Aerodinamica e Teoria de Vo

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    03-Mar-2016

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Teoria de vo PP

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  • MATEMTICA_________________________

    O estudo deste captulo pode ser dispensado pelos leitores j familiarizados com os termos matemticos bsicos.

    Dentro do possvel, as frmulas matemticas sero evitadas neste curso. Sero

    necessrias apenas as seguintes noes elementares:

    1. Produto a mesma coisa que a multiplicao. Por exemplo, o produto de 2 por 4 igual a

    8. Usaremos a seguinte notao:

    2.4=8

    2. Quociente ou Razo a mesma coisa que diviso. Por exemplo, a razo entre 18 e 2 9.

    Usaremos a seguinte notao:

    = 9

    3. Quadrado o produto do nmero pelo prprio nmero. Como exemplo, o quadrado de 7

    49, porque 7.7 = 49. Usaremos a seguinte notao:

    7 = 49

    4. CUBO o valor obtido multiplicando um nmero por si mesmo, duas vezes sucessivas.

    Como exemplo, o cubo de 4 64, porque 4.4.4 = 64. Usaremos a seguinte notao:

    4 = 64

    5. Raiz quadrada Raiz quadrada de um nmero um outro nmero que, elevado ao

    quadrado, d como resultado o primeiro nmero. Como exemplo, a raiz quadrada de 81 9,

    porque 9 = 81. Usaremos a seguinte notao:

    = 9

    6. Diretamente proporcional - um termo matemtico que serve para indicar que uma certa

    grandeza varia no mesmo sentido de outra grandeza. Por exemplo, a distncia percorrida por

    um automvel em movimento diretamente proporcional ao tempo decorrido, pois essa

    distncia aumenta medida que o tempo aumenta. Usaremos a seguinte notao:

    Distncia tempo

    7. Inversamente proporcional um termo matemtico que serve para indicar que uma

    certa grandeza varia no sentido contrrio ao de uma outra grandeza. Por exemplo, a quantidade

    de combustvel no tanque de um automvel inversamente proporcional ao tempo de viagem.

    De fato, a quantidade de combustvel diminui quando o tempo de viagem aumenta. Usaremos a

    seguinte notao para indicar esse fato:

    Distncia

  • Fsica_________________________________

    As seguintes noes de fsica so indispensveis neste curso: 1. Velocidade a distncia percorrida por unidade de tempo, as unidades mais usadas para

    medir a velocidade so:

    a) Km/h quilometro por hora

    b) Mph - Milha por hora (1,609 Km/h)

    c) Kt Knot ou n (1.852 Km/h)

    2. Massa a quantidade de matria contida em um corpo. A massa invarivel. Por exemplo,

    um pacote fechado contendo 1 kg de presunto sempre ter a quantidade de 1 kg de presunto,

    mesmo que seja levado a lua, onde a fora da grvida menor do que na terra. As unidades

    mais usadas para medir a massa so:

    a) Kg Quilograma

    b) Lb Libra (0,4536Kg)

    3. Fora tudo aquilo que capaz de produzir ou modificar o movimento de um corpo.

    impossvel fazer um objeto movimentar-se, para ou mudar de direo sem aplicar-lhe uma fora.

    As unidades mais usadas para medir a fora so:

    a) Kgf Quilograma-fora

    b) Lbf Libra-fora (0,4536 Kgf)

    4. Peso fora da gravidade. O peso varivel. Por exemplo, o peso de uma pessoa

    maior nos plos do que no equador, devido maior proximidade do centro da terra. Na lua, o

    peso dos astronautas menor do que na terra.

    5. Trabalho o produto da fora pelo deslocamento. Por exemplo, na figura abaixo, um trator

    empurra uma pedra com uma fora de 400 Kgf, deslocando-a por uma distncia de 20m. O

    trabalho feito igual a 400 Kgf.20m = 8000Kgf.m.

    6. Potncia o trabalho produzido por unidade de tempo. Para calcular a potncia,

    multiplicamos a fora pela velocidade:

    Potncia = Fora.Velocidade

    A potncia geralmente medida em HP (HORSE POWER). Um HP a potncia

    aproximada de um cavalo robusto, puxando um objeto com uma fora de 76 Kgf, a velocidade

    de 1M/s (metro por segundo).

  • 7. Acelerao a variao da velocidade por unidade de tempo. Por exemplo, se um

    automvel parado leva 10 segundos para atingir a velocidade de 40m/s, isso significa que sua

    velocidade aumenta de 4m/s em cada segundo. A acelerao , portanto, igual a 4m/s.

    Matematicamente, a acelerao diretamente proporcional a fora aplica e inversamente

    proporcional a massa do corpo, ou seja:

    Acelerao =

    8. Inrcia a tendncia natural dos corpos permanecerem em repouso ou em movimento

    retilneo uniforme. Por exemplo, um trem parado no consegue atingir instantaneamente a

    velocidade de 100 Km/h, devido a sua inrcia. Vale tambm o contrrio: um trem em movimento

    no capaz de para instantaneamente, devido a sua inrcia.

    9. Densidade a massa por unidade de volume. Por exemplo, a densidade da gasolina

    igual a 0,72 Kg/litro; ou seja, cada litro de gasolina tem a massa de 0,72 Kg.

    10. Momento (ou Torque) tudo aquilo que pode

    causar rotao. Por exemplo, uma fora aplicada

    sobre uma manivela faz aparecer um momento ou

    torque que produz o movimento de rotao em torno

    do eixo.

    11. Ao e reao - A lei da ao e reao (ou 3 lei de

    Newton) afirma que toda a ao corresponde uma

    reao de igual intensidade, porm de sentido contrrio.

    Por exemplo, se colocarmos um objeto pesando 2 Kgf

    sobre uma mesa, esta exercer para cima uma fora

    igual a 2 Kgf sobre o objeto.

    12. Vetor toda grandeza matemtica que possui intensidade, direo e sentido. Por

    exemplo, um vento pode ser representado por um vetor de intensidade igual a 50 Km/h, com

    direo horizontal e sentido norte-sul. Na figura do item 11 acima, a ao e a reao foram

    representadas por dois vetores (setas) verticais com sentidos opostos. Por outro lado, certas

    grandezas no podem ser representadas por vetores. Por exemplo, seria absurdo afirmar que a

    temperatura em um certo loca igual a 27 C, com direo horizontal e sentido norte-sul.

    13. Presso a fora por unidade de rea. Por exemplo,

    a presso do ar no pneu de um automvel de

    aproximadamente 1,5 Kgf/cm. Isso significa que a fora

    exercida pelo ar em cada centmetro quadrado do pneu

    igual a 1,5 Kgf.

  • 14. Energia tudo aquilo que pode realizar trabalho. Existem diversos tipos de energia, tais

    como:

    Energia cintica a energia contida nos corpos em movimento. Por exemplo, um

    caminho em alta velocidade, no final de uma ladeira, possui energia cintica que o motorista

    pode aproveitar para vencer a prxima subida.

    Energia potencial gravitacional a energia contida em num corpo colocado em local

    elevado. Por exemplo, um caminho no alto de uma ladeira possui energia potencial

    gravitacional. Graas a essa energia, ele pode descer ladeira abaixo, mesmo sem a ajuda do

    motor.

    Energia de presso a energia acumulada nos fluidos sob presso. Como exemplo,

    temos a energia do ar dentro do pneu de um automvel, a energia dos gases produzidos pela

    plvora no interior de uma arma de fogo, etc.

    15. Composio de vetores um mtodo que serve para determinar a resultante de vrios

    vetores. A figura abaixo mostra um mtodo prtico para fazer a composio dos ventos

    produzidos por dois ventiladores colocados perpendicularmente, a fim de determinar a

    intensidade, a direo e o sentido do vento resultante. Alm das velocidades, as foras,

    aceleraes e outros vetores podem ser compostos atravs do mesmo processo.

    16. Decomposio de vetores um mtodo

    usado para determinar as componentes de um

    dado vetor. Por exemplo, um carro parado em

    uma ladeira possui uma componente do seu

    peso que o mantm no cho, e outra

    componente que o empurra para frente. Essas

    duas componentes podem ser determinadas

    atravs do mtodo grfico mostrado na figura

  • 17. Vento relativo o vento aparente

    que sopra sobre um corpo em movimento

    na atmosfera, geralmente ao sentido

    contrrio ao do movimento. Por exemplo,

    se um avio estiver subindo num ngulo

    de 20, o vento relativo estar descendo

    na mesma velocidade do avio, tambm

    num ngulo de 20.

    18. Velocidade relativa a velocidade de um corpo em relao a um outro corpo. Por

    exemplo, se dois automveis aproximam-se numa estrada, em sentidos contrrios, a 80 Km/h

    cada um, eles possuem velocidades relativas de 160 Km/h.

    Se um automvel movimenta-se a 80 Km/h na mesma direo de um vento que sopra a

    60 Km/h, a sua velocidade relativa ao vento ser de apenas 20 Km/h

    Fluidos e Atmosfera_____________________

    1. Fluido todo o corpo que no possui forma fsica. Existem duas espcies de fluidos:

    a)Lquidos - gua, gasolina, leo, etc.

    b)Gases Ar, oxignio, vapor dgua, etc.

    2. Os avies voam atravs do ar. Por esse motivo, extremamente importante conhecer as

    propriedades do ar que afetam o vo. Essas propriedades (ou parmetros) so:

    a) Temperatura

    b) Densidade

    c) Presso

    3. Temperatura A temperatura pode ser medida atravs dos termmetros que podem ser

    graduados em escalas Celsius ou Fahrenheit. A

    esquerda vemos um termmetro graduado em

    escala Celsius que a mais conhecida. O zero

    dessa escala a temperatura do congelamento da

    gua, e 100 C corresponde a temperatura de

    fervura da gua. direita vemos um termmetro na

    escala Fahrenheit, usada nos pases de lngua

    inglesa. Nessa escala a temperatura de

    congelamento da gua corresponde a 32 F, e a

    temperatura de fervura a 212 F.

  • 4. Escalas absolutas Mais tarde, descobriu-se que a menor temperatura possvel na natureza

    igual a 273 C ou 460 F, a qual deve ser

    adotada como o verdadeiro zero (zero absoluto) das

    escalas termomtricas. Assim alterando a posio do

    zero, a escala Celsius originou a escala Kelvin. Nos

    pases de lngua inglesa, a escala Fahrenheit deu

    origem escala Rankine. As escalas Kelvin e

    Rankine so chamadas escalas absolutas, e somente

    elas podem ser usadas em clculos. As figuras ao

    lado ilustram as escalas absolutas.

    5. Densidade a massa por unidade de volume

    do gs. A densidade varia inversamente com o

    volume, ou seja, a densidade aumenta quando o

    volume diminui, e vice-versa. Na figura ao lado, o

    gs comprimido tem a mesma massa do gs no

    comprimido (no ouve fuga do mesmo); porm,

    como o volume diminuiu, sua densidade maior.

    6. Presso esttica Sabemos que o ar contido em

    um pneu de automvel ou o gs dentro de um botijo

    exercem uma presso sobre as paredes do recipiente.

    Esse tipo de presso chama-se presso esttica,

    porque exercida por um gs esttico, isto , em

    repouso

    7. Lei dos gases a lei que descreve o comportamento dos gases, ou seja, a maneira como

    variam a presso, a temperatura e a densidade dos

    gases. Como exemplo temos:

    a) Se aumentarmos a presso de um gs:

    * A temperatura aumentar

    * A densidade aumentar

  • b)Se aumentarmos a temperatura de um gs

    * A presso aumentar

    * A densidade diminuir

    8. As variaes de presso, densidade e temperatura so sempre direta ou inversamente

    proporcionais entre si, em obedincia Lei dos gases. Por exemplo:

    a) Aumentando-se duas vezes a presso de um gs, sua densidade tambm aumentar duas vezes b) Diminuindo-se a temperatura de um gs para a metade, sua presso tambm cair para a metade do

    valor inicial.

    c) Aumentando-se a temperatura sete vezes, sua densidade diminuir sete vezes.

    d) Aumentando-se a presso 5 vezes, a temperatura aumentar 5 vezes.

