Os motores aeronáuticos de nova geração para aeronaves executivas do futuro, com ampla gama de tecnologias, em 16.01.25

No dia 06, a plataforma AIN on line postou artigo do seu colaborador Mark Huber com título “New-generation engines driving future of aircraft – a range of traditional and new technologies are in the works for a variety of capabilities”, ou, em tradução, “Motores de nova geração impulsionam o futuro das aeronaves – uma gama de tecnologias tradicionais e novas estão em desenvolvimento para uma variedade de capacidades”.

New-generation engines driving future of aircraft – a range of traditional and new technologies are in the works for a variety of capabilities”,Mark Huber – AIN on Line – 06/01/2025:
https://www.ainonline.com/aviation-news/business-aviation/2024-12-06/new-generation-engines-driving-future-aircraft

Motores turbofan e turboélice (turboeixo) para aeronaves executivas de todos os portes fizeram grandes avanços nas últimas duas décadas em termos de eficiência aprimorada e emissões mais baixas, em modelos como GE Honda HF-120, Pratt & Whitney PW-800 e PW-545D, Honeywell HTF-7000 series, GE Passport e Rolls-Royce Pearl. Esses novos motores reduzem o consumo de combustível em até 20% em comparação com a tecnologia antiga e apresentam designs, materiais e técnicas de produção inovadores. Os ganhos de eficiência vêm em grande parte na forma de motores que fornecem mais empuxo e tração — e, portanto, tempos mais rápidos para subir e alcances gerais — com quase a mesma quantidade de combustível.

Ao contrário dos motores de última geração desenvolvidos para aviões comerciais, que podem ganhar eficiência aumentando o tamanho do fan, os novos motores de jatos executivos dependem da operação em temperaturas mais elevadas e maior eficiência térmica com turbinas de baixa pressão redesenhadas, dutos de exaustão e pás de fan moldadas feitas juntas em uma única forja chamado de disco-rotor (blisk) para economizar peso e reduzir a manutenção. O maior uso de compósitos e manufatura aditiva também economizam peso e reduzem o número de peças/componentes, simplificando a fabricação e a manutenção. 

Enquanto fabricantes de aeronaves de longa data normalmente trabalham em estreita colaboração com fabricantes de motores tradicionais, uma nova safra de fabricantes de aviões, incluindo supersônicos, e pelo menos um fabricante de helicópteros decidiu desenvolver seus próprios motores, tentando atingir novos níveis de desempenho e custos reduzidos.

Apesar dos desafios assustadores associados à escolha desse caminho, várias dessas fabricantes estão reportando um progresso significativo, assim como pelo menos uma fabricante que está desenvolvendo um motor diesel de design inovador como uma alternativa de substituição para uma variedade de aeronaves de motor a pistão (certificadas pelo regulamento PART-23) e kit antigos da aviação geral, já que esse setor da indústria da aviação continua a enfrentar a miríade de desafios técnicos que acompanham a adoção de combustível sem chumbo (UL – unleaded) como um substituto para a AvGas de alta octanagem com adição de chumbo de 100LL.

A AIN analisou os últimos desenvolvimentos de motores de aeronaves de aviação geral e executiva no início de 2025 e suas perspectivas para aplicações futuras, reunindo informações recentes, resultando no artigo de Huber. 

Rolls-Royce Pearl 10X
A Rolls-Royce passou a maior parte de 2024 testando seu novo turbofan Pearl 10X programado para instalação no novo jato executivo cabine larga de ultralongo alcance Dassault Falcon 10X. Esses vôos de teste, conduzidos com o motor instalado na aeronave de teste B.747-200 foram concluídos após registrar 36.000 MN e 2.300 horas em velocidades de até 0,9 MACH e em altitudes de até 45.000 pés.

As entregas iniciais de motores Pearl 10X para a Dassault são esperadas para 2026, enquanto o “10X” está programado para entregas aos clientes em 2027.

A classificação exata de empuxo para o motor “10X” ainda não foi determinada. O Pearl 700, que equipa jato executivo cabine larga de ultralongo alcance Gulfstream G700, recentemente certificado,  e que equipará o G800, ora em campanha de testes para certificação, tem uma classificação de empuxo de 18.250 lbf.

Nos jatos Gulfstream, o Pearl oferece uma relação empuxo-peso 12% melhor e uma eficiência 5% melhor em comparação com os motores anteriores da série BR-700, da Rolls-Royce.

Uma versão em escala do motor Pearl 700, o Pearl 15 é utilizado na série dos jatos cabine larga Bombardier Global 5500/6500.

O turbofan Pearl é produzido em torno do núcleo do motor Advance2 da Rolls-Royce e do combustor ALM de baixas emissões. A caixa de redução (ou caixa de engrenagem – gearbox) do motor é projetada para maior extração de potência e, no geral, espera-se que o motor produza menos ruído e 5% melhor eficiência do que nos motores de jatos executivos da série BR-700 (da Rolls-Royce).

O design apresenta um disco-rotor de fan (fan blisk) de titânio de 24 lâminas, compressor de alta pressão (HP) de 10 estágios com seis disco de titânio e relação de compressão de 24:1, turbina de alta pressão (HP) de dois estágios sem carcaça com design de lâmina sem cobertura com aerodinâmica aprimorada e resfriamento de lâmina, e turbina de baixa pressão (LP) de quatro estágios com maior potência do fan para mais empuxo, com geometria aerodinâmica 3D, e estatores 360° de de baixo peso de oito graus. Os compósitos são usados ​​extensivamente em uma unidade para reduzir o peso. A nacela “slim-line” inclui reversores de empuxo de porta-alvo (target door thrust reversers) que são aerodinamicamente otimizados. Outras aplicações compostas incluem dutos de desvio (bypass ducts), portas de manutenção, revestimentos de trilhos de fan (fan track liners), spinners e mancais cabeados (cable bushings). O tratamento acústico aprimorado melhora a redução de ruído.

A Rolls-Royce também está propondo a tecnologia Pearl como a base de motorização para o sistema de transportador remoto não tripulado (URCS – uncrewed remote carrier system) para o futuro sistema aéreo de combate que está sendo desenvolvido em conjunto pela França, Alemanha e Espanha.

GE Passport
O motor turbofan GE Passport atualmente equipa o jato executivo cabine larga de ultralongo alcance  Bombardier Global 7500 e também o futuro Global 8000.

Certificado pela FAA em 2016, o motor de design twin-spool apresenta um fan com disco-rotor (blisk) de titânio, de 52 polegadas (132 cm), de 18 lâminas, uma taxa de derivação (bypass ratio) de 5,6:1 e uma taxa de compressão (pressure ratio) geral de 45:1. É o primeiro projeto de motor integrado da GE que constrói o núcleo e a nacele como uma unidade integrada. 

O design toma “emprestado” – compartilha – extensivamente dos motores CFM LEAP desenvolvidos para alimentar as variantes de jatos comerciais de fuselagem estreita Airbus “NEO” (de nova geração) e inclui um compressor de alta pressão (HP) de 10 estágios com discos-pás de titânio e lâminas de liga de níquel. 

A carenagem, o cone de exaustão e o misturador fazem uso extensivo de compósitos e cerâmicas avançados, e a nacela, desenvolvida com a Safran, reduz o peso e o arrasto.

A GE afirma que o motor tem um consumo específico de combustível 8% menor em comparação ao Rolls-Royce BR-725 que equipa o jato executivo cabine larga Gulfstream G650. 

Uma atualização do motor para o Global 8000, também disponível via STC no Global 7500, permitirá que essas aeronaves atinjam uma velocidade máxima líder do setor de MACH 0,94.

Jennifer Ratica, presidente da Passport e CFE da GE Aerospace, disse para a AIN que a atualização não envolve mudanças de “turbo-maquinário”, mas sim alterações de software. No entanto, Ratica disse que essas mudanças, que exigem aprovação da FAA, “irão desbloquear algum potencial que já havíamos projetado em nosso motor”.

Melvyn Heard, gerente geral de aviação executiva da GE, disse para a AIN que, em outubro, o Passport estava equipando uma frota Global 7500 de quase 200 aeronaves que acumulavam 400.000 horas de vôo e 140.000 ciclos. “No geral, os operadores estão muito felizes”, Heard disse à ocasião. Heard também disse que o sistema de monitoramento e uso da integridade (HUMS – Health Usage and Monitoring System) no motor está transmitindo “terabytes” de dados “que nos permitem ficar muito mais inteligentes sobre como entendemos as operações da aeronave”, identificar tendências em toda a frota e tomar rapidamente quaisquer ações necessárias.

A GE está usando o Passport como plataforma de demonstração, em colaboração com a NASA, no programa HyTEC – Hybrid Thermally Efficient Core (Núcleo eficiente termicamente híbrido) da agência aeroespacial americana, que visa impulsionar ainda mais eficiências de combustível na próxima geração de motores a jato para aeronaves comerciais para a partir de 2030. Parte dessa estratégia envolve usar o núcleo do motor para acionar substancialmente mais sistemas elétricos em aeronaves por meio de motores elétricos incorporados aos motores principais. A Pratt & Whitney também está trabalhando com a NASA no programa.

O HyTEC também se concentrará no desenvolvimento de compressores avançados de alta pressão e aerodinâmica de turbinas e materiais de combustão aprimorados, incluindo compostos de matriz cerâmica.

A participação no HyTEC é um componente do programa RISE – Revolutionary Innovation for Sustainable Engines (Inovação revolucionária para motores sustentáveis), da CFM International (uma joint venture de motores de longa duração entre a GE e a Safran, que foi responsável pela produção de mais de 37.000 motores a jato de aeronaves comerciais nos últimos 50 anos).

GE Catalyst
Enquanto isso, o novo motor turboélice GE Catalyst, de 1.300 SHP, que equipará o novo monomotor de alto desempenho Beechcraft Denali, está se aproximando da conclusão da certificação no momento da publicação do artigo.

O motor apresenta controle de potência do grupo motopropulsor com alavanca única, com sistema FADEC, uma turbina de potência de três estágios, um combustor de fluxo reverso com bicos de combustível avançados e um compressor centrífugo único axial de quatro estágios que produz uma taxa de compressão de 16:1.

A tecnologia avançada incorporada ao design inclui uma turbina de geometria variável com palhetas de estator (stator vanes) que giram em vôo, permitindo aumento de pressão e temperatura dentro do motor. O pacote produz 20% menos emissões de CO₂, 18% melhor consumo específico de combustível e 10% mais empuxo em comparação com motores comparáveis, de acordo com a GE.

Uma equipe internacional de 400 engenheiros e técnicos trabalhou no programa nas instalações da GE na República Tcheca, Itália, Alemanha e Polônia. 

Honeywell série HTF-7000
A série de turbofan Honeywell HTF-7000 atualmente equipa os jatos médios-supermédios Bombardier Challenger 300, 350 e 3500, Cessna Citation Longitude, EMBRAER Legacy 450/500 e Praetor 500/600 e Gulfstream G280, fornecendo empuxo de decolagem entre 6.944 e 7.665 lbf. Aproximadamente 3.000 motores estão atualmente em serviço, e a lista de aeronaves equipadas unidades da série turbofan Honeywell HTF-7000 pode estar crescendo. No início de dezembro, a Honeywell assinou um acordo de US$ 17 bilhões com a Bombardier para aviônicos e outras atualizações para a frota instalada, bem como “foco em evoluções de potência, confiabilidade e manutenabilidade, lideradas pelo modelo de próxima geração do motor HTF-7000, da Honeywell”, de acordo com a fabricante, alimentando rumores de que a Bombardier está olhando para uma nova “entrada” na categoria de jatos executivos supermédios.

Comparado com a série de motores geared (com redução pro caixa de engrenagem) TFE-731, de 3.000 a 5.000 lbf. de empuxo, onipresente, que começou a impulsionar jatos executivos na década de 1970, a série HTF-7000 é um modelo de acionamento (giro) direto (direct drive) que oferece substancialmente mais empuxo com um novo núcleo capaz de variantes que podem gerar até 12.000 lbf. de empuxo e incorpora materiais e designs avançados, incluindo um combustor de alta eficiência e baixa emissão.

