MOTORES AERONÁUTICOS A PISTÃO

MOTORES AERONÁUTICOS A PISTÃO
MOTORES BOXER AERONÁUTICOS
MOTORES RADIAIS AERONÁUTICOS
MOTORES AERONÁUTICOS A DIESEL
MOTORES AERONÁUTICOS A GASOLINA
MOTORES AERONÁUTICOS A ETANOL
MOTORES AERONÁUTICOS EM LINHA
MOTORES AERONÁUTICOS EM V
MOTORES AERONÁUTICOS ROTATIVOS

INTRODUÇÃO

O termo genérico motor aeronáutico a pistão é utilizado amplamente em todo o mundo para designar todos os tipos, configurações e modelos de motores de combustão interna com blocos, cabeçotes, cilindros, pistões e virabrequins usados na propulsão (tração ou impulsão) de aeronaves em geral, incluindo aviões, helicópteros, drones, dirigíveis, aeromodelos, motoplanadores, ultraleves e trikes, dentre outros. Ele é um motor de combustão interna que converte a expansão de gases gerada pela queima de combustível dentro de um cilindro em movimento rotativo, acionando diretamente ou indiretamente uma hélice, que, por sua vez, gera tração ou impulsão.

Conhecido também como motor recíproco ou motor alternativo, ele opera com os mesmos princípios básicos dos motores a pistão de automóveis, mas conta com sistemas de ignição redundante, geralmente com duas velas para cada cilindro, para maior segurança, e é desenhado para ser leve e eficiente, geralmente com refrigeração a ar, por ser um sistema de refrigeração mais simples e prático. Além disso, a maioria dos motores aeronáuticos a pistão não possui correia dentada para acionamento das válvulas, também por uma razão de segurança.

De modo geral, os motores aeronáuticos a pistão ainda são comuns dentro da aviação geral, principalmente em razão de seu baixo custo de aquisição e operação, presentes na maioria das aeronaves de treinamento (pequenos aviões usados em aeroclubes e escolas de voo), ultraleves (aviões pequenos, de certificação menos exigente, para transporte de pessoas ou recreação), aviões agrícolas (a maioria dos aviões de pulverização agrícola ainda é a pistão), táxis aéreos (principalmente as empresas que usam aviões pequenos para transporte de passageiros e/ou cargas leves), motoplanadores e helicópteros de pequeno porte, aviões executivos privados de pequeno porte, aeronaves esportivas (acrobáticas, inclusive) e/ou aeronaves de uso recreativo, como trikes, por exemplo.

De modo geral, os aviões a pistão mais comuns na aviação geral (o termo aviação geral significa quase todo tipo de aviação, exceto a aviação comercial de transporte regular de passageiros e/ou cargas e a aviação militar) são aqueles que usam motores de configuração boxer, que é a configuração mais utilizada no mundo, atualmente, com cilindros horizontais opostos, com o chamado ciclo de 4 tempos ou Ciclo Otto, que é quando o motor funciona através de quatro etapas, chamadas admissão, compressão, combustão/explosão e escape dos gases.

De modo geral, a geração de potência nesses motores é o resultado da queima do combustível dentro dos cilindros, que empurra os pistões para longe do cabeçote e seu retorno por inércia giratória do virabrequim, milhares de vezes por minuto. Esse movimento de vai e vem dos pistões dentro dos cilindros é transformado em movimento giratório no virabrequim que, por sua vez, faz a hélice girar, gerando tração ou impulso / empuxo necessário para movimentar o avião, por meio de reações aerodinâmicas.

CONCEITO E CONTEXTO

De modo geral, o chamado motor aeronáutico é um motor de uma aeronave qualquer, em inglês referido como aircraft engine ou aero engine, ele é o mecanismo de potência de um sistema de propulsão de aeronave, que por sua vez é composto também pelas hélices, rotores ou palhetas / fan de empuxo. Geralmente as hélices e rotores são utilizados em aviões e helicópteros a pistão ou com motores turboélice, enquanto as palhetas / fan são utilizadas em aeronaves a jato. Os aviões a pistão e turboélice possuem melhor desempenho para decolar em pistas curtas e/ou médias enquanto os jatos possuem melhor desempenho para percorrer longas distâncias, em razão justamente da velocidade de cruzeiro maior.

As aeronaves que usam componentes de potência estão no contexto do voo motorizado, ao contrário dos balões (não confundir com os dirigíveis) que, por sua vez, é um aeróstato que depende exclusivamente do vento para seu movimento, ou seja, ele se deixa levar pelo vento, não tem autonomia completa. A maioria dos motores de aeronaves é formada pelos motores de pistão, pelos motores turboélice e pelos motores turbofan, estes conhecidos também como motores a jato, embora alguns modelos de aeronaves tenham sido movidos por foguetes e, nos anos mais recentes, muitos pequenos drones e aeromodelos tenham usado e estão usando motores elétricos.

