O programa Hybrid Thermally Efficient Core ( HyTEC ) da NASA é um esforço de pesquisa lançado há cerca de um ano para melhorar a eficiência de combustível dos motores a jato comerciais em 5-10%. Ela alinhou a GE Aviation e a Honeywell como parceiras e está buscando mais colaboradores para a indústria. Nestes tempos difíceis para a cadeia de suprimentos aeroespacial americana, este programa é um excelente exemplo de como o governo dos Estados Unidos pode investir na competitividade de longo prazo da manufatura americana.
Um motor a jato comercial depende de um núcleo de turbina a gás que queima combustível em uma câmara de combustão de “seção quente”. A saída de gás quente e de alta pressão aciona as pás da turbina na parte traseira que giram um ventilador e os estágios do compressor na frente. O ar que entra no motor passa tanto pela turbina quanto pelo núcleo, fornecendo empuxo que empurra o avião para a frente. A proporção entre o ar que passa pelo núcleo e o ar que atravessa o núcleo é conhecida como proporção de desvio. Razões de desvio mais altas resultam em melhor eficiência de combustível, além de fornecer uma velocidade de escape mais baixa, o que significa menos ruído na decolagem e na aterrissagem.
Os objetivos do programa HyTEC incluem aumentar a taxa de desvio do motor em pelo menos 15% e a taxa de pressão (quanto o ar é comprimido no momento em que chega à seção quente) em 50%. Isso é ambicioso, pois a seção quente de um motor a jato moderno já emprega alguns métodos bastante exóticos para suportar as temperaturas e pressões operacionais extremas. Isso exigirá muito trabalho com materiais resistentes ao calor avançados, como compostos de matriz de cerâmica, bem como um design aerodinâmico sofisticado na turbina de alta pressão e no compressor.
Igualmente significativo é a meta do programa de que 10-20% da potência do motor possa ser extraída como eletricidade. Em aviões a jato modernos, os motores fornecem a energia primária para empurrá-lo para frente, mas também “energia secundária” para fornecer sistemas a bordo como controles de voo, aviônicos (os sistemas de comunicação eletrônica e navegação) e o sistema de controle ambiental da cabine para aquecimento e ar condicionado na cabine. A maior parte disso é fornecida por uma caixa de câmbio da tomada de força que aciona uma combinação de bombas hidráulicas e geradores elétricos, ou pelo “ar de sangria” que é retirado do motor para alimentar o aquecimento da cabine e o ar condicionado. Os sistemas hidráulicos adicionam muito encanamento e peso, e o ar de sangria rouba a eficiência do motor. Em 1972, A NASA publicou um estudo que sugeria que integrar um gerador no eixo principal de um motor a jato e, em seguida, alimentar todos os sistemas secundários eletricamente pode reduzir o peso de um avião comercial em 10% e cortar a potência total exigida dos motores, melhorando o combustível eficiência. A Boeing fez um estudo comercial dessa ideia na década de 1980 e, em seguida, introduziu seu “mais arquitetura elétrica ”em seu 787 Dreamliner. Parte da melhoria de desempenho desse avião foi resultado de subsistemas elétricos substituindo a energia hidráulica e pneumática tradicional em áreas-chave como controles de vôo, sistema de controle ambiental, retração do trem de pouso e frenagem. Os pilotos do 787 com quem conversei ficam maravilhados com a baixa queima de combustível do 787 em altitude de cruzeiro. O programa HyTEC pode ajudar a tornar mais comuns as arquiteturas elétricas.
A NASA tem uma longa história em pesquisa aeronáutica que contribuiu para a liderança na fabricação aeroespacial nos Estados Unidos. É o programa de eficiência energética de aeronavesdo final da década de 1970 saiu de uma audiência perante o Comitê de Ciências Aeronáuticas e Espaciais do Senado na sequência do Embargo Árabe do Petróleo de 1973. Esse programa produziu tecnologia capacitadora que os fabricantes de aeronaves poderiam comercializar às suas próprias custas. A NASA contratou a Pratt & Whitney e a GE para fazer pesquisas em estágio inicial sobre sistemas de propulsão avançados para aeronaves subsônicas, com o envolvimento da Boeing, Lockheed e McDonnell-Douglas. O programa Experimental Clean Combustor patrocinou o desenvolvimento inicial do Dual Annular Combustor na GE, que entrou no motor CFM-56, o motor turbofan de maior sucesso comercial da história. Quase todos os motores do roteiro de produtos da GE Aviation se beneficiaram dos programas da NASA.
Os vários programas da NASA avançaram a ciência básica e, ao fazê-lo, ajudaram a garantir a liderança global de longo prazo para os Estados Unidos no mercado mundial de motores turbofan comerciais. Esses programas são um ótimo exemplo de como as parcerias do governo com empresas privadas podem melhorar as capacidades de longo prazo da indústria americana. Talvez, enquanto o Congresso busca revitalizar setores críticos da manufatura americana, possamos olhar para a NASA como um modelo exemplar. Eles são muito bons nisso.
