O motor GT50: 50% operacional

O motor GT50 é composto por quatro módulos principais. Hoje, dois desses módulos, o gerador de partida e o sistema de transmissão do motor, estão totalmente operacionais e passando por testes.

Módulo 1: o gerador de partida

Elemento central do sistema elétrico da aeronave, o protótipo do gerador de partida tem operado em toda a sua faixa de velocidade de funcionamento. De forma crucial, ele agora demonstrou capacidade de gerar torque suficiente para dar partida no motor GT50.

Alcançar esse resultado exigiu superar obstáculos significativos no design de máquinas de alta velocidade, na fabricação de precisão e no desenvolvimento de eletrônicos robustos. Um dos maiores desafios foi equilibrar o rotor com uma tolerância inferior a um mícron. O processo de fabricação original, que exigia a desmontagem após o balanceamento, tornava isso impossível.

Agora desenvolvemos um novo processo de produção e ferramental que permitem a remagnetização do rotor como um conjunto completo, solucionando esse desafio crítico e garantindo uma operação suave e sem vibrações, necessária para uma longa vida útil.

Módulo 4: o motor do sistema de transmissão

Este módulo inclui a caixa de redução de velocidade, os eixos de transmissão, o sistema de lubrificação e os suportes do motor. Os principais avanços na fabricação incluem:

• Revestimentos estruturais de paredes finas: estamos fabricando com sucesso revestimentos de alumínio de grau aeroespacial com espessura de parede de até 1,5 mm. Isso envolve fundição avançada, tratamentos térmicos precisos e processos de usinagem controlada (desenvolvidos com o uso de análogos impressos em metal 3D) para controlar a distorção e atingir nossas metas críticas de peso.
• Engrenagens de grau aeroespacial: nosso rigoroso processo de 30 etapas para a produção de engrenagens aeroespaciais de alta qualidade foi um sucesso. Ao utilizar materiais “superlimpos” de tripla fusão, tratamentos térmicos extremamente precisos e um cuidadoso processo de shot peening, estamos criando engrenagens com vida útil infinita à fadiga. As primeiras engrenagens fabricadas pela Hill já estão em funcionamento na bancada de testes.
• Rolamentos e eixos de alta velocidade: estamos agora produzindo rolamentos de grau aeroespacial em conformidade com as especificações diretamente aqui no Centro de Produção 1, alcançando o preço-alvo definido. Também desenvolvemos os métodos necessários para usinar e balancear os eixos de transmissão longos, de parede fina e concêntricos, que são notoriamente difíceis de manter retos após o tratamento térmico.

Teste e validação do sistema de transmissão

Para validar esse hardware, desenvolvemos uma bancada de testes especializada em circuito fechado que opera dois sistemas de transmissão de forma antagônica. Isso nos permite controlar com precisão o torque e a velocidade sob condições exigentes, consumindo mínima potência.

Nosso programa de testes estruturado em blocos está em andamento:

1. Sistema de lubrificação: a primeira etapa foi validar o sistema de lubrificação, inspecionando visualmente todos os jatos de óleo e calibrando as bombas e o trocador de calor.
2. Teste funcional: com o sistema de lubrificação comprovado, todo o sistema de transmissão foi montado para testar todos os sistemas mecânicos, sensores e a aquisição de dados.
3. Desenvolvimento da zona de contato: estamos agora avaliando as áreas de contato das engrenagens sob carga; uma etapa crucial para garantir a eficiência e a durabilidade a longo prazo.
4. Teste de resistência: assim que o teste funcional for concluído, iniciaremos os testes completos de resistência de engenharia.

Fabricação dos componentes centrais do motor

O progresso está se acelerando em todos os demais componentes do motor, à medida que nos preparamos para o primeiro teste completo de funcionamento.

