Estruturas Basicas - Zaramella - EMB-PEE - Aula 1

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Estruturas 
 
Estruturas Básicas 
Aula 1 
 
Preparado por Alexandre Zaramella 
 
São José dos Campos, SP, BRAZIL 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
DESIGN ESTRUTURAL 
 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 Requisitos de projeto 
 Materiais 
 Processos de Fabricação 
 
REQUISITOS 
 
EXEMPLOS 
 
Alexandre Zaramella – 40 anos – Eng. Mecânico – (CEO - ACS-Aviation) 
Inglaterra 
+ 8 colaboradores 
 
 
+ rede de parceiros 
 
EQUIPE 
ACS-100 SORA 
 
 
 
REQUISITOS DE PROJETO 
 
 MATERIAIS 
 
 PROCESSOS de FABRICAÇÃO 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
 
 
 
 
AERONAVE PROJETADA COM O ESTADO DA ARTE DE 
MATERIAIS E PROCESSOS! 
 
 
QUAL O MELHOR MATERIAL E PROCESSO ??? 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
ENTRADA DE CARGAS 
DEFINIÇÃO MISSÃO 
REQUISITO 
DESIGN PRELIMINAR 
DESENVOLVIMENTO 
(ANÁLISE E TESTE) 
FALHA APROVAÇÃO RECONFIGURAÇÃO 
DESIGN ACEITO OTIMIZAÇÃO 
DESIGN ESTRUTURAL 
REQUISITOS DE PROJETO 
DESIGN ESTRUTURAL 
Requisitos 
Design Preliminar 
Design Conceitual 
Configurações 
Comparações 
REQUISITOS DE PROJETO 
DESIGN ESTRUTURAL 
DESIGN PRELIMINAR 
DESENVOLVIMENTO 
(ANÁLISE E TESTE) 
- Rigidez 
- Tensão;Deformação 
- Vida em Fadiga 
- Densidade 
- Rugosidade 
- Custo 
- Dependência à 
Temperatura 
- Expanção Térmica 
- Resitência à Abrasão 
- Resitência à Corrosão 
- Condutividade 
Elétrica 
- Condutividade 
Térmica 
- Isolamento Acústico 
- Isolamento Térmico 
DESIGN ESTRUTURAL 
Airframe Units 
DESIGN ESTRUTURAL 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM 
A fuselagem é a estrutura principal ou o corpo da aeronave. Ela 
provê espaço para a carga, controles, acessórios, passageiros 
e outros equipamentos. 
Há dois tipos gerais de construção de fuselagens: 
(A) Treliça 
(B) Monocoque: 
– monocoque 
– semi-monocoque 
– revestimento reforçado 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM - TRELIÇA 
Consiste de uma armação rígida feita de membros como vigas, 
montantes e barras que resistem à deformação gerada pelas 
cargas aplicadas. 
A fuselagem do tipo treliça é geralmente construída de tubos de 
aço, soldados de tal forma, que todos os membros da treliça 
possam suportar tanto as cargas de tensão como de 
compressão. 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM - TRELIÇA 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM - TRELIÇA 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM – TIPO MONOCOQUE 
 Baseia-se largamente na resistência do revestimento para 
suportar as tensões. Pode ser dividido em três classes: 
monocoque, semi-mocoque e revestimento reforçado. 
 
 A verdadeira construção monocoque lança mão de perfis, 
cavernas e paredes para dar formato à fuselagem, porém é o 
revestimento que suporta as tensões primárias. O 
revestimento deve ser forte o bastante para manter a 
fuselagem rígida, com o desafio de manter o peso dentro de 
limites aceitáveis. 
 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM - MONOCOQUE 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM - MONOCOQUE 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM - MONOCOQUE 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM – SEMI - MONOCOQUE 
 Com o objetivo de reduzir o 
peso da fuselagem, em 
adição aos perfis, cavernas 
e paredes, a construção 
semi-monocoque possui 
membros longitudinais 
quer reforçam o 
revistimento. 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM – PARTES ESTRUTURAIS 
Construída primariamente de ligas de alumínio e magnésio, 
apesar de encontrarmos aço e titânio em áreas expostas a 
altas temperaturas. As cargas primárias de flexão são 
suportadas pela longarina. As longarinas são suplementadas 
por outros membros estruturais chamdos de vigas de reforço 
(mais numerosas e leves que a longarina). 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM – SEMI - MONOCOQUE 
• Os membros estruturais verticais são chamados de parede, 
cavernas e falsas nervuras. Os membros estruturais 
pesados estão localizados a intervalos, para suportar as 
cargas concentradas, e em pontos onde são usados 
encaixes para fixar outras unidades, tais como asas, 
motores e estabilizadores. 
• As vigas de reforço são menores e mais leves que as 
longarinas e servem como preenchimentos para dar forma 
e fixar o revestimento. Evitam que a tensão e a compressão 
flexionem a fuselagem. São geralmente peças de alumínio 
fabricadas por fundição, extrusão ou modelagem. 
• Só os membros estruturais não conseguem dar resistência 
a uma fuselagem. Eles precisam de serem unidos através 
de placas de reforço, rebite, porcas e parafusos. 
DESIGN ESTRUTURAL 
FUSELAGEM – SEMI - MONOCOQUE 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
Sustentação (Lift) 
Tração (Thrust) 
Peso (Weight) 
Arrasto (Drag) 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
As asas de uma aeronave são superfícies desenhadas para produzir 
sustentação quando movidas rapidamente no ar. As asas da maioria 
das aeronaves atuais são do tipo cantilever; ou seja, elas são 
construídas sem nenhum tipo de escoramento externo (montantes, 
estais, etc.) para auxílio no suporte das cargas. O revestimento faz 
parte da estrutura da asa. 
 
Tanto as ligas de alumínio como as de magnésio são utilizadas na 
construção de asas. 
 
A estrutura interna consiste de longarinas e vigas de reforço no sentido 
da envergadura, e nervuras e falsas nervuras no sentido da corda (do 
bordo de ataque para o bordo de fuga). As longarinas são os membros 
principais da asa. O revestimento é preso aos membros internos e 
poderá suportar parte das tensões da asa. 
 
 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
Asa Alta 
Flamingo 
Paradise 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
Sinus – 
Século XXI 
Piper Cub – 
Década de 30 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
Asa Média 
Europa 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
Junior 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
CEA 308 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
CEA 308 
DESIGN ESTRUTURAL 
CONFIGURAÇÕES DE ASA 
Asa Baixa 
Tojo 
CR 100 
DESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASA 
Durante o voo, cargas aplicadas, impostas à estrutura primária 
da asa atuam primeiramente sobre o revestimento. Do 
revestimento elas são transmitidas para as nervuras, e das 
nervuras para as longarinas. As longarinas suportam toda a carga 
distribuída e também os pesos concentrados, tais como a 
fuselagem, o trem de pouso e as naceles ou “pylons” 
DESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASA 
Geralmente a construção de uma asa baseia-se em um dos 3 
tipos fundamentais: 
(1) Monolongarina – incorpora apenas um membro 
longitudinal principal em sua construção. As nervuras ou 
paredes suprem o contorno ou formato necessário ao 
aerofólio. 
(2) Multilongarina – incorpora mais de um membro 
longitudinal principal em sua construção. Para dar 
contorno à asa, inclui-se geralmente nervuras e paredes. 
(3) Viga em caixa – utiliza dois membros longitudinais 
principais com paredes de conexão para dar maior 
resistência e fazer o contorno da asa. 
 
