TEORIA DE VOO 8

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 TEORIA DE VOO
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Teoria de voo
VOO EM ALTA VELOCIDADE
ROTEIRO
Velocidade do som;
Número Mach;
Mach crítico;
Voo subsônico;
Voo transônico;
Voo supersônico.
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Teoria de voo
TEORIA DE ALTA VELOCIDADE.
A aerodinâmica de alta velocidade é o estudo do deslocamento dos corpos pelo ar quando estes atingem velocidades significativas o suficiente para tornar o ar compressível, ou que, portanto, se aproximam da velocidade do som no nível de voo voado.
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Teoria de voo
COMPRESSIBILIDADE
Em geral não existem substâncias 100% incompressíveis, mas os sólidos e líquidos são praticamente incompressíveis. (líquidos 50 milionésimos/ATM)
Os primeiros sinais da compressibilidade começam a aparecer com velocidades em torno de 250kt ou M>0.4.
Com 380kt, por exemplo, a pressão no ponto de estagnação aumenta cerca de 18% e a densidade 13%.
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Teoria de voo
VOO SUBSÔNICO
A velocidade do som varia com a temperatura. Quanto menor a temperatura menor é seu valor. Conhecendo-se o gradiente térmico é possível estimar a velocidade do som no nível a ser voado pela seguinte fórmula:
 
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NÚMERO MACH
É a representação da velocidade da aeronave (TAS) em relação à velocidade do som no nível voado. 
 É dado pela fórmula: M=V/a
TIPO DE VOO
NÚMERO MACH
SUBSÔNICO
M < 0.75
TRANSÔNICO
0.75≤M≤1.2
SUPERSÔNICO
1.2≤M≤5
HIPERSÔNICO
M > 5
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MACH CRÍTICO
 É a velocidade aerodinâmica máxima (limite) que determinada aeronave pode atingir em determinado FL sem sofrer efeitos da velocidade do som e de compressibilidade, à partir desta velocidade algumas partes da aeronave (normalmente, no ponto de maior curvatura da asa) já começam a atingir a velocidade do som.
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Teoria de voo
VOO SUBSÔNICO
 ESTOL DE MACH, ESTOL DE COMPRESSIBILIDADE OU ESTOL DE CHOQUE:
 Ocorre com a aeronave ainda no voo subsônico. A onda de choque que começa a se formar no dorso do aerofólio aumenta a espessura da camada limite e ocasiona o descolamento desta causando o estol do aerofólio neste ponto.
 Quanto maior a altitude, menor será a velocidade indicada para se atingir esse estol. Ao contrário do estol de baixa velocidade, a recuperação deste deve ser feita reduzindo-se a velocidade e/ou a altitude da aeronave. Sendo possível, apenas mantendo o nível de voo, com o consumo de combustível esta velocidade também aumentará, reduzindo portanto, o risco de efetivação deste estol.
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ARRASTO DE ONDA OU ARRASTO DE COMPRESSIBILIDADE:
 Ocorre devido ao aumento da espessura da camada limite causada pelo aparecimento das primeiras ondas de choque após o Mach crítico. Tem seu crescimento lento até o início do descolamento da camada limite, quando começa a aumentar exageradamente até o momento que seu crescimento é maior do que o do coeficiente de sustentação. Este ponto de divisão da proporção entre o coeficiente de arrasto e de sustentação é chamado de Mach de Divergência de Arrasto. 
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TUCK UNDER:
E a tendência de picar que a aeronave adquire ao ultrapassar o Mach Crítico. Esse fenômeno é facilmente reconhecido pela sensação de nariz da aeronave pesado e ocorre devido a 2 outros fenômenos a saber :
Deslocamento do CP à trás: as asas sob ação da onda de choque (principalmente as enflechadas) têm seu CP deslocado para trás. Tendo o CP afastado do CG a aeronave fica com o nariz mais pesado.
Redução do Downwash: downwash é uma força gerada automaticamente pelo estabilizador horizontal em aeronaves que tem seu CG à frente do CP (a grande maioria). Trata-se de uma sustentação para baixo no sentido a manter a cauda do avião nivelada, compensando assim o nariz mais pesado. Com o aumento da velocidade da aeronave, a incidência do vento sobre o estabilizador é alterada, diminuindo seu ângulo de ataque.
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ROLL OFF:
 Em um voo de baixa velocidade a aplicação do pedal faz com que a asa contrária ao pedal aplicado tenha aumentada sua exposição ao vento relativo. Isso faz com que esta asa tenha sua sustentação aumentada e ela suba. Já em um voo de alta velocidade até o Mach Crítico, aplicar o pedal aumenta a velocidade aerodinâmica da asa mais exposta ao vento e ao contrário da reação na baixa velocidade, esta asa terá formação de ondas de choque o que reduzirá seu coeficiente de sustentação fazendo-a baixar ou até estolar. 
 Assim sendo, em voos próximos ou iguais ao Mach Crítico, não é recomendada a utilização dos pedais.
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COMANDOS RÍGIDOS OU MESMO INOPERANTES:
 Estes efeitos ocorrem principalmente nos comandos das superfícies da empenagem. Sendo na maioria simétricos, os perfis da cauda, tanto do estabilizador vertical quanto horizontal acima do Mach Crítico sofrem formação de ondas de choque de ambos os lados de forma equivalente. Assim sendo, com a diminuição da energia cinética da camada limite, estas superfícies tem sua eficiência diminuída e quando do descolamento da camada limite podem ficar até inoperantes. Outro ponto a ser considerado é o deslocamento do CP na direção do bordo de fuga, que diminui o momento de atuação da superfície e torna os controles mais rígidos.
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VOO TRANSÔNICO
 No voo Transônico, toda aeronave está sujeita aos mesmos efeitos verificados no voo até ou após o Mach Crítico. A diferença é que neste tipo de voo a aeronave deverá obrigatoriamente incorporar soluções para suportar estes efeitos de forma a não sofrer interferências ao voo ou mesmo danos estruturais ao longo deste. Assim sendo listaremos abaixo as soluções encontradas para cada tipo de efeito estudado.
 
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Asas Enflechadas: O enflechamento das asas é umas das principais soluções encontradas para se aumentar o Mach Crítico das aeronaves. Isto é conseguido porque com enflechamento positivo a asa tem o vento relativo incidindo com o bordo de ataque no mesmo ângulo do enflechamento. Isso faz com que o Mach Crítico deva ser multiplicado pelo Cosseno deste ângulo o que lhe dá ligeiro aumento. Apesar desta vantagem, as asas enflechadas tem seus efeitos colaterais, são eles:
Menor capacidade de produzir sustentação;
Tendência de estol de ponta de asa causando o pitch up;
Tendência a aumentar o tuck under em altas velocidades;
Efeito de fluxo transverso. Para se resolver este efeito, são utilizados nas asas os wing fences (lâminas paralelas à corda das asas) ou mesmo os pilões dos motores.
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AEROFÓLIOS DE BAIXA ESPESSURA E MENOR ÍNDICE DE ASSIMETRIA
 Essa alternativa é eficiente pois reduzindo-se a curvatura do perfil, menor se torna a diferença de velocidade entre os filetes de ar no dorso e intradorso do mesmo, adiando portanto o momento de se atingir o Mach 1 no dorso. No começo foram adotados os perfis chamados laminares, mas com o avanço nos estudos de alta velocidade foram desenvolvidos os perfis chamados super-críticos. Estes possuem as seguintes características a saber :
Maior raio na curvatura do bordo de ataque;
Curvatura no dorso reduzida;
Curvatura em S no intradorso próximo ao bordo de fuga;
Menor espessura;
Menor índice de assimetria.
 
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REGRA DA ÁREA
 Após estudos detalhados do voo transônico e supersônico, foi verificado que menores arrastos são gerados quando menores são as mudanças de formato no sentido longitudinal do corpo da aeronave. Isso significa que o ideal é que, cortada em seções, a aeronave tenha pouca ou gradativa mudança na área desta seção, sendo o mais regular possível.
 
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GERADORES DE VÓRTICES
 Os geradores de vórtice são como pequenas asas em corte posicionados no dorso das asas e sua função é gerar um turbilhonamento controlado que irá fornecer energia cinética à camada limite mantendo sua velocidade e proximidade da superfície do aerofólio.
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ESTABILIZADOR HORIZONTAL COM INCIDÊNCIA VARIÁVELEsta solução foi desenvolvida para melhorar a eficiência e reduzir os esforços do piloto e sistemas sobre os lemes. Neste caso não somente o leme de profundidade, mas todo o estabilizador horizontal é móvel. Esta mobilidade também proporciona a possibilidade de se compensar a “redução do Downwash” e, portanto, do funcionamento do “Mach Trimmer”.
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MACH TRIMMER
 É um dispositivo que atua sobre o estabilizador horizontal de ângulo variável a partir de certa velocidade Mach determinada. Com a proximidade e superação do Mach Crítico, a redução do downwash aumenta a tendência a picar da aeronave e conseqüentemente força do piloto sobre os comandos. O “Mach Trimmer” atua no estabilizador horizontal de incidência variável ou no profundor automaticamente e proporcionalmente ao aumento da velocidade Mach da aeronave. 
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DUTCH ROLL
 É uma instabilidade sofrida por uma aeronave devido a uma guinada seja ela comandada ou acidental. É similar ao RollOff com a diferença de que não há o estol da asa que desce mas sim apenas uma sustentação excessiva da asa que sobre. Uma aeronave que entra em uma situação de Dutch Roll poderá ter 2 reações à saber :
 
Caso prevaleça o efeito do estabilizador horizontal, a aeronave poderá entrar em um mergulho em espiral para o lado contrário ao da guinada/glissada original;
Caso prevaleça o efeito de diedro positivo, a aeronave poderá entrar em um ciclo contínuo de guinada/glissada para lados opostos e se tornar incontrolável nesta condição.
 
As possíveis soluções para este problema são:
	
Se aumentar a área do estabilizador vertical/leme de direção;
Aumentar o comprimento da cauda, afastando-a do CG da aeronave;
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Instalação do dispositivo “Yaw Damper”. Trata-se de um sensor giroscópico instalado na cauda da aeronave que ao sentir oscilações no sentido de guinada favoráveis a este quadro, envia sinais a uma central que comanda antecipadamente o leme de direção de forma a impedir que a aeronave entre nessa condição de instabilidade.
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VOO SUPERSÔNICO
 Efeitos aeroelásticos/inoperância ou inversão dos ailerons
 Em alta velocidade a pressão dinâmica aumenta com o quadrado da velocidade e conforme estudamos em outros fenômenos começam a se tornar bastante significativa. Ocorre que a rigidez das asas de um avião não aumenta nesta mesma proporção, e estas tendem a sofrer excessiva torção que é gradativa da raiz as pontas das asas. Em decorrência disso, a utilização dos ailerons tornar-se-iam ineficiente, visto que com a deflexão deste o ar de impacto torce a asa no sentido oposto, reduzindo portanto o ângulo de ataque da asa naquela região. Essa torção e redução do ângulo de ataque diminui a eficiência do aileron e num extremo de velocidade poderá até inverter sua reação, ou seja, ao colocar o manche para a direita teríamos uma resposta da aeronave rolar para a esquerda. Este problema pode ser corrigido através de duas soluções possíveis:
Reforço estrutural da asa, o que a tornará mais pesada;
Utilização de ailerons seccionados, de baixa velocidade nas pontas das asas e de alta velocidade mais próximos à raiz da asa. Este último normalmente entre 2 seções de flapes.
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