• Contenção das pás da turbina: a segurança é primordial. Simulações avançadas de condições de explosão por excesso de velocidade validaram o design da carcaça do gerador de gás para conter uma falha de pá.
• Rotor do compressor: o mais recente rotor de titânio de alta eficiência está em produção. Agora ele é usinado a partir de um único tarugo tratado termicamente até se tornar um componente finalizado, em uma única operação, em nossa nova máquina MULTUS.
• Bicos de pulverização de combustível: para alcançar a razão de redução de 10:1 exigida, projetamos um bico de duplo orifício. Isso exigiu um programa completo de P&D experimental, incluindo a construção de uma bancada de testes especializada com visualização a laser, a fim de aperfeiçoar a geometria para o fluxo mássico, o ângulo do cone e a atomização do combustível.
• Pás da turbina e palhetas-guia de bicos (NGV): nosso processo interno de fundição por investimento agora está produzindo, de forma consistente, pás de turbina de superliga à base de níquel com alta qualidade. Um novo forno de alta temperatura está a caminho para eliminar o último pequeno defeito de “falha de preenchimento” no bordo de fuga fino das pás.
• Balanceamento do rotor: para alcançar a tolerância de balanceamento de um mícron no rotor final, aperfeiçoamos a fabricação dos acoplamentos curvic que travam os componentes do rotor entre si. Essas engrenagens axiais são essenciais para garantir que o rotor possa ser balanceado com perfeição em todas as montagens.

O caminho até o primeiro acionamento do motor

O próximo marco importante é o teste do gerador de gás. Será um momento empolgante, pois o núcleo expelirá 2,5 kg/s de ar a 800 °C, próximo à velocidade do som. Isso exige uma bancada de testes altamente sofisticada (que mais tarde será ampliada para o motor completo) para gerenciar com segurança toda essa energia. Os testes serão realizados em etapas: partida a frio, ignição, operação autossustentada e, por fim, testes completos de aceleração e desaceleração.

Fuselagem e componentes do HX50

O progresso não se limita ao motor. Os principais componentes da fuselagem do HX50 estão agora passando da fase de projeto para a produção e testes físicos.

Pás do rotor principal em material composto

As pás do rotor principal, de alto desempenho e com tempo entre revisões (TBO) de 20.000 horas, estão agora na fase de fabricação das ferramentas. Acabamos de concluir a usinagem da primeira ferramenta protótipo para a pá principal do rotor do HX50.

Essa ferramenta complexa é um molde de compressão de uma só etapa para o composto de fibra de carbono curado fora da autoclave. Ela conta com 15 aquecedores elétricos tipo cartucho, controlados por controlador lógico programável (PLC), para garantir uma cura uniforme, além de um sistema de alívio com molas para compensar a expansão térmica.

Sistemas de trem de pouso

O projeto do trem de pouso com intenção de produção está concluído.

• Com rodas (padrão): apresenta amortecedores oleopneumáticos robustos e, de forma significativa, atuadores elétricos com dupla redundância. Esse design totalmente elétrico para o acionamento do trem de pouso elimina a necessidade de um sistema hidráulico dedicado para essa função, reduzindo potenciais pontos de vazamento, simplificando a manutenção e permitindo o acionamento completo em apenas 6 segundos, a até 120 nós.
• Patins (opcional): um design mais simples, elastoplástico, que oferece uma redução de peso de 10 kg.

Bancadas de teste para ensaios de queda, rodas e acionamento estão atualmente em desenvolvimento.

Fuselagem de 2ª geração e assentos com proteção contra impacto

A seção do cone de cauda será o primeiro elemento da fuselagem de segunda geração a ser fabricado. Ela será construída utilizando nossos novos processos de modelagem e ferramental, corte CNC por kit e posicionamento de camadas a laser para controle de qualidade.

