Aula 01 Teoria de voo de alta velocidade

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Teoria de Voo II
Aula 01 – Teoria de voo de alta velocidade
Prof. Ten Cel R1 Norival Floriano Júnior
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Teoria de voo de alta velocidade
ROTEIRO
A – Voo em baixa velocidade
B – Número Mach
C – Número Mach crítico
D – Camada limite
E – Classificação dos aviões
F – Limites de velocidade
G – Envelope aerodinâmico
H – Fenômenos do voo em alta velocidade
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Teoria de voo de alta velocidade
INTRODUÇÃO
		O voo dos aviões de alta velocidade é afetado pelo aparecimento de diversos fenômenos aerodinâmicos que não ocorrem em baixa velocidade.
		Esses fenômenos dão características especiais ao voo dos modernos aviões executivos e comerciais a reação, surgindo daí a necessidade de os seus pilotos conhecê-los antes de operar cada equipamento específico.
		Essa aula trata das primeiras noções relativas ao assunto. 
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Teoria de voo de alta velocidade
A – VOO EM BAIXA VELOCIDADE
		Durante um voo em baixa velocidade, o avião desloca as partículas de ar que estão à sua frente.
		Essas partículas, por sua vez, deslocam outras que estão mais a frente. Essa onda de impulsos em cadeia propaga-se sob a forma de ondas de pressão esféricas na velocidade do som (aprox. 340 m/s ou 1220 km/h ao nível do mar).
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Teoria de voo de alta velocidade
A – VOO EM BAIXA VELOCIDADE
		Graças a essa onda de impulsos, o ar atmosférico situado muito à frente do avião desloca-se antecipadamente, preparando-lhe a passagem.
		O escoamento do ar torna-se, assim, suave e gera pouco arrasto.
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Teoria de voo de alta velocidade
A – VOO EM BAIXA VELOCIDADE
		Quando o avião voa na mesma velocidade do som, as ondas de pressão não conseguem se afastar do avião, pois este é tão veloz quanto as ondas.
		Em consequência, as ondas de pressão ficam acumuladas no nariz do avião, formando uma fina parede de ar comprimido chamada Onda de Choque.
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A – VOO EM BAIXA VELOCIDADE
		Podemos então entender que, na velocidade do som, as camadas de ar à frente do avião não podem ser “avisadas” da aproximação deste.
		Elas são colhidas de surpresa e recebem o impacto do avião, sendo então comprimidas e achatadas na onda de choque. 
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A – VOO EM BAIXA VELOCIDADE
		Essas ondas “pegas de surpresa” pelo impacto do avião recebem o nome de onda de proa porque forma-se na proa (nariz) do avião.
		É uma onda normal (perpendicular) à direção do voo. A pressão é alta em toda a região atrás da onda e empurra o avião para trás, na forma de arrasto. 
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Teoria de voo de alta velocidade
A – VOO EM BAIXA VELOCIDADE
		Quando o avião voa com velocidade superior à do som, a onda de proa deixa de ser normal e torna-se obliqua, formato de cone, o qual recebe o nome de cone de Mach. 
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A – VOO EM BAIXA VELOCIDADE
		A abertura do cone forma o ângulo de Mach.
			Quanto maior a velocidade do avião,
				 menor será o ângulo de Mach. 
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B – NÚMERO MACH
		As velocidades supersônicas são indicadas pelo Número de Mach, que é a razão entre a velocidade verdadeira do avião e a velocidade do som no mesmo nível de voo.
		A velocidade do som depende unicamente da temperatura.
		
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B – NÚMERO MACH
		
		Numa subida a uma velocidade constante, o número Mach aumentará porque a velocidade do som diminui com o ar mais frio das altitudes maiores.
		 A Densidade, a Altitude e a Pressão NÃO afetam a velocidade do som.
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C – NÚMERO MACH CRÍTICO
		Sabemos que a velocidade do ar aumenta ao passar pelo extradorso da asa.
		Isso pode dar origem a um fenômeno de alta velocidade.
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Teoria de voo de alta velocidade
C – NÚMERO MACH CRÍTICO
		Suponhamos que um avião esteja voando a 800 km/h numa altitude onde a velocidade do som seja igual a 1.000 km/h. Seu número mach será então de 0,8.
		Como a velocidade do ar aumenta no extradorso e atinge a velocidade de 1.000 km/h (Mach = 1) num determinado ponto do extradorso da asa, começa a surgir o início de uma onda de choque.
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D – CAMADA LIMITE
		 Camada limite é uma fina camada de ar de baixa velocidade aderente à superfície externa do avião e que mantém os filetes de ar escoando suavemente, acompanhando o formato aerodinâmico do avião.
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D – CAMADA LIMITE
		Se a camada limite separar-se da superfície por um motivo qualquer, os filete de ar deixarão de acompanhar o perfil aerodinâmico, criando-se então uma turbulência a partir do ponto de separação.
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Teoria de voo de alta velocidade
D – CAMADA LIMITE
		Quando um avião ultrapassa o Número de Mach Crítico, forma-se uma onda de choque sobre a asa.
		As pressões elevadas que existem dentro dessa onda dificultam o avanço da camada limite, que poderá parar sobre o extradorso.
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Teoria de voo de alta velocidade
D – CAMADA LIMITE
		Se isso acontecer, as partículas que vêm atrás da onda de choque serão forçadas a se separar da superfície da asa, gerando desordem no fluxo de ar e iniciando um turbilhonamento.
		As asas precisam ser projetadas de forma que a onda de choque apareça o mais tardiamente possível, ou seja, que o Número de Mach Crítico seja o maior possível.
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Teoria de voo de alta velocidade
D – CAMADA LIMITE
		Para aumentar o Número de Mach Crítico, podem ser usados perfis laminares ou perfis especiais chamados supercríticos.
		Nesses perfis, a curvatura do extradorso é pouco acentuada, evitando grandes aumentos de velocidade; como resultado, a onda de choque só aparecerá em velocidades ou Números de Mach mais elevados. 
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D – CAMADA LIMITE
		O Número de Mach Crítico pode também ser aumentado adotando asas enflechadas.
		Nessas asas, a componente do vento relativo no sentido perpendicular à asa possui menor velocidade do que o próprio vento relativo.
		Como essa componente é a que sofre aceleração no extradorso, a velocidade de Mach 1 surgirá mais tardiamente numa asa enflechada. 
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Teoria de voo de alta velocidade
D – CAMADA LIMITE
		O deslocamento ou separação da camada limite pode ser evitado através de Geradores de Vórtices (“Vortex Generators”).
		Esses geradores são lâminas inclinadas que funcionam como se fossem pequenas pontas de asa, criando um turbilhonamento em espiral. Num determinado ponto, o filete espiralado tocará a camada limite, dando-lhe uma aceleração adicional e evitando que venha a estagnar e descolar. 
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D – CAMADA LIMITE
		A camada limite tornar-se-á turbulenta, mas não descolará porque possui maior velocidade, ou seja, mais energia. 
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Teoria de voo de alta velocidade
 E – CLASSIFICAÇÃO DOS AVIÕES
		Considerando a velocidade de voo, um avião é classificado como sendo de baixa velocidade até 350 kt ou 650 Km/h, e de alta velocidade acima desse limite (esse parâmetro não é uma convenção universal).
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Teoria de voo de alta velocidade
 E – CLASSIFICAÇÃO DOS AVIÕES
		Existe ainda um outro critério de classificação:
	1 – Aviões Subsônicos: velocidade abaixo do Número Mach Crítico;
	2 – Aviões Transônicos: velocidade acima do Número Mach Crítico, porém abaixo de Mach 1;
	3 – Aviões Supersônicos: velocidade acima do Mach 1.
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Teoria de voo de alta velocidade
F – LIMITES DE VELOCIDADESOs aviões de alta velocidade devem respeitar dois limites de velocidade: VMO e o MMO.
		1) VMO – Velocidade Máxima Operacional.
				É aquela estabelecida pelo fabricante em função da estrutura do avião. Acima da VMO, o avião pode sofrer danos estruturais.
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Teoria de voo de alta velocidade
F – LIMITES DE VELOCIDADES
		Os aviões de alta velocidade devem respeitar dois limites de velocidade: VMO e o MMO.
		2) MMO – Mach Máximo Operacional.
				É estabelecido pelo fabricante em função do tipo de operação. P.Ex. Um avião subsônico não pode voar acima do MMO sem que apareçam efeitos das ondas de choque que podem colocar o avião em risco.
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Teoria de voo de alta velocidade
G – ENVELOPE AERODINÂMICO
		É um gráfico, fornecido pelo fabricante da aeronave, que mostra a variação da VMO e do MMO com a altitude do voo.
1) Abaixo de 25.000ft - Observar a VMO.
2) Acima de 25.000ft - Observar o MMO.
3) A 25.000ft – VMO e MMO
Atingidos ao mesmo tempo - altitude de transição.
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Teoria de voo de alta velocidade
H – FENÔMENOS DO VOO DE
ALTA VELOCIDADE
		O voo em alta velocidade pode dar origem aos mais variados fenômenos, alguns dos quais ainda hoje continuam em estudo.
		Todos eles ocorrem quando o avião atinge um determinado Número Mach.
		As causas desses fenômenos serão objeto de estudo mais aprofundado em aulas posteriores. 
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Teoria de voo de alta velocidade
H – FENÔMENOS DO VOO DE
ALTA VELOCIDADE
		O comportamento dos aviões voando em altas velocidades varia em função do Número de Mach. Portanto o piloto efetuará o voo a um determinado Número de Mach, observando a MMO e outros limites (definidos também pelo Número de Mach), a fim de evitar os problemas de controlabilidade e os diversos fenômenos de alta velocidade.
		O velocímetro porém, continuará sendo usado nas baixas velocidades. 
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Teoria de Voo II
Aula 01 – Teoria de Voo de Alta Velocidade
Esta aula referiu-se ao capítulo 19 da bibliografia.
Bibliografia: Aerodinâmica e Teoria de Voo
 Noções Básicas
Autor: Jorge Homa
Editora: ASA – Edições e Artes Gráficas Ltda.
 São Paulo – SP
Prof. Ten Cel R1 Norival Floriano Junior
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