Basicamente, em linhas gerais, o motor de um avião a pistão ou helicóptero a pistão funciona por meio de explosões controladas dentro dos seus cilindros, com o consequente movimento de vai e vem dos pistões que, por sua vez, dão movimento aos virabrequins que, por sua vez, estão ligados às hélices ou rotores. Esse movimento transforma-se em energia cinética (“embalo”, usando uma linguagem simples aqui) para a rotação contínua do virabrequim, consequentemente girando uma hélice ou rotor que impulsiona / traciona ou sustenta a aeronave.

Geralmente, esse tipo de motor a pistão é altamente confiável e amplamente utilizado em aeronaves leves, pois há uma limitação de potência e altitude de funcionamento desse tipo de motor, limitando assim seu uso em aviões leves e de velocidade baixa e/ou média. De forma semelhante aos motores de automóveis, o motor a pistão aeronáutico opera normalmente em um ciclo de quatro tempos, o chamado Ciclo Otto, composto pela admissão (a mistura ar-combustível entra rapidamente nos cilindros), compressão (essa mistura é comprimida pelo próprio pistão, dentro do cilindro), combustão / explosão (uma faísca gerada pela vela incendeia a mistura dentro do cilindro) e exaustão, ou seja, o gás queimado é expulso do cilindro pelo próprio movimento cinético do pistão.

Consequentemente, o motor gira a hélice do avião, que atua como uma asa rotativa que gera tração no sentido horizontal, ou gira o rotor do helicóptero, que também atua como uma asa rotativa, mas neste caso específico gerando sustentação. A rotação dessa hélice do avião é o que movimenta o ar horizontalmente e gera tração para frente, baseado nos efeitos aerodinâmicos no Princípio de Bernoulli e na 3ª Lei de Newton, conhecida também como Lei da Ação e Reação.

A maioria dos motores de aeronaves é refrigerada a ar, possuindo aletas (pequenas peças metálicas do lado de fora do bloco do motor que aumentam a superfície de “contato” com o ar em movimento) para dissipação do calor, embora existam modelos de aeronaves com refrigeração líquida.

Embora os motores a pistão de aeronaves e os motores a pistão de automóveis compartilhem o conceito básico, os motores a pistão de aeronaves são projetados para resistir a condições extremas de temperatura e pressão de ar e priorizar a redundância de sistemas e mecanismos nos pontos em que eles são necessários. Diferente de um motor automotivo convencional, cada cilindro de motor aeronáutico a pistão possui duas velas de ignição para garantir que o motor continue funcionando mesmo se uma delas falhar. Além disso, eles utilizam geradores independentes de eletricidade chamados magnetos para fornecer a faísca necessária para ignição dos cilindros, o que significa que o motor não depende da bateria ou do alternador da aeronave para funcionar depois de ligado.

De modo geral, aeronaves a pistão normalmente voam em altitudes mais baixas que as aeronaves a jato, geralmente abaixo de 5.000 metros, onde a densidade do ar é ideal para esse tipo de propulsão. Mas há casos específicos em que os aviões a pistão possuem motores com turbocompressores, como é o caso do Piper Malibu, com teto de serviço certificado de cerca de 7.500 metros de altitude, o que resulta na melhoria geral de desempenho, com velocidade de cruzeiro de quase 400 km/h, acima da velocidade de cruzeiro da grande maioria dos aviões a pistão.

De modo geral, os aviões a pistão são mais econômicos e eficientes para distâncias curtas (até 1.000 quilômetros) e são a escolha predominante em todo o mundo para transporte executivo de passageiros e/ou cargas leves em curtas distâncias, treinamento de pilotos, pulverização agrícola e aviação desportiva e esportiva.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

O termo ou expressão generalista motor aeronáutico a pistão é utilizado para denominar uma variedade de motores de combustão interna, com cilindros, pistões, bielas e virabrequins, utilizados para impulsionar e/ou tracionar uma grande variedade de aeronaves pequenas e de baixo e/ou médio desempenho, geralmente para tracionar aeronaves de pequeno porte, com até 5.700 kg de peso máximo de decolagem, geralmente com até 500 km/h de desempenho (o termo específico usado dentro da aviação é velocidade de cruzeiro) e geralmente com boa performance até 5.000 metros de altitude. É o tipo mais comum de motor aeronáutico, pois, geralmente, o seu custo de aquisição é mais baixo que o custo de aquisição de um motor turbofan e de um motor turboélice e seu custo de manutenção é menor, por isso ainda é amplamente utilizado na aviação geral, inclusive na aviação executiva, na aviação experimental e na aviação agrícola.

Por outro lado, o grau de confiabilidade dos motores turbofan e turboélice é ainda maior em relação aos motores a pistão, a porcentagem de falha em voo de um motor turbofan William FJ44 ou Pratt&Whitney PW535, usado em jatinhos, como o Cessna Citation CJ2 ou o Embraer Phenom 300, e de um motor turboélice Pratt&Whitney PT6-A, usado em aviões turboélice, como o Cessna Grand Caravan e o Pilatus PC-12, por exemplo, é ainda menor, cerca de 1 parada total para a cada 1.000.000 de horas de voo (jatinhos) e 1 parada total para cada 600.000 horas de voo (turboélices), ou seja, resumindo, é quase impossível uma falha catastrófica, o risco é muito baixo, desde que, é claro, as aeronaves sejam regularmente submetidas a oficinas de manutenção confiáveis e sejam operadas dentro dos regulamentos estabelecidos por autoridades aeronáuticas.

“Mas então por que esses aviões caem tanto?” Resposta: É só “impressão” sua, o número de pessoas que morrem nas rodovias brasileiras infelizmente é muito maior, mas os acidentes aeronáuticos recebem ampla divulgação na imprensa. Por algum motivo (talvez haja uma explicação psicológica para isso), eles chamam mais a atenção da população. É uma questão de estatística, é só prestar atenção nos números: De modo geral, a porcentagem de acidentes aeronáuticos (aviação comercial + aviação executiva) com vítimas fatais no mundo é muito baixa, apenas 0,000003%, o equivalente a 3 acidentes para cada 1.000.000 de decolagens realizadas. Ainda assim tem gente que tem medo de viajar de avião, eles ainda não conseguiram entender que as viagens rodoviárias são mais perigosas, principalmente nas rodovias não duplicadas e/ou sem acostamento... Essa porcentagem logo acima não inclui a aviação agrícola, que, por sua própria natureza de operação, tem mais acidentes...

Conhecido também como motor aéreo a pistão, ele também é utilizado para girar rotores de helicópteros de pequeno porte, que são as chamadas asas rotativas. No caso específico dos aviões de pequeno porte, as chamadas asas fixas, geralmente ele é usado para tração, ou seja, a sua respectiva hélice está localizada à frente do avião e gira no sentido de “puxar” o avião pra frente, por meio de duas principais reações aerodinâmicas, ligadas ao Princípio de Bernoulli (redução da pressão atmosférica sobre a superfície das pás) e à Terceira Lei de Newton (ação e reação do fluxo de ar pra trás, impulsionando o avião pra frente).

Mas há também casos curiosos de aviões que utilizam o motor aeronáutico a pistão para gerar impulso ou empuxo, como no caso específico do Cessna Skymaster, fabricado em série e em larga escala entre 1963 e 1982, com quase 3.000 unidades fabricadas. Neste caso específico a hélice é fixada atrás do motor e atrás da fuselagem, ao contrário da grande maioria dos modelos de aviões a pistão.

De modo geral, a categoria dos motores aeronáuticos a pistão e dos motores a reação (turbofan e turboélice) fazem parte de uma linhagem mais ampla, com uma definição ainda mais ampla e ainda mais variada, a linhagem dos motores de combustão interna, da qual também fazem parte os motores automotivos a pistão, utilizados em automóveis, e os motores náuticos a pistão, a gasolina ou diesel, utilizados em embarcações em geral, como, por exemplo, os motores de Ciclo Otto, de quatro tempos, geralmente a gasolina e/ou etanol; os motores de Ciclo Diesel, que, como o próprio nome diz, são movidos a diesel, também de quatro tempos; os motores a gasolina de dois tempos, ainda hoje utilizados em pequenas máquinas e equipamentos, como, por exemplo, motosserras, aeromodelos e roçadeiras; e os motores rotativos Wankel, estes menos comuns.

Ao contrário do possa parecer ao leitor leigo, geralmente o motor aeronáutico a pistão é mais simples que o motor automotivo. A principal razão pra isso também é simples: Confiabilidade. Lá em cima não há oficina mecânica e nem acostamento, por isso é de crucial importância que esse tipo de motor tenha uma confiabilidade muito elevada. Ele não pode falhar de jeito nenhum, por uma razão óbvia... Dentre as principais diferenças entre os motores aeronáuticos a pistão e os motores automotivos a pistão estão as seguintes:

• Ignição dupla: Cada cilindro possui duas velas de ignição, também por uma razão óbvia. Se uma vela falha a outra mantém o cilindro / pistão ativo. Isso é um requisito de segurança para garantir o funcionamento do motor caso uma delas falhe. Em inglês, esse conceito é chamado de twin spark, raramente usado em automóveis, como no caso do Alfa Romeo 156, com motor Twin Spark, e do Honda Fit, com motor i-DSi, dentre mais alguns.
• Refrigeração a ar: Para reduzir o peso total da aeronave, já que estamos falando de aeronaves de pequeno porte, em que o peso do avião é um fator importante a ser levado em consideração no seu projeto, a maioria dos motores aeronáuticos a pistão é refrigerada a ar através de aletas nos respectivos blocos, em vez de usar água ou líquido de arrefecimento. A lógica é simples, lá em cima o ar é mais frio que aqui embaixo, além disso a aeronave estará, na maior parte do tempo, com velocidade suficiente para forçar o ar fresco ou gelado circular pela parte externa do próprio bloco do motor, o que ajuda na refrigeração.
• Baixa rotação: Diferente de carros, os motores a pistão aeronáuticos giram em rotações menores para adequar a velocidade de ponta das pás da hélice e evitar que ultrapassem a velocidade do som, o que, geralmente, causa redução do desempenho. Mas para produzir grande potência com RPM relativamente baixa é necessário uma alta cilindrada. Por exemplo: O motor Lycoming IO-540 usado para tracionar o monomotor Piper Malibu possui 8.900 cilindradas ou 8,9 litros de cilindros. É mole?
• Comando por engrenagens: Geralmente, motores aeronáuticos a pistão do tipo boxer não usam correias dentadas no sistema de comando de válvulas, eles utilizam engrenagens para essa função.

CONFIGURAÇÕES DOS MOTORES

Existem pelo menos cinco configurações de blocos de motores aeronáuticos a pistão, sendo que, de todas as configurações, a mais amplamente utilizada, atualmente, é a configuração boxer, por várias razões, principalmente a compacidade, a leveza, a economia e a confiabilidade. Mas nem sempre foi assim, pois até a década de 1960, a maioria dos modelos de aviões, inclusive os aviões comerciais de médio e grande porte, amplamente utilizados na aviação comercial regular, eram movidos com motores radiais a pistão.

Assim, a partir da década de 1950 e nas décadas seguintes, surgiram algumas das mais bem sucedidas famílias de motores aeronáuticos a pistão, os motores boxer das famílias Lycoming O-540 (Piper Saratoga, Piper Malibu, Cessna 206, Beechcraft Bonanza, Piper Navajo, Maule MT-7, Socata TB20 e Maule MX-7), Continental O-200 (Cessna 150 e Cessna 152), Lycoming O-320 (Cessna 172, Piper Cherokee, Maule MX-7, Cessna 177, Piper PA-18 e Socata Tampico), Continental O-470 (Cessna Skylane, Beechcraft Baron e Cessna 210), Lycoming O-360 (Piper Archer, Cessna 177, Piper Seneca, Piper Arrow, Maule MX-7, Aero Boero, Socata Tampico, Mooney M20 e Socata Tobago), Rotax 912 (este mais recente, a partir da década de 1990, inclusive no ultraleve Fox V5), Continental O-300 (Cessna 172 e Cessna 170), Continental O-550 (Beechcraft Baron e Cirrus SR22), Continental O-240 (ultraleves e motoplanadores em geral), Flanklin O-335 / Franklin O-350 (mais antigos, usados em helicópteros e aviões), Lycoming O-235 (Cessna 152, Aero Boero e Piper PA-18), Continental O-520 (Beechcraft Baron e Cessna 210), Continental O-360 (Piper Arrow e Cirrus SR20) e Lycoming O-390 (Cirrus SR20, nas versões mais recentes), dentre outros.

A maior parte desses motores boxer surgiu a partir das décadas de 1950, 1960 e 1970, a partir da percepção dos investidores, executivos e projetistas desses fabricantes de aeronaves e motores sobre o aquecido mercado mundial de aviões executivos de pequeno porte, aviões agrícolas e aviões de treinamento, na época com predominância de modelos monomotores e bimotores a pistão, principalmente os motores radiais a pistão, a grande maioria deles sem pressurização de cabine.

Dessa forma, o surgimento dos motores boxer a pistão praticamente decretou o fim da fabricação em série dos motores radiais a pistão, dos motores a pistão em linha e dos motores a pistão em V usados amplamente na aviação. A maior parte dos motores boxer passou por melhorias e modernizações ao longo do tempo, atualmente a maioria deles está disponível com injeção de combustível. De modo geral, os motores injetados são mais confiáveis que os motores carburados. Os motores injetados são recomendados pelo blog, justamente por serem mais confiáveis.

Com o surgimento das famílias de motores boxer em geral, naquela época, desenvolvidos e fabricados nos Estados Unidos pela AVCO-Lycoming Engines e pela Teledyne-Continental Motors, respectivamente, surgiu a primeira grande oportunidade para as fabricantes Piper Aircraft, Cessna Aircraft e Beechcraft Corporation darem um importante salto qualitativo nos seus projetos de aeronaves executivas, inclusive deixando de lado aqueles velhos e ultrapassados motores radiais a pistão, beberrões, barulhentos, pesados e complicados, dando origem assim aos modelos pequenos de aviões monomotores e bimotores executivos a pistão, geralmente mais bonitos, mais refinados, menos ruidosos, mais econômicos e mais confiáveis.