Próximo dali, o projeto do assento da tripulação com proteção contra impacto foi finalizado após um extenso trabalho de desenvolvimento de conforto e acabamento. Utilizando simulações digitais avançadas com manequins de teste de colisão, otimizamos a estrutura para reduzir as cargas sobre a coluna vertebral, eliminar o “submarining” (quando o ocupante desliza por baixo do cinto de segurança) e atender a todos os requisitos de certificação em termos de custo e peso.

Para-brisa resistente a impactos

Um desafio único para a aerodinâmica limpa do HX50 é alcançar resistência a impactos de aves sem o uso de fixadores mecânicos externos. Estamos desenvolvendo uma configuração de junção colada robusta, capaz de suportar a grande deformação causada por um impacto de ave. Simulações extensas e testes de materiais indicam que essa solução elegante e sem fixadores será bem-sucedida.

Aviônicos

Integração do sistema elétrico

O sistema elétrico do HX50 está evoluindo de forma consistente em nossa bancada de testes em escala real. O sistema de alta tensão (gerador de partida e unidade de gerenciamento de energia) já está operacional. Agora, nossa equipe de aviônicos está integrando todo o sistema de baixa tensão, desde os feixes de cabos e conectores de anteparo até os disjuntores e barramentos elétricos. Essa bancada de testes nos permite resolver todos os problemas em nível de sistema antes que sejam instalados na aeronave protótipo.

O Cockpit Digital da Hill (HDC)

O Cockpit Digital da Hill, em sua versão com intenção de produção, já está operando em seu hardware de destino e totalmente integrado aos sistemas periféricos.

A interface do usuário

Nosso display de voo primário (PFD) foi projetado para máxima clareza e baixa carga de trabalho:

• Instrumentos primários: um grande horizonte artificial é ladeado por fitas de velocidade e atitude claras e bem destacadas. O Indicador de situação horizontal (HSI) integra bússola, marcador de vento e exibição de tráfego ADS-B.
• Altímetro inovador: substituímos o altímetro confuso de múltiplos ponteiros por um medidor de ponteiro único. Todo o mostrador representa 1.000 pés, e os rótulos digitais se atualizam dinamicamente conforme você sobe ou desce, tornando a leitura extremamente simples e intuitiva.
• Indicador de potência de limite inicial: este medidor exibe a potência em porcentagem, com temporizadores dinâmicos que aparecem automaticamente quando você entra em faixas de tempo limitadas (por exemplo, potência de decolagem de 5 minutos), garantindo que você esteja sempre ciente das limitações do motor.
• Alertas inteligentes: além de um painel de alertas redundante em hardware, o Cockpit Digital da Hill fornece orientações imediatas e em linguagem simples. Se for detectado um “incêndio no motor”, o procedimento do Manual de operação da aeronave (POH) é exibido diretamente na tela, reduzindo ao mínimo a carga de trabalho do piloto em uma emergência.
• Barra de rádio integrada: a barra de rádio com tela sensível ao toque permite gerenciar frequências com facilidade e até sincroniza sua lista de “favoritos” a partir do aplicativo de planejamento da Hill em seu tablet.

Hardware e redundância

A verdadeira inovação do sistema está em sua arquitetura de segurança. O cockpit opera com dois processadores principais:

1. Um processador do display primário coleta todos os dados dos sensores (ADAHRS, GPS, motor, etc.).
2. Um processador do display secundário gera a interface gráfica que você vê.

A característica essencial de segurança é que o processador primário monitora constantemente a saída de vídeo do processador secundário, pixel por pixel. Se ele detectar qualquer erro, como uma falha, uma trava ou informação incorreta, ele intercepta instantaneamente o sinal e exibe ao piloto um PFD simples e de emergência. Isso oferece um nível de redundância sem precedentes.

Controles ao seu alcance

O sistema é controlado por meio do manche cíclico, que inclui um seletor de modo do piloto automático, um botão push-to-talk, um botão de troca de comunicação (COM), um interruptor da luz de pouso (com modo “strobo” para afugentar aves) e um gatilho para liberação do compensador de força.