Dave Marinick, presidente de motores e sistemas de energia da Honeywell Aerospace Technologies, disse para a mídia AIN que a fabricante continua buscando atualizações do motor HTF-7000, em parte, para ficar “bem à frente dos padrões de emissões”, incluindo ruído. Marinick também disse que a Honeywell está “muito interessada em tecnologias de motores híbridos” e que o HTF-7000 “tem uma oportunidade de ser configurado para híbrido”. No geral, Marinick disse que a Honeywell está se preparando para uma era de “aeronaves mais elétricas” com tecnologias que incluem células de combustível de hidrogênio, observando que a Honeywell “queimou hidrogênio pela primeira vez em nossas APUs [unidades de energia auxiliar] há mais de 20 anos” e que a Honeywell está atualmente trabalhando em uma “célula de combustível de membrana de troca de prótons de classe de 1 megawatt que acreditamos que também pode encontrar uma assinatura em uma futura arquitetura de aeronave”.

No entanto, de interesse mais imediato do cliente, a Honeywell revelou seu sistema de monitoramento e uso de integridade (HUMS – Health Usage and Monitoring System) Ensemble em outubro, que monitora mais de 50.000 parâmetros do motor e coleta, baixa e transmite automaticamente as informações após cada vôo.

O Ensemble permite que os clientes e a Honeywell abordem a manutenção de forma mais proativa e reduzam os encargos administrativos, principalmente para clientes já inscritos em um programa de manutenção da Honeywell, porque elimina a necessidade de acessar um portal e registrar dados, pois o sistema é executado continuamente em segundo plano. 

Pratt & Whitney Canada PW-545D e PW-800
O turbofan PW-545D é a mais recente variante da série PW-500, que equipará o novo jato executivo de médio Cessna Citation Ascend, que deve entrar em serviço em 2025. Mais de 4.600 motores da série PW-500 estão em serviço, equipando uma variedade de jatos Cessna Citation e EMBRAER.

O PW-545D recebeu a certificação Tipo da Transport Canada em maio de 2024, seguida rapidamente pela validação da FAA. Em dezembro, recebeu a certificação Tipo da EASA.

Os recursos incluem sistema FADEC com autothrottle integrado, um misturador avançado e eficiências de compressor que reduzirão o consumo de combustível e o ruído.

O PW-545D oferece suporte ao sistema de monitoramento e uso de saúde de voo, aquisição, armazenamento e transmissão (FAST) da empresa, e os clientes com FAST inscritos no Eagle Service Plan (ESP) da fabricante podem aproveitar uma opção de TBO estendida de 6.000 horas.

Os maiores turbofans da série PW-800 atualmente fornecem potência na classe de 10.000 a 20.000 lbf. de empuxo e estão equipando os jatos cabine larga Dassault Falcon 6X (recentemente certificado) e Gulfstream G500 e G600.

Comparado com motores antigos na classe, o PW-800 é mais econômico em combustível e requer 40% menos manutenção e 20% menos inspeções programadas, de acordo com a empresa. O motor compartilha um núcleo comum com o PW-1000G desenvolvido para aplicações em aeronaves do transporte comercial.

Williams FJ-44
A fabricante de motores Williams foi selecionada para impulsionar o novo jato leve Honda Echelon.

A Williams já impulsiona a maior parte do mercado de jatos leves com seus motores das séries FJ-44 e também FJ-33 em aeronaves, incluindo Cessna Citation CJ, Cirrus Vision Jet, Pilatus PC-24 e Beechcraft Premier.

No geral, mais de 8.000 motores de jatos leves estão inscritos no programa de suporte ao produto TAP Blue, da fabricante. Os motores Williams apresentam inovações, incluindo disco-rotor de fan (Blisk fan) e bicos injetores de combustível (fuel nozzles) rotativos.