    NOTA: As temperaturas consideradas devem ser absolutas, ou seja, quando se diz que a temperatura

    aumentou 2 vezes, subtende-se que a temperatura em graus Rankine ou Kelvin aumentou 2 vezes. Por

    exemplo, o dobro de 27 C no 54 C. O valor certo 327 C, conforme explicado a seguir:

    *27 C igual a: 27 + 273 = 300 K

    *O dobro de 300 K igual a 600 K

    *600 K igual a: 600 273 = 327 C

    9. Atmosfera a camada de ar que circunda a terra, uma mistura de gases que contm

    aproximadamente 21% de oxignio, 78% de nitrognio e 1% de outros gases. O ar atmosfrico

    pode ainda conter vrios componentes estranhos como a poeira, vapor dgua e poluentes

    diversos.

    10. Presso atmosfrica a presso exercida pelo ar sobre todas as coisas que esto dentro

    da atmosfera. Comprovando a existncia dessa presso, se fizermos o vcuo no interior de uma

    lata vazia de paredes finas, est ficara inteiramente amassada devido presso atmosfrica que

    age no lado externo.

    11. Variaes dos parmetros atmosfricos Os parmetros atmosfricos mais importantes

    so a presso, a densidade e a temperatura do ar. Como regra geral, os valores destes trs

    parmetros diminuem quando a altitude aumenta.

    A densidade depende ainda da umidade. Quanto maior a umidade, menor ser a

    densidade do ar, pois o vapor dgua que constitui a umidade mais leve do que o oxignio e o

    nitrognio do ar.

    Alm da altitude e da umidade, diversas influencias meteorolgicas fazem variar os

    parmetros atmosfricos.

    12. Atmosfera padro O desempenho do avio, ou seja, a velocidade mxima, o

    comprimento da pista requerida para a decolagem, etc. dependem muito dos parmetros

    atmosfricos. Como esses parmetros variam de momento a momento e de acordo com o local,

    torna-se necessrio criar uma Atmosfera padro, a qual nos possibilitaria:

    *Calcular o desempenho de avies em diversas condies, apartir de uma condio

    padro.

    *Comparar desempenhos de avies diferentes.

    *Padronizar os critrios de avaliao dos desempenhos de avies pelos diversos

    fabricantes de todo o mundo.

  • 13. Atmosfera padro ISA (ICAO Standard Atmosphere) A atmosfera padro mais

    conhecida a ISA, a qual foi definida pela Organizao da Aviao Civil Internacional OACI

    (ICAO, em ingls) Com sede em Montreal, no Canad. So adotados os seguintes parmetros

    para o nvel do mar:

    * Presso1013, 25 hPa (760mm de mercrio)

    * Densidade 1,225 Kg/m (0,1249 Kgf.s. )

    * Temperatura 15 C

    14. O Altmetro A presso atmosfrica diminui quando

    a altitude aumenta. Isso pode ser aproveitado na

    construo dos altmetros dos avies. Na realidade, o

    altmetro apenas um manmetro (instrumento medidor

    de presso) especialmente adaptado para mostrar ao

    piloto a altitude em que ele se encontra, em vez da

    presso do ar fora do avio. Depois de fabricado, o

    altmetro calibrado para indicar a altitude correta na

    atmosfera padro. Entretanto, na atmosfera real a

    presso varia de forma diferente da atmosfera padro;

    portanto a altitude indicada pelo altmetro apresentar

    um determinado erro. Na prtica, esse erro no

    apresenta inconvenientes quanto a segurana do vo, porque todos os avies que voam numa

    mesma regio estaro com erros iguais, portanto sem perigo de coliso. A altitude indicada pelo

    altmetro recebe o nome de Altitude presso, e a altitude real em que o avio est voando

    chama-se Altitude verdadeira.

    15. Altitude densidade Como a densidade do ar atmosfrico diminui com o aumento da

    altitude, teoricamente possvel construir um aparelho medidor de densidade e adapt-lo,

    transformando-o num altmetro. Entretanto, da mesma forma como acontece com a presso

    atmosfrica, a densidade do ar na atmosfera real tambm varia de maneira diferente da

    atmosfera padro. Portanto a altitude indicada pelo instrumento ser quase sempre incorreta, e

    recebe o no de Altitude densidade.

    Na prtica, a altitude densidade s tem interesse no estudo do teto de subida (altitude

    mxima atingida) dos avies, conforme veremos em captulo posterior. Para determinar a

    altitude densidade, geralmente usam-se tabelas ou o computador de vo.

  • Geometria do avio______________________

    1. A figura abaixo mostra a nomenclatura das principais partes de um avio. A funo de cada

    uma delas ser vista durante este curso.

    2. As seguintes partes podem ser encontradas em um avio:

    a) Superfcies aerodinmicas So aquelas que produzem pequena resistncia ao

    avano, mas no produzem nenhuma fora til ao vo. Exemplo:

    * Spinner

    * Carenagem da roda

    b) Aeroflios So aquelas que produzem foras teis ao vo. Exemplos:

    * Hlice

    * Asa

    * Estabilizador

    3. Elementos de uma asa A figura ao lado

    mostra os principais elementos de uma asa:

    * Envergadura (b)

    * Corda (c)

    * Raiz da asa

    * Ponta da asa

    * Bordo de fuga

    * Bordo de ataque

    Temos ainda a rea da asa (Geralmente

    representada pela letra S), que igual ao

    produto da envergadura pela corda, ou

    seja:

    S = b.c

  • 4. Perfil o formato em corte do aeroflio. Existem dois tipos de perfis:

    Perfil simtrico aquele que pode ser dividido por uma linha reta em duas metades

    iguais.

    Perfil assimtrico aquele que no pode ser dividido por uma linha reta em duas

    partes iguais.

    5. Elementos de um perfil Os principais elementos que compem um perfil so os seguintes:

    * Bordo de ataque a extremidade dianteira do perfil

    * Bordo de fuga a extremidade traseira do perfil

    * Extradorso a superfcie superior do perfil

    * Intradorso a superfcie inferior do perfil

    * Corda a linha reta que liga o bordo de ataque ao bordo de fuga

    * Linha de curvatura mdia (ou linha mdia) a linha que separa o extradorso do

    intradorso

    6. ngulo de incidncia o ngulo formado entre a corda e o eixo longitudinal do avio

    NOTA: O eixo longitudinal uma linha de referncia imaginria do avio, estabelecida durante o

    projeto, e geralmente coincide com a direo do vo horizontal.

  • Escoamento___________________________

    1. Escoamento O movimento de um fluido gasoso ou lquido

    denominado escoamento, o qual pode ser de dois tipos:

    * Laminar ou Lamelar

    * Turbulento ou turbilhonado

    A figura ao lado ilustra os dois tipos de escoamento, atravs do

    exemplo da fuma de um cigarro.

    2. Tubo de escoamento a canalizao por

    onde escoa o fluido. Existem dois tipos de tubo de

    escoamento:

    * Tubo real

    * Tubo imaginrio

    3. Equao da continuidade uma lei do

    escoamento, a qual afirma, de forma

    simplificada: Quanto mais estreito for o tubo de

    escoamento, mais ser a velocidade do fluido,

    e vice-versa.

    4. Tnel aerodinmico A equao da continuidade torna possvel a construo do tnel

    aerodinmico, que usado para testar os modelos de avies durante a fase de projeto.

  • 5. Presso dinmica a presso produzida pelo impacto do vento. A presso dinmica deixa

    de existir quando o vento para de soprar. Ela tanto maior quanto for a densidade ou a

    velocidade do fluido que escoa. A presso dinmica calculada atravs da frmula:

    6. Velocmetro O velocmetro utilizado nos avies

    um manmetro com o mostrador modificado para

    indicar a velocidade do vento relativo, em vez da sua

    presso dinmica. Ele possui uma entrada para a

    presso esttica e outra para a presso total (que

    igual presso esttica mais a dinmica). A presso

    esttica entra pelos dois tubos e anula-se dentro do

    instrumento, sobrando ento apenas a presso

    dinmica, que aciona o ponteiro.

    7. Teorema de Bernoulli uma lei do

    escoamento que afirma, de forma

    simplificada: Quanto maior a velocidade do

    escoamento, maior ser a presso dinmica

    e menor a presso esttica.

    Essa afirmao de certo modo

    intuitiva, pois a fora do impacto do ar (ou

    presso dinmica) tanto maior quanto

    maior a velocidade do escoamento.

    Quanto a diminuio da presso

    esttica, podemos demonstr-l atravs do

    Tubo de Venturi (tubo com um

    estreitamento), onde fazemos um pequeno

    furo, adaptando um tubinho plstico, cuja extremidade mergulhada num copo dgua. O vento,

    passando pelo tubo de Venturi, sofre um aumento de velocidade no estreitamento, onde ir

    aspirar a gua do copo, que ser pulverizada num fino jato.

  • 8. Aplicaes O teorema de Bernoulli aplicado na construo dos pulverizadores (bombas

    manuais) de inseticida, nos carburadores dos motores a gasolina e outros dispositivos.

    9. Sistema PITOT-ESTTICO J vimos

    que:

    a) O altmetro funciona atravs da

    presso esttica.

    b) O velocmetro precisa da presso

    esttica e da presso total

    Para fazer esses dois instrumentos

    funcionarem, o avio possui:

    a) Uma tomada de presso esttica

    b) Uma tomada de presso total

    (dinmica mais esttica), que chama-se

    Tubo de Pitot.

    O conjunto completo, montado num avio, chama-se sistema Pitot-Esttico.

    10. Nos avies de pequeno porte, o tubo

    de Pitot e a toma de presso esttica

    podem estar incorporados num nico

    conjunto conforme mostra a figura ao lado.

    Existem tambm outros formatos bastante

    diferentes. Internamente podem ter

    dispositivos de aquecimento eltrico, com

    a finalidade de evitar o bloqueio das

    passagens pelo gelo formado em baixa

    temperatura.

    11. Velocidade indicada e velocidade aerodinmica A velocidade dada que o piloto l no

    mostrador do velocmetro somente correta se o avio estiver voando na atmosfera padro, ao

    nvel do mar. Na prtica, dificilmente o avio estar voando nessas condies, o que equivale a

    dizer que o velocmetro estar mostrando ao piloto uma velocidade incorreta, que chamaremos

    de Velocidade indicada (abreviadamente, VI).

    A velocidade do avio em relao ao ar recebe o nome de Velocidade aerodinmica (VA)

    ou Velocidade Verdadeira. Essa velocidade muito importante, pois aquela que deve ser

    usada nas frmulas matemticas de teoria de vo.

    Apresar do nome, a velocidade verdadeira ou aerodinmica no realmente a verdadeira,

    pois falta considerar ainda a velocidade do vento atmosfrico. Somente aps efetuada essa

    correo chega-se velocidade real do avio em relao a terra.

  • Foras aerodinmicas___________________

    Este captulo tratar das foras aerodinmicas que tornam possvel o vo do avio. O

    estudo ser feito em trs partes:

    - Generalidades

    - Sustentao

    - Arrasto

    Generalidades__________________________

    1. Num vo normal, o ar escoa pela asa de um avio com maior velocidade no extradorso do

    que no intradorso, devido curvatura mais acentuada do extradorso.

    Conforme foi visto no item 7 Tubo de

    Venturi a maior velocidade no extradorso

    resulta em menor presso, criando na asa

    uma fora dirigida para cima e inclinada para

    trs. Essa fora chama-se Resultante

    aerodinmica, a qual passa por um ponto

    chama Centro de presso (abreviadamente

    CP).

    2. Ao lado vemos um perfil assimtrico formando

    um pequeno ngulo () com a direo do vento

    relativo. Esse angula chama-se ngulo de

    ataque. O vento relativo produz uma resultante

    aerodinmica (RA) sobre o perfil.

    Na figura ao lado, o ngulo de ataque foi aumentando.

    Com isso, ocorrem duas mudanas:

    * A resultante aerodinmica ficou maior

    * O centro de presso (CP) avanou mais para a

    frente.

    A figura ao lado mostra um perfil simtrico. O ngulo

    de ataque e a resultante aerodinmica RA.

    Aumentando o ngulo de ataque, a resultante

    aerodinmica aumenta, mas o centro de presso (CP)

    permanece no mesmo lugar. Isso mostra que o Centro de

    presso de um perfil simtrico imutvel.

  • 3. Para facilitar o estudo das foras numa asa, a

    resultante aerodinmica dividida em duas

    componentes, que so:

    * Sustentao (L) a componente da

    resultante aerodinmica perpendicular direo do

    vento relativo; ela sustenta o peso do avio.

    * Arrasto (D) a componente da resultante

    aerodinmica paralela direo do vento relativo; ela

    prejudicial, portanto deve ser reduzida o mnimo

    possvel.

    NOTA Convm frisar que a nica fora produzida pela asa a Resultante aerodinmica. A sustentao e o arrasto so as duas componentes da mesma, que foram criadas simplesmente para facilitar o estudo.

    4. A sustentao no sempre vertical e o arrasto nem

    sempre horizontal. Por exemplo, na figura ao lado, o avio

    est subindo. O vento relativo , portanto, inclinado.

    Conseqentemente, a sustentao e o arrasto so tambm

    inclinados em relao linha do horizonte.

    Sustentao____________________________

    A seguir faremos um estudo especial da fora da sustentao. Dependendo do ngulo de

    ataque (), a sustentao (L) assumir diversos valores conforme o tipo de perfil. Isso deve ser

    estudado cuidadosamente nos itens seguintes:

    5. Quando o ngulo de ataque positivo, a

    sustentao ser tambm positiva, qualquer que

    seja o tipo de perfil. A sustentao positiva

    quando ela dirigida do intradorso para o

    extradorso.

    6. O ngulo de ataque nulo quando o vento

    relativo sopra na mesma direo da corda do

    aeroflio. A sustentao poder ser nula ou positiva,

    dependendo do tipo de perfil, conforme mostra a

    figura ao lado.

    7. Existe um ngulo de ataque no qual a asa no produz

    sustentao. Esse ngulo chama-se ngulo de Ataque

    de sustentao Nula (Abreviadamente LO). O ngulo

    de sustentao nula sempre igual a zero nos perfis

    simtricos e negativo nos perfis assimtricos.

  • 8. Quando o ngulo de ataque menor que o ngulo

    de sustentao nula, a sustentao do aeroflio torna-

    se negativa. A sustentao negativa usada em

    acrobacia area, principalmente para o vo invertido.

    9. Quando o ngulo de ataque aumentado, a

    sustentao tambm aumenta, at atingir um certo valo

    Maximo, o qual atingido no instante em que um

    turbilhonamento est prestes a se iniciar no extradorso.

    Isso ocorre quando o perfil atinge o ngulo crtico (tambm

    denominado ngulo de estol ou ngulo de perda).

    Ultrapassado esse ngulo crtico, os filetes de ar no

    conseguem mais acompanhar a curvatura do extradorso, e

    comea a se formar um turbilhonamento, diminuindo

    bruscamente a sustentao e aumentando rapidamente o

    arrasto.

    10. Embora a matemtica no seja essencial para compreender os princpios bsicos do vo,

    interessante memorizar a seguinte frmula (Frmula da sustentao):

    O coeficiente de sustentao um nmero determinado experimentalmente, que depende do

    ngulo de ataque e do formato do aeroflio. Ele tanto maior quanto maiores forem:

    * O ngulo de ataque

    * a espessura do aeroflio

    * a curvatura do aeroflio

    11. A frmula acima leva-nos s seguintes concluses:

    A sustentao depende de: A sustentao proporcional a:

    * Coeficiente de sustentao * Coeficiente de sustentao

    * Densidade do ar * Densidade do ar

    * rea da asa * rea da asa

    * Velocidade * Quadrado da velocidade

  • Arrasto________________________________

    12. Todos os objetos apresentam uma resistncia ao

    avano quando se deslocam atravs do ar. Ela

    produzida pela turbulncia que se forma atrs desses

    objetos (*).

    13. Uma superfcie aerodinmica tem pequena

    resistncia ao avano porque ela produz um

    turbilhonamento muito pequeno.

    14. A resistncia ao avano do aeroflio, ou arrasto

    (definido na pgina 22, item 3) muito pequena

    quando o ngulo de ataque da asa pequeno.

    Entretanto, quando o ngulo de ataque grande, o

    arrasto tambm muito maior.

    15. O arrasto calculado atravs de

    uma frmula matemtica que deve ser

    memorizada. Ao lado, podemos notar

    que sua frmula quase idntica

    frmula da sua sustentao. O

    coeficiente de arrasto (CD) um nmero

    determinado experimentalmente, que

    dependo do ngulo de ataque e do

    formato do aeroflio.

    (*) A rigor, o arrasto no causado pela turbulncia em si, mas pela reduo de presso atrs dos objetos.

    O aparecimento da turbulncia simplesmente indica que os filetes do ar no esto conseguindo

    acompanhar suavemente o contorno do objeto.

    16. Arrasto induzido J vimos que quando o ar

    escoa sobre uma asa, a presso maior no

    intradorso do que no extradorso. Como resultado, o ar

    escapa do intradorso em direo ao extradorso pelas

    pontas das asas, formando um turbilhonamento em

    espiral. Esse fenmeno cria um arrasto adicional no

    avio, chamado de Arrasto Induzido. (Novamente, o

    arrasto induzido no provocado pela turbulncia em si,

    mas pela fuga do ar que se encontra no intradorso. Essa

    fuga diminui a sustentao, obrigando o piloto a aumentar o

    ngulo de ataque, o que implica maior arrasto.)

  • 17. Alongamento Para diminuir o arrasto induzido, os avies de grande rendimento possuem

    asas com grande alongamento. O alongamento a razo entre a envergadura e a corda mdia

    geomtrica (ou entre o quadrado da envergadura e a rea da asa)

    18. O arrasto induzido pode ser diminudo

    atravs de dispositivos como tanques nas

    pontas das asas, que servem para dificultar a

    formao do turbilhonamento ou vrtice

    induzido.

    19. O turbilhonamento induzido (ou vrtice

    induzido) maior nas baixas velocidades,

    como na decolagem ou pouso, porque

    nessas condies o ngulo de ataque

    maior.

    20. Arrasto parasita o arrasto de todas as partes do

    avio que no produzem sustentao.

    Para definir o arrasto parasita de um avio, o

    fabricante determina a rea de uma placa plana

    perpendicular direo do vento relativo, cujo arrasto

    igual ao arrasto parasita do avio. Conhecendo-se a rea

    plana equivalente, torna-se ento possvel calcular o

    arrasto parasita do avio em qualquer condio.

    21. A frmula ao lado permite calcular o arrasto

    parasite. muito semelhante frmula do arrasto

    vista anteriormente. O valor 1,28 o coeficiente de

    arrasto de uma placa plana perpendicular ao vento

    (valor discutvel, mas convm conhec-lo)

  • 22. O arrasto parasita praticamente constante para pequenos ngulos de ataque. Como o

    avio formado por partes que produzem sustentao (a asa) e partes que no produzem (o

    resto do avio), o arrasto total ser:

    NOTA: No necessrio decorar a frmula acima; ela est apresentada simplesmente a ttulo de

    informao.

    12. ngulo de ataque e ngulo de atitude Quando observamos um avio com o nariz alto,

    como na figura abaixo, geralmente tendemos a imaginar que seu ngulo de ataque positivo.

    Todavia, observando melhor, v-se que o avio est chegando ao topo de um looping

    invertido, com o vento relativo incidindo sobre o extradorso da asa. O ngulo de ataque ,

    portanto negativo, e a asa produz sustentao para baixo.

    O ngulo de atitude, que medido entre o eixo longitudinal e a linha do horizonte, no depende

    da direo ou trajetria do vo. Na figura acima, como nariz do avio est alto, podemos dizer

    seguramente que o seu ngulo de atitude positivo.

    Dispositivos hipersustentadores__________

    1. J vimos que todo o perfil tem um coeficiente de sustentao mximo, o qual no pode ser

    ultrapassado, devido ao aparecimento de um turbilhonamento no extradorso da asa quando esta

    atinge o ngulo de ataque crtico. Entretanto, usando os chamados dispositivos

    hipersustentadores, possvel aumentar consideravelmente o coeficiente de sustentao. A

    figura abaixo mostra os tipos de dispositivos hipersustentadores mais utilizados em avio: o

    Flape e o Slot.

  • 2. Flape um dispositivo hipersustentador que serve para aumentar a curvatura ou

    arqueamento do perfil, aumentando dessa forma o seu coeficiente de sustentao. O ngulo

    crtico do aeroflio diminui um pouco, pois o flape produz uma perturbao no escoamento que

    influencia o fluxo do ar no extradorso da asa. Alguns dos tipos mais comuns esto mostrados

    abaixo:

    Os flapes funcionam tambm como freio aerodinmico, porque aumentam o arrasto do aeroflio.

    O flape tipo Fowler o que proporciona o maior aumento no coeficiente de sustentao, mas

    no muito utilizado em avies leves, devido ao maior custo e complexidade mecnica.

    3. Slot O slot (tambm denominado fendo ou ranhura) um dispositivo hipersustentador que

    aumenta o ngulo de ataque crtico do aeroflio. Consiste numa fenda que suaviza o

    escoamento no extradorso da asa, evitando o turbilhonamento. Isso faz com que a asa possa

    atingir ngulos de ataque mais elevados, isto , produzir mais sustentao.

    Ateno: Ambos os aeroflios acima ilustrados esto deslocando-se horizontalmente, embora possa

    parecer que estejam subindo.

    4. Existe um tipo especial de slot que fica recolhido durante o vo normal, s entrando em

    funcionamento quando necessrio. Esses slots mveis so denominados slats. Em alguns

    avies leves, o slat fica normalmente estendido (na posio de funcionamento) por ao de

    molas. Em vo nivelado, o impacto do ar obriga o slat a recolher-se junto ao bordo de ataque da

    asa. Quando o ngulo de ataque aumenta, a mola consegue empurrar o slat para fora, fazendo-

    o entrar em ao, conforme

    mostra a figura abaixo.

  • NOTA: Tanto os slots como os slats tm uma desvantagem sobre os flapes: embora permitam aumentar o

    coeficiente de sustentao, obrigam o avio a erguer demasiadamente o nariz (principalmente durante o

    pouso), prejudicando a visibilidade ao piloto.

    5. Os slots tem ainda uma outra utilidade, que ser descrita a seguir. As asas de muitos avies

    entram em estol iniciando pela pelas pontas. Isso torna o vo mais inseguro, pois o avio perde

    o controle dos ailerons aos primeiros sintomas do estol. Para evitar esse inconveniente, alguns

    avies tm o ngulo de incidncia reduzido nas pontas (a asa portanto torcida). Todavia, essa

    toro, que pode aumentar o arrasto da asa, pode ser evitada atravs de slots nas pontas das

    asas.

    Grupo Moto-Propulsores_________________

    1. Grupo moto-propulsor de um avio o conjunto dos componentes que fornece a trao

    necessria ao vo. Os tipos mais usados de grupos moto-propulsores so:

    * Turbojato

    * Turbo-fan

    * Turbolice

    * Motor a pisto e hlice

    2. As seguintes definies de potncia so necessrias no estudo dos grupos moto-propulsores:

    a. Potncia efetiva a potncia medida no eixo da hlice.

    b. Potncia nominal a potncia efetiva mxima para a qual o moto foi projetado.

    c. Potncia til a potncia de trao desenvolvida pela hlice sobre o avio. Isso

    significa que a hlice converte a potncia efetiva em potncia de trao. A potncia til

    s vezes chamada de potncia disponvel, embora este temos indique, a rigor, a potncia

    til mxima.

    NOTA:Neste curso estudaremos principalmente os aspectos aerodinmicos do funcionamento das hlices. Os aspectos construtivos so estudados no curso de conhecimentos

    tcnicos.

    3. Nos motores de pequeno porte, o grupo moto-propulsor geralmente constitudo p um motor

    a pisto e uma hlice. As hlices podem ser feitas de diversos materiais. Para os motores de

    baixa potncia podem ser de madeira. Entretanto, a maioria dos avies modernos usa hlices de

    metal, principalmente ligas de alumnio ou ao.

  • 4. A hlice um aeroflio rotativo que produz uma

    fora de trao sobre o avio. A figura ao lado mostra

    uma hlice (cortada, para maior clareza), girando num

    avio parado. A seo cortada est movimentando-se

    para baixo

    A toro das ps faz com que o perfil forme um

    ngulo com a direo do vento relativo. Podemos

    notar que o aeroflio da hlice funciona exatamente

    como a asa de um avio, criando uma fora de

    sustentao (ou melhor, trao) dirigida para a frente

    do avio.

    5. Passo Como a hlice possui ps torcidas, ela deveria funcionar como se fosse um

    parafuso, avanando uma determinada distncia a cada rotao completa. Essa distncia

    chama-se passo terico. Entretanto, como o ar fluido, a distncia que a hlice realmente

    avana menor, e recebe o nome de passo efetivo ou avano. A distncia que a hlice deixou

    de percorrer o recuo, que igual diferena entre o passo terico e o passo efetivo da hlice.

    6. Sabemos que as ps da hlice so torcidas, porm, qual ser o

    melhor ngulo de toro? Ele depende da velocidade do avio e da

    rotao do motor. Como a hlice gira ao mesmo tempo avana para a

    frente, o vento relativo que incide sobre a p inclinado, conforme

    mostra a figura ao lado. A p deve ter uma inclinao um pouco maior,

    de modo a formar um ngulo de ataque com o vento relativo. Esse

    ngulo determinado pelo fabricante, de modo a obter o mximo

    rendimento da hlice.

  • 7. Se a velocidade do avio aumentar, o vento relativo que

    atinge a p ficar mais inclinado, conforme mostra a figura

    abaixo, direita. Para que seja mantido o mesmo ngulo de

    ataque ideal para a hlice, preciso que suas ps sejam

    mais torcidas.

    8. Do que acabamos de ver, podemos concluir imediatamente

    que no existe um passo ou toro da p que sirva bem para

    todas as condies de vo. Uma hlice com pequena toro

    seria boa para decolagens e subidas, mas ineficiente para

    vos de cruzeiro em alta velocidade. Uma hlice muito torcida

    funcionaria bem em vo de cruzeiro, mas teria muita

    dificuldade para fazer o avio decolar e subir.

    9. Hlice de passo fixo aquela que foi

    fabricada com um determinado passo, o qual no

    pode ser modificado. Essa hlice s funciona bem

    numa determinada RPM(*) e velocidade de vo

    para as quais foi construda.

    10. Hlice de passo ajustvel aquela cujo passo

    pode ser modificado no solo, com o uso de

    ferramentas apropriadas. Essa hlice s funciona

    bem na RPM e velocidade de vo para as quais foi

    ajustada.

    11. Hlice de passo controlvel aquela cujo

    passo pode ser modificado durante o vo.

    Essa hlice funciona bem em qualquer condio

    de vo. O passo pode ser modificado durante o vo

    atravs de:

    * Comando manual o piloto o responsvel

    pelo controle correto do passo

    * Contrapesos o passo automaticamente

    ajustado por contrapesos que funcionam por ao

    centrfuga.

    * Governador o passo controlado

    automaticamente por um sistema eltrico ou hidrulico

    denominado governador.

    As hlices de passo controlado por contrapesos ou governador so chamadas hlice de RPM

    constante ou hlices de velocidade constante (**)

    (*) RPM significa Rotao por minuto e indica a velocidade de rotao do motor

    (**) Isso significa que a velocidade de rotao do motor permanece fixa durante todo o vo e somente o

    passo ajustado de acordo com as necessidades.

  • Vo horizontal__________________________

    1. No vo horizontal em velocidade constante, a

    sustentao igual ao peso, e a trao da

    hlice igual ao arrasto; ou seja:

    L = W

    T = D

    Voando em alta velocidade, o ngulo de ataque

    da asa pequeno, de apenas alguns graus.

    2. Se diminuirmos a velocidade mantendo o

    vo horizontal, ser preciso aumentar o

    ngulo de ataque. A menos velocidade

    possvel em vo horizontal conseguida

    quando o avio voa com o ngulo de

    ataque crtico. Essa velocidade chama-se

    velocidade de estol. O coeficiente de sustentao mximo, e o avio est na iminncia do

    estol.

    3. Ultrapassado o ngulo crtico, inicia-

    se o estol e a sustentao diminuir

    rapidamente, mas ainda possvel

    manter o vo horizontal desde que a

    velocidade seja aumentada para

    compensar a reduo da sustentao.

    Todavia, pequenos aumentos do

    ngulo de ataque alm do ngulo crtico exigiro enormes aumentos de potncia para

    compensar o arrasto adicional. Por esse motivo, somente avies com grande excesso de

    potncia podem manter a altura aps a ocorrncia do estol.

    4. Do que acabamos de estudar podemos concluir que o ngulo de

    ataque muito importante para o vo, principalmente para o piloto

    evitar o estol. Entretanto, a maioria dos avies no possui indicador

    de ngulo de ataque. Na prtica, o velocmetro suficiente para o

    piloto manter o controle do avio em condies normais. Por exemplo,

    se o avio estiver voando prximo a velocidade de estol especificada

    pelo fabricante, a asa estar automaticamente prxima ao ngulo de

    ataque crtico. Portanto o velocmetro alertar o piloto quanto ao risco do estol.

  • 5. Como regra geral, para voar em alta

    velocidade necessrio aumentar a potncia e,

    para voar em baixa velocidade, reduzir a

    potncia. Embora isso parea evidente, h uma

    exceo a essa regra: abaixo de uma

    determinada velocidade, para a qual a potncia

    mnima, o avio passa a exigir mais potncia

    para voar mais lentamente. A explicao

    simples: baixas velocidades requerem grandes

    ngulos de ataque, os quais aumentam o

    arrasto e, para vencer esse arrasto, preciso

    aumentar a potncia. O grfico acima mostra como a potncia necessria ao vo horizontal varia

    em funo da velocidade.

    6. A potncia mxima que o grupo moto-propulsor

    consegue fornecer ao avio chama-se Potncia

    disponvel. Em baixas velocidades, a potncia

    disponvel pequena por que a hlice desperdia

    quase toda a potncia efetiva do motor, produzindo

    apenas vento. medida que a velocidade aumenta,

    a hlice passa a aproveitar melhor a potncia do

    motor, e assim a potncia disponvel aumenta, at

    atingir seu valor mximo na velocidade de vo para a

    qual a hlice foi construda; depois disso, o

    rendimento comea outra vez a diminuir, conforme o

    grfico acima.

    7. Superpondo as curvas da potncia

    necessria e da potncia disponvel,

    podemos estudar todas as velocidades do

    vo horizontal, conforme mostrado no grfico

    ao lado.

  • 8. O arrasto de um avio em vo horizontal no

    depende da altitude. Isso pode parecer inicialmente

    estranho, mas pode ser explicado atravs da figura ao

    lado. O avio voando rente ao mar no necessita de

    muita velocidade, porque o ar ali denso,

    possibilitando-lhe obter facilmente a sustentao

    necessria ao vo. O avio que voa em altitude maior

    encontra o ar rarefeito. Aparentemente isso benfico,

    pois o arrasto seria menor. Mas preciso lembrar que

    o ar rarefeito torna a sustentao tambm menor,

    tornando impossvel manter o vo. Conseqentemente,

    o piloto obrigado a aumentar a potncia e assim, com

    o avio voando mais rapidamente, a sustentao

    aumenta e torna-se suficiente para manter o vo. Mas

    o arrasto tambm aumenta e tornar-se outra vez igual

    ao arrasto ao nvel do mar. Portanto o arrasto em vo

    horizontal no varia quando a altitude variada.

    9. Variaes da velocidade em vo nivelado Muitas vezes precisamos saber como varia a

    velocidade de um avio em vo horizontal quando so alterados o peso, a altitude, a rea da

    asa, etc.

    Exemplo: O que acontece com a velocidade de estola de um avio se aumentarmos o seu

    peso?

    Questes desse tipo poder ser respondidas atravs da frmula seguinte:

    Para responder questo acima, basta observar que a velocidade do avio proporcional raiz

    quadrada do peso W; portanto a velocidade de estol aumentar se o peso do avio for

    aumentando. Todavia, podemos responder a essa questo sem usar frmulas matemticas,

    como veremos a seguir.

    10. Veremos agora trs prticas que substituem vrias frmulas matemticas do vo horizontal.

  • Essas regras sero explicadas a seguir:

    1 REGRA PRTICA

    Esta regra prtica pode ser usada para qualquer velocidade (velocidade de estol,

    velocidade de mxima autonomia, velocidade de mximo alcance e velocidade mnima), com

    exceo da Velocidade mxima para esta, temos a 3 regra

    Os significados dos smbolos so os seguintes:

    A regra de fcil interpretao:

    V e PACa so concordantes. Exemplo: Se P (peso) aumentar, V (velocidade) aumentar, pois

    so concordantes. Se A (altitude) diminuir, V (velocidade) diminuir, pois so concordantes.

    V e DAC so discordantes. Exemplo: Se D (densidade do ar) diminuir, V (velocidade do avio)

    aumentar, pois so discordantes. Se A (rea da asa) for grande, V (velocidade) ser pequena,

    pois so discordantes.

    Respondendo questo da pgina anterior, se o peso do avio (P) aumentar, a velocidade de estol (V)

    aumentar, pois V e P so concordantes.

    2 REGRA PRTICA

    Esta regra serve para solucionar questes a respeito da potncia necessria ao vo

    horizontal.

    A frmula a ser usada quase a mesma da 1 Regra:

    Exemplo: Um avio requer certa potncia para voar horizontalmente. Se a densidade do ar

    diminuir, ser necessrio aumentar a potncia para manter o vo?

    Resposta: Sim. De acordo com a 2 Regra Prtica, N e D so discordantes. Logo, se a

    densidade diminuir, a potncia necessria

    aumentar.

    3 REGRA PRTICA

    Esta regra vale somente para a

    Velocidade Mxima. A frmula

    correspondente :

  • Esta regra tambm usada de modo idntico 1 Regra:

    Exemplo: A velocidade mxima de um avio em vo horizontal igual a 200 mph, ao nvel do

    mar. Numa altitude de 870 ps, sua velocidade mxima ser maior?

    Resposta: No. De acordo com a 3 Regra Prtica, e PAAC so discordantes. Logo,

    aumentando A (altitude) para 870 ps, a velocidade mxima do avio diminuir.

    NOTA Idealmente, as questes envolvendo velocidade e potncia em vo horizontal deveriam ser

    resolvidas atravs do raciocnio e da frmula mostrada no item 9. As trs regras prticas tm apenas a

    finalidade auxiliar os leitores no habituados ao uso de frmulas matemticas a responderem rapidamente

    aquelas questes.

    Vo planado___________________________

    1. A figura ao lado mostra um automvel descendo

    uma ladeira de 30 de declive, em ponto morto. O seu

    movimento no causado pelo motor, mas pela

    prpria ao da gravidade. No caso, o veculo pesa

    1000 Kgf, e isso equivale a uma fora de 500 Kgf para

    frente e uma outra de 866 Kgf em direo ao solo.

    2. De modo semelhante, um avio pode voar sem a

    trao do motor, porm em trajetria descendente.

    Esse tipo de vo chama-se vo planado. A figura ao

    lado mostra um avio pesando 1000 Kgf, num vo

    planado. Notar que:

    a) O avio impulsionado por uma fora de

    500 Kgf, resultante da gravidade.

    b) A sustentao igual a 866 Kgf (e no

    1000 Kgf) portanto menor que o peso.

    O ngulo , formado entre a trajetria de vo e a linha do horizonte, chama-se ngulo de

    Planeio. Esse ngulo tanto menor quanto maior o e menor o do avio.

    NOTA: Tanto o automvel como o avio estabilizam-se ao atingirem a velocidade em que o arrasto torna-se

    igual a 500 Kgf. A componente do peso, de 866 Kgf, anulada pelo solo (no caso do automvel) ou pela

    sustentao (no caso do avio)

  • 3. Velocidade de melhor planeio Esta

    velocidade, tambm chamada de Velocidade

    de Menor ngulo de descida, aquela que

    possibilita ao avio planar a maior distncia

    possvel. a velocidade que deve ser usada

    quando ocorre pane no motor (coincide com a

    Velocidade de Mximo Alcance, que foi

    estudada na pgina 38, item 7).

    4. Porm, se o piloto tentar melhorar o seu

    planeio, aumentando o ngulo de ataque, nada

    conseguir. O avio ficar mais tempo

    planando, mas a distncia percorrida ser

    menor. Existe uma velocidade chamada

    Velocidade de menor razo de descida (ou

    mnimo afundamento), na qual o avio

    permanece o mximo tempo em planeio. Essa

    velocidade igual velocidade de mxima

    autonomia, tambm estudada na pgina 38,

    item 7).

    5. Em sua tentativa de melhorar o planeio, o

    piloto poderia ainda usar o ngulo de ataque

    menor, aumentando a velocidade. Mas sua

    tentativa continuar sendo intil porque, embora

    a velocidade do planeio seja de fato maior, o

    ngulo de planeio tambm o ser, conforme a

    figura ao lado.

    6. Velocidade final a velocidade mxima que o avio

    pode atingir num mergulho ou planeio vertical. A

    sustentao deve ser anulada para que a trajetria seja

    vertical (o ngulo de ataque ser o ngulo de sustentao

    nula - conforme figura ao lado). A velocidade

    aumentar rapidamente e estabilizar-se- quando o arrasto

    tornar-se igual ao peso o avio ter ento atingido a

    Velocidade Final. Todavia, o piloto s dever permitir que

    isso acontea se no atingir antes a Velocidade limite

    especificada pelo fabricante do avio. A velocidade limite

    aquela que no pode ser ultrapassada sem que o avio

    sofra danos ou destruio da estrutura.

  • 7. Razo de descida a altura perdida por unidade de tempo. A

    razo de descida indicada num instrumento chamado varimetro

    (vulgarmente conhecido como Climb). A razo de descida

    geralmente abreviada R/S e medida em m/s (metros por segundo) ou

    ft/min (ps por minuto).

    Exemplo: R/S = 500 ft/min

    8. Influncia do peso

    O peso do avio no influi

    na distncia e no ngulo

    de planeio, mas aumenta

    a sua velocidade e a

    razo de descida.

    9. Influncia do vento O vento

    de cauda aumenta a VS

    (Velocidade em relao ao solo)

    e a distncia planada e diminui o

    ngulo de planeio (). O vento de

    proa tem efeito contrrio. Porm

    em relao ao ar, o avio voa

    como se o vento no existisse, e as velocidades (VA e VI) e a

    razo de descida (R/D) no se alteram.

    10. Influncia da altitude O ar rarefeito das altitudes

    elevadas no afeta o ngulo de descida (), porm torna o

    planeio mais rpido, aumentando a VA e a R/D. Mas a VI no

    alterada porque a menor densidade compensa o aumento

    da velocidade verdadeira, mantendo inalterada a presso

    dinmica no tubo de Pitot.

    Isso significa que o piloto poder manter a mesma VI e

    estimar o mesmo alcance de planeio quando efetuar uma

    descida planada para um pouso normal ou em emergncia

    numa regio de altitude elevada. Dever apenas atentar para

    o fato de que o seu avio estar mais velo em relao ao solo

    e agir de forma correspondente.

  • Vo ascendente________________________

    1. A figura mostra um automvel subindo uma ladeira em

    alta velocidade. O arrasto produzido pelo vento relativo

    igual a 200 Kgf. No caso ilustrado, qual seria a fora com

    que os pneus devero impulsionar o veculo?

    O veculo dever ser impulsionado por uma fora

    suficiente para vencer no apenas o arrasto de 200 Kgf,

    como tambm a componente do peso no sentido morro

    abaixo (igual a 500kgf), totalizando 700 Kgf.

    2. A figura ao lado mostra uma situao

    semelhante, onde um avio de 1000 Kgf efetua

    um vo ascendente. O primeiro fato a chamar

    ateno o valor da sustentao: 866 Kgf, menor

    que o peso do avio. Embora isso parea

    inicialmente estranho, poder ser compreendido

    se observarmos que a fora de trao da hlice

    inclinada para cima, ou seja, ela suporta

    parcialmente o peso do avio, aliviando a carga

    sobre a asa. De fato, se o vo fosse horizontal, a

    trao da hlice deveria ser de apenas 200 Kgf;

    porm, como o avio est subindo, devemos acrescentar a componente do peso no sentido

    contrrio ao vo (500 Kgf), o que totaliza 700 Kgf.

    3. Num vo ascendente, o avio tem duas

    componentes de velocidades, que so:

    * - Velocidade horizontal

    * R/S Razo de subida

    A razo de subida geralmente

    medida em ps por minuto ou metro por

    segundo, atravs do varimetro.

    O ngulo entre a trajetria

    ascendente do avio e a linha do horizonte

    chama-se ngulo de Subida.

    4. Existem duas velocidades importantes no vo ascendente:

    * Velocidade de mxima razo de subida a velocidade na qual o avio ganha altura

    o mais rapidamente possvel.

    * Velocidade de mximo ngulo de subida a velocidade na qual o avio sobe com o

    maior ngulo de subida. uma velocidade menor que a de mxima razo de subida.

    A figura abaixo mostra os vrios casos possveis de vo ascendente:

  • 5. Logo aps a decolagem, o avio deve

    subir com o mximo ngulo de subida, a fim

    de afastar-se com segurana dos

    obstculos. A figura ao lado mostra uma

    situao tpica.

    6. medida que o

    avio ganha altura, a

    densidade do ar

    atmosfrico diminui.

    Por esse motivo, a

    razo de subida

    mxima diminui

    gradativamente, at

    tornar-se nula no Teto

    Absoluto.

    NOTA: O teto prtico e o teto absoluto so altitudes de

    densidade, e por isso no podem ser lidos diretamente no

    altmetro. Para maiores detalhes, ver item 15, na pgina 12.

    7. Estudo da performance em subida Para obter a

    mxima razo de subida, o avio deve voar na

    velocidade na qual haja a maior sobra de potncia.

    O grfico ao lado mostra que essa velocidade

    corresponde quela em que temos a mxima diferena

    entre as potncias disponvel e necessria. Neste

    exemplo, podemos observar que se o avio voar a 100

    Mph precisaremos de 150 HP para voar

    horizontalmente. Todavia, o grupo moto-propulsor pode

    fornecer 350 HP se for acelerado ao mximo; portanto temos um reserva de (350 150) = 200

    hp. Essa sobra de potncia mxima a velocidade 100 Mph, e por isso dizemos que esta a

    velocidade de mxima razo de subida.

  • 8. A razo de subida mxima e o maior ngulo de subida dependem do peso do avio, da

    altitude do local, da potncia disponvel e da rea da asa, conforme resumido nas figuras abaixo:

    O que est afirmado nas figuras acima intuitivo, com exceo da influencia da rea da asa, a qual no

    ser explicada por ser de pouco interesse para o piloto.

    9. Aumentando a altitude, a potncia disponvel

    diminui e a potncia necessria aumenta. No teto

    absoluto s existe uma velocidade em que o avio

    pode voar. Essa velocidade , ao mesmo tempo, a

    velocidade de mximo alcance, a velocidade de

    mxima autonomia, a velocidade mnima e a

    velocidade de estol.

    O grfico ao lado mostra a situao. Para

    melhor compreender, o leitor dever recapitular o

    grfico da pgina 38, item 7. O grfico acima aquele

    mesmo grfico, com uma alterao: a curva da

    potncia necessria deslocou-se para cima, e a curva

    da potncia disponvel para baixo, de modo a se

    tocarem apenas num ponto, correspondente

    velocidade de 100 mph.

    Comandos de vo ______________________

    1. Neste captulo sero estudados os dispositivos que

    permitem controlar os movimentos de um avio. Esses

    movimentos podem ser realizados em torno de trs

    eixos imaginrios que passam pelo centro de gravidade

    (CG) do avio.

    * Eixo longitudinal

    * Eixo transversal ou lateral

    * Eixo vertical

  • 2. O movimento em torno do eixo transversal

    chama-se Arfagem ou Tangagem. Ele pode

    ser efetuado em dois sentidos:

    * Para cima (cabrar)

    * Para baixo (picar)

    3. O movimento em torno do eixo longitudinal

    chama-se rolagem, rolamento, bancagem,

    inclinao lateral, e pode ser efetuado para

    a esquerda ou para a direita.

    4. O movimento em torno do eixo vertical chama-se

    guinada.

    5. Os movimentos de um avio so

    controlados atravs de superfcies de

    controle ou superfcies de comando,

    que so:

    a) Profundor ou leme de profundidade,

    que comanda os movimentos de

    arfagem.

    b) Ailerons, que comandam os

    movimentos de rolagem.

    c) Leme de direo, que comanda os

    movimentos de guinada.

    6. Os comandos usados pelo piloto para controlar o avio so o mache e os pedais. O manche

    a alavanca ou volante que pode ser movimentado em quatro sentidos:

    a) Direita o avio rola para a direita

    b) Esquerda o avio rola para a esquerda

    c) Frente o avio abaixa o nariz

    d) Atrs o avio levanta o nariz

    O leme de direo acionado pelos dois pedais:

    a) Pedal direito Produz guinada para a direita

    b) Pedal esquerdo Produz guinada para a esquerda

  • 7. As superfcies de comando produzem as

    foras necessrias para controlar o avio. Elas

    atuam modificando o ngulo de ataque, conforme

    mostra a figura ao lado. Notar que o plano fixo

    fica parado e somente o plano mvel se desloca,

    girando em torno do eixo.

    8. Existem ainda superfcies de controle sem

    planos fixos. Como exemplo, a figura ao lado

    mostra um estabilizador inteiramente mvel,

    utilizado em muitos avies.

    9. Nos grandes avies, as superfcies de controle

    so grandes, podendo tornar a fora do piloto

    insuficiente para moviment-las. Para evitar esse

    inconveniente, esses avies podem ter superfcies

    de controle compensadas, que podem ser de trs

    tipos:

    TIPO 1 Compensao por deslocamento do eixo

    de articulao

    TIPO 2 Compensao atravs de salincia na

    superfcie de comando

    TIPO 3 Compensao atravs de compensador

    automtico

    Ao lado esto mostrados os trs tipos de

    compensao de comandos.

    Nos grandes avies comerciais, as superfcies de

    controle so geralmente servo-comandadas, ou

    seja, movimentadas atravs de potentes

    mecanismos hidrulicos. O manche e os pedais

    simplesmente controlam esses mecanismos

  • 10. Os avies possuem ainda equilibradores (tabs

    ou compensadores), que so pequenas superfcies

    colocadas nos bordes de fuga das superfcies de

    controle, com as seguintes finalidades:

    a) Tirar tendncias indesejveis de vo.

    b) Compensar o avio em diferentes altitudes de vo

    (por exemplo, anular a fora do manche durante uma

    subida prolongada).

    c) Reduzir a fora necessria para movimentar os

    comandos ( o caso do compensador automtico, j

    estudado).

    Os tipos de compensadores mais utilizados so

    a) Compensadores fixos s podem ser ajustados no solo.

    b) Compensadores comandveis podem ser ajustados pelo piloto durante o vo.

    c) Compensadores automticos movem-se automaticamente com a superfcie de controle,

    sem ao direta do piloto.

    11. Guinada adversa Na figura ao lado, o piloto

    comandou um rolamento esquerda. Por razes

    aerodinmicas, o aileron defletido para baixo produz

    arrasto maior do que o aileron defletido para cima. Isso

    faz o avio guinar para a direita. Esse fenmeno

    chama-se guinada adversa, e ocorre sempre no

    sentido contrrio ao do rolamento.

    12. A guinada adversa pode ser evitada de trs

    diferentes maneiras:

    a) Aplicar o leme de direo no sentido contrrio ao

    da guinada adversa.

    b) Equipar o avio com ailerons diferenciais. Esses

    ailerons tm movimento para cima maior do que para

    baixo, igualando assim os arrastos que produzem.

    c) Equipar o avio com aileron tipo frise. Esses

    ailerons tm uma salincia dianteira que provoca

    maior arrasto quando se movem para cima.

  • Vo em curva__________________________

    1. Antes de estudar o mecanismo da curva de um avio, estudaremos

    o movimento de uma bola pendurada num cabo de ao, em

    movimento circular. Existem unicamente duas foras atuando sobre a

    bola:

    a) O peso da bola

    b) A trao do cabo

    2. O mecanismo da curva de um avio idntico. Porm, como no

    existe nenhum cabo de ao, o piloto deve providenciar a fora que

    substitua a trao produzida pelo mesmo.

    Isso conseguido inclinando as asas do avio e aumentando

    o ngulo de ataque, a fim de produzir uma sustentao igual a

    trao do cabo de ao.

    3. A fora de sustentao numa curva deve ser maior que o peso do

    avio. De fato, a sustentao pode ser dividida em duas

    componentes:

    a) Componente vertical (-W), que deve ser obrigatoriamente

    igual ao peso, o que s possvel se a sustentao for maior que o

    peso.

    b) Componente horizontal ( ), denominada Fora

    Centrpeta.

    4. A fora centrpeta aumenta com o

    peso e a velocidade, e diminui

    quando o raio da curva aumenta. Isso

    pode ser compreendido melhor

    raciocinando como o exemplo do

    tren motorizado da figura ao lado.

  • 5. O ngulo de inclinao aumenta quando a velocidade

    aumenta.

    O ngulo de inclinao diminui quando o raio da curva

    aumenta.

    NOTA IMPORTANTE - O ngulo de inclinao no depende do peso. O avio pesado deve voar com mais potncia e maior ngulo de ataque, mantendo a mesma inclinao do avio leve.

    6. Quanto mais inclinada a curva, maior deve ser a

    sustentao, a fim de garantir uma componente

    vertical (-W) igual ao peso do avio. Para isso, o piloto

    deve manter o manche puxado durante toda a curva.

    Como exemplo, numa curva inclinada de 60 a

    sustentao igual ao dobro do peso. Dizemos ento

    que o fator de carga (que ser definido no prximo

    captulo) igual a 2G, indicando uma acelerao

    duas vezes maior que a gravidade.

    7. Um avio no pode fazer curvas inclinadas alm de um determinado limite, pois a sustentao

    necessria estaria alm das suas possibilidades. A figura abaixo mostra a desproporo entre a

    sustentao e o peso:

    Podemos ento concluir que uma curva com inclinao de

    90 impossvel, porque a sustentao teria que ser

    infinitamente grande.

    8. At o momento, viemos supondo que as curvas so bem

    coordenadas, feitas por pilotos experientes. Os erros de

    pilotagem mais comuns no vo em curva so os seguintes:

    a) Glissada provocada por uma inclinao

    exagerada das asas. A componente vertical da sustentao

    insuficiente para suportar o peso do avio, o qual escorrega

    para dentro da curva, perdendo altitude.

  • b) Derrapagem causada pela inclinao

    insuficiente das asas; devido fora centrpeta

    insuficiente, o avio derrapa para fora da curva

    pretendida. A derrapagem acontece tambm

    quando se pesa um dos pedais do leme de

    direo sem antes inclinar as asas.

    9. Raio limite Para voar em curva, o piloto dever aumentar a sustentao do avio. Com

    isso, ele aumentar tambm o arrasto. Esse o motivo por que a potncia deve ser aumentada

    medida que o raio diminui. O menor raio possvel chamado raio limite, para o qual a potncia

    aplicada a mxima.

    10. A figura ao lado mostra um avio em trs

    altitudes diferentes.

    Ao nvel do mar, o ar denso, e por isso o

    motor tem muita potncia e o avio sustenta-se

    facilmente no ar. A curva pode ser ento bem

    fechada, e o raio limite o mnimo.

    Aumentando a altitude, o ar ficar cada

    vez mais rarefeito. Como resultado, a potncia do

    motor diminuir e o avio necessitar de potncia

    cada vez maior para voar. Conseqentemente o

    raio limite ir aumentar at que, quando atingir o

    teto absoluto, o avio mal conseguir manter o

    vo nivelado, ficando assim totalmente incapaz

    de executar curvas.

  • 11. Comandos de vo em curva

    a) Para iniciar uma curva, o piloto dever:

    * Comandar ailerons, para inclinar as asas;

    * Aplicar pedal no mesmo sentido da curva, para corrigir

    a guinada adversa;

    * Puxar o manche, para aumentar a sustentao, e

    * Aumentar a potncia do motor, para compensar o

    aumento do arrasto.

    b) Depois de iniciada a curva, a asa externa curva

    estar voando um pouco mais rapidamente que a asa

    interna. Por isso, a sustentao ser ligeiramente maior

    na asa externa, tendendo a aumentar demasiadamente a

    inclinao das asas. Para compensar esse efeito. O piloto

    dever aplicar levemente os ailerons no sentido contrrio

    curva.

    12. Estol em curva A velocidade de estol numa curva maior que num vo em linha reta. A

    figura abaixo faz uma comparao entre dois avies prestes a estolar:

  • Cargas dinmicas_______________________

    1. Cargas dinmicas so os esforos que um avio sofre durante o vo, devido a manobras,

    turbulncia, etc. Elas podem ser classificadas em horizontais e verticais.

    a) As cargas dinmicas horizontais so

    geralmente fracas e no afetam a estrutura do

    avio.

    b) As cargas dinmicas verticais so muito importantes,

    podendo inclusive destruir o avio se forem excessivas.

    2. Fator de carga As cargas dinmicas verticais so medidas

    num instrumento chamado acelermetro. Os algarismos

    marcados no mostrador indicam o fator carga, que a razo entre

    a sustentao e o peso do avio:

    3. Em vo nivelado, o fator de carga igual a um.

    Numa cabrada, ser superior a um. Ao picar, o fator

    de carga torna-se menor que um, podendo chegar a

    zero numa descida em trajetria parablica, que

    corresponde queda livre do ar. Finalmente, o fator

    de carga poder ficar negativo numa picada ainda

    mais violenta; nesse caso, todos os objetos soltos

    da cabine sero lanados em direo ao teto do

    avio.

  • 4. Os fatores de carga elevados podem ser causados principalmente por:

    * Vos em curva

    * Manobras feitas pelo piloto

    * Rajadas de vento

    * Recuperaes de mergulhos

    Cada um destes casos ser estudado mais detalhadamente a seguir.

    5. Fator de carga nas curvas J vimos anteriormente

    (pgina 57, item 6) que a sustentao produzida pelas

    asas de um avio durante uma curva maior que o peso.

    Por essa razo, o fator de carga numa curva sempre

    maior que 1 (ou 1G)

    Quanto maior a inclinao da curva, maior ser o

    fator de carga. Assim, numa curva inclinada de 60, o fator

    de carga igual a 2G e, numa curva inclinada de 90 seria

    infinitamente grande, o que impossvel.

    A ttulo de informao, um avio de elevada potncia e

    velocidade poderia eventualmente manter o vo em curva ou reta

    com as asas na posio vertical (vo em faca) por tempo varivel,

    aproveitando a sustentao produzida pela superfcie lateral da

    fuselagem. No se trata, porm, de uma curva coordenada a acelerao lateral igual a 1G em vez de

    ser nula.

    6. Fator de carga nas manobras O piloto pode

    provocar grandes fatores de carga em manobras. Por

    essa razo, necessrio reconhecer os limites

    estruturais do avio. Como exemplo, os avies de

    acrobacia so construdos para resistirem aos

    seguintes fatores de carga:

    * Fator de carga positivo: 6G

    * Fator de carga negativo: -3G

    Os avies suportam fatores de carga positivos maiores do que os fatores de carga negativos,

    como no exemplo mostrado.

    7. Fatores de carga nas rajadas Durante o vo horizontal nivelado, o vento relativo

    horizontal e o ngulo de ataque pequeno. O fator de carga, conforme vimos igual a 1G ou

    simplesmente 1.

    Quando surge uma rajada de vento ascendente, o ngulo de ataque aumenta

    repentinamente, porque o vento relativo e a velocidade da rajada formam um vento resultante

    inclinado, conforme mostra a figura ao lado (como recapitulao, ver pag. 6, item 15

    Composio de vetores). Isso faz com que o fator carga aumente bruscamente, podendo

    inclusive danificar o avio se ele estiver voando em alta velocidade.

    Para evitar fatores de carga elevados em atmosfera turbulenta, necessrio reduzir a

    velocidade de acordo com as recomendaes do fabricante do avio. Uma reduo exagerada

  • faz com que o avio entre mais facilmente em estol quando

    ocorrer a rajada (isso pode ser comprovado fazendo a

    composio dos vetores).

    8. Fator de carga nas recuperaes Numa recuperao de

    linha de vo, aps um mergulho, podem ocorrer grandes fatores

    de carga, por dois motivos:

    a) A velocidade do avio muito elevada, devido ao

    mergulho em que se encontra.

    b) A asa obrigada a no somente sustentar o peso do

    avio, como tambm a produzir a fora centrpeta necessria

    para recuperar o vo nivelado.

    9. Estol de velocidade Numa recuperao, o piloto no deve

    puxar muito bruscamente o manche, porque a asa poder

    ultrapassar o ngulo de ataque crtico.

    Se isso acontecer, o avio entrar em estol, ficando

    incapaz de produzir a sustentao necessria recuperao.

    Esse fenmeno chama-se estol de velocidade. Para corrigir a

    situao, o piloto deve baixar o nariz do avio e tentar outra

    vez, puxando o manche mais suavemente.

    Em alguns avies com cauda em T, a recuperao do

    estol de velocidade (e tambm do estol normal) pode ser

    impossvel, por que a turbulncia criada pela asa envolve o

    profundor, tornando-o inoperante. Nesses avies, o estol

    evitado atravs de dispositivos que avisam o piloto da

    proximidade do estol e atuam sobre os comandos, se for

    necessrio.

  • Decolagem e pouso_____________________

    1. Decolagem a operao em que o avio levanta vo. Ela

    feita com a potncia mxima, para aumentar a acelerao.

    Inicialmente, o recuo da hlice Maximo, e tambm a trao. O

    avio inicia o movimento e comea a ganhar velocidade.

    2. Com o aumento da velocidade, o recuo da hlice diminui,

    e tambm a trao. A velocidade de rotao da hlice

    aumenta.

    Existe ainda a fora de atrito dos pneus com o solo,

    que tanto maior quanto mais rugosa e macia for pista.

    Como exemplo, a grama e a terra macia tm mais atrito do

    que o asfalto e o concreto.

    3. Os avies com trem de pouso convencional precisam

    erguer a cauda durante a decolagem, a fim de reduzir o

    ngulo de ataque e o arrasto. Sem isso, o avio percorreria

    um comprimento de pista maior e deixaria o solo logo aps

    atingir a velocidade de estol, o que extremamente

    perigoso.

    4. Prosseguindo a decolagem, a velocidade do avio

    aumenta, logo chegando velocidade de estol. Por motivo

    de segurana, o piloto deve manter o avio no solo at

    atingir 120% a 130% da velocidade de estol, e s ento

    deve permitir que o avio alce vo. O atrito dos pneus com

    o solo diminui durante a decolagem porque a fora da

    sustentao aumenta gradualmente, aliviando a carga

    sobre as rodas.

    5. Se houver vento, deve-se decolar com o vento de

    proa, para diminuir a distncia de decolagem e aumentar

    o ngulo de subida. Mesmo que esse vento diminua

    repentinamente, a segurana do avio no ser afetada

    se o piloto deixou o solo com uma velocidade de 120% a

    130% da velocidade de estol.

    6. Condies idias de decolagem As condies

    mais favorveis para a decolagem so:

    * baixa altitude

    * baixa temperatura

    * pista em declive

    * vento de proa

    * ar seco

    Os flapes facilitam a decolagem, desde que sejam usados

  • de acordo com as instrues do Manual de vo do avio.

    7. Terminada a decolagem, inicia-se a fase de subida. Seguindo as instrues do manual de

    vo, o piloto deve reduzir a potncia e recolher os flapes quando o avio atingir uma

    determinada altitude.

    8. Tcnicas de pouso As duas tcnicas de pouso utilizadas so:

    * Pouso em trs pontos

    * Pouso em pista

    9. O pouso em trs pontos utilizado pelos avies com trem de pouso convencional. Nessa

    tcnica de pouso, o avio levado a entrar em estol rente a pista, tocando-a simultaneamente

    com o trem principal e a bequilha.

    10. O pouso de pista consiste em toca o solo com uma certa velocidade, sem deixar que ocorra

    o estol. um pouco mais suave e pode ser efetuado por avies com trem de pouso

    convencional ou triciclo.

    11. Ao efetuarem um pouso de pista, os avies com trem de pouso convencional tm maior risco

    de pilonagem e cavalo de pau porque eles tm o centro de gravidade localizado atrs do trem

    principal.

  • 12. Condies idias de pouso As condies

    mais favorveis ao pouso so:

    * Baixa altitude

    * Baixa temperatura

    * Pista em aclive

    * Vento de proa

    * ar seco

    Os flapes permitem aos avies aproximar com maiores ngulos de planeio e menores

    velocidades, sendo, portanto muito teis, principalmente em pistas curtas. Os slots e slats

    tambm funcionam dessa maneira, mas obrigam o avio a levantar exageradamente o nariz.

    Estabilidade longitudinal_________________

    1. Tipos de equilbrio Existem trs tipos possveis de

    equilbrio:

    * equilbrio estvel

    * equilbrio instvel

    * equilbrio indiferente

    A figura ao lado mostra alguns objetos com esses tipos

    de equilbrio.

    2. Um avio afastado da condio de

    equilbrio pode comportar-se de trs

    diferentes maneiras:

    * Estvel o avio tende a

    voltar ao equilbrio

    * Instvel o avio tende a

    afastar-se mais do equilbrio

    * Indiferente o avio continua

    fora do equilbrio

    O termo estaticamente indica apenas uma tendncia. Por exemplo, um avio estaticamente

    estvel tende a voltar ao equilbrio, mas, como veremos no prximo item 7, isso no garante que

    o avio realmente voltar e permanecer no equilbrio

    3. A asa de um avio, devido ao seu perfil assimtrico,

    estaticamente instvel. Por exemplo, se o ngulo de

    ataque aumentar, o centro de presso (CP) avanar,

    aumentando ainda mais o ngulo de ataque.

  • 4. Um avio torna-se estvel graas ao

    estabilizador, que serve para fazer o avio

    retornar sempre posio original de

    equilbrio. Por exemplo, se ele levantar o

    nariz, o ngulo de ataque aumentar,

    forando a cauda para cima.

    5. Para que um avio seja estaticamente estvel,

    necessrio que ele tenha nariz pesado, ou seja, o centro

    de gravidade deve estar localizado frente do centro de

    presso.

    Nessas condies, quando o avio recebe uma

    rajada ascendente, por exemplo, sua cauda ir subir

    mais rapidamente que o nariz, por ser mais leve. Isso faz

    o ngulo de ataque da asa diminuir, neutralizando o

    efeito da rajada.

    O centro de gravidade, porm, deve estar situado dentro de determinados limites

    estabelecidos pelo fabricante do avio.

    Se o centro de gravidade estiver situado demasiadamente frente (nariz muito pesado), o

    avio ficar demasiadamente estvel, a ponto de no responder adequadamente aos comandos

    do piloto.

    Se centro de gravidade estiver demasiadamente afastado (cauda muito pesada), o avio

    ter grande manobrabilidade, mas ser pouco estvel ou at mesmo instvel.

    6. Comportamento de um avio estaticamente estvel Um avio estaticamente estvel

    possui dois comportamentos caractersticos, que podem ser facilmente percebidos em vo:

    a) Reduzindo a potncia do motor, o avio abaixa o nariz e inicia uma descida, evitando

    automaticamente a perda de velocidade que poderia levar ao estol.

    b) Para baixar o nariz do avio, preciso forar o manche para frente; se largarmos o

    manche, este volta automaticamente para a posio original e o avio ergue o nariz, retornando

    ao vo nivelado.

    7. Evidentemente, um avio deve ser estaticamente estvel para poder ser pilotado. Entretanto,

    isso pode no ser suficiente, porque um avio estaticamente estvel pode apresentar trs tipos

    de comportamento quando afastado do equilbrio:

    a) Avio dinamicamente estvel volta ao equilbrio e logo de estabiliza

    b) Avio dinamicamente instvel tenta voltar ao equilbrio muito fortemente, e por isso

    as oscilaes aumentam cada vez mais.

    c) Avio dinamicamente indiferente tenta voltar ao equilbrio, mas sempre

    ultrapassa,oscilando sem parar.

  • 8. As possibilidades de equilbrio longitudinal de um avio podem ser resumidas no seguinte

    quadro:

    9. As possibilidades apresentadas no quadro acima podem ser melhor visualizadas na figura

    abaixo:

  • Estabilidade lateral______________________

    1. Quando um avio sofre um

    desequilbrio lateral, por exemplo, atravs

    de uma rajada assimtrica, ele pode

    apresentar um dos trs tipos de

    comportamento descritivos abaixo:

    a) Estaticamente estvel o

    avio tende a retornar o equilbrio inicial

    b) Estaticamente instvel o

    avio tende a desequilibrarse ainda

    mais

    c) Estaticamente indiferente o

    avio tende a continuar fora do equilbrio.

    2. A estabilidade lateral menos importante do que a estabilidade longitudinal porque os

    esforos laterais no avio so geralmente pequenos. Existem basicamente cinco fatores que

    influem na estabilidade lateral:

    a) Diedro

    b) Enflechamento

    c) Efeito de quilha

    d) Efeito de fuselagem

    e) Distribuio de pesos

    3. Diedro- Quando um avio est com as asas lateralmente desequilibrada, ele glissa na direo

    da asa mais baixa. Como resultada da glissada, surge um vento lateral sobre a asa.

    Dependendo do diedro, o avio poder ser estvel ou instvel, conforme mostram as figuras

    abaixo:

    NOTA: Evidentemente, se o diedro for nulo, o avio tende a ser estaticamente indiferente.

  • 4. Enflechamento Durante uma glissada ou derrapagem, o enflechamento faz com que uma

    das asas seja atingida mais diretamente pelo vento lateral, produzindo, portanto mais

    sustentao do que a outra. Isso influi na estabilidade lateral, conforme mostram as figuras

    abaixo:

    5. Efeito de quilha O vento lateral produz foras sobre as superfcies laterais do avio,

    podendo torn-lo:

    a) Estvel Quando a rea lateral acima do CG

    (Centro de gravidade) maior do que a rea lateral abaixo

    do CG (Ver figura ao lado).

    b) Instvel Quando a rea lateral abaixo do CG

    maior do que a rea acima do CG.

    6. Efeito de fuselagem O efeito de fuselagem

    diminui a estabilidade lateral, pois ele prejudica o efeito

    de diedro. Por exemplo, a fuselagem na figura ao lado

    impede que o vento lateral alcance o extradorso da asa

    direita do avio, diminuindo, portanto a estabilidade

    lateral.

    7. Distribuio dos pesos Nos avies de asa alta, a

    fuselagem age como se fosse um pndulo, aumentando a

    estabilidade lateral.

    Nos avies de asa baixa, o peso da fuselagem tende a

    aumentar o desequilbrio lateral do avio, reduzindo a estabilidade.

  • 8. Um avio no deve ter estabilidade lateral exagerada,

    porque deixaria de obedecer adequadamente ao

    comando dos ailerons.

    Por essa razo, em alguns avies de asa alta, a

    fuselagem atua como um poderoso pndulo

    estabilizador, cujo efeito precisa ser parcialmente

    neutralizado atravs do diedro negativo.

    9. Estabilidade dinmica lateral um avio estaticamente estvel (quanto ao equilbrio lateral)

    tende voltar ao equilbrio sempre que for lateralmente inclinado, porm nem sempre o

    conseguir. Existem trs comportamentos possveis

    Estabilidade direcional___________________

    1. A estabilidade direcional refere-se ao equilbrio de um avio em torno do seu eixo vertical. Se

    pressionarmos o pedal direito durante o vo, o nariz do avio desviar-se- para a direita.

    Quando a presso for aliviada, o comportamento do avio apresentar uma das caractersticas

    abaixo:

  • a) Estaticamente estvel o avio tende a

    voltar ao equilbrio

    b) Estaticamente instvel O avio tende a

    afastar-se do equilbrio, derrapando cada vez

    mais fortemente.

    c) Estaticamente indiferente O avio tende a

    permanecer fora do equilbrio, continuando a

    derrapar.

    A estabilidade direcional menos importante do que a estabilidade longitudinal porque gera

    esforos pequenos sobre o avio. Isso significa que no h risco estrutural imediato quando o

    avio tem pouca estabilidade direcional; ele ser simplesmente incmodo para pilotar.

    2. Basicamente existem dois fatores que influem na estabilidade direcional:

    a) Enflechamento

    b) Efeito de Quilha

    No captulo anterior, j vimos que esses dois fatores influem tambm na estabilidade lateral.

    3. Enflechamento Quando um avio de asa enflechada sofre um desvio para um dos lados,

    ele derrapar, ficando com uma das asas mais exposta ao vento relativo que a outra, criando

    mais arrasto. Dessa forma, aparecer uma guinada que pode equilibrar ou desequilibrar o avio,

    conforme o tipo de enflechamento.

    4. Efeito de quilha O efeito de

    quilha provocado pela ao do

    vento relativo sobre as reas

    laterais do avio. Quanto maior a

    rea lateral atrs do centro de

    gravidade, maior ser a

    estabilidade direcional do avio.

  • 5. Estabilidade dinmica direcional De maneira semelhante aos casos dos equilbrios

    longitudinal e lateral, um avio estaticamente estvel pode comportar-se de trem diferentes

    maneiras quando tenta voltar ao equilbrio:

    a) Dinamicamente estvel O avio volta ao equilbrio, amortecendo as oscilaes

    b) Dinamicamente instvel O avio tenta voltar ao equilbrio, mas no o consegue,

    oscilando cada vez mais fortemente.

    c) Dinamicamente indiferente O avio tenta voltar ao equilbrio, mas no consegue

    amortecer as oscilaes.

    NOTA: Por motivos didticos, as estabilidades direcionais e laterais foram estudadas

    separadamente. Na prtica, os movimentos de oscilao da asa e da cauda sempre ocorrem juntamente,

    criando movimentos combinados complexos, que no ser estudado neste curso.

    Parafuso_______________________________

    1. A figura mostra um avio sendo manobrado

    para entrar em parafuso. Inicialmente, o piloto

    reduz o motor marcha lenta e ergue

    gradualmente o nariz do avio. Este perde velocidade e, quando est prestes a

    estolar, o piloto pressiona um dos pedais a fundo, fazendo o avio derrapar.

    A derrapagem faz uma das asas estolar. Essa asa desce e o avio entra em parafuso.

    2. O parafuso pode tambm ocorrer acidentalmente. Isso acontece

    quando o avio entra em estol assimtrico, sob influncia de um dos fatores seguintes:

    a) Torque do motor Quando o avio est prximo ao ngulo crtico,

    o torque do motor tende a girar o avio no sentido contrrio ao da rotao da hlice.

    Este efeito muito mais pronunciado quando o avio entra em estol com motor,

    ou seja, sem que a potncia esteja reduzida.

  • b) Asas com incidncia diferentes Para compensar a influncia do torque do motor em vo

    de cruzeiro, o avio pode ter sido fabricado com incidncias diferentes nas asas. Entretanto, isso

    no corrige o efeito do torque no vo prximo ao estol; pelo contrrio, acentua-o ainda mais,

    porque a asa com incidncia maior estola antes da outra, podendo dar incio a um parafuso.

    c) Uso de ailerons prximo ao estol O piloto no deve usar os ailerons prximo ao ngulo

    crtico, pois o aileron que abaixa pode provocar o estol nessa asa, dando incio ao parafuso.

    mais seguro usar os pedais no lugar dos ailerons.

    d) Curvas Durante uma curva muito inclinada, o piloto deve tomar cuidado para no entrar em

    estol. Se isso acontecer, o avio estar com excesso de inclinao e pouca sustentao. A

    glissada resultante e o efeito de diedro faro o avio entrar em parafuso girando no sentido

    contrrio ao da curva.

    3. Curva Para fazer a recuperao de um parafuso, o piloto deve primeiramente interromper a

    rotao, pressionando a fundo o pedal do lado contrrio ao da rotao. A seguir, dever sair do

    mergulho, puxando progressivamente o manche, para evitar o estol de velocidade. Os parafusos

    no oferecem perigo ao avio, exceto quando ocorrem prximos ao solo.

    4. Parafuso chato - Aps dar algumas voltas em parafuso normal, os

    avies de cauda pesada acabam erguendo o nariz, tornando o

    parafuso chato, conforme mostra a figura ao lado. Se isso acontecer,

    a recuperao atravs dos comandos de vo torna-se impossvel.

    Entretanto, em alguns avies o piloto ocupa normalmente o

    assento traseiro quando vo s; nesse caso, ele pode mudar-se para o

    assento dianteiro, a fim de deslocar o centro de gravidade para a

    frente. Com isso, o avio baixar o nariz, voltando ao parafuso normal,

    que possibilita a recuperao conforme procedimento descrito no item

    anterior.

    5. Durante um parafuso chato, o avio desce girando em torno de si,

    no sentido vertical. Portanto, o ar escoa praticamente a 90 em relao

    ao eixo longitudinal do avio. Isso cria fortes turbulncias que tornam o

    profundor e o leme totalmente ineficazes para recuperar o avio do

    parafuso. Por outro lado, essas mesmas turbulncias criam forte

    arrasto, diminuindo consideravelmente a velocidade de descida do

    avio.