Na sequência, nas décadas seguintes, outros fabricantes de aeronaves seguiram o mesmo caminho, dentre elas a Mooney Aircraft, a Cirrus Aircraft, a Maule Air, a Daher Socata, a Vans Aircraft (LSA ou ultraleves) e a Lancair International (também LSA) e até fabricantes de helicópteros, como a Robinson Helicopter, a Enstrom Helicopter e a Sikorsky / Schweizer Aircraft, com seus pequenos helicópteros Robinson R44 e Robinson R22, Enstrom F-28 e Enstrom F280 e Schweizer S300 / Sykorsky S300, dentre outros modelos.  

Atualmente, a taxa de falha total / parada total em voo das versões mais modernas (injetadas) dos motores aeronáuticos a pistão do tipo boxer das grandes fabricantes Lycoming, Continental e Rotax é de aproximadamente 0,0001%, o equivalente a 1 parada total para cada 10.000 horas de voo, por diversas razões, incluindo falha no sistema de combustível (alimentação), quebra de peças internas do motor, falha de funcionamento dos magnetos / velas, falha no sistema de lubrificação, etc. Mas vale lembrar que alguns modelos de aeronaves monomotoras a pistão, como Cirrus SR22 e Cirrus SR20, possuem paraquedas balístico instalado, o que significa que em caso de parada total do motor é possível proceder o acionamento do paraquedas e descer a aeronave com segurança, quase sem risco de fatalidades.

“Quer dizer então que viajar de jatinho é mais seguro que viajar de avião a pistão?” Resposta: Sim, porém há um detalhe crucial, só se você é muito rico pra viajar de jatinho, porque a grande maioria das pessoas costuma fazer opções mais modestas, digamos, neste aspecto, continuam optando pelo avião a pistão. “Mas a aviação comercial usa turboélices e jatos”. Sim, é verdade, mas estamos falando aqui de aviação executiva, não estamos falando de aviação comercial. Além disso, a aviação comercial atende somente 130 cidades no Brasil, enquanto a aviação executiva de pequeno porte atende praticamente todo o país. E tem mais, um jatinho é mais exigente de pista, só pavimentada, com pelo menos 1.300 metros de comprimento. Vários modelos de jatinhos exigem até mais comprimento. Dentro da aviação executiva a jato, essas pistas pavimentadas foram apelidadas de “Tapetes Vermelhos”.

AS CONFIGURAÇÕES A PISTÃO

De modo geral, a indústria aeronáutica utiliza letras e números para a designação raiz dos seus principais modelos de motores aeronáuticos a pistão. Dentro da indústria aeronáutica, as letras do nome do motor indicam como os cilindros estão posicionados. Por exemplo, a letra O, que significa Opposite, em inglês, com tradução cilindros opostos, designa os motores boxer, em que os cilindros ficam dispostos horizontalmente, um de frente para o outro. Já a letra R, que significa Radial, em inglês, com a tradução radial, designa os motores radiais, em que os cilindros são dispostos em círculo, ao redor do virabrequim, que, por sua vez, está fixado na hélice do avião. Já a letra L, que significa Line, em inglês, com a tradução linha, é usada para designar os motores em que os cilindros estão dispostos em linha, geralmente na posição vertical, usados em aviões militares clássicos e cargueiros clássicos, principalmente por sua robustez.

Em relação a um motor de automóvel, o motor aeronáutico é normalmente de baixa rotação. Dessa maneira, são necessários grandes cilindradas para o motor atingir o valor de potência desejado, rendendo uma potência especifica baixa, entre 30 hp/litro e 50 hp/litro. O principal objetivo era e é poder ligar, sempre que possível, a hélice diretamente ao virabrequim, sem ter que utilizar caixas redutoras ou utilizando-as de maneira mais simplificada possível. Mais uma vez, perceba a necessidade de simplificação, o que, geralmente, resulta em maior confiabilidade.

Isso se faz necessário para adequar a rotação máxima do motor ou do virabrequim à rotação máxima da hélice, sempre que possível numa relação de 1 por 1, ou seja, se o virabrequim faz um giro a hélice também faz um giro. É preciso lembrar que existe uma limitação aerodinâmica para as hélices, que devem girar a uma determinada rotação máxima para obter eficiência máxima. Acima disso, as pontas podem girar a velocidades próximas ou até mesmo superiores à velocidade do som, com a consequente perda de desempenho de tração, além de mais ruído.

Existem alguns casos específicos em que motores usados em automóveis passaram por modificações para serem adaptados para a aviação, mas são casos raros. Por exemplo, os motores da linhagem japonesa Subaru Boxer em geral foram adaptados para uso aeronáutico em aviões pequenos, geralmente no contexto da aviação experimental, em que as regras de certificação não são tão rígidas.

