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.