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1 ~il«h NOt!6E. PRELIM_NAIIC. 1] 1. AERODINAMICA E TEORIA DE VOO - A Aerodinamica euma ciencia que faz parte da Fisica e estuda 0 movimento do ar e a sua interacao com os corpos. Em outras palavras, ela estuda os efeitos do movimento do ar sobre os corpos e os efeitos dos corpos sobre 0 movimento do ar. A Teoria de Voo, por sua vez, ea aplicacao da Aerodinamica ao projeto e a operacao das aeronaves em geral e ados avi6es em particular. 2. COMPRIMENTOS E DISTANCIAS - Em Aviacao, os comprimentos e dis tancias sao indicados em unidades rnetricas como 0 metro e 0 quil6metro e tarnbern em unidades inglesas como 0 pe, a milha terrestre e a milha mariti ma. NOTA: 0 pe equivale a 30,48 centfmetros e abrevia-se "ft"( foot). A milha terres tre (ou apenas milha) equivale a 1,609 km e abrevia-se "mi" (mile). A milha mariti ma equivale a 1,853 km e abrevia-se "nm" ("nautical mile"). Neste iivto, os textos em letras reduzidas, como na NOTA ] acima, fornecem somente intormecoes complementares. 0 tex to principal e as ilustrayoes contem toda a materia requerida. 3. VELOCIDADE - Ea distancia percorrida por unidade de tempo. Ern Avia 9800, alem das unidades rnetricas como rn/s (metro por segundo) e km/l: (qui 16metro por hora), sao tarnbern usadas as seguintes unidades inglosils • peporminuto(ft/min) • milhapar hora ( mph) • n6( kt) NOTAS: 1, "kt't e abreviaturade "knot", que significa "no", 2. "no" significa "milne neutice por note": porl.uuo lIov"",,,!, ,Ii:", simplesmente "100 nos" e nao "100 nos pothom" .'J ,I MASSA - E a quantidade de materia contida num corpo. As unidades de 111<1SSa mais comus sao: • kg - quilograma-massa ( ou apenas "quilograma") • Ib - libra ( 0,454 kg ) A massa de urn determinado corpo e invanavel, a menos que seja acrescen tada ou extrafda materia desse corpo. !l. FORCA - E tudo aquilo que e capaz de alterar 0 movimento de urn corpo. As unidades de torca mais comuns sao: • kgf - quiloqrama-torca • Ibf - libra-forca. "Alterar 0 movimento" significa "alterara velocidade", ou seJa, imcrar ou parar um movimento, acelerar, desacelerarou apenas mudar-Ihe a direcao. Uma torca sempre altera 0 movimento. Duas torcas nem sempre alteram, porque uma pode agir contra a outra e se cancelarem mutuamente. (i. PESO - E a torca que resulta da acao da gravidade sobre os corpos. 0 peso deve ser indicado em kgf ou Ibf ou outra unidade de torca. Convencionou-se chamar de quiloqrarna-torca ( kg') a torca que a gravidade ter restre exerce sobre 1 (um) quilograma-massa. Portanto um astronauta de 80 kg pesara 80 kg' na Terra. Isso leva muitos a confundirem massa com peso, imagi nando que 80 kg e 80 kg' sao a mesma coisa. Tal contusao nao existiria na Lua, onde 0 corpo do astronauta continuaria com 80 kg de materia, mas 0 peso teria diminufdo para 13 kg', devido a traca gravidade lunar. I OENSIDADE - E a massa por unidade de volume. Por exemplo, a gasoli 11<1 possui uma densidade igual a 0,72 kg/litro; ou seja, cada litro de gasoli 11<1 tern a massa de 0,72 kg. .i->: I unportante nao confundir densidade r--- ':OITl peso ou massa. Embora seja cos 1"IIIC'ilo cii70r que "0 chumbo e mais I" ";'1c!o '111C~ () isopor", 0 correto eafirmar (SOPOR'I"" "t i r.lunuhn 6 mais DENSO que 0 CHUMBO 1 kg "'''1'''' !\ II!IIII;\ <10 lado faz uma com 1''11'1','1'' ('lllln c!o;:; cubes de mesmo 1 kg I II , •.•• II !1111~; 1:1 JIII11:;~;( !~-; materials. ~_._- y :i 8. TRABALHO - Eo produto da torca pelo deslocamento. Por exemplo, fill urn trator empurrar uma pedra com uma torca de 400 kgf por uma dist~nclll de 20 metros, 0 trabalho executado sera 0 produto calculado como: Trabalho = 400 kgf X 20m = 8000 kgf.m rv' e- ~ -: c.:. ~-', 40\t ~" 0 kgf • -, I,," I. 'i - - " " •u [ .'\J L~~ \ )J ...__• ... "'- ...'.T Nota: "Produto" e a mesma coisa que "rnultipllcacao". 0 produto pode ser indicado de varias ma neiras: A = B x C ou A = B.C ou ainda A = BC , como eusual em formulas maternaticas. 9. ENERGIA - E tudo aquilo que e capaz de realizar trabalho. Existem diver sos tipos de energia, tais como: a) Energia ctnetice - E a energia contida num corpo em movimento. Um carnlnhao em alta velocidade possui energia clnetica, vulgarmente conhe cida como "embalo". Essa energia e utilizada pelo caminhoneiro para vencer a proxima subida. b) Energia Potencial Gravitacional - E a energia contida num corpo em posicao elevada. Um carnlnnao parade no alto de um morro possui energia potencial gravitacional. Aproveitando essa energia, um carninhao pode se mover mesmo com 0 motor parado, adquirindo velocidade morro abaixo. C) Energia de Pressao - E a energia contida num fluido sob pressao, Alguns exemplos sao os gases produzidos pelas explosoes, 0 ar comprimido usado para acionar ferramentas, 0 oleo sob pressao usado para acionar maca cos hidraulicos, etc. Existem muitas outras formas de energia, como a energia qulmica, energia terrnica, energia eletrica, energia nuclear, etc. A energia nao pode ser criada, nem destrufda ou consumida. Ela podI) ape nas ser convertida em outra forma de energia. Num automovel ocorrem sucessivas transtorrnacoes e transtorcnclas rio "11t"iJII1 o combustfvel possui energia qulrnlca, que se transforma em enOf!Jid 11'11 ""<:;1 ,,1';1 ves da combustao. A energia terrnica se transforma em enorqia do 1"0"'"-''' II"', gases de cornbustao, A energia de pressao se converte om ollllrq" I Illll( :iil,l, " I'" eixo do motor e a seguir em energia cinetica, no movimento rio ill III II 11M, .1 il 10. POTENCIA - Eo trabalho produzido por unidade de tempo. Para finali dades tecnicas, e comum calcular a potencia multiplicando a torca pela velocidade: [Patencia = For;.J(Velocida-;};; ] A potencia egeralmente medida em HP ( Horse Power, em inqles ), 0 HP equivale a potencia de um cavalo medic, que e capaz tracionar com uma torca de 76 kgf a velocidade de 1 metro por segundo. 11. ACELERACAo - E a variacao da velocidade por unidade de tempo. Por exemplo, se um autom6vel acelerar durante 10 segundos e atingir a velocidade de 40 mis, siqnificara que a sua velocidade aumentou de 4 m/s em cad a segundo. Matematicamente dizemos que a aceleracao foi de 4 m/s2 ("metros porsegundo ao quadrado "). 12. PRIMEIRA LEI DE NEWTON - De acordo com esta lei da Ffsica, todo corpo possui a tendencla de permanecer em repouso ou em movimento retilfneo uniforme. Essa tendencia chama-se "lnercia". Por isso a Primeira Lei de Newton etarnbern conhecida como "Lei da lnercia". 13. SEGUNDA LEI DE NEWTON - Esta lei afirma que a aceleracao e diretamente proporcional a torca aplicada e inversamente proporcional a massa do corpo. Matematicamente, escrevemos da seguinte forma: Force Aceterectio = Massa Eo importante compreender bem 0 significado dos termos "diretamente proporcio nal" e "inversamente proporcional", conforme explicado a seguir: "A acelerafiio ediretamente proporcional iI torce" - significa que quanta maior a torca, maiorea aceleracao. "A acelerafiio einversamente proporcional iI massa" - significa que, quanta maior a massa, menor ea aceleracao, A Segunda Lei de Newton permite complementar a Primeira Lei e afirmar que se nao houver uma torca atuando sobre um corpo, ele perrnanecera parade au em movimento retilfneo uniforme. ~) 14. TERCEIRA LEI DE NEWTON - Esta lei e tarnbern conhecida como "[ (II da Ayao e Reacao" e afirma que a toda acao corresponde uma reacao d(l igual intensidade, porern em sentido contrario. Por exemplo, se colocar mos um objeto pesando 2 kgf sobre uma mesa, esta exercera para cima uma torca igual a 2 kgf. Uma consequencia importante desta lei e que nao existem torcas isoladas no Universo. Assim como nao se pode evitar 0 aparecimento do reflexo diante de urn espelho, nao eposslvel aplicar uma torca sem que apareca a reacao oposta, AIorca de reacao, porern, nao e uma mera imagem, mas uma torca tao real quanta a acaoinicial. Por exemplo, um ovo ao cair no chao nao se partiria se a reagao do solo fosse uma simples lrnaqern. 15. MOMENTO, TORQUE au CONJUGADO - E tudo aquilo que pode causar rotacao, Na figu ra ao lado, uma torca aplicada a MANIVELA manivela produz um torque em torno do eixo, fazendo-o girar. 16. PREssAo - Ea torca por unidade de area. Area 1 cm2No pneu ilustrado, a pressao do ar interne e igual a 1,5 kgf/cm2 . Isso significa que em cada centimetro quadrado das paredes do pneu 0 ar exerce uma torca para fo ra igual a 1,5 kgf. Instalado num autornovel, este pneu tera uma area de contato com 0 solo de aproximadamente 200 cm2 , Para calcular a torca total entre 0 pneu e 0 solo, bas ta multiplicar essa area pela prassao: Forca = Pressao x Area Forca = 1,5 kgf/cm 2 x 200 cm2 = L~ 6 7 17. VELOCIDADE ABSOLUTA E VELOCIDADE RELATIVA - Velocidade absoluta e a velocidade de um corpo medida em relacao aTerra. Velocida de relativa e avelocidade medida em relacao a um outro corpo. Se do is autom6veis a 100 km/h deslocarem-se em sentidos opostos numa estra da, teremos uma velocidade relativa entre elas de 200 km/h. Mas se eles trafe garem no mesmo sentido, a velocidade relativa sera de zero km/h. 18. VENTO ABSOLUTO E VENTO RELATIVO - Vento Absoluto ou Aimostetico eo movimento do ar em relacao aTerra. Vento Relativo eo movimento do ar em relacao a um corpo qualquer. Em atmosfera calma, 0 vento relativo tem uma velocidade igual a do corpo em movimento, porern em sentido oposto. Portanto, se um aviao estiver subindo em atmosfera calma a velocidade de 160 km/h num angulo de 20 graus, 0 vento absoluto sera nulo, mas 0 vento relativo estara descendo a 160 km/h, num angulo de 20 graus. 