INDÚSTRIA AERONÁUTICA

Entre os maiores fabricantes de motores turbofan do planeta estão a americana Pratt & Whitney, uma subsidiária da também americana RTX Corporation; a americana GE Aerospace, uma subsidiária da General Electric; a britânica Rolls-Royce, uma subsidiária da Rolls-Royce Holdings; a americana e francesa CFM International, uma joint venture da Safran Aircraft Engines e da General Electric; a americana Honeywell Aerospace, uma subsidiária da Honeywell International; a americana Williams International, a alemã MTU Engines, a suíça, americana e japonesa International Aero Engines e a americana Engine Alliance, dentre mais algumas. Os grandes fabricantes russos incluem United Engine Corporation, Aviadvigatel e Klimov. Já a também grande Aeroengine Corporation of China foi formada em 2016 com a fusão de várias empresas menores, da China.

Entre os maiores fabricantes de motores turboélice / turboshaft para aviação geral, incluindo helicópteros, estão a Pratt & Whitney Canada / RTX, seguida de mais algumas, como, por exemplo, a americana General Electric / Walter, a francesa Safran / Snecma, a americana Honeywell Aerospace, a Rolls-Royce, a ucraniana Sich / JSC, a russa United Engine / Klimov e a italiana Avio Aero, dentre mais algumas.

Entre as maiores fabricantes de motores aeronáuticos a pistão do mundo estão a americana Lycoming Engines / Textron, a canadense e austríaca Rotax / BRP - Bombardier, a americana e chinesa Continental Aerospace e a australiana Jabiru Aircraft, dentre mais algumas. Atualmente, a grande maioria dos motores aeronáuticos possui a configuração boxer, geralmente refrigerados a ar.

HISTÓRIA E DESENVOLVIMENTO

O início da era da aviação com Alberto Santos Dumont e os Irmãos Wright coincidiu com uma fase de desenvolvimento da indústria automobilística ou automotiva, com uma consequente enorme demanda por motores de combustão interna. Entre os primeiros modelos de automóveis fabricados estavam o alemão Benz-Motorwagen (um triciclo motorizado, na verdade, não exatamente um automóvel), em 1886; o alemão Daimler Stahlradwagen, em 1889, este sim o primeiro automóvel, com quatro rodas; o francês Peugeot Type 2, em 1890, com quatro rodas; o francês Panhard-Levassor, em 1890; o americano Duryea Motor Wagon, em 1893, o primeiro automóvel a gasolina; o alemão Benz-Velo, em 1894, considerado o primeiro automóvel fabricado em série e em larga escala; o francês Renault Voiturette, em 1899; e o italiano Fiat 4 HP, também em 1899, o primeiro Fiat da história.

Na sequência, surgiram os Irmãos Wright, com o suposto primeiro voo em 1903, com o Wright Flyer (um motoplanador, na verdade, não exatamente um avião) e o genial brasileiro Alberto Santos Dumont, mas o primeiro voo na França, com o 14-Bis (este sim um avião de verdade), mas neste caso amplamente documentado e registrado, sem margens para “desconfianças”, inclusive com a patente do mais pesado que o ar 14-Bis sendo aberta ao público em geral, gratuitamente, pelo na época já riquíssimo Santos Dumont, um fazendeiro brasileiro.

Na época, os motores usados pelo Wright Flyer e pelo 14-Bis eram o Wright de 4 cilindros em linha, com insuficientes 12 cavalos, portanto sem decolagem autônoma, dependente de uma catapulta, e o Antoinette 8V de 50 cavalos, este sim o suficiente para decolagem autônoma, o que de fato foi realizado perante inúmeras testemunhas no Campo de Bagatelle, na França, em 1906, sem margem para “dúvidas” ou “ceticismo”.

Com o passar dos anos, já na era da aviação, cuja patente foi aberta por Santos Dumont, a necessidade de se gerar maiores potências sem incremento de peso e uma consequente melhora na relação peso-potência desses motores das décadas de 1910, 1920 e 1930 foi uma das metas perseguidas por todos os engenheiros e projetistas, e a partir disso grandes desenvolvimentos foram sendo feitos até meados dos anos 1950 no sentido de extrair o máximo de potência dentro das limitações dos motores de combustão interna. Até a década de 1940, o limite de potência dos motores a pistão já tinham sido atingidos, até os alemães e ingleses Frank Whittle e Hans von Ohain inventarem os primeiros motores a jato, o Power Jets W.1 e o Heinkel HeS-3B, dando início a era do avião a jato.

Após a Primeira Guerra Mundial houve um grande crescimento e desenvolvimento aeronáutico, incluindo o desenvolvimento de motores aeronáuticos a pistão, tanto os motores radiais, quanto os motores em V e os motores em linha. Foi nessa época que surgiram os motores aeronáuticos a pistão com turbocompressor e o desenvolvimento de gasolina com alta octanagem, portanto menos sujeita à detonação precoce, um problema crônico durante a Primeira Guerra Mundial, com consequente falhas mecânicas, superaquecimento e perda de potência dos motores dos aviões ingleses e franceses que utilizavam gasolina de menor qualidade.