 
DESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASA 
DESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASA 
DESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASA 
DESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASA 
• Nervuras são membros estruturais que compõem a armação 
da asa. Elas geralmente estemdem-se do bordo de ataque até 
a longarina traseira ou até o bordo de fuga. São as nervuras 
que dão à asa sua curvatura e tranmitem os esforços do 
revestimento e reforçadores para as longarinas. 
DESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASA 
DESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASADESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASA 
DESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASA 
DESIGN ESTRUTURAL 
ESTRUTURA DA ASA 
Wr Wr
Wa
DESIGN ESTRUTURAL 
ANÁLISE ESTRUTURAL 
MATERIAIS COMPOSTOS 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
0° PVC (1/4) 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
0° Unidirecional 
0° Unidirecional 
0° PVC (1/2) 
0° Unidirecional 
0° Unidirecional 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
0°/90° Tecido 
0°/90° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
0°/90° Tecido 
0°/90° Tecido 
MATERIAIS COMPOSTOS 
±45° Tecido 
0°/90° Tecido 
0° PVC (1/4) 
0°/90° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
0°/90° Tecido 
0°/90° Tecido 
±45° Tecido 
0°/90° Tecido 
±45° Tecido 
0°/90° Tecido 
±45° Tecido 
 
±45° Tecido 
0°/90° Tecido 
0°/90° Tecido 
±45° Tecido 
±45° Tecido 
0°/90° Tecido 
0°/90° Tecido 
±45° Tecido 
 
 
 
SELEÇÃO DE MATERIAIS 
 
 Madeira 
 Alumínio 
 Aço 
 Titânio 
 Fibra de Vidro / Carbono 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
 
MADEIRA 
 
• Primeiras aeronaves 
 Gliders 
 14 bis, Demoiselle – bamboo 
 Hughes Hub 4 (técnicas avançadas) 
• Freijó (nacional); Spruce (América do Norte) 
• Componentes estruturais 
 Longarinas 
 Fuselagem 
 Hélices 
 Superfícies de Comando 
 Interior 
 Acabamento 
• Aviação Leve, Geral e Comercial 
 
 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
MADEIRA 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
MADEIRA 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
MADEIRA – HUB 4 - Década de 30/40 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
MADEIRA – Mosquito – Década de 30/40 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
 
ALUMÍNIO 
 
• Larga utilização à partir da década de 40 
• Material mais utilizado na indústria aeronáutica 
• Métodos conhecidos. Possibilidade de trabalhar em diversas 
formas (placas, tubos, forjados, extrudados, soldável, etc) 
• Componentes estruturais 
 Longarinas 
 Fuselagem 
 Hélices 
 Superfícies de Comando 
 Interior 
 Acabamento 
• Aviação Leve, Geral e Comercial 
 
 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
ALUMÍNIO 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
CLASSIFICAÇÃO 
1 _ _ _ 99% pureza 
2 _ _ _ Alumínio-Cobre 
3 _ _ _ Alumínio-Manganês 
4 _ _ _ Alumnio-Sílica 
5 _ _ _ Alumínio-Magnésio 
6 _ _ _ Alumínio-Magnésio-Sílica 
7 _ _ _ Alumínio-Zinco-Magnésio 
8 _ _ _ Alumínio-Lítio 
 
 
ALUMÍNIO 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
Extrusão 
Longarina em 
alumínio, bordo de 
ataque em composto 
 
 
ALUMÍNIO 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
ALUMÍNIO 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
2024, 2224, 
2324, 2524 
7075 
Largamente utilizado 
Bom desempenho à fadiga 
Boa resitência à corrosão 
Largamente utilizado 
Aplicações maior exigência mecânica 
Baixa resistência à corrosão 
 
 
Ano 1994 - Boeing 777 (80% alumínio) 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
 
AÇO 
 
• Primeiras Aeronaves 
Estruturas de fuselagem, asa, superfícies 
• Componentes que suportam alta resistência mecânica e fadiga 
Pontos de fixação de Trem de pouso 
Pontos de fixação da asa 
Berços de motores 
• Aviação Leve, Geral e Comercial 
 
 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
AÇO 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
AÇO 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
AÇO 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
 
TITÂNIO 
 
• Componentes que suportam alta resistência mecânica, fadiga e 
temperatura 
• Componentes estruturais 
Trem de pouso 
Elementos de fixação 
• Aviação Geral e Comercial 
• Densidade 50% dos aços 
• Módulo de elasticidade 50% dos aços 
 
 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS (FIBRA DE VIDRO) 
 
• Componentes com grande variação de formato, duplas curvaturas, 
carregamentos complexos 
• Componentes estruturais 
Asa 
Fuselagem 
Superfícies 
Interior e Acabamento 
Radome 
• Aviação Leve, Geral e Comercial 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS (FIBRA DE CARBONO) 
 
• Componentes com grande variação de formato, duplas curvaturas, 
carregamentos complexos 
• Componentes estruturais de alta resistênica mecânica 
Asa 
Fuselagem 
Superfícies 
• Aviação Leve, Geral e Comercial 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
MATERIAIS COMPOSTOS (FIBRA DE CARBONO) 
MATERIAIS COMPOSTOS 
Compostos - Aplicações 
1969 – Planador Libelle 
 primeira aeronave com estrutura 100% compósitos 
Compostos - Aplicações 
Anos 70/80 - Planadores ASK 25 e Jr – estrutura 100 % compósitos 
Compostos - Aplicações 
1984 – Voyager 
 Primeira aeronave a circunavegar a terra sem escala 
 estrutura 100% compósitos 
Voyager – Design Burt Rutan 
Voyager - Mojave Deserrt 
Compostos - Aplicações 
1995 – Cirrus SR2 
 Primeira aeronave produzida em série com 
 estrutura 100% compósitos 
Compostos - Aplicações 
2003 – White Knight e SpaceShipOne 
 Primeira espaçonave com estrutura 100% compósitos 
Compostos - Aplicações 
2008 – SORA em estrutura 100% compósitos (100% nacional) 
Compostos - Aplicações 
Evolução da aplicação de compósitos – Aviação Leve e Geral 
Compostos - Aplicações 
Ano 1994 - Boeing 777 (12% compósitos) 
Compostos - Aplicações 
Ano 2011 - Boeing 787 – Dreamliner (+ 50% compósitos) 
Compostos - Aplicações 
Ano 2014 – Airbus 350 XWB (+ 60% compósitos) 
Compostos - Aplicações 
Evolução da aplicação de compósitos – Aviação Comercial 
Material Composto - Definição 
NÚCLEO SANDUICHE 
MATERIAIS COMPOSTOS (FIBRA DE CARBONO) 
MATERIAIS COMPOSTOS 
Comparativo de Materiais 
MATERIAIS 
PROS CONTRAS
FIBRA DE 
VIDRO
Resitência mecânica, Boa 
resistência à corrosão, 
Variedade de formas, Baixo 
custo
Mão do obra qualificada, 
processo complexo
FIBRA DE 
CARBONO
Boa resistência à fadiga, Boa 
resitência mecânica, Boa 
resistência à corrosão
Mão do obra qualificada, 
processo complexo, Alto 
custo
Mão de obra qualificada, 
Manutenção, 
Durabilidade
Pouca resistência à fadiga, 
Corrosão
Boa resistência à fadiga, Boa 
resitência mecânica, Baixo 
custo
Peso
TITÂNIO
Boa resistência à fadiga, Boa 
resitência mecânica, Boa 
resistência à corrosão
Alto custo, Métodos 
complexos de fabricação, 
Pouca oferta
MADEIRA
ALUMÍNIO
AÇO
Baixo custo, Leveza, Boas 
características mecânicas
Custo médio, Leveza, Boas 
características mecânicas, 
Metódos conhecidos
DESIGN ESTRUTURAL 
MISCELANEOUS 
DESIGN ESTRUTURAL 
MISCELANEOUS 
DESIGN ESTRUTURAL 
MISCELANEOUS 
DESIGN ESTRUTURAL 
MISCELANEOUS 
DESIGN ESTRUTURAL 
MISCELANEOUS 
DESIGN ESTRUTURAL 
EMPENAGEM – PARTES ESTRUTURAIS 
• A empenagem, ou seção de cauda, consiste de um cone de 
cauda, superfícies fixas e superfícies móveis. 
DESIGN ESTRUTURAL 
EMPENAGEM – PARTES ESTRUTURAIS 
DESIGN ESTRUTURAL 
EMPENAGEM – PARTES ESTRUTURAIS 
DESIGN ESTRUTURAL 
EMPENAGEM – PARTES ESTRUTURAIS 
DESIGN ESTRUTURAL 
NACELES 
• São compartimentos aerodinâmicos usados em aeronaves 
multimotoras com o fim primário de alojar os motores. 
• Consiste de revestimentos, carenagens, membros estruturais, 
uma parede de fogo e os montantes do motor. 
DESIGN ESTRUTURAL 
NACELES 
DESIGN ESTRUTURAL 
NACELES 
DESIGN ESTRUTURAL 
NACELES 
DESIGN ESTRUTURAL 
NACELES 
DESIGN ESTRUTURAL 
CARENAGENS - FAIRINGS 
DESIGN ESTRUTURAL 
CARENAGENS - FAIRINGS 
DESIGN ESTRUTURAL 
CARENAGENS - FAIRINGS 
DESIGN ESTRUTURAL 
TREM DE POUSO – TIPOSE PARTES ESTRUTURAIS 
• Operação da aeronave quando no solo. 
• Taxi, Decolagem e Pouso 
DESIGN ESTRUTURAL 
TREM DE POUSO – TIPOS E PARTES ESTRUTURAIS 
DESIGN ESTRUTURAL 
TREM DE POUSO – TIPOS E PARTES ESTRUTURAIS 
DESIGN ESTRUTURAL 
TREM DE POUSO – TIPOS E PARTES ESTRUTURAIS 
DESIGN ESTRUTURAL 
TREM DE POUSO – TIPOS E PARTES ESTRUTURAIS 
DESIGN ESTRUTURAL 
REGIÕES DA AERONAVE - DEFINIÇÕES 
DESIGN ESTRUTURAL 
REGIÕES DA AERONAVE - DEFINIÇÕES 
DESIGN ESTRUTURAL 
DESIGN ESTRUTURAL 
REQUISITOS 
Conjunto de normas e conceitos que visam padronizar o projeto, 
fabricação, análise de qualidade, processo, etc de bens ou 
serviços. 
 
