enquanto os testes do motor ocupam o centro das atenções agora, o desenvolvimento da fuselagem do HX50 tem avançado com a mesma velocidade.

Em nossa próxima atualização, voltaremos o foco para a própria aeronave, compartilhando o progresso detalhado sobre a fabricação das pás do rotor em materiais compostos, os assentos resistentes a impactos, os servoatuadores integrados e controles de voo, os testes estruturais do trem de pouso e o lançamento da fuselagem de produção de segunda geração.