19. VETOR - E uma grandeza rnaternatica que possui intensidade, dlrecao e sentido. as vetores sao usados para representar diversas grandezas ffsicas como torcas, velocidades, aceleracoes, pressoes, etc. Um vetor e representado graficamente por uma seta como na figura ao lado. Neste caso, 0 vetor ssta representando uma torca cuja intensidade e indicada por um nurnsro (40) e sua unidade (kgf); a dlrecao e inclinadae 0 sentido eda esquerda para a direita. Grandezas como a temperatura e a densidade nao possuem direcao nem sentido, portanto nao podem ser representadas por veto res. 20. COMPOSICAo DE VETORES - Eum rnetodo usado para determinar a resultante de dois ou mais vetores. Na figura abaixo, um aviao voa a 140 km/h em direcao ao leste. Ao mesmo tempo, ele se desloca lateralmente devido a um vento noroeste de 30 km/h. Para determinar a velocidade resultante do aviao, devemos fazer a cornposicao dos dois vetores. Um dos rnetodos conslste em desenha-los com os comprimentos corretos (por exemplo, em milfmetros) e tracar um paralelo gramo conforme mostrado abaixo. 0 comprimento da diagonal sera a velocidade resultante. 140 km/h 'U'o~ -- RESULTANTE 162,6 kmlh ~"'? " 21. DECOMPOSICAo DE VETORES - Eo processo contrario ao da Com posi980 de Vetores, pois aqui partimos da resultante para obter as compo nentes que nos interessam. Na figura ao lado, temos um carro de 900 kgf e dese jamos saber qual e a torca no sentido "Iadeira abaixo" exercida pela gravidade. Inicialmente desenhamos o vetor de 900 kgf, que sera a diagonal do paralelogra mo (neste caso um retanqu 10). Os lados desse retanqu 10 corresponderao respecti vamente a 450 kgf no senti do "Iadeira abaixo" e 780 kgf no sentido contra 0 solo. Podemos obter 0 mesmo resultado matematicamen te, mas isso nao sera ne cessario neste curso. 22. A cornposicao e a decomposicao de vetores sao utilizadas para facilitar 0 estudo de torcas e movimentos. Por exemplo, para aplicar as leis de Newton quando existem varias forcas agindo sobre um corpo, e mais tacll substitui-Ias por uma s6 forca, que ea resultante. No auto m6vel da figura acima, fizemos 0 contrario, decompondo uma forca inclinada (0 peso) em duastorcas mais face is de serem estudadas. r 9 l~ FLUID Fl,.q'I).-SATMO.FitA Etodo corpo que nao possui torma tixa. Existem duas especies lie! tluidps: la. Lfquidos - aqua, gasolina, 6leo, etc. lb. Gases - ar, oxiqenlo, vapor d'aqua, etc. 2. ATI\IO$FERA - Ea camada de ar que circunda a Terra. 0 ar e uma 1I11~tura de gases que contern aproximadamente 21% de oxiqenio, 78% de 11I1r-ogEmio e 1% de gases nobres, dioxide de carbona e outros gases diver :;()~. 0 vapor d'aqua nao e considerado componente do ar, apesar de estar Illl'8.5esernprs presente, assim como partfculas s61idase poluentes diversos. 3. PJ\RAMETROS ATMOSFERICOS - Sao as propriedades do ar atrnoste I icCJ; alas sao variavels e atetam 0 voo dos avi6es e 0 tuncionamento dos I llC,tores. Os parametres que nos interessam neste curso sao: a) Densidade b) Temperatura c) Presstio II. D~NSIDADE - Ja sabemos qul'€ densidade e a massa por uni daCde de volume. Como 0 volume de urna dada massa de gas e va ria"vel,a densidade tarnbern varia, na razaa inversa do volume. 'ssesignifica que a densidade e 0 vulurne variam nos senlidos opos 11):;, au seja, quando um aumenla, "lIulro diminui. PISTAO 5. TEMPERATURA ESCALA CELSIUS°c (Centigrada) 200 100°C 100 -l f- EBU L1<;:AO DA AGUA ZERO°C a -m- CONGELAMENTO DA AGUA -100 A temperatura e medida at raves de terrnornetros quo podem ser graduados em diver sas escalas. OF Aesquerda vemos um ter rnometro de mercuric graduado 400 em escala Celsius. Esse termo metro indicara 0 °C (zero graus 300 Celsius ou centfgrados) na tem peratura de congelamento da 200 aqua e 100°C na temperatura de ebulicao. 100 o terrnornetro da direita e identico, porern esta graduado em escala Fahrenheit, que e usada -100 nos pafses de lingua inglesa. Ele indicara 32 of (32 graus Fahre nheit) no ponto de congelamento da aqua e 212 of no ponto de ebu licao, ESCALA FAHRENHEIT 212'F EBULlvAo DA AGUA 32 of CONGELAMENTO DA AGUA 6. ESCALAS TERMOMETRICAS ABSOLUTAS - A natureza possui uma ESCALA KELVINK 400 373 K EBULlvAo DA AGUA 300 273 K CONGELAMENTO DA AGUA 200 100 ZERO ABSOLUTO temperatura minima absoluta, que e igual a 273°C (ou 460 OF) negativos. 0RII ESCALA Essa temperatura e , adotada como 0 "zero" das Escalas Termometrices 700 Absolutas, para uso em calculos. 600 A escala Kelvin, mostrada a .. _ 500 -, esquerda, utiliza a mesma graduayao da escala Celsius, porern deslocando 0 "zero" em 273 graus no sentido negativo, 400 para que coincida com 0 Zero Absoluto 300 natural. Dessa rnaneira, torna-se tacil calcular a temperatura Kelvin, pois basta 200 somar 273 a temperatura Celsius. 100 Adireita vemos a escala Rankine usada em pafses de lingua inglesa. Ela utiliza a mesma qraduacac da escala Fahrenheit, porern deslocando 0 "zero" em 460 graus negativos. RANKINE 672 OR EBULlvAo DA AGUA 492 oR CONGELAMENTO DA AGUA ZERO ABSOLUTO III 11 I tl DOS GASES Ie (\ lei da Fisica que descreve a forma pela qual '.'rlllllill" pll';.:,,,o," donsidade e a temperatura de um gas. Para entende-la IIIllllllv; II1II I 1ill', l:OII:;ideraremos tres aspectos distintos dessa lei: A) NUM GAS A DENS/DADE CONSTANTE, a presseo aumenta pioporciona/mentea temperatura. LATA FECHADA Na figura ao lado temos gas numa 1;11" fechada, portanto com volume e dens i ,1;lde constantes. A TEMPERATURA A chama aumenta a temperatura do AUMENTA. qas. 0 qual tenta expandir. Como a lata esta fechada, a pressao aurnentara, na mesma A PRESsAo proporcso da temperatura absoluta. TAMBEM. Por exemplo, se a temperatura absoluta (Kelvin ou Rankine) aumentar 2,37 vezes, a pressao tambern aurnentara nessa mesma proporcao ( 2,37 vezes) . B) NUM GAS A PRESSAO CONSTANTE, a densidade diminui proporciona/mente ao aumento da temperatura. Na figura ao lado, 0 pistao esta livre. 0 seu proprio peso exerce uma prassao constante sobre 0 gas.o gas aquecido pela chama se expan de; portanto sua densidade diminui. A proporciio inversa sera obedecida, ATEMPERATURA ou seja, se a temperatura for multiplicada por 2, a densidade sera dividida por 2. Lembrar que e necessario usar ADENSIDADE somente as Escalas Absolutas de Tempe ratura nos calculos, Por exemplo, quando se diz que "a temperatura aumentou 2 vezes", subentende-se que a temperatura em KELVIN ou em graus RANKINE aumen tou duas vezes. Consequentemente, 0 dobro de 27 graus Celsius NAo e 54 "C. 0 valor correto e 327 "C, conforme explicado " ;;(~CJI Jir: • ;, / "C ," ilJllal a 27 + 273 = 300 K • () <1111>111 d(~ :lllO K oiqual a 600 K • lilll) 1<:" 1<JlloIl" non ?13 327 "C Nt) I A I I, 'II'" "'I', ,11:1 'I ""'" ,I:" 'v' 'I ; 'I" ,,\as "600 Kelvin" e nao "600 graus Kelvin". AUMENTA. DIMINUI. C) NUM GAS A TEMPERATURA CONSTANTE, a densidade aumenta proporciona/menteapresseo. Por experiencla sabemos que a pres sao de um gas aumenta quando ele ecom primido por um pistao. 0 volume diminui, portanto a densidade aumenta. A densidade aumenta exatamente na mesma proporcao da pressao se a tem peratura for mantida constante. Mas se a A PRESSAO temperatura variar, a densidade variara DO GAS NAo proporcionalmente. AU MENTA. Lembrar que, quando comprimimos um gas, a energia rnacanica da compres A DENSIDADE sao se transforma em energia terrnica e 0 TAMBEM. gas se aquece. Pelo contrario, se diminuir mos a pressao, puxando 0 pistao para cima, o gas dentro do cilindro ticara mais frio. 8. PREssAo ATMOSFERICA - Ea pressao exercida pelo ar sobre todas as coisas que estao dentro da atmosfera. A exlstencia da pressao atrnosterica pode ser comprovada fazendo 0 vacuo no interior de uma lata vazia de paredes finas. A lata sera esmagada pela pressao atmosterica, porque no interior nao existe mais 0 ar para se opor a pressao externa. 9. VARIACAo DOS PARAMETROS ATMOSFERICOS - Ate uma deter minada altitude, a pressao, a densidade e a temperatura diminuem amedi da que a altitude aumenta. Alem disso, a umidade tarnbern diminui a den sidade do ar porque 0 vapor d'aqua e menos denso que 0 oxiqenio e 0 nitro genio do ar. as parametres atrnosfericos variam com a altitude e fen6menos meteo rol6gicos diversos, mas sempre obedecendo a lei dos gases. 10. ATMOSFERA PADRAo - Devido a grande variabilidade da atmosfera real, tornou-se necessario adotar uma Atmosfera Padrao, estabelecida atraves de uma convencao ou um comum acordo. Ela tem como finalidade padronizar as condi{:oes para a especiticeceo, determina{:ao e compereceo do desempenho de aeronaves e motores . Por exemplo, um aviao pode ter sua velocidade maxima especificada em 660 km/h a uma altitude de 10.000 metros na Atmosfera Padrao. Se um outro fabricante especificar uma velocidade superior, de 690 km/h, para 0 seu aviao, tal especifica gao so rnerecera crsdito se essa velocidade foi determinada em identicas condi goes, na mesma Atmosfera Padrao: caso contrario, a cornparacao sera invallda. 12 11. ATMOSFERA PADRAO ISA (leAD Standard Atmosphere) - Ea Atmosfera Padrao predominante na Aviacao, definida pela Orqanlzacao da Aviacao Civillnternacional (OACI, ou ICAO, em ingles) - com sede em Montreal, no Canada. Basicamente sao adotados os seguintes parametres para 0 nivel do mar: • Pressao : 1013,25 hPa (760 mm de mercuric) • Densidade: 1,225 kg/m3 • Temperatu ra: 15°C 12. 0 ALTIMETRO - 0 altfme TUBO i..tro usado nos avi6es baseia-se no princlpio de que a pressao atrnosferica decresce com a altitude. Portanto ele eum bare metro (aparelho medidor de pressao atrnosterica) funcio ENTRADAnando como altfmetro. DA PRESSAD ATMDSFERICA 13. ALTITUDE VERDADEIRA - E a altitude real em que 0 aviao se encontra, medida em relacao ao nlvel do mar. 14. ALTITU DE PRESSAO - Ea altitude base ada na pressao atrnosterica da Atmosfera Padrao. Numa atmosfera real, as press6es variam de maneira diferente da Atmosfera Padrao. Isso significa que a altitude pressao e diferente da altitude verdadeira. Todavia, isso nao prejudica a sequranca de vao, porque todos os avi6es que voam numa mesma reqiao estarao com erros iguais, 0 que afasta a possibilidade de colis6es. 15. ALTITUDE DENSIDADE - Ea altitude base ada na densidade do ar da Atmosfera Padrao, Na atmosfera real, a altitude densidade e diferente da altitude verdadeira, mas ela eusada para especificar a teto de subida, que e a altitude maxima que 0 aviao pode atingir. Na verdade, os desempenhos do aviao e do motor dependem da densidade do ar, portanto a altitude densidade poderia ser mais representativa do que a altitude pressao. Porern varias raz6es praticas, incluindo a dificuldade de se construir um densimetro etmosterico simples, favoreceram a adocao da altitude pressao, 1J \~ s~ 1. ESCOAMENTO - 0 movimento de ESCOAMENTO12 .. TURBULENTO um fluido gasoso ou Ifquido edenomina , I )rdo escoamento, 0 qual pode ser de dois \1 tipos: • Laminarou lamelar ESCOAMENTO LAMINAR • Turbulento ou turbilhonado A figura ao lade ilustra as dois tipos de escoamento, atraves do exemplo da furnaca de um cigarro. CIGARRO 2. TUBO DE ESCOAMENTO TANQUE E a canalizacao par onde ~..::...~- escoa 0 fluido. Existem dois tipos de tubo de escoamen to: • Tuboreal TUBO IMAGINARIO (jato de agua) TUBO REAL (mangueira)• Tubo imaginario 3. EQUACAO DA NO ESTREITAMENTO A AGUA CORRE MAIS DEPRESSA 1 CONTINUIDADE - E uma lei do escoamento, a qual afirma, de forma simplificada: "Ouento meis estreito for 0 tubo de escoamento, tneior sera a velocidade do tlukio, e vice-versa". C~l~l,. ?f' // 8. 15 14 4. TUNEL AERODINAMICO - A Equa<;:ao da Continuidade torna possfvel a funcionamento do tunel asrodlnamtco, que eusado para testar modelos de avi6es durante a fase de projeto. MOTOR \ NO ESTREITAMENTO, OAR ESCOA MAIS RAPIDAMENTE VENTILADOR 5. PRESSAO ESTATICA, PRESSAO DINAMICA E PRESSAOTOTAL Pressao eststice eaquela que nao depende do movimento do fluido, tal como a pressao do ar num pneu, a pressao atmosterica, etc. Pressao dinamica eaquela provocada pelo impacto do ar e depende do vento. Ela ecalculada pela f6rmula abaixo, que deve ser memorizada. MANOMETROq=.!-pv2 (1~~~lad~ ~:,e~~~o ~ I2. L Ve/ocidade (ao quadrado) l VENTODensidade (soprando contra a abertura do tuba) 1 (Ietra grega "to") l Pressao dinamica Pressiio total ea soma das duas (estatica e dlnarnica). a man6metro acima recebe a pressao total, porque a pressao astatica nao cessa quando surge a pressao dinamica. 6. VELOciMETRO - a velocfmetro dos avi6es mede a velocidade do vento relativo do ar externo. Ele ena verdade um man6metro com duas entradas de pres sao. Uma delas recebe a pressao estatica VELociMETRO e a outra recebe a pressao total (estatica e dinamica). As duas pressoes estancas se cancelam dentro do instrumento, restando somente a dlnarnlca, que e apresentada Entrada de ptessao estauca ~' ao piloto sob forma de velocidade. Entrada de pressao total .------ 7. SISTEMA PITOT-ESTATICO - Eo sistema destinado a captar e distribuir as press6es estatica e total aos instrumentos que as utilizam. • 0 altfmetro e 0 veriometro (instrumento ainda nao estu dado) funcionam com a presseo estetice. • 0 velocfmetro funciona com a presstio estetice e a pres sao total. pressao Para captar essas press6es, 0 estatica pressaot totalt aviao possui uma tomada de pressao estatica e uma tomada de pressao total (denominada TOMADA DE ----1 PRESsiio ESTATICATubo de Pitot). Em asssncla, a tomada de pressao estatica e um oriffcio na parede externa do avlao, sobre 0 qual o ar passa simplesmente tanqenclando. 0 Tubo de Pitot, pelo contrario, tem um oriffcio voltado contra 0 vento, a fim de captar a pressao de impacto do ar, 8. Nos avi6es de pequeno porte, ecomum encontrar 0 Tubo de Pitot e a tomada de pressao estatica incor porados num s6 dispositi-PRESsiio t t PREssiio YO, conforme esquemati- ESTATICA II II TOTAL zado ao lado. a formato pode ser tarnbern bastan te diferente em alguns avioes, podendo haver ainda dispositivos de ~I aquecimento eletrico ENTRADA LATERAL t ENTRADA DE DE PREssiio ESTATICA I PREssiio TOTALcontra formacao de gelo. 9. VELOCIDADE INDICADA (VI) - E a velocidade indicada pelo velocfmetro, a qual somente e correta para um aviao voando ao nfvel do mar, na Atmosfera Padrao, o velocfmetro e calibrado na fabrica para dar Incicacoes corretas ao nivel do mar na Atmosfera Padrao. Acima do nivel do mar, a densidade do ar diminui, fazendo com que a pressao dinarnlca tambem diminua. Ora, como 0 velocimetro e um man6metro que mede a pressao dinarnica, ele indicara uma velocidade menorque a verdadeira, mesmo na Atmosfera Padrao. Apesar de incorreta, a VI oferece mais sequranca ao pilato porque 0 comportamento do aviao depende mais da pressao dinarnica (mostrada como VI) do que da velocidade verdadeira do vonlo. TUBO DE PITOT 17 Hi 10. VELOCIDADEAERODINAMICA (VA) - E a velocidade do aviao em relacao ao ar. Ela e tarnbern denominada Velocidade Verdadeira e deve ser usada nas formulas rnaternaticas de Teoria de Voo. Para a Naveqacao Aerea, a VA ainda nao e a velocidade real do aviao. E necessario corrigi-Ia em tuncao do vento atmosferico, a fim de obter a Velocidade em Relar;80 ao Solo (Vs). 11. TEOREMA DE BERNOULLI - Euma importante lei da Mecanica dos Fluidos, que pode ser resumida nos seguintes termos: "Um aumento na velocidade de um fluido em escoamento causa uma redufao na pressiio estetice". Uma das aplicacoes do Teorema de Bernoulli eo Tubo de Venturi, 0 qual possui um estrangulamento onde 0 fluido sofre um aumento de velocidade e consequente reducao de pressao, 0 Tubo de Venturi e usado para gerar "vacuo" destinado a alguns instrumentos do aviao e tarnbern em pulveriza dores de Ifquidos, carburadores dos motores a pistao, etc. TUBO DE VENTURI AGUA PUL7RIZADA VENTO AR AGUA A AGUA SOBE POR ESTETUBO RESERVATORIO FECHADO Popularmente se afirma que 0 tubo de Venturi produz uma succao, mas 0 ar produz apenas pressao, nunca succao, No tubo de Venturi acima, a aqua nao foi sugada, mas empurrada pelo ar que entrou pelo outro tubo. Se 0 reservatorio estiver aberto, ainda assirn a aqua subira empurrada - pela pressao atrnosferica. Na garganta do tuba de Venturi a pressao estatica diminui, mas a pressao dinamica aumenta devido ao aumento da velocidade. A soma das duas, que ea prassao total, rnantern-se constante ao longo do tubo. Lembre-se que os textos em letras reduzidas como 0 acima sao apenas notas complementares e que 0 texto principal e as ilus trecoes contem toda a materia do curso. G50MtnliA iI)O·I:A~IAi··;:,ij' 1. A figura abaixo mostra a nomenclatura das principais partes de um aviao, A funcao de cada uma delas sera vista durante 0 curso. EMPENAGEM !!!!!! !!!!!!I. It: _ ~ DERIVA (,...--- HELICE 1;$/ PINNER"i ....., "S CARENAGEM DA RODA I t RODA TREM DE POUSO TREM DE POUSO \ PRINCIPAL DO NARIZ J Y TREM DE POUSO 2. Quanto a tuncao aerodinarnica, as partes do aviao podem ser generica mente c1assificadasem: a) Superficies eerodintimices - sao aquelas que produzem pequena resistencia ao avanco, mas nao produzem nenhuma torca util ao voo. Exemplos: • "Spinner" • Carenagem da roda b) Aerof6lios - sao aquelas que produzem torcas uteis ao voo. Exemplos: • Helice • Asa • Estabilizador ---- 19 1B :3. ELEMENTOS DE UMA ASA A figura ao lado mostra os prin cipais elementos geometricos deumaasa: • Envergadura (b) • Corda (c) • Raizdaasa • Ponta da asa • Bordo de fuga ~ • Bordo de ataque "J BORDO DE PONTA ATAOUE DAASA Temos ainda a area da asa (geralmente representada pelo simbolo S ), que e igual ao produto da enver gadura pela corda: S=b.c 4. PERFIL - Eo formato em corte da asa. Existem dois tipos de perfis: a) PerfilSimetrico - e aquele que pode ser dividido por uma linha reta em duas partes iguais (a parte de cime eigual a de baixo). b) Perfil Assimetrico - e aquele que nao pode ser dividido por uma linha reta em duas partes iguais (aparte de cime ediferente da parte de baixo). PERFIL ASSIMETRICO 5. ELEMENTOS DE UM PERFIL as principais elementos geometricos de um perfil sao os seguintes: • Bordo de ataque - e a extremidade dianteira do perfil • Bordo de fuga - e a extremidade traseira do perfil • Extradorso - e a superffcie ou Iinha superior do perfil • Intradorso - e a superffcie ou linha inferior do perfil • Corda - e a linha reta que liga 0 bordo de ataque ao bordo de fuga • Linha de curvatura media (ou Linha media) - e a linha que equidista do intradorso e do extradorso LlNHA DIS cURvA'rURA MEDIA _---------------b6R-;;7---- ... ~-- ....\ BORDO DE BORDO DE---. FUGA '-'-----'-'-'-'-'-'-'-'-'-'-'--j"- ATAOUE INTRADORSO o perfil acima e asslrnetrlco, portanto 0 extradorso tem curvatura mais acentuada do que 0 intradorso. Num perfil sirnetrico, ambos terao a mesma curvatura; alem disso, a linha de curvatura media sera uma reta coincidente com a corda. 6. ANGULO DE INCIDENCIA - Eo angulo formado entre a Iinha de corda da asa e 0 eixo longitudinal do aviao. ASA 1 EIXO T LONGrrUDINAL ANGULODE 0) INCIDENCIA o eixo longitudinal e uma Iinha de reterencia imaqinaria do avlao e geralmente coincide com a dire9ao do vao horizontal previsto no projeto. 7. DIEDRO - Eo angulo formado entre 0 plano da asa e 0 plano horizontal de reterencia. Se as pontas das asas estiverem acima do plano, como na figura, o diedro sera positive, Caso contrario sera negativo, podendo ainda ser nulo. ... ._nnnn_n"'::;;~OOO -- 20 21 Este capitulo esta dividido em: • Generalidades • Sustentafao • Arrasto ( GENERALIDADES ] 1. Durante 0 voo normal de um aviao, 0 ar escoa pela asa com maior velocidade no extradorso do que no intra dorso, devido asua curvatu ra rnais acentuada. 0 au mento de velocidade cor responde a uma reducao na pressao, de acordo com 0 Teorema de Bernoulli. 0 resultado e uma torca que empurra a asa para cima e para tras, conforme rnostra do ao lado. Essa torca e a Resultante Aerodinsmics, que esta aplicada num pon to do aerof61io denominado Centro de Pressao (CP). A explicacao acima, como tarnbern outras ja apresentadas, podem eventual mente ser nao muito convincentes sob 0 ponto de vista intuitivo. Neste Iivro estamos nos limitando as explicac;:6es classicas (as quais sao, apesar de tuoo, corretas), pois as quest6es em provas se baseiam nelas. 2. No aerof61io abaixo, a Iinha de corda forma um anqulo ex (alfa) com a dire <;;ao do vento relativo. Esse anqulo e denominado Angulo de Ataque. Nessas condicoes, 0 aerof61io gera uma Resultante Aarodinarnica "RA". Angulo de Ataque ex -~~~~~~~O~Q~ __L _ VENTO Se aumentarmos 0 anqulo de ataque, RA aurnentara e 0 CP podera se deslocar ou permanecer im6vel, dependendo do tipo de perfil: PERFIL ASSIMETRICO : o Centro de Pressao desloca-se para a frente. P • RA anterior ,,"""",0 ~r--- VENTO Observar que 0 CP avancou. PERFIL SIMETRICO : o Centro de Pressao nao se desloca. '0""""00 ~l----- VENTO ----- ')'>.. --~:1 Para facilitar 0 estudo das torcas num aerof6lio, a resultants edividida em duas componentes: , ,: I ,, :I SUSTENTAf;AO ( L ) - E a componente da resultante aero I II I dinarnica perpendicular a dire !!IJ : ~ls Ir;:ao do vento relativo. Esta e a I:!,'/ I ,., ~ IL ilJ, fjforca util do aerof6lio. /f/~ : I ,/# IARRASTO (D) - Ea compo , I :: , Inente da resultante aerodlnarnica paralela a direcao do vento ,I :I relativo. E geralmente nociva e I deve ser reduzida ao rninirno VENTO II possfvel, Lembre-se que nao existem trss torcas agindo no aerof6lio ( RA, LeD). Existe apenas uma, que ea resultante aerodinarntca RA. Matematicamente fazemos a decomposicao do vetor RA em doisvetores componentes LeD apenas para facilitar 0 estudo. As abreviaturas LeD vern do ingles "Lift" (sustentacao) e "Drag" (arrasto). 4. A sustentacao e a componente da resultante aerodinarnica perpendicular (nem sempre vertical) ao vento relativo. E 0 arrasto nem sempre e horizon tal. Quando 0 vento relativo e inclinado, a sustentacao e 0 arrasto sao inclinados em rela r;:ao a finha do horizonte. ------~~~~~~------- ( SUSTENTAQAO I Nesta parte do capitulo estudaremos separadamente a forca de sustenta cao. Iniciaremos examinando a tnfluencia do anqulo de ataque ( a )sobre a sustentacao, E precise compreender perfeitamente como os perfis se comportam nos quatro diferentes anquios de ataque a seguir, sem se confundir com as diferenr;:as entre os perfis assirnetricos e slrnetricos. 2:~ ~). ANGULO DE ATAQUE POSITIVO A sustentacao e positiva qualquer que seja 0 perfil. V'=NTO 6. ANGULO DE ATAQUE NULO A sustentacao depende do perfil. NAO HA _ SUSTENTA9AO VENTO -~._------------------~ PERFIL ASSIMETRICO PERFIL SIMETRICO 7. ANGULO DE ATAQUE DE SUSTENTAC;AO NULA (alo ) A sustentacao e nula. a.La e levemente negativo. a.La e igual a zero. VENTO JII!-~ +__ ~ \ PERFIL ASSIMETRICO PERFIL SIMETRICO ~ J 8. ANGULODEATAQUE MENORQUEOANGULODE SUSTENTAC;AO NULA VENTO A sustentacao e negativa gualquer que seja 0 perfil. E usado em voo de dorso. 25 ;'·1 TESTE: Se 0 anqulo de ataque de um aerof61io e negativo, a sustentacao ~;er(i: a) Positiva b) Negativa c) Nula d) Qualquer uma das acima e possfvel l tosposta e cornentario no rodape da paqlna 25. 9. ANGULO DE ATAQUE CRITICO - Quando 0 anqulo de ataque e au mentado, a sustentacao aumenta ate atingir um valor maximo num anqulo denominado Angulo de Ataque Crftico ( a cri! ), tarnbern conhecido como Angulo de Sustenteceo Maxima ou Angulo de Estol. Ultrapassando esse anqulo, a sustentacao diminui rapidamente e 0 arrasto sofre um enorme acrescirno, Esse fen6meno chama-se estol. PRE-ESTOL ESTOL Ultrapassando 0 Angulo Crftico, os liletes de ar nao mais acompanham a curvatura do extradorso, e 0 escoamento torna-se completamente turbulento 10. COEFICIENTE DE SUSTENTACAo (CL) - Eum nurnero que indica a capacidade de um aerof6lio produzir sustentacao, 0 valor de CL e determi nado atraves de testes em tunel de vento e depende do formato do aero folio e do angulo de ataque. A figura abaixo mostra um exemplo da intluencia do formato do aerof61io no coeficiente de sustentacao maximo do perfil. C L maximo = 1,1 CL maximo = 1,8 I )('I 1111) III ~ cortes limites, os perfis mais curvos e espessos possuem maio rr v , I; II Ii II :11 I;Ill(~~; lie sustentacao (CL). o aerol6lio acima encontra-se no Angulo de Ataque Critico, no qual a sustsntacao atinge 0 seu valor maximo. Observar 0 infcio da turbulencia no extradorso. 11. Embora calculos rnaternaticos nao facarn parte do curso, e necessario memorizar a f6rmula abaixo (F6rmula da Sustentacao): Densidade do Ar Coeficiente de SustentsfBol I SUSTENTA9AO • L =-..:L PV 2S CL Velocidade 2 J L Area da Asa Eimportante interpretar a f6rmula acima. Ela afirma que: a) A sustentacao depende somente de quatro fatores: • Densidade do ar • Velocidade • Areadaasa • Coeficiente de sustentacao Convern lembrar que no Coeliciente de Sustentacao estao subentendidos o formato do aerof6/io (espessura e curvatura) e 0 lingulo de ataque. Logo, se variarmos 0 angulo de ataque, 0 Coeliciente de Sustentacao sera alterado e, portanto, a sustentacao, b) A sustentacao Ii proporcional (ou diretamente proporcional) a: • Densidade do ar • quadrado daVelocidade~ • Areadaasa • Coeficiente de sustentacao Observar que a velocidade participa duas vezes na F6rmula da Sustentacao (pois V2 = V x V). Na pratica isso signilica que a velocidade e 0 lator que inlluencia mais lortemente 0 valor da sustentacao, Resposta da questao da pagina anterior: No caso do perfil slrnetrico, a sustentacao sora (;1111, I mente negativa. Eo perfil asslrnetrico ? Bem, ja sabemos que um aerofolio asslrnetnco plln"111 sustsntacao positiva quando 0 angulode ataque e nulo. Assim sendo, podemos diminulr 111111""1 co 0 anqulo de ataque para um valor levemente negative e continuar com sustentacno ponrnv« Continuando a diminuir 0 angulo, a sustentacao dimlnulra ate se tornar nula. Nessa pOllio, f ",1111" mos exatamente no angulo de sustentacao nula. Obviamente, se prossequlrmos <111111111111111" alern desse ponto, a sustentacao se tornara negativa. Portanto, dependendo do qlli\lIlll l \j l1llvl ' " o anqulo de ataque, a sustentacao pode ser positiva, nula ou negativa. A rospostn (;011,,111'" "II" :'(; ( ARRASTO ) 12. Conforme estudado anteriormente, 0 arrasto ea componente da resultante aerodinarnica paralela ao vento relativo. 0 arrasto aumenta amedida que 0 anqulo de ataque aumenta, porern de forma nao proporcional. Ele cresce lentamente no inicio e rapidamente no final. a) Em pequenos anqulos de ataque ha pouco arrasto. Um pequeno aumento no anqulo produz uma insignificante variacao no arras to. 0 escoamento do ar e suave e nao ha turbulencia percepti vel. b) Em anqulos de ataque modera dos, 0 arrasto torna-se significati vo e corneca a aumentar de uma forma cada vez mais rapida. No extradorso surge um pequeno turbilhonamento que cresce rapi damente. c) Quando 0 anqulo de ataque e grande, 0 arrasto e 0 turbilhona mento tarnbern sao grandes. Alern disso, um pequeno aumen to adicional no anqulo de ataque aurnentara consideravelmente 0 arrasto. :1 I I:L ARRASTO E TURBULENCIA - A causa do arrasto nao ea turbuto f)l:III o arrasto e provocado pela distribuicao destavoravel de pressoes quo ~;ll forma devido aseparacao dos filetes de ar da superffcie do aerof6lio. o estudo do arrasto ecomplexo e os detalhes, associados aviscosidade e acamada linIIll1 , Him pouca utilidade para 0 piloto. Em termos praticos, podemos considerar 0 descolamenlo Oil d ssparacao como a causa, e 0 arrasto e a turbulencla como efeitos. Dessa forma, os corpo.: aerodinamlcos e os aerof61iospossuem formatos afilados e suaves para evitar 0 descolamonto do fluxo; trata-se de eliminar a causa para evitaros efeitos. 1-1. 0 arrasto ecalculado atraves de uma formula rnatematica muito semel han te a Formula da Sustentacao: Densidade do Ar ~ I Coeficiente de Arrasto ARRASTO • 0 =~ P V2 SeD Velocidade ~ LAreadaAsa Nao detalharemos este assunto porque e completamente analoqo ao item 11 da paqina 25. Fazendo essa analogia, etacil concluir que: a) 0 arrasto depende somente da densidade, velocidade, area da asa e coeficiente de arrasto. b) 0 arrasto eproporcional adensidade, quadrado da velocidade, area da asa e coeficiente de arrasto. NOTA: Nao esquecer que 0 lingulo de ataque e 0 forma to do aerof6/io estao subon tendidos no coeficiente de arrasto. I ~). ARRASTO INDUZIDO - A pressao do ar no intradorso da asa emaior do que no extradorso. Isso Iorca0 ar do intradorso a escapar pa ra cima pelas pontas das asas, formando dois vortices em es piral. Porem 0 ar que escapa reduz a sustentacao da asa, tornando necessario aumen tar 0 anqulo de ataque para recompor a sustentacao. Mas isso cria um arrasto adicional. Esse "adicional" recebe 0 no me de Arrasto Induzido. 29 ?B TURBILHONAMENTO16. 0 turbilhonamento induzido INDUZIDO (ou v6rtice induzido) e maior nas baixas velocidades e ....... grandes anqulos de ataque, como ocorre na decolagem ou ~ ~ nopouso. 17. ALONGAMENTO - Para diminuir 0 arrasto induzido, os avi6es de alto rendimento possuem asas com grande alongamento. 0 alongamento e a razao entre a envergadura e a corda media qeometrica da asa (matemati camente e tarnbern igual arazao entre a quadrado da envergadu ra e a area da asa). b _ b 2 ALONGAMENTO = CMG S onde: b ------------- envergadura S ----------- - - area da asa CMG ou c---- Corda Media Geornetrica ! 1e ASA DE GRANDE ALONGAMENTO b------~ A Corda Media Geornetrica (CMG) nao deve ser confundida com a Corda Media Aerodinarnlca (CMA), que possui uma detinicao maternatica mais complexa. A CMA nao sera utilizada neste curso. 18. Um outro recurso usado para dimi nuir 0 arrasto induzido sao dispositi vas como os tanques mostrados na ~ ~ ~ ilustracao, que funcionam como barreiras ao ar do intradorso que \tenta escapar em direcao ao extra TANQUE DE PONTA DE ASAdorso pelas pontas das asas. 19. ARRASTO PARASITA - Eo arrasto do aviao quando a sustentacao e nula (au a "parcela do arrasto que niio depende da suetemeceo"). A definicao segundo a qual "0 arrasto parasita e0 arrasto de todas as partes do aviao que nao produzem sustsntacao" e incorreta e antiga. Trata-se de uma inter pretacao equivocada da equacao exposta a seguir, que define matematicamente 0 coeficiente de arrasto parasita. Matematicamente, 0 arrasto e expresso pela equacao abaixo, aqui apresentada apenas a titulo de intormacao: cE~' COEFICIENTE DE 0ARRASTO TOTAL -CD = ~0= C Do + 1TeAR COEFICIENTE DE ~ COEFICIENTE DE ARRASTO ARRASTO PARASITA INDUZIDO, QUE DEPENDE DA SUSTENTAC;;Ao o coeficiente de arrasto parasita definido por esta aquacao refere-se ao aviao completo, sem a antiqa dtstincao entre "partes que produzem sustentacao" e as que "nao produzem sustentacao", ~)o. AREA PLANA EQUIVALENTE E a area de uma placa plana perpendicular ao vento relativo, cujo arrasto e equivalente ao arrasto parasita do aviao, Par convencao, 0 coeficiente de arrasto da area plana equi valente e considerado igual a 1. Isso permite calcular facilmente a arrasto parasita do aviao, bastando multiplicar a valor da area pela pressao dinamica. -t; Dp - Arrasto Paras ita " AREA PLANAEQUIVALENTE Devido aconvsncao adotada, a area plana equivalente eum pouco maior do que a area real de uma placa com arrasto igual ao arrasto parasita do aviao. 0 uso de valores reais como CD igual a 1,28 foi abandon ado por raz6es praticas. Uma das apllcacoes destes conceitos e na avlacao militar, onde os valores das areas planas equivalentes dos avi6es, helic6pteros e acess6rios externos como tanques adicionais, guinchos, lanya-foguetes, etc, sao tabelados e podem ser con sultados para se avaliar 0 arrasto da aeronave com esse equipamento instalado. ;) 1. RELACAO UD - E a razao (divisao ou quociente) da sustentacao pelo arrasto. A relacao UD varia com a anqulo de ataque eo seu valor maximo chama-se reteceo UO maximo ou (UO)max' Em pequenos anqulos de ataque, a relacao UD e baixa porque a sustentncno e baixa. Em grandes anqulos, a sustentacao aumenta, mas 0 arrasto aumentn 1111 lito mais, portanto a relacao UD e tarnbern baixa. 0 valor maximo ocorre no iinOlllo de ataque de 2 a 5 graus. Alguns planadores de alto rendimento possuem um villol I ID maximo igual a 50, indicando que produzem uma sustentacao 50 ve70S 1II111", do que 0 arrasto. Porern a maioria dos avi6es a motor possui um valor bastanto 1111, 'II' ir. : \() ~ DI.~~~l'rlvoe® IIIPI"-'lIe-rI"NrAI)Oal"e 1. Ja vimos que todo perfil tem um coeficiente de sustsntacao maximo, 0 qual nao pode ser ultrapassado, devido a um infcio de descolamento no extrador so da asa quando esta atinge 0 anqulo de ataque crftico. Entretanto, usando os chamados disposltivos hipersustentadores, epossfvel aumentar conside ravelmente 0 coeficiente de sustentacao, A figura abaixo mostra os tipos de dispositivos hipersustentadores mais utilizados em avi6es: 0 flape eo slot (au fenda). ~-- ~~ ~ FLAPE~ C SLOT ou FENDA 2. FLAPE - Eum dispositivo hipersustentador que serve para aumentar a curvatura ou arqueamento do perfil, aumentando dessa forma 0 seu coefici ente de sustentacao, 0 anqulo crftico do aerof6lio diminui um pouco, pois 0 flape produz uma perturbacao no escoamento que influencia 0 fluxo de ar no extradorso da asa. Alguns dos tipos mais comuns estao mostrados abaixo: ..~-......... ~ FLAPE SIMPLES FLAPE VENTRAL "=" FLAPE COM FENDA FLAPE TIPO "FOW~~ Os flapes funcionam tarnbern como freio aerodinamico porque aumentam 0 arrasto do aerof6lio. 0 flape tipo "Fowler" aumenta tarnbern a area da asa e proporciona 0 maior aumento no coeficiente de sustentacao, mas nao e muilo utilizado om avioos loves, devido ao maior custo e complexidade. :i 1 3. SLOT - 0 slot, tarnbsrn denominado fenda ou ranhura, e urn cHsposlflvo hipersustentador que aumenta 0 anqulo de ataque entice do aorol61lo SOil' alterar a sua curvatura. Consiste numa fenda que suaviza 0 escoarnonto Ill> extradorso da asa, evitando 0 turbilhonamento. Isso faz com que a asa pmisll atingir anqulos de ataque rnais elevados, produzindo mais sustentacao. PERFIL SEM SLOT PERFIL COM SLOT VENTO ANGULO CRiTICO GRANDE DEVIDO AD SLOT NOTA: Os aero/6lios ilustrados estao deslocando-se horizontal mente apesar de estarem apontando para cirna. 4. SLAT - 0 slat euma lamina m6vel que perrnanece recolhida durante 0 voo normal e se estende quando necessano, formando um slot ou fenda. Por esse motivo sao as vezes denominados "slots m6veis ". Nos avioes leves, os slats ficam normal mente estendidos para fora, por a98.0 de mola. Em voo nivelado, 0 impacto do ar empurra 0 slat para tras, mantendo-o recolhido junto ao bordo de ataque. Quando 0 anqulo de ataque aumenta e ha risco de estol, a pressao do vento sobre 0 slat diminui, possibilitando as molas empurrarem -no para a frente e faze-lo entrar ern acao. SLAT RECOLHIDO SLAT ESTENDIDO (SLAT /SLAT VENTO~T~L_ .. r ~ ...~ Comparativamente aos flapes, OS slots e os slats possuem urna dOSV'lllld qorn: embora possibilitem aumentar 0 coeficiente de sustentacao, ohruj. 1IJ111 ;iviao a erguer bastante 0 nariz, principalmente durante 0 pouso, ol>~;lllllIlIlll it visao da pista ao piloto. 33 ~\? !J. PREVENCAo AO ESTOl DE PONTA DE ASA - 0 estol em alguns avioes tende a se iniciar pelas pontas das asas. Isso e perigoso porque 0 escoamento torna-se turbulento exatamente onde se localizam os ailerons, os quais perdem eficiencia logo aos primeiros sintomas do estol. Esse incon veniente pode ser evitado reduzindo 0 anqulo de incidencia nas pontas (a asa fica, portanto, torcida), embora isso aumente 0 arrasto. Uma outra alter nativa eficaz e0 usa de slots nas pontas das asas. PONTAS ~~ ASA COM TORQAO GEOMETRICA ASA COM SLOTS NAS PONTAS 6. ATITUDE DO AVIAo - Nao se deve confundir 0 anqulo de atitude do aviao com 0 anqulo de ataque. Embora seja comum associar 0 estol aos anqulos de atitude elevados, e possivel estolar com anqulos baixos ou mesmo negativos, conforme mostrado abaixo. o anqulo de atitude medido entre 0 eixo longitudinal do aviao e a Iinha do horizonte e de 3 graus negativos (nariz baixo). Porern 0 anqulo de ataque medido entre a linha de corda e a dlrecao do vento relativo ede 15 graus, proximo ao estol. Essa situacao pode ocorrer, porexemplo, durante as manobras de aproxirnacao para pouso. 8-~faIh .7?····.;U: 1. Neste capitulo serao estudados os dispositivos que permitem controlar os movimentos de um aviao. Esses movimentos podem ser realizados em torno de tres eixos lrnaqinarios que passam pelo Centro de Gravidade (CG) do aviao: • Eixo longitudinal • Eixo transversal ou lateral • Eixo vertical NOTA: 0 Centro de Gravidade e0 ponto imaqlnano onde esta aplicado 0 peso do aviao, 2. 0 movimento em torno do eixo transversal chama-se arfagem ou tangagem, que se subdivide em movimentos de: • cabrar (para cima) • picar(pra baixo) 3. 0 movimento em torno do eixo longitudinal chama-se rote gem, rolamento, bancagem ou lnctinscso lateral e pode ser efetuado para a esquerda ou para a direita. ~0~ .:;.«; ~0 ~"I-'v -<..~-<..«; Ow"l «,+ 0" CABRAR LR~ PICAR «"aU'AD'. mAmA ~ I 34 ~ ESQUERDA DIREITA 4. 0 movimento em torno do eixo vertical 7. As superficies de comando pradu zem as torcas necessarias ao controle do aviao, Elas atuamalterando 0 anqulo de ataque do aerof6lio, conforme mostra a figura. o plano m6vel gira em torno de um eixo, deslocando 0 bordo de fuga do aerof6lio. 8. Existem tambern tarnbern superfi cies de controle sem pianos fixos. No caso desta ilustracao, temos um estabilizador m6vel, utillzado em muitos avioes. 3 r:" , ) I ANTES VEN10 SUS::NTA~Aot II::>EPO~ ] ~------j---- ____ -CORDA • #VENTO 9. SUPERFICIES DE CONTROlE SECUNDARIAS - Estas superficies, tambern conhecidas como equilibradores, compensadoresou "tabs", encon tram-se no bordo de fuga das superficies prirnarias e podem ter diferentes fungoes, como: a) Compensar 0 aviao para uma condicao de voo desejada, como na figura abaixo: r= ~PROFUNDOR---------,I FOR~A I 0 0 COMPE POSI~AO MANTEM NSADOR A 0 JUS PROFUNDOR TADO NESTA I CABRADO, POUPANDO ESFOR~O AOl PILOTO NUMA SUBIDA PROLONGADA. b) Tirar tendencias indesejavets que 0 aviao possa ter. c) Reduzir a Iorca necessaria para movimentar as coman dos, tornando-os mais "Ieves" para 0 piloto. Para isso usam se os compensadores auto maticos como na figura ao lade, que se movem junta mente com a superficie princi pal de controle. EQUILIBRADORES, COMPENSADORES OU'TABS" ~.,,,ooFOR~A ·f _:::~-~ --=:> COMPENSADOR COM PROFUNDOR COMPENSADOR NEUTRO AUTOMATICO chama-se guinada. 5. SUPERFICIES DE CONTROlE (OU COMAN DO) PRIMARIAS Sao as partes m6veis dos aero f61ios do aviao, destinados a controlar 0 voo. Elas sao: a) Profundor, elevador ou Ie rne de profundidade, que co manda os movimentos de ar fagem. b) Ailerons, que comandam os movimentos de rolagem. c) lerne de dlrecao, que co manda os movimentos de gui nada. LEME DE DIRE~AO PROFUNDOR, ELEVADOR OU LEME DE PROFUNDIDADE 6. Os comandos usados pelo piloto para contralar 0 aviao sao 0 manche e os pedais. 0 manche e a alavanca ou volante que pode ser movimentado em quatro sentidos: a) Direita - 0 aviao rola para a direita b) Esquerda - 0 aviao rota para a esquerda c) Frente - 0 aviao abaixa 0 nariz d) Tres - 0 aviao levanta 0 nariz o leme de direcao eacionado por do is pedais: a) Pedal direito - produz guinada para a direita h) Pedal esquerdo - produz guinada para a esquerda Urna descricao mais completa a respeito destes comandos faz parte de outra matoria Conhecimentos Tecnicos. i- ~~G 10. ACIONAMENTO DOS COMPENSADORES - Quanto ao acionamento, os compensadores podem ser c1assificadosem: a) Compensadores fixos - s6 podem ser ajustados no solo. b) Compensadores cornandavels - sao ajustados pelo piloto. c) Compensadores autornatlcos - movem-se automaticamente, sem acao direta do piloto. :tI 13. A guinada adversa pode ser evitada de tres diferentes rnanoiras: a) Comandando 0 leme de dire AILERONS DIFERENCIAIS gao para neutralizar a quina da, 0 que fica cargo da habili dade do piloto. b) Uso de ailerons diferenciais. A detlexao do aileron que sobe e maior, a fim de au mentar propositadamente 0 seu arrasto e toma-to igual ao arrasto da outra asa. c) Uso de ailerons tipo "frise". Estes ailerons possuem uma saliencia dianteira que pro duz arrasto quando sao de fletidos para cima, igualando assim os arrastos de ambas asasas. A DEFLEXAo DO AILERON ESQUERDO FOI EXAGERADA PARA MAIOR CLAREZA AILERONS TIPO "FRISE" DEFLEXAo PARA BAIXO p~ DEFLEXAo PARA CIMA ~~ EIXO "-ESTA SALIENCIA PRODUZ ARRASTO 11. SUPERFICIES DE CONTROlE COMPENSADAS - Sao as superficies de controle que utilizam um rnetodo de cornpensacao ou balanceamento aerodinamico para aliviar os esfor cos ao piloto. Ha tres tipos de com pensacao: a) Compenseceo por deslocamento do eixo de erticuleceo. A area a frente do eixo deslocado balan ceia parcialmente a pressao do vento atras desse eixo. b) Compenseceo etreves de selien cia na supetticie de comando. c) Compenseciio etreves do uso de compensador eutometico, ja estudado. EIXO NORMAL ~==::> EIXO DESLOCADO ~c==::> LEME SIMPLES LEME COM SALIENCIA -EIXO (DOBRADIt;:A) 12. GUINADA ADVERSA - E a guinada no sentido contra rio ao do rolamento, causada pela diferenca entre os arras tos do aileron que sobe e do que desce. Ao ser defletido para baixo, 0 aileron aumenta a pressao do ar no intradorso da asa, causando mais arras to do que 0 aileron que sobe. o AILERON LEVANTADO PRODUZ MENOS ARRASTO 38 39 ~ GRUPO. MOTOPROPII"'O•••tID 1. GRUPO MOTOPROPULSOR - E 0 conjunto dos componentes que fornece a tracao necessaria ao voo. Os tipos mais usados de grupos rnoto propulsores sao: • Turbojato • Turbofan • Tutboetice • Motora Pistao e Helice 2. As seguintes definicoes de potencia sao necessarias ao estudo dos grupos motopropulsores: a. Potencia efetiva - e a potencia medida no eixo da helice, podendo variar desde a marcha lenta ate a potencia maxima. b. Potencia nominal - e a potencia efetiva maxima para a qual 0 motor foi projetado, e faz parte das especificacoes do motor. c. Potenci« uti! - e a potencia de tracao que a helice fornece ao aviao, Isso significa que a helice converte a potencia efetiva em potencia de tracao. A potencia util e as vezes denominada potencie disponivel mas, a rigor, esse termo indica a potencia util maxima, com 0 motor funcionando na chamada potencie maxima continua. 3. Nos avioes monomotores de pequeno porte, 0 grupo motopropulsor e geral mente constitufdo por um motor a pistao e uma helice. No caso de nao haver helice, 0 grupo motopropulsor e apenas 0 motor. Neste curso estudaremos os aspectos eeroainemlcos do funciona mento das helices. 0 estudo dos motores e dos aspectos construtivos e materiais das helices faz parte do curso de Conhecimentos Tecnicos. 4. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DA HELICE - As pas de uma helice sao aerof61ios rotativos que funcionam como pequenas asas produzindo sustentacao ( trafiio ) para a frente. A figura mostra a hellce girando num aviao estacionario com uma das pas a direita, descendo. Observar 0 detalhe do aerof61io formando um anqulo de ataque ex. DESCE \r\ o vento relativo sopra - - - - -':;""" ~ -- Ide baixo para cima 0 __---- I ,-- I contra a pa, Temos en- TRAC;:AO tao uma resultante ae rodinarnica R que se VENTO RELATIVOdecornpoe num arras to D e numa trafiio. 5. PASSO - Devido aos anqulos das pas, a helice deveria teoricamente funcionar como um parafuso, avancando uma determinada distancia a cad a rotacao completa. Essa distancia chama-sa passo teorico. Todavia, como 0 ar nao e um meio s6lido, a distancia realmente percorrida e menor e recebe o nome de passo efetivo ou evenco. A diferenca entre 0 passe te6rico e 0 passe efetivo, que a helice deixou de percorrer, chama-se recuo. '08'C FINAL ' "'''CAo 1-'\ I I POSIl;;AO INICIAL \ REAL FINAL \ \ I TEORICA71 / I { I\\ I \\ I / I I\\ I \"'-->'~./ PASSO EFETIVO ou AVANl;;O RECUO PASSO TEORICO 40 -11 6. A AERODINAMICA DA pA NOAVIAO ESTATICO Num aviao estatlco, a helice apenas gira, sem avancar. Na ilustracao abaixo, a pa direita desce verticalmente, formando um anqulo de ataque a que e igual ao anqulo de passe fixe 13 (beta) da pa, ROTAC;:AO -, DA PA NOTA: No momenta estamos considerando uma TRAJETORIA situa9ao teorice, pois ntio levamos em conta 0 DA PA vento frontal induzido pela helice. 7. A AERODINAMICA DA pA NO AVIAO EM VOO Durante 0 voo, a ponta da pa direita executa um movimento de rotacao e ao mesmo tempo um avanco junto com 0 aviao. Os dois movimentos aconte cem simultaneamente, portanto a pa possui uma trajet6ria inclinada confor me mostra 0 esquema. 0 fato mais importante e que 0 angulo de ataque a diminui devido ao avanco, tornando-se menor que 13. ,,,, \ ROTAC;:AO DA PA AVANC;:O ',,~v~ s: , '''rc~ -0 ~\""~~-g~-~~ -r ~\ \ \\ \~, \ .... \ AVANC;:O ..., ~A\ 8. CARACTERISTICAS AERODINAMICAS DA HELICE DE PASSO FIXO Este tipo de helice possui maximo rendimento somente nas condicoes de velocidadee rotafao para as quais foi construfda. 0 exemplo a seguir compara uma mesma helice em duas diferentes condicoes. o rendimento maximo ocorre na No diagrama abaixo, tudo foi situacao ilustrada no diagrama mantido igual, exceto 0 avanco, abaixo. 0 anqulo de passe fixe e que foi reduzido. Observar que 0 igual a 13. Na rotacao e avanco aerof61io segue agora uma outra indicados, 0 aerof6lio desliza ao trajet6ria e 0 anqulo de ataque lange de uma trajet6ria ideal, num nao e mais 0 6timo. Portanto a anqulo de ataque 6timo. eficiencia da helice diminuiu. ROTAC;:AOROTAC;:AO ~\ \ \ AVANC;:O Avlao em alta velocidade DA PA DA PA ,'\ AVANC;:O \ REDUZIDO \ Avlao em \ voo lento """ \ '1-~\ "'b ~\ ~~\ e~\ (I\~\~~\ \' ~\ ~7\ \, A helice do exemplo acima mostra que ela nao foi construfda para voo lento. Se for necessaria boa eficiencla em voo lento (por exemplo, para decolagem em pista curta com obstaculos), essa helice podera ser substitufda por outra com anqulo de passo ( (3) menor, porern sacrificando a velocidade maxima. 9. EFICIENCIA OU RENDIMENTO DA HELICE E a razao entre a Potencia Util e a Potencia Efetiva. Se uma determinada helice recebe uma potencia efetiva de 100 HP do motor e transfere 75 HP ao aviao sob forma de potencia util de tracao, temos: Potencia Uti I 75 HP ~ Rendimento ('l1 ) = = = 0,75 ou 75% Potencia Efetiva 100 HP IJ? 10. TORCAo DA pA - As pas da helice sao mais torcidas na raiz do que nas pontas. 0 motivo e que, perto do centro, a pa se desloca menos do que na ponta (ver figura). A tor cao da pa precisa ser entao ~- DESLOCAMENTOmaior na parte central, para / MENORPERTO DO CENTR~ l~ -> --~ que ela avance 0 mesmo ' que na ponta. 0 passe e ~ constante em toda a pa, ---------- --- DESLOpC~~TA mas 0 anqulo e variavel. NA 11. TORQUE E ESTEIRA - 0 efeito de torque consiste na tendencia de o aviao rolar em tome do eixo longitudinal, no sentido contra rio ao da rota gao da helice. Esse efeito resulta da lei da acao e reacao de Newton. A helice, alern de deslocar 0 ar para tras, provoca a rotacao do mes- EFEITO DE ESTEIRA mo, criando uma esteira levemente espiralada, conforme mostrado na figura. Ao atingir a deriva em anqulo, a esteira produz uma torca para a direita, que faz 0 aviao guinar para a esquerda. Esse e 0 chamado efeito deesteira. Os efeitos de torque e de esteira ja sstao compensados pelo fabricante para as condi goes de voo em cruzeiro (voo normal de proje to), mas 0 pilato precisara corrigi-Ios em situa goes como as de decolagem ou de rnanobras, Lembrar que ambos os efeitos se invertem se 0 1\ 1'"TTI \ i;\.~'\I~.".FORgA ~'P:=n:n~ II \ \, 1'1 I senti do de rotacao do motor mudar. HninO 12. EFEITO GIROSCOPICO - Ea reacao da helice no sentido perpendicu lar amudanca de direcao do eixo de rotacao, Por exemplo, se 0 pilato ca brar 0 aviao, 0 efeito girosc6pico provocara uma guinada para a direita, como na figura abaixo. 0 efeito e mais forte com helices pesadas em alta rotacao e 0 aviao em voo lento e manobrando bruscame ~~ ~ -------_.~ \"4nte.~ __________________'iiJ _ --------------------- I EFEITO GIROSCOPICO VOO NIVELADO GABRADA PARA A DIREITA o efeito girosc6pico nao e intuitivo; por esse motivo, e desnecessario tentar compreender as razoes fisicas dessa estranha "reacao cruzada" a 90 graus. As nocoes apresentadas acima sao suficientes para as nossas finalidades. II: l 13. CARGA ASSIMETRICA au FATOR "P" - Euma assimetria na tracao <I; I heuce, que ocorre quando 0 vento relative forma um anqulo com 0 eixo lid helice. Na figura, a helice produz mais tracao no lado direito do que no os querdo, fazendo 0 aviao guinar para a esquerda. Isso acontece porque (\ velocidade e 0 anqulo de ataquo \;"\t~~G.-S da pa sao maiores quando esta ~ E-\'l-Q.5ll'>' se encontra no lade direito da heli~'.".~.'~ ";,/ VENTOf}~ - ",,=~~-Y- ....... ..--, .......... ,,.... ceo 0 fator "P" depende do sen tido de rotacao da helice e torna se mais forte amedida que a velocidade de voo e 0 anqulo de desvio do eixo da helice aumentam. Os detalhes a seguir nao precisam ser necessariamente estudados, mas servem para compreen der melhor por que a velocidade e 0 anqulo de ataqueficam diferentes nos dois lados da helice. Inicialmente, e nscessano compreender perfeitamente DIRE - o triangulo de velocidades nas pas. A figura abaixo /_~\ 0'00"""--- mostra esse triangulo na pa direita : ~ i~A~ ~ :1: 'l1iiL~ OBSERVAR ESTE ANGULO DE i. ~'; ATAQUE E COMPARAR COM os ~) DAS PROXIMAS FIGURAS ABA'XO .,,~ ~'l,. 90° AVANgO DO AVIAo As figuras a seguir mostram quais sao as alteracoes quo ocorrem quando 0 disco da helice avanca inclinado : NA pADIREITA : DIREyAo DOVOG ANGULO DE ATAQUE AUMENTA [ /' ~ A VELOCIDADE AUMENTA. .~\ PORTANTO A SUSTENTA9AO AliMf N 1/\ NA pAESQUERDA : o ANGULO DE ATAOlJl IIIMINIIII A VELOCIDADE IJIMINIII PORTANTO A SUS f f N f1\\ "1\, , I "~ lINII, DIRECAolDO VOO NOTA - Esto II/(Jfl!1l1/11 ('",f.II/P',p/d)" do invertkio p,lI11 Iw'If,f.!1 .I. 'I/H/I,I/,1 9aOcOIn os ClIII,II,', ,/1'1/11,' 115 44 14. HELICE DE PAS SO FIXO Conforme vimos anteriormente, este tipo de helice nao permite alteracao do seu passe e por isso s6 apresenta eficiencia maxima numa determinada RPM e velocidade de voo para a qual foi eonstruida. NOTA : "RPM" significa "Rotecoes por . Minuto" e indica a velocidade de rotecso do motor. 15. HELICE DE PAS SO AJUSTAVEL PARAFUSOS DE AJUSTEEaquela cujo passe pode ser modifi cado no solo, com 0 usa de ferra mentas apropriadas. Essa helice s6 A funciona bem na RPM e velocidade ~J de voo para as quais foi ajustada. 16. HELICE DE PASSO CONTRO LAvEL Eaquela cujo passo pode ser modifi cado durante 0 voo. CONTRAPESOS Essa helice funciona bem em qual quer condicao de voo. 0 passe pode ser modificado por meio de: ---.=~ ~ • Comando manual - 0 pilato executa 0 controle do passo. • Contrapesos - 0 passe eauto maticamente ajustado por contrape sos que funcionam sob acao centri MECANISMO ELETRICO fuga. OU HIDRAuLiCO • Governador - 0 passe econ trolado automaticamente por um mecanisme eletrico ou hidraulico --==--Jk ~ denominado governador. As helices de passe controlado por contrapesos ou governador sao deno minadas helices de RPM eonstante ou helices de velocidade eonstante, significando que a rotacao do motor permanece fixa durante todo 0 voo e somente 0 passe eajustado de acordo com as necessidades. &Ait«t.. ® I. No voo horizontal em velocida de constante, a sustentacao e LI SUSTENTA<;:Ao igual ao peso e a tracao e igual ao arrasto, ou seja: T TRA<;:iio L =W T=D W I PESO Para que 0 voo seja de fato horizontal, a sustentacao deve ser constante e igual ao peso. Assim sendo, se aumentarmos a velocidade, precisaremos diminuir 0 anqulo de ataque para evitar que a sustentacao aumente eo aviao comece a subir. Reciprocamente, se diminuirmos a velo cidade, precisaremos aumentar 0 anqulo de ataque para manter a altura. 2. Mas existe um limite no aumen to do anqulo de ataque, que e 0 angulo crttico. Quando esse anqulo e atingido, a velocidade ,,~~[~1117777 nao pode mais ser dirninulda. )"" Essa velocidade minima POSSI vel em voo horizontal chama-se velocidade de estol. 3. Ultrapassando 0 anqulo critico, inicia-se 0 estol e a sustentacao ,-- ~ -CXmaior-' e-;<,~__dirninuira rapidamente, mas que ::-...~ ~- crit, ..:.__ _ _ainda e posslvel manter 0 voo 1-- horizontal desde que a veloci dade seja aumentada para compensar a reducao da sustentacao, Todavia, pequenos acrescirnos no anqulo de ataque alern do crltico exiqirao enormes aumentos na potencia, devido ao rapido aumento do arrasto ap6s 0 estol. 47 46 4. INDICA<;AO DO ESTOl - 0 estol deve ficar sempre sob a supervisao do piloto, devido ao risco envolvido. Sabemos que ele ocorre sempre no angulo crftico. Porern nao ha necessidade de se instalarno aviao um instru mento especial para indicar 0 anqulo de ataque. Basta aproveitar 0 fato de que no voo nivelado 0 anqulo critico e atingido exatamente quando a velocidade do aviao ea minima - a velocidade de estol. Entao, 0 proprio velocfmetro pode ser usado como indicador. Muitos deles possuem uma faixa de operacao segu ra, dentro da qual nao ocorre estol em voo nivelado. 5. POTENCIA NECESsARIA - Ea potencia que 0 aviao necessita para Do :I: manter voo nivelado. Ela e geral 500 mente mostrada num qrafico como « 400 ao lado. Neste exemplo, ha uma po (j,ffi 300 tencia minima (100 HP a 100 mph) b Do 200para manter 0 voo. Acima de 100 mph, a potencia necessaria aumen 100 ta com a velocidade. Porern, abaixo a 100 200 300 400 mphde 100 mph, a potencia tarnbem au VELOCIDADE menta porque as baixas velocida des exigem elevados anqulos de ataque, os quais causam muito arrasto e maior necessidade de tracao. 6. POTENCIA DISPONIVEl - Ea potencia maxima que 0 grupo moto Do :I: propulsor pode fornecer ao avlao 500 sob forma de tracao. Ela varia com a « 400 velocidade, conforme mostra 0 qrafi (j ,ffi 300 ~c}~~~v '~I~ ,"''{()o~ c' \I ,co. A potencia disponivel e nula com 2Q.0~ ~ ... ,~ 200 <S' Do ::;; ,,o aviao parado, depois aumenta , I,com a velocidade ate atingir um va 1:0~/ , lor maximo e volta a diminuir. 100 200 300 460 mpha VELOCIDADE A potencia do motor e fornecida parcialmente ao aviao e 0 resto e desperdicado na atmosfera. A parcela transferida ao aviao e a Potencie Util, que pode ser control ada pelo pilato atraves do mane te de potencia. Quando 0 motor esta acelerado ao maximo, a Potencie Util passa a se chamar Potenci« Disponivel. a ponto maximo da potsncla disponlvel (500 HP no exemplo acima) deveria ser ideal mente atingido nas condlcoes para as quais a hellos foi construfda ou ajustada. Mas isso pode nao acontecer , dependendo da curva de torque do motor . I. Superpondo as curvas da potencia disponivel e da potencia necessarln. podemos estudar todas as velocidades do voo horizontal. A velocidado (') () importante pararnetro utilizado pelo piloto para controlar todas s as condicoes de voo. No caso ~ do voo horizontal, as velocida'I!! des de maior interesse sao as seguintes: ~ VELOCIDADE Velocidade Maxima - e a maior velocidade possivel em voo horizontal. '- Velocidade de maximo alcance - e a velocidade que permite voar a maxi ma distancia em relacao ao cornbusti vel consumido. No qrafico, corresponde 0 ponto de tanqencia da reta ( _._._._._.- ) com a curva da potencia necessaria. Velocidade de maxima autonomia - e a velocidade econ6mica que permite voar 0 maximo tempo possivel. Esta velocidade e obtida reduzindo a potsncla ao mlnimo necsssario para manter 0 voo. E usado principalmente em voos de espera sobre aeroportos congestionados. Velocidade minima - e a menor velocidade possivel para voar com velocidade constante. Esta condicao de voo ja foi estudada no item 3 deste capitulo. a nome "Velocidade Minima" e estranho porque a verdadeira velocidade minima ea de estol; um nome melhor poderia ser "Vo /ocidade Mfnima para Potencie Maxima". A definlcao dada (, tarnbern estranha, mas a expressao "voer com ve/ocidade COilS tante" deve-se ao fato de nao ser posslvel manter velocidado estavel na verdadeira velocidade minima, que ea de esto!. '- Velocidade de estol - e a menor velocidade possivol em voo horizontal. Ja foi estudada no item 2 deste capitulo. A velocidade e a menor P()~iSIV, ,I porque 0 coeficiente de sustentacao e0 maior possfvel, - - -- 48 8. 0 ARRASTO NAO VARIA COM A ALTITUDE NUM VOO HORIZONTAL MUlTO VELOZ EM ALTITUDE A aflrrnacao acima parece contradi ~-_._. • -=-~-- toria, pois 0 arrasto deveria diminuir com AR RAREFEITO a altitude, devido ao ar menos denso. Na verdade, nao ha contradicao, Numa altitude maior, a densidade e de fato menor, 0 que resultaria em arrasto tarnbern menor. Porern deve mos lembrar que a sustentacao tarnbern seria menor, impossibilitando 0 voo POUCO VELOZ AO NivEL DO MAR horizontal. Isso significa que seria ~:=necessario aumentar a velocidade do AR DENSO avlao, para que a sustentacao volte ao :~~~~---=-~-- -:=-=?-7-)~~?-f::~~ valor anterior, igual ao peso - mas isso faz tarnbern 0 arrasto voltar ao valor anterior. 9. VELOCIDADES NO VOO HORIZONTAL As velocidades envolvidas no voo horizontal sao: • Ve/ocidade de maximo a/cance } Estas velocidades nao dependem do • Ve/ocidade de maxima autonomia motor e da helice, Sao determinadas somente pelas caracterfsticas do aviao,• Ve/ocidade de esto/ • Ve/ocidade maxima Estas velocidades dependem do • Ve/ocidade mfnima } motor, da helice e do do aviao, Matematicamente, as velocidades de voo horizontal podem ser calcula das atraves da equacao: V - .. [2.VV' -V~ Essa formula ederivada da formula da sustentacao, ja estudada. Nao efetuaremos calculos com ela, mas podemos observar que a velocidade aumenta com 0 peso do aviao e diminui com a densidade, a area da asa e 0 coeficiente de sustentacao. A formula para a potencie necessaria ao voo e mais complexa, mas a conclusao e identica, que a potencie necessaria aumenta com 0 peso e diminui com a densidade, a area da asa e 0 coeficiente de sustentacao, Nao existem formulas para 0 calculo da potencie disponfve/. 49 10. QUESTOES SOBRE VELOCIDADE E POTENCIA NECESsARIA EM PROVAS - Para encontrar rapidamente respostas a tais questoes, e necessario memorizar os fatores que afetam a velocidade ou a potencia. Isso pode ser feito memorizando a "gangorra" abaixo: 'b-'/)0 00,'b-0 '0~01o.'b-<1, r~G' 0-§ ' o'b- eft 0'5 CJ NOTA - "CARGA ALAR" e 0 peso dividido pela area da asa: Carga Alar = ~ESO = ~ AREA S A "gangorra" pode ser usada para as todas as velocidades de voo nivelado (velocidade de estol, de maxima autonomia, de maximo alcance e minima), mas NAO para a velocidade maxima. QUESTA.O: 0 que acontece com a velocidade de estol quando a densida de do ar diminui? t SOLU<;A.O: A "gangorra" acima mostra que a velocidade de estol aumen ta quando a densidade do ar diminui. Ese diminuirmos 0 peso (PE)? A "gangorra" se inclinara para 0 lade contra rio e a velocidade de estol (VE) dirninuira. "0 aumento da carga alar (CA) possui 0 mesmo efeito que 0 aumento da area da asa (All) sobre a potencia necessaria aovoo (PO)". Certo ou errado? Usando a "gangorra", verificaremos que a afirmativa ssta errada, pois 0 aumento do (;/\ aurnentara PO, ao passe que 0 aumento de AR dirninuira PO. Portanto os efeitos sao oposlos. 51 50 11. A "gangorra" funcionara tarnbern para a velocidade maxima, se permutar mos 0 peso e a altitude com a densidade. PERMUTA ~~ .... (f)@'l .1I~~~&l "GANGORRA ESPECIAL" vALIDA PARA VELOCIDADE MAXIMA Evidentemente, todos estes metodos sao meros artiflcios que ndofazem IISO do conhe cimento de Teoria de Vao, mas que podem ser uteis em determinadas circunstdncias. 12. Para auxiliar a rnernorlzacao das variaveis, alguns estudantes criam frases mnem6nicas, a exemplo destas: $:)'" (J'?' 0'''? 0 0 rv"" I ~~1~\i(i>i0 ~ ~ G'l 6) (0') I e 0<::-"& 0 'b-~ .:sO ,,<?;:- 0~ ~<:$ 'lJ-d 1J-0 ~v ,G1 ~G ~ &) @)e~ ~ ® (!)/~ I . ~o.'1J- :'b- 0~0 ~~ ~'1J-0 ."G ~o l" ,;, ~ ~'" "," ,~ 60\ @ @) @) ~ f,,( @)! ~. \f00t-IAN4,,0· '11® 1. A figura ao lado mostra um auto m6vel descendo uma ladeira de 30 graus com 0 motor parado. 0 movimento e causado nao pelo motor, mas pela pr6pria acao da gravidade. No caso, 0 vefculo pesa 1000 kgf e isso eequivalen te a uma torca de 500 kgf para a frente e uma outra de 866 kgf em direcao ao solo. Temos ainda a resistencia ao avanco, igual a VALORES FICTiclOS 500 kgf. 00 2. De modo semelhante, um aviao ~-<.b'?;'t/' pode voar sem a tracao do motor, -<.,?--~/~oo porern em trajet6ria descenden // teo Esse tipo de voo chama-se voo planado. A ilustracao mostra um aviso de 1000 kgf em voo planado.Notar que: . _ ,.. "------ - • \ L1NHADO a) 0 aviao e irnpulsionado porr'-'-\ j- / '-'HORIZONTE uma forca de 500 kgf, resul tante da gravidade. b) A sustentacao e igual a 866 kgf (e nao 1000 kgf) - portanto menor que o peso. o anqulo e (Ietra grega "teta") , formado entre a trajet6ria de voo e a linha do horizonte, chama-se Angulo de Planeio. Esse anqulo diminui quando CL aumenta e quando CD diminui. NOTA: Tanto 0 autom6vel como 0 aviao das figuras estabilizam-se ao atingirem a velocidade em que 0 arrasto se torna igual a 500 kgf. A componente do peso, de 866 kgf, e anulada pela reacao do solo no caso do autom6vel, e pela sustentacao, no caso do aviao. 53 52 3. VELOCIDADE DE MELHOR PLANEIO Esta velocidade, tambern chamada Velocidade de Menor Angulo de Descida, e aquela que possibilita ao aviso planar a maior dis tancia possivel; portanto deve ser usada em caso de pane do motor. 0 seu valor e igual ao da Veloci dade de Maximo Alcance do vao nivelado. 0 anquto de ataque (X e 0 de UD 1- MAxIMA DISTANCIA PLANADA maximo. 4. A ilustracao mostra um planeio realizado com anqulo de ataque maior do que 0 usado acirna. A velocidade e a distancia planada diminuem, e 0 tempo e 0 anqulo de pla neio aumentam. Existe uma velocidade cham ada Velocidade de Menor Razao de Descida (ou de Mfnimo Afundamento) que e util quando se deseja permanecer 0 maximo tempo planando. Seu valor e igual ao da Velocidade de Maxima Autonomia do voo nivelado. 5. Planeios feitos com anqulo de ataque menores ou velocidades maiores do que 0 de melhor pla neio resultam em descidas mais rapidas e alcance men or . 0' MUlTO PEQUENO 6. VELOCIDADE FINAL - Ea velocidade maxima que 0 aviao pode atingir num mer gulho ou planeio vertical. A sustentacao deve ser nula para que a trajet6ria seja verti cal. 0 anqulo de ataque deve ser 0 angulo de sustenteceo nula - ala - conforme figura ao lado. A velocidade aurnentara rapidamente e se estabilizara quando 0 arrasto se tornar igual ao peso. 0 aviao tera entao atingido a Velocidade Final. Todavia, 0 piloto so devers permitir que isso aconteca se nao atingir antes a Velocidade Limite especificada pelo fabricante do VENTOaviao, A Velocidade Limite e aquela que RELATIVQ nao pode ser ultrapassada sem que 0 aviao sofra danos ou a dsstruicao da estrutura. 7. RAZAO DE DESCIDA - E a altura perdida por unidade de tempo. Ela e indi cada num instrumento chamado variornetro (vulgarmente conhecido como "climb"). A razao de descida e geralmente abreviada RID e medida em pes por minuto ( ftlmin) ou em metros por segundo (m/s). 8. INFLUENCIA DO PESO - 0 peso , ,/ -: do aviao nao influi na distancla e no // anqulo de planeio, mas aumenta a sua -.- ,/...~// velocidade e a razao de descida. . /~// . //// AVIAO lEVE // E lENTO ,// .4YJ~ /~,-PONTO DE CHEGADA /// VIAO PESADO // EVElOZ _. \ ',L/ -: ,..:± ~ ~~~:~4£ . :ft,._ .• ' ~ 55 54 9. INFLUENCIA DO VENTO - Um vento de cauda aumenta a velocidade em relacao ao solo, portanto 0 anqulo de planeio diminui e a distancia planada aumenta. Um vento de proa tem efeito contrario, Para 0 aviao, porern, nada se altera. As velocidades aerodinarnica (VA) e indicada (VI), 0 anqulo de ataque, a potencia do motor, etc, permanecem inalteradas. A razao de descida ( RID) nao se altera porque 0 vento ehorizontal. ---- -------------~:=:::~~:-::~~~::' -- ..... - / _-- VENTO /- /~ -- SEM~/ .~~~_\-~~---:~~--- -;~-~ q-O<::::-eT . . VENTO -- / menor DE CAUDA e: ANGULO DE PLANEIO //\e maior .............. 10. INFLUENCIA DA ALTITUDE o ar rarefeito das altitudes elevadas influencia somente a velocidade do planeio; ou seja, a VA e a RID aumentam. Porern 0 anqulo de planeio e 0 alcance nao ( <>:~-f--f--r~~sao afetados. A VI tarnbern nao se altera porque 0 aumento da velocidade compensa a reducao da densidade, fazendo com que a pressao captada pelo tubo de Pitot e enviada ao velocfmetro nao se altere. Matematicamente, nao e dificil demonstrar que 0 anquto de pla neio em atmosfera sem vento -»>--;.i1o depende unicamente da relacao UD ; em outras palavras, nao depende da densidade e do peso ---------1;-#--~ ""'c~c<" do aviao. Isso significa que 0 piloto de um avian em pane preci -~~~----- sara preocupar-se unicamente com 0 vento ao estimar 0 alcance DO MAR do aviao ate um local de pouso de .:.>~-.:;;...~.::; __"?-=.A- _~~~--=-';.~~~:.:::::;:::;:=. ::.-_-§:-==--'":'" ernerqencia. ALTITUDE ELEVADA IA~ VOOMI!S'NDS'NTS' 11'cu 1. A figura mostra um autom6vel pesando 1000 kgf, numa ladeira. o arrasto produzido pelo vento relativo e igual a 200 kgf. Qual seria a tracao das rodas necessa ria para impulsionar 0 vefculo? o vefculo devera ser irnpulslo nado por uma torca capaz de veneer nao apenas 0 arrasto de 200 kgf, mas tarnbern a compo nente do peso no sentido morro abaixo (igual a 500 kgf), totalizan VALORES FICTiclOS do 700 kgf. 2. A figura ao lado mostra uma situacao semelhante, onde um aviao de 1000 kgf efetua um voo ascendente. 0 primeiro fate a chamar a atencao e0 valor da sustentacao: 866 kgf, menor do que 0 peso do aviao. Embora isso pareca inicialmente estra nho, podera ser compreendido se observarmos que a forca de tracao da helice e inclinada para cima, ou seja, ela suporta parcialmente 0 peso do aviao, aliviando a carga sobre a asa. De tato, se 0 voo fosse horizon tal, a tracao da helice deveria ser de apenas 200 kgf para veneer 0 arrasto; porem, como 0 aviao esta subindo, devemos acrescentar a componente do peso (500 kgf) no sentido contrario ao do voo, 0 que totaliza 700 kgf. ----------------- 57 56 3, Num voo ascendente, 0 aviao 1':-------------- possui duas componentes de : "'. v velocidade, que sao: : • VH - Velocidade horizontal J - d S bid. 't A razao de subida e geralmente medida em pes por minuto ou • RIS - Razao e U I a . dmetros por segun d0, at raves 0 5. Logo apos a decolagem, 0 aviao deve subir com 0 maximo anqulo de subida (existe uma velocidade recomendada), a fim de evitar obstaculos e ganhar bastante altura enquanto esta proximo a pista. """", "'. ~ VH variornetro. L1NHA DO HORIZONTE o anqulo entre a trajetoria ascendente do aviao e a charna-se Angulo de Subida. ~ ",." ",."" ",."" ",."" .".......... ".' ",."" // /// .........."" '""0 //"~ ~ ,-,,""~/ <,,' ~ ~--------------~ . .~~ ----------= .. ~ RlS "'<~<I~ '/f!&4 ANGULO '" DESUBIDA " f '" linha do horizonte 4. Existem duas velocidades importantes no voo ascendente: • Velocidade de maxima raz80 de subida - e a velocidade na qual 0 aviao ganha altura no menor tempo possfvel, • Velocidade de maximo lmgulo de subida - Ea velocidade na qual o aviao sobe no maior anqulo possivel. Euma velocidade menor do que a de maxima razao de subida. Voos muito lentos ou muito rapidos resultam em baixos anqulos de subida. / / ' /~ / MAXIMA.-/ / RAZAo DE ,,/ / ~SUBIDA""""/7 ------- / ~/",. ~ / /'" :"'..... / ",." , ",." 'po,~_~PIDO ~= MAXIMA RAZiio DE SUBIDA ,//:", ~// 6. Amedida que 0 aviao ganha altura, a densidade do ar diminui. Isso reduz a potencia do motor e aumenta a potencia que o avlao necessita para // o VOO. A razao de .: bid ., ~ R/S SU I a maxima ,~lOoofUmin diminui ate se / anular no / /' teto abso- / luto. f<S . ,/ 1500 ft/min '" :5 o o INICIO / DA I '" SUBILDA,' § -_/ -.' R/S , 2000 fUmin .=~ -~. ~,-~~~~~~~.o~~~;~~s~~~~J~~~:~~~~~:~~~J=~-J Nota - 0 teto pratico eo teto absoluto sao altitudes de densidade (paq. 12, item 15), por isso devem ser calculados, e nao lidos no altfmetro. 7. ESTUDO DA PERFORMANCE EM SUBIDA Toda subida e realizada utilizando 0 excesso de poten HP cia acima daquela necessaria 400 ao voo horizontal. A razao de 350 subida sera a maxima quando 300 tivermos 0 maior excesso de potencia posslvel. 250 No exemplo