No Brasil os requisitos da aviação geral e comercil se baseiam no 
RBHA em suas várias categorias. A Agência reguladora é a ANAC. 
EASA => Europa 
FAA => EUA (FAR) 
DESIGN ESTRUTURAL 
REQUISITOS – DIAGRAMA V-N 
DESIGN ESTRUTURAL 
REQUISITOS – CARGAS CRÍTICAS 
DESIGN ESTRUTURAL 
REQUISITOS 
DESIGN ESTRUTURAL 
REQUISITOS - ESFORÇOS 
DESIGN ESTRUTURAL 
REQUISITOS - ERFORÇOS 
DESIGN ESTRUTURAL 
REQUISITOS – DIAGRAMA TENSÃO DEFORMAÇÃO 
DESIGN ESTRUTURAL 
REQUISITOS – DIAGRAMA TENSÃO DEFORMAÇÃO 
DESIGN ESTRUTURAL 
REQUISITOS – ASTM 
DESIGN ESTRUTURAL 
EXEMPLO 
DESIGN ESTRUTURAL 
FOTOS 
 
 
CONTATO 
Alexandre Zaramella 
CEO – ACS-Aviation 
alexandre.zaramella@acs-solutions.com.br 
+ 55 12 3944 8297 
+ 55 12 98141 6731 
www.acs-solutions.com.br 
DÚVIDAS… ???