O Departamento de Defesa dos EUA tem um plano ambicioso para atualizar o F-35. E em meio a todos os documentos, discussões e detalhes, existe um fator muito importante: a demanda do sistema de refrigeração.
Segundo descreve a Raytheon Technologies, desde que o caça a jato levantou voo, a quantidade de resfriamento necessária para controlar o calor residual de seus muitos sistemas eletrônicos dobrou devido à constante evolução tecnológica.
E essa demanda continuará a crescer, à medida que forem adicionadas cada vez mais altas tecnologias de sensores, bloqueadores e outros sistemas que tornam o F-35 o que ele é: um data center voador e um posto de comando. Ou, como os oficiais militares às vezes chamam, um “zagueiro no céu”.
No momento, as necessidades de resfriamento do futuro F-35 estão fora de alcance. Mas a Raytheon afirma que a situação não precisa ser assim.
Para torná-los possíveis, dois negócios da Raytheon Technologies – Pratt & Whitney e Collins Aerospace – estão propondo um par de melhorias:
– Um módulo de potência atualizado para o motor, que aumentaria o desempenho e forneceria o ar comprimido que o sistema de arrefecimento requer; e
– Um novo sistema de resfriamento otimizado que usa ar comprimido com mais eficiência.
A combinação dessas atualizações, dizem os especialistas da empresa, daria ao F-35 uma maneira rápida e econômica de permanecer formidável por décadas – bem na próxima era de aeronaves ainda mais avançadas.
“O F-35 não deve ser apenas igual à ameaça de caça quase equivalente. Tem que ser superior”, disse Rick “Slash” Crecelius, ex-piloto de F-35 e capitão aposentado da Marinha dos EUA, que agora trabalha como diretor de integração de clientes na Pratt & Whitney. “Mas a vantagem tecnológica é uma coisa temporal. Se demorarmos muito, começamos a ficar para trás”, completou ele.
Impulsionando o F-35, agora e no futuro
A Pratt & Whitney propôs uma atualização para o motor F135 como parte de um plano para modernizar o F-35. A atualização tem várias vantagens, incluindo:
– um aumento de 7% em alcance e empuxo e uma arquitetura que registrou mais de 1 milhão de horas de voo seguras;
– compatibilidade com todas as três variantes do F-35;
– mais de US$ 40 bilhões em economia de custos projetada ao longo da vida do programa; e
– uma data de entrega projetada para 2028.
Etapa um: modernização do Block 4
Antes das preocupações futuras, há uma atualização imediata do F-35 a ser considerada. É chamado de esforço de modernização do Bloco 4 e incluirá dezenas de melhorias em áreas como detecção, interferência, comunicações e sistemas de computador que sustentam tudo.
Para colocar o poder por trás do Bloco 4, as autoridades de defesa dos EUA estão considerando o que é conhecido como motor adaptativo – uma tecnologia totalmente nova que custaria mais de US$ 6 bilhões para ser desenvolvida e levaria mais de uma década para ser integrada à aeronave.
Os engenheiros da Pratt & Whitney estão desenvolvendo um motor adaptativo, mas acreditam que é mais adequado para uma nova geração de caças. Como uma opção mais rápida, mais acessível e mais prática para o F-35, eles propõem o que é conhecido como Engine Core Upgrade – um módulo de potência aprimorado para o atual motor do caça a jato, o Pratt & Whitney F135.
Esse motor superou suas especificações originais, tendo suportado três grandes atualizações da fuselagem e da carga útil do F-35. Ele também acumulou mais de 600.000 horas de voo seguro – ou 1 milhão, contando o recorde de segurança do motor F119 no qual foi baseado.
A atualização do núcleo do motor aumenta o desempenho do F135 original, incluindo um aumento de 7% no alcance e no impulso, por meio de melhor aerodinâmica e fluxos de resfriamento otimizados. Também mantém cerca de dois terços das peças do motor existente – um fator que o torna mais fácil e barato de produzir do que um novo motor, disse Caroline Cooper, diretora sênior da Pratt & Whitney para a estratégia F135.
“Quando você aproveita a capacidade de produção existente e os 60 a 70 por cento de comunalidade em peças, não é uma tarefa difícil”, disse ela. “Você se adapta ao antigo e produz para o novo.”
E enquanto um motor adaptativo marcaria um grande avanço na tecnologia de jatos de combate, seus benefícios para o F-35 não justificam o tempo e as despesas adicionais, disse Jonathan Niemeyer, engenheiro-chefe do programa F135.