Após a Segunda Guerra Mundial houve o desenvolvimento dos motores a pistão do tipo boxer e dos motores a jato, estes conhecidos também como motores a reação. A partir de então os motores a pistão ficaram limitados aos pequenos aviões, geralmente mais baratos, enquanto os motores a reação passaram a ter preferência da aviação comercial e da aviação executiva a jato, esta geralmente acessível apenas à elite econômica. Com o passar das décadas, a aviação comercial se popularizou enquanto a aviação executiva a jato continua ainda a ser um produto de elite. Entre os principais entraves para a redução do preço do fretamento do jatinho e do turboélice executivo estão os processos de certificação desses aviões, que são caríssimos, o que resulta, naturalmente, em um custo elevado para o consumidor. Infelizmente, não tem como evitar, é assim mesmo.

REGRAS DE CERTIFICAÇÃO DE AERONAVES EXECUTIVAS
ALE / LSA (MENOS EXIGENTE)	FAR PART 23 / RBAC 23 (INTERMEDIÁRIA)	FAR PART 25 / RBAC 25  (MAIS EXIGENTE)
Inpaer Conquest e Excel	Embraer Phenom 100	Citation Excel / XLS
Edra Petrel e Dynamic	Beechcraft Bonanza	Falcon 2000
Seamax (anfíbio)	Piper Seneca	Embraer Legacy
Volato 200	Beecraft King Air	Gulfstream V
Lancair Legacy e IV	Cirrus SR22	Learjet 45
Zenith Stol	Pilatus PC-12	Hawker 800
Ikarus C42	HondaJet	Citation X
Super Coyote	Piper Malibu	Bombardier Challenger
Inpaer Colt	Cessna 206 Stationair	Beechjet 400A
Vans RV-10	Cessna 208 Caravan

Isso não significa necessariamente que os aviões da categoria ALE / LSA sejam menos seguros que os aviões da categoria FAR Part 23 e que os aviões da categoria FAR Part 23 sejam menos seguros que os aviões da categoria FAR Part 25. Significa que os aviões certificados sob as regras mais brandas não são obrigados a possuírem a redundância de sistemas e mecanismos, a resistência estrutural e os equipamentos de segurança dos aviões certificados sob a regra mais rígida FAR Part 25.

Por exemplo, o Pilatus PC-12 e o Cirrus SR22 são aviões muito seguros, mesmo possuindo a certificação intermediária, com baixíssima porcentagem de acidentes graves com vítimas fatais, em relação ao número total de aeronaves fabricadas.

CUSTO OPERACIONAL APROXIMADO DE JATOS EXECUTIVOS (EM US$)
MODELO OU FAMÍLIA	HORA DE VOO	ASSENTO / KM VOADO
Learjet 25	3.000,00	0,50
Citation II	2.650,00	0,54
Citation I / Citation 500	2.000,00	0,54
Citation CJ2	2.400,00	0,45
Citation CJ1 / Citation M2	2.200,00	0,58
Learjet 35	3.000,00	0,50
Learjet 55	3.500,00	0,58
Phenom 300	2.500,00	0,42
Phenom 100	2.000,00	0,53
Citation Mustang	1.600,00	0,42
Eclipse 500 / Eclipse 550	1.600,00	0,57
King Air 350	1.850,00	0,42
King Air 200	1.600,00	0,53
King Air C90	1.400,00	0,56
Embraer Xingu	1.400,00	0,51
HondaJet	2.200,00	0,56
Citation III / Citation VII	3.500,00	0,58
Challenger 605 / Challenger 604	6.000,00	0,70
Learjet 60	3.800,00	0,63
Gulfstream IV / Gulfstream G450	7.000,00	0,68
Gulfstream V / Gulfstream G550	8.000,00	0,62

Observação: Os valores citados acima foram extraídos de diversas fontes, uma média simples das fontes mais confiáveis encontradas. De modo geral, os custos operacionais de uma aeronave englobam duas subdivisões, uma chamada custos fixos (salários dos tripulantes, hangaragem, seguros, manutenção programada, impostos, etc) e custos variáveis (combustível, manutenção não programada, taxas aeroportuárias e de navegação, etc). Na prática, é impossível calcular com absoluta precisão qual será o custo operacional de uma aeronave durante a sua utilização, pois são inúmeros fatores que pesam nesses cálculos, como, por exemplo, a quantidade de horas anuais que o atual proprietário precisa voar. O quadro acima serve apenas para dar uma base razoável ao leitor, sem compromisso com uma precisão absoluta, já que há inúmeros fatores que podem alterar esses mesmos valores para cima ou para baixo. Além disso, mais importante até que o custo por hora de voo é o custo por assento (passageiro) / km voado, é o número que realmente importa, pois assim você tem uma noção melhor do quanto uma aeronave pode ser mais adequada para você, especificamente. Para números mais precisos consulte o respectivo fabricante ou o representante de vendas de cada um dos modelos citados acima.

