Sistemas de Propulsão

Caracterização geral

Pré-requisitos

Embora não seja obrigatório, recomendam-se conhecimentos a nível fundamental em termodinâmica, mecânica dos fluidos e transferência de calor.

Bibliografia

• Saeed Farokhi, “Aircraft propulsion: cleaner, learner, and greener”. John Wiley & Sons, 3^rd edition, 2022. 
• Ahmed F. El-Sayed, “Aircraft propulsion and gas turbine engines”, 2^ndedition, 2017.
• Ahmed F. El-Sayed, “Fundamentals of aircraft and rocket propulsion”. Springer, 1^st edition, 2016.
• George P. Sutton and Oscar Biblarz, “Rocket propulsion elements”. John Wiley & Sons, 9^th edition, 2016. 
• Rolls Royce, “The jet engine”, Wiley, 5^th Edition, 2015.
• Frank M. White and Henry Xue, “Fluid Mechanics”. McGraw-Hill, 9^th Edition, 2021.
• Michael J. Moran and Howard N. Shapiro, "Fundamentals of engineering thermodynamics", John Wiley & Sons, 5^th edition, 2006.

Método de ensino

A apresentação do conteúdo programático da unidade curricular é realizada em aulas teórico-práticas. Depois da exposição dos conceitos teóricos, o docente propõe aos alunos a resolução e consequente discussão dos problemas de aplicação prática. Adicionalmente às aulas teórico-práticas, os alunos (organizados em grupos) desenvolvem um trabalho de revisão bibliográfica (com apresentação e discussão) sobre um tema específico e promissor no desenvolvimento sustentável de sistemas de propulsão aeronáuticos.

Método de avaliação

A avaliação a esta unidade curricular tem em consideração o seguinte:

• 2 testes ou 1 exame final; e
• 1 trabalho (relatório, apresentação e discussão) sobre um tema específico em sistemas de propulsão.

A classificação final (NF) é calculada por uma das seguintes médias ponderadas envolvendo a classificação do Teste 1 (NT1), a classificação do Teste 2 (NT2), a classificação do Exame Final (NEF) e a classificação do Trabalho (NT) — os valores são arredondados a uma casa décimal:

NF=MAX[(0,45NT1+0,35NT2+0,20NT);(0,80NEF+0,20NT)]

Para ser aprovado nesta unidade curricular o aluno tem necessariamente de ver verificados os seguintes critérios:

• entregar, apresentar e discutir o relatório referente ao Trabalho o qual deverá ter uma classificação (NT)  ≥ 8,0 val.; e
• obter uma classificação final (NF) ≥ 9,5 val.

Alunos com notas finais (NF) iguais ou superiores a 17 val. podem ser sujeitos a uma prova oral.

Informações adicionais e regras para a realização das provas escritas:

• As provas de avaliação escritas (testes e exame) são realizadas sem consulta. Quaisquer formulário, gráfico, ou tabela que se entendam necessários serão fornecidos no próprio enunciado da prova.
• Durante a realização das provas de avaliação escritas não é permitida a utilização de: (1) máquinas de calcular alfanuméricas; (2) telemóveis; (3) smartwatches; (4) qualquer meio ou aparelho que permita o armazenamento de informação; ou (5) qualquer meio ou aparelho que permita estabelecer comunicação com o interior ou exterior do espaço onde decorrem as provas. Transgressões ficam sujeitas ao previsto no RAC.
• Nas provas de avaliação escritas só serão aceites respostas redigidas a caneta.
• Os alunos devem fazer-se acompanhar por um relógio clássico (relógio sem capacidade de armazenamento de informação e sem capacidade de comunicação) para o controlo do tempo disponível.
• Os alunos devem inscrever-se para a realização dos testes e exame durante os períodos definidos para tal.

Conteúdo

1. Introdução à propulsão de aeronaves. Definição e classificação de aeronaves e sistemas de propulsão; breve história inicial da aviação e propulsão de aeronaves; avanços inovadores na propulsão com turbinas a gás; impacto da aviação no meio ambiente e sustentabilidade.
2. Escoamento compressível. Revisões de termodinâmica; velocidade do som; escoamento estacionário adiabático e isentrópico; escoamento isentrópico quasi-1D; ondas de choque normal; ondas de choque oblíquas; choques cónicos; ondas de expansão de Prandtl-Meyer; impulso.
3. Força propulsiva e parâmetros de desempenho de motores. Derivações rigorosas da força propulsiva não instalada e efeitos de instalação; parâmetros de desempenho de motores atmosféricos: força propulsiva específica, consumo específico de combustível e impulso, eficiência térmica, propulsiva e global, e impacto da eficiência global do motor no alcance e resistência da aeronave; características de desempenho dos motores de aeronaves modernas.
4. Análise de motores aeronáuticos de turbina a gás. Motor turbojacto; motor turbojacto com pós-queimador; motor turbofan; motores turbofan de elevadas razões de bypass; motores turbofan de fluxos separados e misturados; motores turbo-hélice; teoria do disco actuante; descrição do comportamento real e ideal dos componentes dos motores; definição física e matemática de eficiências, perdas, e outros parâmetros de desempenho para cada componente dos motores; cálculo dos parâmetros de desempenho dos motores, viz. força propulsiva específica, consumo de combustível específica, eficiências térmica, propulsiva e global; tecnologias promissoras de propulsão e potência para a sustentabilidade da aviação.
5. Foguetes e propulsão hipersónica. Foguetes químicos: foguetes de propelente líquido, sólido, gasoso e híbridos. Parâmetros de propulsão de foguetes, coeficiente de força propulsiva, velocidade característica, eficiências propulsiva e global.

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: