Aula 03 Consequências do Enflechamento e Efeitos Aeroelásticos

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Teoria de Voo II
Aula 03 – Consequências do Enflechamento
Efeitos Aeroelásticos
Prof. Ten Cel R1 Norival Floriano Júnior
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Consequências do Enflechamento
Efeitos Aeroelásticos
ROTEIRO
A – Redução da Sustentação
B – “Passeio” dos Filetes de Ar 
C – Estol de ponta de Asa 
D – Derrapagem e Glissagem
E – Dutch Roll
F – Inversão de Aileron
G - Spoiler
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Consequências do Enflechamento
A – REDUÇÃO DA SUSTENTAÇÃO
		Vimos em capítulos anteriores que a asa enflechada só é sensível à componente de vento relativo perpendicular ao bordo de ataque.
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Consequências do Enflechamento
A – REDUÇÃO DA SUSTENTAÇÃO
		Por isso, ela produzirá menos Sustentação que uma asa não enflechada, ainda associado ao fato que os aerofólios empregados nessas asas possuem menor curvatura e espessura que aquele empregados nas asas não enflechadas.
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Consequências do Enflechamento
A – REDUÇÃO DA SUSTENTAÇÃO
		Para compensar, é preciso aumentar o ângulo de ataque.
		Pode-se observar, nas aproximações para pouso e em outras situações, que os aviões com asas enflechadas voam com ângulos de ataque maiores que os dos outros aviões.
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Consequências do Enflechamento
A – REDUÇÃO DA SUSTENTAÇÃO
		Comparando-se o Coeficiente de Sustentação de uma aeronave com asas enflechadas com outra e asas não enflechadas.
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Consequências do Enflechamento
A – REDUÇÃO DA SUSTENTAÇÃO
		Nas asas mais enflechadas, a redução do Coeficiente de Sustentação Máximo (gráfico anterior), aumenta a velocidade de estol (perigoso em situações de pouso) o que torna imperioso o emprego de dispositivos hipersustentadores muito sofisticados: flapes do tipo fowler, slats e slots.
		Sem esses recursos, estes aviões precisariam de pistas de comprimentos mais longos.
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Consequências do Enflechamento
A – REDUÇÃO DA SUSTENTAÇÃO
		O Coeficiente de Sustentação máximo da asa enflechada não só é menor que o da asa convencional, como também ocorre num ângulo de ataque maior, com evidentes desvantagens: a menor visibilidade do piloto e a necessidade de empregar trens de pouso maiores.
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Consequências do Enflechamento
B – “PASSEIO” DOS FILETES DE AR
		Outra característica desfavorável da asa enflechada é a tendência dos filetes de ar de “passearem” pela asa, ou seja, os filetes não mantém uma trajetória retilínea de deslocamento sobre a asa enflechada.
		Consideraremos as posições transversais A, B e C, e as seções 1 e 2.
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Consequências do Enflechamento
B – “PASSEIO” DOS FILETES DE AR
B.1 – Análise da Seção A
		Em se comparando os pontos A1 e A2 teremos:
- A velocidade dos filetes de ar em A1 é menor que A2;
- A resultante de pressão em A1 é maior que em A2;
- A sucção em A1 é menor do que em A2.		
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Consequências do Enflechamento
B – “PASSEIO” DOS FILETES DE AR
B.1 – Análise da Seção A
				O filete de ar sempre terá a tendência de escoar da maior para a menor pressão.
		A sucção é como se fosse a capacidade de um ponto da asa em “atrair” esses filetes. É uma capacidade de características inversas a pressão. O ponto de maior pressão terá menor sucção e o ponto de menor pressão terá maior sucção.
		Portanto, os filetes de ar tenderão a se desviar para o ponto de maior sucção.
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Consequências do Enflechamento
B – “PASSEIO” DOS FILETES DE AR
B.1 – Análise da Seção A
				Os filetes de ar na seção A tendem a se dirigir do ponto 1 para o ponto 2 em direção a raiz da asa.
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Consequências do Enflechamento
B – “PASSEIO” DOS FILETES DE AR
B.2 – Análise da seção B
		Na seção B, as pressões se igualam e os filetes seguem na direção do bordo de fuga.
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Consequências do Enflechamento
B – “PASSEIO” DOS FILETES DE AR
B.3 – Análise da Seção C
		Em se comparando os pontos C1 e C2 teremos:
- A velocidade dos filetes de
 ar em C1 é maior que C2;
- A resultante de pressão
 em C1 é menor que em C2;
- A sucção em C1 é maior
 do que em C2.		
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Consequências do Enflechamento
B – “PASSEIO” DOS FILETES DE AR
B.3 – Análise da Seção C
		Como, relembrando, que os filetes de ar tenderão a se desviar para o ponto de maior sucção, teremos que:	
		Os filetes de ar na seção C tendem a se dirigir do ponto 2 para o ponto 1 em direção a ponta da asa.
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Consequências do Enflechamento
C – ESTOL DE PONTA DE ASA
		Devido a diversos motivos mas, tendo como os principais:
	- o vento relativo paralelo ao bordo de ataque da asa;
	- o afilamento da asa;
		a asa enflechada tende a estolar de ponta de asa.
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Consequências do Enflechamento
C – ESTOL DE PONTA DE ASA
		Esse tipo de estol é indesejável para qualquer asa, e para a asa enflechada é ainda pior, pois provoca a tendência ao pitch up, que é o oposto ao tuck under.
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Consequências do Enflechamento
C – ESTOL DE PONTA DE ASA
		Se o avião estola na ponta da asa, o Centro de Pressão se deslocará para a frente, reduzindo o momento de picar do avião, provocando, pois, uma tendência de levantar o nariz.
		Assim, ao invés de corrigir o estol abaixando o nariz, tendência de todo avião estável, o avião entrará mais a fundo no estol, o que é uma característica indesejável.
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Consequências do Enflechamento
C – ESTOL DE PONTA DE ASA
		Para eliminar essa tendência, são usados todos os remédios “clássicos”, a saber:
			- torção da asa, com menor ângulo de incidência nas pontas;
			- uso de aerofólios com maior curvatura na ponta da asa;
			- emprego de slots próximos às pontas da asa, etc.
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Consequências do Enflechamento
E – DERRAPAGEM E GLISSAGEM
( rememorando conceitos de Teoria de Voo I )
		São dois erros de pilotagem cometidos em curvas.
E.1 – Curva Coordenada
		É a curva plana feita corretamente a uma altura constante, com os ailerons, leme e profundor dosados nas proporções exatas (comando coordenados) e o avião alinhado com a trajetória.
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Consequências do Enflechamento
E – DERRAPAGEM E GLISSAGEM
( rememorando conceitos de Teoria de Voo I )
E.2 – Curva Derrapada
		É também uma curva plana, mas falta inclinação às asas, como se o piloto estivesse tentando fazer a curva usando apenas os pedais. O avião abre a curva, “escorregando” lateralmente.
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Consequências do Enflechamento
E – DERRAPAGEM E GLISSAGEM
( rememorando conceitos de Teoria de Voo I )
E.3 – Curva Glissada
		É uma curva feita com as asas muito inclinadas, como se o piloto estivesse tentando fazê-la usando só os ailerons, esquecendo-se de cabrar.
		A sustentação é insuficiente e inclinada demais não suportando o peso do avião.
		A gravidade predomina e faz o avião descer “escorregando” lateralmente em direção à asa baixa, descrevendo uma espiral.
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Consequências do Enflechamento
E – DUTCH ROLL
		Quando um avião com asa reta sofre uma guinada para a direita, a asa esquerda levanta porque adquire maior velocidade que a asa direita e, portanto, maior Sustentação.
		No caso de uma asa enflechada, essa tendência da asa subir será maior pois, além do efeito descrito, a asa esquerda terá seu enflechamento “diminuído”, enquanto o da asa direita será “aumentado”.
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Consequências do Enflechamento
E – DUTCH ROLL
		Esta modificação do enflechamento “efetivo” provocará um rolamento muito mais intenso. Este rolamento, tornado mais intenso com a guinada, é muito importante em termos de qualidade de voo e provoca uma instabilidade denominada dutch roll.
		O rolamento das asas de um avião provoca uma “glissada” devido à inclinação do vetor de Sustentação.O efeito na empenagem vertical é produzir uma guinada, apontando o nariz do avião para a asa baixa, podendo passar para um mergulho instável em espiral.