 

Com a entrada dos motores a reação na aviação executiva de pequeno porte, tanto em aviões quanto em helicópteros, resultou no emprego de motores a pistão apenas em pequenas aeronaves, incluindo a aviação executiva, a aviação experimental e a aviação agrícola. A partir de então muitos fabricantes de motores aeronáuticos a pistão, como Curtiss-Wright, Bristol e Warner, por exemplo, deixaram de existir, remanescendo apenas os famosos Lycoming e Continental americanos como os motores para quase toda a aviação de pequeno porte mundial.

LIABILITY (LEI DE RESPONSABILIDADE)

A produção em série de aviões a pistão, como Piper Saratoga, Cessna 206 e Cessna 182, por exemplo, foi interrompida temporariamente em 1985 por iniciativa das próprias fabricantes Piper Aircraft e Cessna Aircraft, que utilizaram como argumento o excesso de regulamentação e responsabilidades financeiras advindas de uma Lei de Responsabilidades da década de 1950, aprovada nos Estados Unidos, chamada por lá de Liability, e que, com o passar do tempo, provocou temores por parte da indústria aeronáutica civil norte-americana em geral, sobre a sua própria saúde financeira pois, como uma eventual consequência da legislação aprovada, os fabricantes teriam que arcar com elevados custos de certificação e com uma forte carga de eventuais custos de indenizações ocasionados por acidentes envolvendo aviões, que se julgava serem acima do que seria razoável.

Num primeiro momento, em 1958, quando a Lei Federal de Aviação foi aprovada, esses temores da indústria aeronáutica não existiam, mas, com o passar do tempo, o número de ações judiciais contra os fabricantes na Justiça Americana aumentou de forma exponencial, praticamente obrigando os grandes fabricantes de pequenas aeronaves, como Cessna, Beechcraft e Piper, por exemplo, a interromper a produção de alguns modelos de aviões, causando no mercado mundial uma espécie de demanda reprimida por aviões a pistão de fácil operação e custo operacional extremamente baixo, a maioria desse mercado formada de proprietários rurais emergentes ou fazendeiros tradicionais, profissionais liberais e pequenos e médios empresários e executivos que estão adquirindo seu primeiro avião ou decidiram simplesmente trocar a sua aeronave mais antiga por um modelo mais novo e moderno.

Quando essa Lei de Responsabilidades foi rediscutida e reformada em 1994 pelo Congresso dos Estados Unidos a Piper Aircraft e a Cessna Aircraft norte-americanas estudaram o relançamento desses modelos, decidindo pelo relançamento deles.

MOTORES A DIESEL

Em 2011 surgiu no mercado aeronáutico mundial os motores aeronáuticos a pistão da família SAFRAN SR-305-230, a diesel, um desenvolvimento em conjunto das fabricantes francesas Safran / Snecma e Renault, além dos novos motores Continental TD-220, Continental TD300 e Continental TD450, também de Ciclo Diesel e arrefecidos a ar, objetivando atender o novo mercado de motores aeronáuticos a pistão em um horizonte de elevados preços mundiais da AVGAS ou gasolina de aviação.

Essa nova safra de motores de Ciclo Diesel queimando Jet-A1 ou querosene de aviação se apresenta, atualmente, como uma interessante alternativa à AVGAS ou gasolina de aviação, que vem atingindo preços cada dia mais altos, onerando e/ou inviabilizando a aviação geral a cada dia que passa.

Esses motores a diesel ou querosene de aviação simplificaram a operação dos aviões a pistão, incluindo a dispensa o uso de magnetos e velas, já que sua combustão é espontânea, e diminuíram a carga de trabalho do piloto, inclusive eliminando a manete de mistura e o passo de hélice, inclusive apresentando números de consumo 30% inferiores em volume de combustível por hora de vôo, lembrando que o querosene de aviação é mais barato que a gasolina de aviação.

REFERÊNCIAS E SUGESTÃO DE LEITURA

• Autoentusiastas: https://autoentusiastas.com.br/2014/08/motores-a-pistao-aeronauticos-um-panorama/

• Pilots of America (em inglês): https://www.pilotsofamerica.com/community/threads/how-reliable-are-lycoming-motors.139077/

• Site Airway: https://www.airway.com.br/os-avioes-mais-produzidos-da-historia/

• Wikipedia (em inglês): https://en.wikipedia.org/wiki/Aircraft_engine

• EAD Aviação: https://conteudos.eadaviacaocivil.com/sistema-de-lubrificacao-e-arrefecimento-de-motores-conteudo/

• Getaways / YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=H1ZCJB-_LQ8

• Lycoming (divulgação): Imagens

• Continental (divulgação): Imagens

• Rotax (divulgação): Imagem

• Safran (divulgação): Imagem

• Wikimedia: Imagens