  • 6. O parafuso chato sempre acidental, isto , depende das caractersticas do avio, e no dos

    comandos do piloto. Portanto, quando no se tem certeza sobre a possibilidade do avio entrar

    em parafuso chato, necessrio iniciar a recuperao imediatamente quando ele entra em

    parafuso normal, a fim de impedir um possvel achatamento.

    7. O parafuso tambm chamado de auto-rotao porque, uma vez iniciado, o avio mantm a

    rotao por si s. Mesmo num parafuso normal, a velocidade do avio moderada, porque uma

    das asas est estolada, provocando grande arrasto. Todavia, quando a rotao interrompida

    para iniciar a recuperao, cessa o estol (e o arrasto devido a turbulncia), e a velocidade do

    avio aumenta rapidamente. Por esse motivo, a recuperao do mergulho deve ser iniciada sem

    demora, mas, conforme vimos, com a necessria suavidade.

    Teoria de vo de alta velocidade___________

    NOTA: O leitor dever verificar se a matria deste captulo faz

    parte do programa exigido para o seu curso.

    Introduo O vo dos avies de alta velocidade afetado pelo aparecimento de diversos

    fenmenos aerodinmicos que no ocorrem em baixa velocidade. Esses fenmenos do

    caractersticas especiais ao vo dos modernos avies executivos e comerciais a reao,

    surgindo da a necessidade dos seus pilotos de conhec-los antes de operar cada equipamento

    especfico.

    1. Vo em baixa velocidade

    Durante um vo em baixa

    velocidade, o avio desloca as

    partculas de ar que esto sua

    frente. Essa camada de ar, por

    sua vez, desloca as partculas de

    ar situadas mais a frente. Essa

    onda de impulsos em cadeia

    propaga-se sob forma de onde de

    presso esfricas, conforme

    mostra a figura abaixo,

    velocidade do som (aproximadamente 340m/s ou 1220 Km/h ao nvel do mar.)

  • 2. Graas a essa onde de impulsos, o ar atmosfrico situado muito frente do avio desloca-se

    antecipadamente, preparando-lhe a passagem. O escoamento do ar , suave e gera pequeno

    arrasto.

    3. Quando o avio voa na mesma velocidade do som, as ondas de presso no conseguem

    afastar-se do avio, pois este to veloz quanto elas. Em conseqncia, as ondas de presso

    ficam acumuladas no nariz do avio, formando uma fina parede de ar comprimido chamada

    onda de choque.

    4. fcil compreender que, na velocidade do som, as camadas de ar frente do avio no

    podem ser avisadas da aproximao deste. Elas so colhidas de surpresa e recebem o

    impacto do avio, sendo ento comprimidas e achatadas na onde de choque. Neste caso, esta

    recebe o nome de onde de proa, porque forma-se na proa (nariz) do avio. uma onda normal

    (ou seja, perpendicular) direo do vo. O ar comprimido dentro dessa onda dificulta o avano

    do avio, criando assim um grande arrasto.

  • 5. Quando o avio voa em velocidade superior do som, a onde de proa deixa de ser normal e

    torna-se oblqua, tomando a forma de um cone, que recebe o nome de cone de Mach. A

    abertura do cone forma o ngulo de Mach, conforme mostra a figura abaixo. Quanto maior a

    velocidade do avio, menor ser o ngulo de Mach.

    6. Nmero de Mach As velocidades elevadas so medidas atravs do nmero de Mach, que

    a razo entre a velocidade verdadeira do avio e a velocidade do som no mesmo nvel de vo.

    O termo Mach vem de Emst Mach, um fsico austraco que teve notvel destaque no

    estudo do fluxo supersnico.

    7. A velocidade do som depende unicamente da temperatura. Entretanto, o Nmero de Mach de

    um avio subindo a uma velocidade constante aumentar com a altitude. Isso acontece porque a

    temperatura diminui com o aumento da altitude, tornando menor a velocidade do som. Por tanto,

    o nmero de Mach aumenta e no devido ao aumento da altitude, mas devido diminuio da

    temperatura.

    8. Nmero de Mach crtico J sabemos que a velocidade do ar sofre um aumento no

    extradorso da asa. Isso d origem a um fenmeno de alta velocidade que ser explicado no

    exemplo a seguir.

    Suponhamos que um avio esteja voando a 800 Km/h numa altitude onde a velocidade do

    som seja igual a 1000 Km/h. Seu nmero de Mach ser ento 0,8. A figura abaixo mostra o perfil

    de asa desse avio, onde podemos notar que o escoamento atinge a velocidade de 1000 Km/h

    (Mach 1) num ponto do extradorso. Se essa velocidade for excedida, surgir a uma onda de

    choque, que poder faz a asa entrar em parcialmente em estol.

  • No exemplo acima, a onda de choque aparece pela primeira vez no avio num ponto sobre o

    extradorso da asa, junto fuselagem (onde a espessura do perfil maior), quando o avio

    ultrapassa o nmero de Mach 0,8. Dizemos ento que o Nmero de Mach crtico desse avio

    igual a 0,8.

    9. Camada limite uma fina camada de ar de baixa velocidade aderente superfcie externa

    do avio, a qual mantm os filetes superiores do ar escoando suavemente, acompanhando o

    perfil aerodinmico do avio. Se a camada limite separar-se da asa por um motivo qualquer, os

    filetes de ar deixaro tambm de acompanhar o perfil da asa, criando-se ento uma turbulncia

    a partir do ponto de separao.

    10. Quando um avio ultrapassa o Nmero de Mach crtico, aparece uma onda de choque sobre

    a asa. As presses elevadas que existem dentro dessa onda de choque dificultam o avano da

    camada limite, que poder inclusive para sobre o extradorso. Se isso acontecer, a camada limite

    serparar-se- da asa, gerando um turbilhonamento.

    Portanto a asa deve ser construda de modo que a onda de choque aparece o mais

    tardiamente possvel; ou seja, de modo que o Nmero de Mach Crtico seja maior possvel.

    11. Para aumentar o nmero de Mach crtico, podem ser usados perfis laminares ou perfis

    especiais chamados supercrticos. Nesses perfis, a curvatura do extradorso pouco

    acentuada, evitando grandes aumentos de velocidade; como resultado, a onde de choque s

    aparecer em velocidades (ou Nmeros de Mach) mais elevadas. Na figura abaixo podemos

    notar que o perfil comum possui um extradorso muito protuberante prximo ao bordo de ataque,

    o que no acontece com o perfil laminar e supercrtico.

  • 12. Numero de Mach crtico pode tambm ser aumentado atravs do uso de asas enflechadas.

    Nessas asas, a componente da velocidade do ar no sentido perpendicular ao comprimento da

    asa menos do que a velocidade do vento relativo sobre o avio, conforme mostra a figura

    abaixo. Isso faz com que a onda de choque no extradorso aparece mais tardiamente.

    13. O descolamento ou separao da camada limite pode ser evitado atravs dos Geradores de

    Vrtice (Vortex Generator, em ingls). Esses geradores so lminas inclinadas que funcionam

    como se fossem pequenas pontas de asa. O turbilhonamento induzido (estudado na pg.26,

    item 16) cria um filete de ar em aspiral de alta velocidade que choca-se de encontro camada

    limite prestes a estagnar, dando-lhe um novo impulso. A camada limite torna-se turbulenta, mas

    evitar o deslocamento, porque possui maior velocidade, ou seja, mais energia.

  • 14. Classificao dos avies De acordo com a velocidade do vo, o avio geralmente

    considerado como sendo de baixa velocidade at 350 Kt ou 650 Km/h, e de alta velocidade

    acima desse limite (no h concordncia universal quanto a esse valor). Temos ainda um outro

    critrio de classificao:

    a) Avies subsnicos quando voam abaixo do Nmero de Mach crtico

    b) Avies transnicos - quando voam acima do Nmero de Mach crtico, porm abaixo

    de Mach 1.

    c) Avies supersnicos quando voam acima de Mach 1.

    15. Limites de velocidade Os avies de alta velocidade devem respeitar dois limites de

    velocidade: a VMO e o MMO.

    a) VMO Velocidade mxima operacional, que estabelecida pelo fabricante, em funo

    da estrutura. Acima da VMO, o avio pode sofre danos estruturais.

    b) MMO Mach Mximo Operacional, que estabelecido pelo fabricante em funo do

    tipo de operao. Por exemplo, um avio do tipo subsnico no pode ultrapassar o MMO sem

    que apaream perigosas tendncias de vo caudas pelo aparecimento de ondas de choque.

    16. Envelope Aerodinmico Como a

    VMO e o MMO variam conforme a altitude

    em que o avio est voando, foi criado um

    grfico chamado Envelope Aerodinmico,

    que serve para indicar rapidamente a

    velocidade mxima que o piloto poder

    permitir que o avio desenvolva numa

    determinada altitude. No envelope mostrado

    ao lado, observamos que existe uma

    altitude de transio. Abaixo dessa

    altitude, o piloto dever evitar que a VMO

    seja excedida. Ele no precisar preocupar-

    se com o MMO, porque o avio atingir a

    VMO antes do MMO. Acima da altitude de transio, ocorre o contrrio: o piloto dever observar

    o MMO, evitando que o avio o exceda.

    17. Ondas de expanso o efeito contrrio ao da onda

    de choque. A onda de expanso aparece quando o fluxo

    de ar em alta velocidade obrigado a expandir-se.

    Passando atravs de uma onda de expanso, a densidade

    e a presso do ar diminuem bruscamente e a velocidade

    aumenta.

    18. Num aeroflio supersnico aparecem ondas de

    expanso e ondas de choque, conforme mostra a figura ao

    lado. Elas so aproveitadas para criar regies de alta e

    baixa presso, as quais geram sustentao. Existem

    diversos tipos de perfis supersnicos. A figura mostra um

    perfil em forma de cunha.

  • 19. Fluxo Transversal Sabemos que a presso

    na parte central do perfil menor do que no regio

    do bordo de ataque e do bordo de fuga, devido ao

    aumento da velocidade do ar. Isso faz com que as

    linha de fluxo numa asa enflechada no sigam a

    direo original do escoamento. No bordo de

    ataque, o ar se escoa em direo fuselagem e, no

    bordo de fuga, ele se escoa em direo s pontas

    das asas. Esse fluxo curvo est mostrado na figura

    ao lado, e chama-se fluxo transversal do

    escoamento.

    NOTA O fluxo transversal mostrado ocorre sobre a asa, acima da camada limite. Dentro

    da camada limite, h um outro fluxo transversal, que ser visto no item seguinte.

    20. Fluxo transversal da camada limite A camada limite numa asa enflechada escoa

    continuamente da raiz da asa em direo s pontas. Nesse percurso, ela perde velocidade

    devido ao atrito com a superfcie da asa e pode deslocar prximo s pontas, produzindo o estol

    nessas reas. Para evitar esse fenmeno causado pelo fluxo transversal da camada limite, so

    usadas barreiras chamadas wing fences.

    21. Deflexo aeroelstica das pontas Quando uma asa enflechada produz sustentao, ela

    fica um pouco torcida, de modo tal que as pontas ficam com ngulo de ataque menor. Como

    resultado, a parte central da asa, que fica junto fuselagem e localizada mais frente do que as

    pontas, passa a produzir a maior parte da sustentao. Isso equivale a deslocar o Centre de

    presso da asa para frente. Se esse deslocamento for muito grande, o Centro de presso

    poder ficar frente do centro de gravidade, reduzindo a estabilidade longitudinal do avio

    (conforme estudado na pg.69, item 5)

  • 22. Fenmenos do vo em alta velocidade O vo em alta velocidade pode dar origem ao

    mais variados fenmenos, alguns dos quais ainda hoje continuam em estudo, apesar de estarem

    sob controle. A figura abaixo mostra trs fenmenos tpicos que resultam do descolamento em

    diferentes regies de uma asa enflechada, geralmente ocorrendo inesperadamente quando o

    avio atinge um determinado nmero de Mach.

    23. O comportamento dos avies em alta velocidade e altitude depende do nmero de Mach, e

    no da velocidade. Assim, o piloto efetuar o vo de cruzeiro mantendo um determinado nmero

    de Mach, observando o MMO e outros limites (definidos em nmeros de Mach), a fim de evitar

    os problemas de controlabilidade e outros fenmenos de alta velocidade. Por esse motivo, o

    piloto utilizar a indicao de velocidade fornecida pelo velocmetro somente nas baixas

    velocidades. Durante o vo de cruzeiro, ele utilizar o nmero de Mach que o instrumento indica

    nas faixas mais elevadas de velocidade.