Com o avião experimental supersônico X-59 prestes a começar seus ensaios de voo neste ano de 2024, a fabricante de motores GE Aerospace apresenta um conteúdo sobre os desafios relacionados à motorização do singular aeronave. Para isso, conversou com Paul Dees, vice-líder de propulsão do projeto no Armstrong Flight Research Center da NASA, em Edwards, Califórnia.
Confira a seguir o conteúdo integral apresentado pela fabricante em seu blog.
Shhhhhh… Você já consegue ouvir? O X-59 está um passo mais perto da decolagem
Como vice-líder de propulsão do jato supersônico X-59 da NASA, uma aeronave experimental única que voará mais rápido que Mach 1 e mais alto que a maioria dos aviões de alto desempenho, Paul Dees tem inúmeras tarefas para mantê-lo ocupado.
Em nível macro, ele supervisiona a integração, os testes e as operações do motor F414-GE-100 do jato. Dia a dia, isso significa trabalhar com uma equipe de três engenheiros do Armstrong Flight Center, quatro engenheiros do Glenn Research Center da NASA, em Cleveland, Ohio, seus colegas nas instalações da Lockheed Martin Skunk Works, nas proximidades de Palmdale, e uma equipe de suporte da GE Aerospace em Lynn, Massachusetts.
É uma mistura de trabalho prático – instalação, teste e preparação de sistemas para um eventual voo – e planejamento geral para o futuro. “Parte de ser vice-líder é olhar para a floresta, por assim dizer, em vez de olhar para as árvores”, diz ele.
Mas no início de janeiro, quando a NASA e a Lockheed finalmente revelaram o X-59 com uma cerimônia de apresentação (rollout) na Skunk Works, Dees ficou feliz ao ver que uma “árvore” em particular na qual sua equipe estava trabalhando duro por meses.
“Isso pode parecer bobagem, mas no que diz respeito aos desafios que tivemos, especificamente com a integração do motor, provavelmente o maior deles foi apenas fazê-lo se ajustar à aeronave”, diz ele.
A missão QueSST (Quiet SuperSonic Transport, ou Transporte Supersônico Silencioso) começou em 2014 como um estudo de projeto para pesquisa de tecnologia supersônica comercial dentro do programa aeronáutico da NASA.
O formato distinto do avião – aproximadamente 30 metros da ponta à cauda, com um nariz em forma de agulha de 11,6 metros e uma envergadura de quase 9 metros que lembra o Concorde – foi concebido com um propósito específico: reduzir o ruído que os aviões supersônicos produzem quando quebram a barreira do som.
Quando se trata do design do avião, “tudo se refere à formação do estrondo sônico”, diz Dees. “A chave para o X-59 é: podemos fazer apenas um baque sônico silencioso?”
Para conseguir isso, o X-59 possui um elemento de design ainda mais distinto: um motor montado na parte superior traseira. A entrada do motor F414-GE-100 fica no topo da aeronave, na base da cauda, uma raridade em termos de design de aeronaves de alto desempenho.
Como explica Dees, a velocidades superiores a Mach 1 (1.234 km/h), uma das maiores fontes de um estrondo sônico é a entrada de um motor supersônico.
“O choque de entrada é um choque muito, muito forte. Isso cria muito diferencial de pressão, que é exatamente o que o ouvido ouve, uma mudança de pressão”, diz ele. Para diminuir significativamente esse efeito, “colocamos a entrada no topo, para que o choque subisse em vez de descer em direção ao solo”.
Quando se tratou da instalação propriamente dita do motor, Dees e sua equipe estavam suando um pouco. “Para obter o formato, a linha externa do molde, que a aeronave precisava, tivemos que construir um compartimento de motor muito, muito apertado”, diz ele. “Sabíamos que seria muito apertado encaixá-lo.”
No final das contas, levaram apenas quatro horas para levantar o motor e colocá-lo no lugar. “Tínhamos quatro a cinco pessoas em ambos os lados do motor e pessoas na entrada e na parte traseira”, diz ele. “Foi um processo divertido.”
Embora os aviões X anteriores tenham se originado em programas militares, o X-59 foi projetado e construído usando sistemas existentes, como o trem de pouso do F-16, uma cabine traseira do jato de treinamento T-38 Talon e uma nova variante do motor de caça a jato F414, que alimenta o F-18 Super Hornet da Marinha dos EUA. (Dees reconhece que às vezes o chamam de “Frankenplane”, ou seja, um avião Frankenstein.)
A NASA contratou a GE Aerospace para desenvolver um motor exclusivo para atender às exigentes necessidades de desempenho e confiabilidade do X-59. Anthony Hazlett, engenheiro do modelo de demonstração X-59 da GE Aerospace, liderou o grupo que projetou o motor.
“Tínhamos desenvolvido uma versão monomotor do F414 para o caça Saab JAS 39E Gripen da Suécia que determinamos que funcionaria para o X-59 com algumas modificações, então derivamos um novo modelo de motor, o F414-GE-100”, ele diz.
O novo motor, que foi construído e inicialmente testado nas instalações da empresa em Lynn, tem quase 4 metros de comprimento e 91 cm de diâmetro e pode produzir 22.000 libras de empuxo, o que permitirá ao X-59 acelerar e subir para a velocidade de cruzeiro a uma altitude de 55.000 pés.
Por que tão alto? Essa é a altitude na qual o X-59 testará sua teoria e transformará aquele estrondo sônico em um “baque” silencioso.
Dees enfatiza que não se trata apenas do posicionamento do motor; todo o avião foi projetado para mitigar o choque. “A maneira de produzir choques mais fracos é fazer uma mudança mais suave na área da seção transversal da aeronave”, diz ele.
O nariz longo e fino do X-59 fica gradualmente maior de frente para trás para criar muitos choques fracos; como resultado, a cabine está situada a 11,6 metros da ponta. “É o comprimento que o nariz leva para chegar a um local onde haja espaço suficiente para colocar um humano”, acrescenta.
Outra coisa sobre esse cockpit: ele não tem para-brisa voltado para frente. Em vez disso, a NASA desenvolveu um “eXternal Vision System”, ou XVS, que depende de duas câmeras externas (uma na frente, em cima e outra embaixo do avião) para alimentar dados de alta resolução em um display que permite ao piloto ver para frente. A imagem, diz Dees, é “muito, muito nítida”.
A seguir: mais testes. Dees e sua equipe estão atualmente realizando verificações do sistema para garantir que o motor e o avião estejam totalmente integrados. Concluídos, serão realizados testes de acoplamento estrutural, testes de solo, teste de taxiamento e, por fim, ensaios de voo, que ocorrerão ao longo de nove meses.
Dees diz que os ensaios de voo têm três fases: primeiro, garantir que o avião opere com segurança; segundo, para confirmar um baque sônico reduzido; e terceiro, levar o X-59 ao espaço aéreo nacional e medir as reações do público ao ruído que ele cria.
Os dados recolhidos pela NASA irão para a Administração Federal de Aviação (FAA) e para a Organização da Aviação Civil Internacional (OACI / ICAO) com o objetivo de ajustar as regras para os níveis de ruído, o que poderá ajudar a abrir um novo mercado comercial para voos supersônicos sobre terra. (Atualmente existe uma proibição de viagens supersônicas sobre terra nos EUA).
Dees descreve isso como “mudança de um limite de velocidade para um limite sonoro”. O objetivo final não é apenas fazer o avião voar, diz ele. É colocar os dados dos testes nas mãos dos reguladores “para ajudar a provocar uma mudança na aviação para o resto do tempo”.
Informações da GE Aerospace