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Consequências do Enflechamento
E – DUTCH ROLL
		Pode-se eliminar o Dutch Roll aumentando a área da deriva e leme de direção, aumentando a distância dessas superfícies ao Centro de Gravidade, ou ambas as soluções. Essas soluções implicam em aumentar o peso e o arrasto do avião.
		A solução mais barata é o yaw damper, que aumenta o efeito da deriva sem aumentar o peso ou arrasto. Consiste de um dispositivo giroscópico sensível a mudanças de ângulo de guinada. Ao mandar um sinal ao leme de direção, aplica força oposta à guinada.
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Consequências do Enflechamento
E – DUTCH ROLL
		Estando o yaw damper inoperante, o piloto poderá amortecer um eventual Dutch Roll deixando de usar o leme de direção, pois o efeito mais provável seria aumentar a instabilidade.
		O piloto deverá empregar os ailerons para abaixar a asa que está subindo.
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Efeitos Aeroelásticos
F – INVERSÃO DE AILERON
		O abaixamento de um aileron aumenta a curvatura e o ângulo de ataque da asa correspondente e, consequentemente, a Sustentação.
		Ao mesmo tempo o aileron é submetido à pressão dinâmica, que provoca uma torção na asa.
É a estrutura de asa que deverá resistir a essa torção.
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Efeitos Aeroelásticos
F – INVERSÃO DE AILERON
		À medida que a velocidade do avião aumenta, eleva-se também a pressão dinâmica do ar (proporcional ao quadrado da velocidade), porém a capacidade de resistência da asa não varia, o que acarreta um aumento na torção produzida na asa.
		Assim, a rotação da asa produzida pelo torque vai diminuindo a eficiência dos ailerons, até um momento em que ele perde totalmente a efetividade aerodinâmica, na chamada “velocidade de inversão dos ailerons”.
		Para velocidades maiores poderá haver a “inversão de comandos” nos ailerons. 
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Efeitos Aeroelásticos
F – INVERSÃO DE AILERON
		Duas são as possíveis soluções para esse problema:
		Uma delas é dotar a asa de uma estrutura suficientemente forte para suportar a torção dos ailerons nas maiores velocidades sem apreciável rotação.
		No entanto, esta solução exige uma estrutura pesada, com evidente prejuízo para o projeto. 
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Efeitos Aeroelásticos
F – INVERSÃO DE AILERON
		A outra solução adotada nos modernos aviões que voam em regimes transônicos foi o emprego de dois pares de ailerons, um externo e outro interno.
		O aileron crítico naturalmente é o externo, pois as seções da asa no local possuem menor área e estão mais afastadas da fuselagem, possuindo menor resistência.
		Assim, nesses aviões, o aileron externo só funciona nas baixas velocidades, sendo bloqueado quando do recolhimento do flape.
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Efeitos Aeroelásticos
G – SPOILER
		Como o aileron externo é mais eficiente para o comando lateral, devido ao maior braço de alavanca, é necessário uma complementação, o que é feito pelo spoiler.
		Trata-se de superfície que se projeta na asa a ser abaixada, e que destrói a Sustentação.
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Efeitos Aeroelásticos
G - SPOILER
		Os spoilers podem ser usados como freios em voo.
		Nesse caso eles são levantados aos pares, e recebem o nome de speed brake.
		Eles também são usados no solo, quando a roda toca o solo, os spoilers se levantam, provocando um rápido decréscimo da Sustentação, (permitindo uma eficiente atuação dos freios da aeronave) e um aumento do Arrasto, elementos muito importantes na redução da corrida de aterragem.	
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Efeitos Aeroelásticos
G - SPOILER
		
		Na aterragem o speed brake aumenta em cerca de 60% o arrasto e, mais importante, em até 200% a carga sobre o trem de pouso principal, isto é, multiplica por 3 a carga sobre o trem de pouso.
		Isto permite igual aumento na efetividade do freio do avião.
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Teoria de Voo II
Aula 03 – Consequências do Enflechamento
Efeitos Aeroelásticos
		Esta aula referiu-se aos capítulos 4 e 5
Bibliografia: Aerodinâmica de Alta Velocidade
Autor: Nelson Soler Saintive
Editora: ASA – Edições e Artes Gráficas Ltda.
 São Paulo – SP
Prof. Ten Cel R1 Norival Floriano Junior
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