DeltaHawk DHK 180
Para algumas fabricantes aeronáuticas, barreiras técnicas ou de preço – e às vezes ambas – os forçam a traçar um novo caminho, seja produzindo em cima de um motor existente ou projetando do “zero”. O caminho para fazer isso geralmente é longo e complexo.

Um programa colaborativo da FAA e indústria para eliminar o uso de AvGas com adição de chumbo em aeronaves da aviação geral até 2030 com combustíveis UL (sem chumbo) continua a enfrentar desafios técnicos e de fornecimento. Enquanto isso, motores a pistão capazes de funcionar com JET-A (QAv) são vistos como uma possível solução para o problema representado pelo uso contínuo de AvGas com chumbo.

A DeltaHawk Engines também está desenvolvendo uma família de motores de ciclo diesel para aplicação da aviação geral, com baixo consumo de combustível, como uma substituição de potência original para aeronaves com motor a pistão.

O DeltaHawk DHK-180 é uma alternativa de motor ciclo diesel (alimentado por QAv) para motores a pistão alimentados por AvGas. O motor DHK-180, de 180 HP, recebeu a certificação Tipo da FAA em 2023.

Em 2024, a DeltaHawk anunciou acordos com as fabricantes de aeronaves Piper Aircraft e Vulcanair Aircraft para motorização de modelos de aeronaves das mesmas, via STC. A Piper e a DeltaHawk estão desenvolvendo em conjunto um STC relacionado para o bimotor Piper PA-44 Seminole. A DeltaHawk também está colaborando com fabricantes de kits de aeronaves, incluindo a Bearhawk Aircraft.

A DeltaHawk está trabalhando em variantes de motor até 235 HP. O motor, em um projeto novo,  apresenta um bloco de motor em “V” invertido, turbocompressão e supercompressão, injeção mecânica de combustível, resfriamento líquido, transmissão direta e 40% menos peças móveis do que outros motores em sua categoria, de acordo com a empresa. O motor é controlado por meio de ligações mecânicas, tem um número limitado de sensores e é projetado para que a maioria dos componentes seja acessada externamente, incluindo a bomba de combustível. 

No cenário da busca por alternativas de motores por AvGas com chumbo, o CEO e fundador da DeltaHawk Jason Hill disse que o preço dos motores por fabricantes originais (OEM) prontos para uso tornou o desenvolvimento de sua turbina a gás de estágio único de 500 SHP internamente um imperativo. “Produzir um motor com turbina de última geração é um grande negócio, não porque seja difícil, mas porque é absolutamente crucial para poder entregar aeronaves leves de última geração a preços comercialmente viáveis”, disse Hill em dezembro.

Hill afirma que pode obter custos unitários abaixo de US$ 100.000, com base em uma taxa de execução (produção) anual de 500 unidades. E isso é importante quando você está comercializando um helicóptero de cinco assentos de novo design, o HX50, por menos de US$ 1 milhão. 

Hill está atacando o problema com um design com uma dose pesada de impressão 3D (também conhecida como manufatura aditiva – additive manufacturing) e um design modular que é “mais simples, mais eficiente, mais leve e mais fácil de fabricar” com “uma contagem de peças extremamente baixa” e que é “fácil de manter”.

“Nossos bicos injetores de combustível são realmente removíveis da parte externa do motor, para que possam ser trocados, verificados e modificados”, disse Hill. “Os coletores de combustível também podem ser acessados ​​de fora”, completou Hill. O motor também usa injetores de combustível atomizados por jato de ar para melhor eficiência e menos emissões.

Hill refinou um novo combustor anular que funcionará com biocombustíveis convencionais e sintéticos.

A DeltaHawk atingiu os estágios finais de conclusão da otimização aerodinâmica e está desenvolvendo rolamentos, discos rotores e palhetas-aletas de turbina, engrenagens, transmissões e componentes de metal fabricados. A DeltaHawk planeja ter um motor completo funcionando até o final de junho de 2025. 

Turbofan “Boom Supersonic Symphony”
Trabalhando com fornecedores importantes, incluindo StandardAero e ATI, a Boom Supersonic está desenvolvendo seu próprio motor turbofan Symphony, de 35.000 lbf. de empuxo, twin-spool (duplo disco) e taxa de derivação (by-pass) média para sua aeronave de passageiros supersônica Overture (de 55 assentos na configuração de linha aérea). O motor foi projetado para impulsionar o Overture a velocidades supersônicas sem empregar pós-combustores.

O Symphony incorpora um design turbofan tradicional com uma admissão supersônica axissimétrica, cone de exaustão de geometria variável e uma turbina de alta pressão resfriada. As lâminas de núcleo oco são acopladas a um fan principal de 72 polegadas (182,88 cm). O motor foi projetado para funcionar com combustível de aviação 100% sustentável (SAF) e atender às restrições de ruído do Capítulo 14 da ICAO.

As primeiras peças impressas em 3D foram produzidas, incluindo bicos injetores de combustível e estruturas centrais da turbina. O motor construído para esse propósito já executou 30 testes de hardware de motor para componentes-chave do motor, incluindo fans, bicos e combustores.

Testes de núcleo de motor totalmente operacionais que analisarão o desempenho do compressor, combustor e seção de turbina estão programados para o final de 2025. A forja das superligas do motor para o compressor e a turbina começou em novembro.

A ATI está fornecendo os materiais e componentes de alta temperatura para os estágios de lâmina e disco integrados do compressor de alta pressão do Symphony e para sua montagem de turbina, incluindo superligas à base de níquel.

A StandardAero montará, testará e dará suporte ao motor em sua instalação em San Antonio, no Texas, onde terá capacidade para montar até 330 motores anualmente.

A Boom Supersonic pretende ter a aeronave certificada e em produção até 2030 em sua fábrica em Greensboro, na Carolina do Norte.

Hermeus
A Hermeus está desenvolvendo o Chimera II, um motor de ciclo combinado baseado em turbina capaz de fazer a transição dos modos turbojato para um motor a reação do tIpo estatoreator (RAM-JET), capaz impulsionar aeronaves a velocidades hipersônicas de MACH 5.

Um motor a reação do tIpo estatoreator (RAM-JET) é o mais simples dos motores a jato, pois não possui peças móveis, para grande velocidade, que se baseia no movimento para frente de uma aeronave para comprimir o ar e produzir empuxo – na admissão, o movimento para frente do motor comprime o ar na entrada, no combustor (queimador) o combustível é misturado com o ar comprimido e inflamado e no bocal da exaustão (bocal propulsor) o gás de exaustão quente é acelerado através do bocal para produzir empuxo, Essencialmente, o motor é um tubo aberto nas duas extremidades, com seções variáveis, com um queimador e suportes de chama na seção intermediária. Não dispondo de compressor, a aeronave necessita atingir uma velocidade mínima para transformação de pressão dinâmica do ar mobilizado em pressão estática. Para atingir esta velocidade mínima, emprega-se um motor-foguete (rocket) ou uma perda de grande altura da aa aeronave; uma possível solução seria uma combinação turbo-estatoreator.  É um motor utilizado em mísseis.

Para compor o Chimera II, a Hermeus modificará um motor Pratt & Whitney F100 (de 29.160 lbf.) disponível comercialmente e pronto para uso com seu sistema proprietário de entrada, pré-resfriador, queimador de RAM-JET e taxa de derivação (by-pass), em parte, da impressão 3D.

O F100 impulsionará a aeronave a MACH 2,8 e então o sistema RAM-JET entra em ação para fazer o resto.

O F100 foi originalmente desenvolvido para aeronaves militares, incluindo caças F-16 e F-15.

O Chimera II está programado para voar na aeronave não tripulada Hermeus Darkhorse e desenvolver o trabalho do programa de motores Chimera, que usa o motor J85 menor de 5.000 lbf. empuxo, da GE, como seu núcleo. Espera-se que o Darkhorse forneça a base tecnológica para a aeronave de passageiros de velocidade MACH 5 Halcyon, da Hermeus. [EL] – c/ fonte