“Um mecanismo adaptativo fornece muitos recursos, mas muitos deles não são necessários com base no que nosso cliente está nos dizendo. Todas essas coisas que você está adicionando, elas adicionam risco e cronograma”, disse Niemeyer. “Se a ameaça real é uma luta em uma data próxima, nosso foco deve ser entregar capacidade madura e de baixo risco no cronograma que o cliente está solicitando. No fundo do meu coração, acredito que o Engine Core Upgrade está entregando exatamente isso.”
Passo dois: Block 5 e adiante
Espera-se que as melhorias do Bloco 4 mantenham o F-35 competitivo por anos. Mas, dado o nível de investimento na aeronave pelos EUA e mais de uma dúzia de outros países – e o fato de que os EUA planejam voá-lo até 2070 – é importante pensar ainda mais no futuro.
É aí que entra a capacidade de resfriamento. Quanto mais sistemas intensivos em energia e calor o F-35 carregar, mais ele dependerá de seu sistema de resfriamento para mantê-los funcionando.
“Veja como o campo de batalha é competitivo. Eles querem ver mais longe, atirar mais longe e com mais precisão. E eles precisam do equipamento de missão para realizar isso”, disse Henry Wu, diretor associado da unidade de negócios de Power & Controls da Collins Aerospace.
“O problema é que o sistema de resfriamento que eles têm hoje não consegue acompanhar. Se você comprar os novos radares e bloqueadores sem refrigeração, não poderá realmente colocá-los no jato porque não funcionariam”, completou Wu.
Gerenciar o calor residual desses sistemas consome um bom bocado de energia em si. Para atender melhor às necessidades de resfriamento de um F-35 de estado futuro, a Collins desenvolveu o Sistema de Potência e Resfriamento de Emergência (EPACS – Emergency Power and Cooling System) – uma combinação de uma unidade de ar condicionado, um gerador de energia elétrica e uma unidade de potência auxiliar, todos em um só conjunto para se adequarem à atual pegada do sistema de resfriamento.
A principal vantagem do sistema é o uso eficiente do que é conhecido como “ar sangrado” ou ar comprimido do motor. Esse ar é um recurso valioso: o motor o usa para criar impulso e o sistema de resfriamento o usa como fonte de energia.
Mas a quantidade de ar sangrado é limitada. Quanto mais o sistema de arrefecimento absorve, mais o motor precisa trabalhar. E isso fará com que até mesmo os melhores motores se desgastem mais rápido do que o esperado.
Por outro lado, disse Wu, o uso mais eficiente do ar sangrado “reduz a carga do motor e isso significa que a durabilidade aumentará”.
A confiança da Collins no sistema vem em parte devido à estreita colaboração da empresa com a Pratt & Whitney. Como ambas fazem parte da Raytheon Technologies, as equipes têm acesso muito mais fácil umas às outras do que de outra forma.
“Se conseguirmos combinar o EPACS com o Engine Core Upgrade, podemos fornecer resultados superiores”, disse Bill Dolan, vice-presidente de engenharia e tecnologia da Collins para Power & Controls. “Nós nos conhecemos. Nós entendemos o que o outro faz. Se pudermos fazer essas coisas em colaboração, há uma clara vantagem para o cliente final.”
Resfriamento: uma chave para o futuro do F-35
O F-35 precisa de um poderoso sistema de resfriamento para operar sua crescente pilha de tecnologia a bordo. Para atender a essa necessidade no futuro, a Collins Aerospace desenvolveu o Sistema de Energia e Resfriamento de Emergência, ou EPACS. Suas vantagens incluem:
– mais que o dobro da capacidade de resfriamento do sistema atual, mas dentro do espaço existente;
– menos desgaste do motor através do uso mais eficiente do ar sangrado;
– um ciclo termodinâmico mais eficiente; e
– a capacidade de atender às necessidades de resfriamento dos F-35 Block 4, bem como de versões futuras.
O futuro do F-35 começa agora
Para Crecelius, que ajudou a treinar os primeiros pilotos de F-35 da Marinha, os benefícios de combinar o F135 Engine Core Upgrade e o Emergency Power and Cooling System são muitos.
Isso economizará cerca de US$ 40 bilhões ao longo da vida do programa, de acordo com uma análise de custos da Pratt & Whitney, e estará disponível não apenas para os novos F-35, mas também para a frota existente. E funcionaria em uma rede de abastecimento e manutenção estabelecida – uma preocupação fundamental quando você precisa colocar aviões no ar a qualquer momento.
“Ele ganha em custo, ganha em cronograma e ganha em desempenho”, finalizou Crecelius.
Informações da Raytheon Technologies
