Definição dos Coficientes Aerodinâmicos e análise de perfis

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Definição dos Coficientes Aerodinâmicos e análise de perfis
Marcos da Silva e Souza
História da Nomenclatura e Quantificação dos Coeficientes Aerodinâmicos
Coeficientes aerodinâmicos: Sustentação, Arrasto, Momento e Pressão.
Resistência: corpo movendo através do ar sofre uma força aerodinâmica que retarda o movimento.
 D
Resistência em função da Área – (RA)
Lonardo da Vinci (1490)
A ideia de que corpos alinhados com a corrente reduzem a resistência sofrida pelo corpo. A superfície do peixe onde a linha de corrente perpassa o corpo sem causar separação é utilizada como exemplo. Descobre que a resistência do ar é proporcional à área da superfície do corpo (RA). Achava-se que a relação com a velocidade era linear.
Resistência em função da densidade – R
Galileo (1600) – Introduz mais uma variável na determinação da resistência: A densidade. Através de estudos com corpos em queda livre rolando em planos inclinados . Conceitos de inércia e momentum são introduzidos.
A lei aerodinâmica da velocidade ao quadrado.
Edme Mariotte (1673) - mostra que a força da água em um bastão medida através de seu mecanismo varia com o quadrado da velocidade.
Com a lei de Torricelli era possível calcular a velocidade da água através da altura da coluna de água no tubo vertical. A força era medida através de um peso que equilibrava o balanço atingido pelo jato de água.
Proporção com o ângulo de ataque
Newton - modelo no qual o fluido é uma coleção de partículas individuais que ao se chocarem diretamente na superfície do corpo transferem seus momentos ao corpo e em seguida acompanham-no tangencialmente na direção da corrente. 
A resultante desta força de impacto exercida pelo fluido em um segmento de curva seria proporcional a , onde é o ângulo entre a tangente da superfície e a direção do escoamento. É derivado daí que: 
Aerodinâmica Experimental
Braço-espiral
Começa a análise de arrasto em corpos com diferentes geometrias.
Benjamin Robins –
Observou a proporcionalidade da força com a velocidade ao quadrado
Corpos com a mesma área frontal e formatos diferentes produzem arrastos diferentes (A idéia nesta época era de que o arrasto era basicamente devido à área frontal).
Objetos rodando em seu próprio eixo geram forças laterais desviando o corpo de um caminho reto (da mesma forma que uma bola de futebol girante produz seu efeito).
Altos valores de arrasto para velocidades próximas a velocidade do som.
Coeficiente de Smeaton
John Smeaton formulou uma tabela Força-Velocidade para o escoamento do ar perpendicular a uma placa plana através de seu aparelho e concluiu a seguinte relação: onde . ficou conhecido como o coeficiente de Smeaton.
Verificando o Coeficiente de Smeaton
Primeiro túnel de vento (1870)
Francis Wenham, seu inventor, além de introduzir uma nova era na forma de obter dados sobre escoamentos em torno de corpos, pode verificar o efeito da razão de aspecto ( ) sobre asas. Através dos resultados de seu túnel de vento e através da observação de pássaros, conclui que quanto mais cumpridas e finas são as asas, mais suaves são o escoamento e o vôo.
O segundo túnel de vento (Horatio Phillips 1876)
O segundo túnel de vento (Horatio Phillips 1876)
Horatio Phillips fez testes com aerofólios com camber (ou arqueados). A idéia era verificar as relações do camber (ou arco), da velocidade do escoamento e da área superficial do aerofólio com a sustentação e o arrasto. Sua grande contribuição, porém, foi verificar que a pressão na parte superior do aerofólio era menor que na parte inferior.
A polar de arrasto e Otto Lillienthal (1896)
O que hoje se conhece por polar de arrasto ( ) foi primeiro introduzido na literatura científica pelos dois irmãos Otto e ful Lillienthal para apresentar os dados obtidos de um braço-espiral.
ao utilizar o coeficiente de sustentação e coeficiente de arrasto o coeficiente de Smeaton era cancelado e desaparecia da equação.
Evolução dos aerofólios
Até por volta de 1917, existia uma crença e tradição de que aerofólios deveriam ser finos. Esta crença era baseada na intuição de que aerofólios espessos produziam mais arrasto. Esta intuição era reforçada pelos primeiros testes em túneis de vento que indicavam um maior arrasto para aerofólios mais espessos. Hoje se sabe, porém, que esses dados são válidos somente parra números de Reynolds baixo. Com um número de Reynolds baixo o escoamento sobre o aerofólio é caracterizado por uma bolha de separação laminar no topo da superfície. Esta bolha pode “explodir” e causar a separação do escoamento diminuindo a sustentação e aumentando o arrasto.
Evolução da espessura dos aerofólios
Com Prandtl e seus alunos em Gottingen foi descoberto os benefícios do aerofólio mais espesso a número de Reynolds alto.
Em 1921 Prandtl, em Gottingen, estabelece a nomenclatura usada até hoje definindo pressão dinâmica como , e:
onde Cl e Cd são os coeficientes de sustentação e arrasto.
Influência da esperassura relativa do perfil
Para perfis de mesma família, quanto menor a espessura relativa, menor será o arrasto (para pequenos ângulos de ataque). A medida que o ângulo de ataque aumenta, a partir de um certo ponto, tal fenômeno se inverte.