Aula 04 Voo Transônico

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Teoria de Voo II
Aula 04 – Voo Transônico
Prof. Ten Cel R1 Norival Floriano Júnior
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Voo Transônico
ROTEIRO
A – Enflechamento
B – Aerofólios de Pequena Espessura e Curvatura
C – Outros Processos Empregados no Voo Transônico 
	C.1 – Regra da Área
 C.2 – Geradores de Vórtice
 C.3 - Estabilizador Horizontal com incidência variável
	C.4 – Mach trimmer
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Voo Transônico
Voo Transônico
		Na década de 40 os problemas de compressibilidade ocorriam com Mach 0,7.
		Hoje os aviões de transporte atingem números de Mach superiores a 0,92, voam em altitudes acima de 40.000 Ft e são maiores e mais pesados.
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Voo Transônico
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		Como os problemas de compressibilidade só ocorrem acima do Mach Crítico e o Arrasto torna-se muito elevado após o Mach de Divergência de Arrasto (após a onda de choque que se forma sobre a asa existe um aumento na espessura da camada limite, quando essa camada se descola do perfil temos o Mach de Divergência de Arrasto), os projetistas empregaram meios de aumentar esses números de Machs.
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A – ENFLECHAMENTO
		Consideraremos uma asa retangular, cujo aerofólio tem o Mach Crítico 0,70.
		Se a asa tiver um enflechamento de 30º, o aerofólio continuará com o mesmo Mach Crítico mas, só “será sensível” à componente dos filetes de ar perpendicular ao bordo de ataque.
		Assim, o novo Mach Crítico será 0,70 dividido pelo cos 30º (0,866) = 0,808
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A – ENFLECHAMENTO
			Consequentemente, o avião só encontrará problemas de compressibilidade acima de Mach 0,808 e não acima de 0,7.
		
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A – ENFLECHAMENTO
			O emprego de uma asa enflechada é um compromisso com pontos positivos e negativos pois ela aumenta o Mach Crítico, por outro lado traz inúmeras desvantagens como visto na aula passada: Redução da Sustentação, tendência de estol de ponta de asa, passeio dos filetes da camada limite e dutch roll.
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B – AEROFÓLIOS DE PEQUENA
 ESPESSURA E CURVATURA
		É razoável esperar que o Mach Crítico possa ser aumentado se as velocidades nas superfícies dos aerofólios forem mantidas tão pequenas quanto possível.
		Por isso, os aerofólios projetados para grandes velocidades têm menor curvatura e menor espessura do que aqueles convencionais, usados nas baixas velocidades.
		
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B – AEROFÓLIOS DE PEQUENA
 ESPESSURA E CURVATURA
		O preço a ser pago é uma redução do coeficiente de sustentação máximo e do volume para armazenar combustível e trens principais nas asas.		
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B – AEROFÓLIOS DE PEQUENA
 ESPESSURA E CURVATURA
		Os primeiros aerofólios estudados com esta finalidade foram os chamados aerofólios laminares, cuja ideia básica era que a transição do escoamento laminar para turbulento ocorresse o mais atrás possível, com aumento da velocidade bastante suave no extradorso.
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Voo Transônico
B – AEROFÓLIOS DE PEQUENA
 ESPESSURA E CURVATURA
		Posteriormente verificou-se que estes não eram, realmente, os melhores aerofólios para as altas velocidades, porque o escoamento laminar não depende apenas da forma do aerofólio, mas também da turbulência inicial dos filetes de ar, da rugosidade da superfície, das vibrações e etc, fatores muito difíceis de controlar numa situação real.		
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B – AEROFÓLIOS DE PEQUENA
 ESPESSURA E CURVATURA
		Atualmente os perfis mais promissores são os supercríticos, que apresentam as seguintes diferenças em relação aos aerofólios convencionais:
			- maior raio do bordo de ataque;
			- curvatura superior reduzida; e
			- curvatura em S próxima ao bordo de fuga.		
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B – AEROFÓLIOS DE PEQUENA
 ESPESSURA E CURVATURA
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C – OUTROS PROCESSOS EMPREGADOS NO VOO TRANSÔNICO
C.1 – Regra de Área (area rule)
		Essa regra constata que o menor Arrasto nos regimes transônicos e supersônicos é obtido quando as áreas das seções retas do avião ao longo do eixo longitudinal formam uma curva contínua, sem mudanças bruscas ao longo do seu comprimento.
		Ou se for traçado um gráfico de área da seção reta ao longo do comprimento, a curva resultante é contínua, com variações suaves.		
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C.1 – Regra da Área
		Exemplo clássico da aplicação desse conceito: avião Convair F-102A.
		Os teste iniciais de F-102A indicavam que ele não poderia voar supersonicamente devido ao grande Arrasto no regime transônico. O projeto esteve para ser cancelado, porém a aplicação da “regra de área” salvou o avião.		
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C.1 – Regra da Área
		O F-102A conseguiu, com essas modificações, atingir o regime supersônico e foi fabricado em grande quantidade para as forças armadas americanas.
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C.1 – Regra da Área (area rule)
		Posteriormente, a aplicação da “regra de área” ao avião Boeing 747 permitiu que ele superasse a velocidade de Mach 0,92. Pode-se observar que a curva não possui nenhuma variação abrupta, e é próxima do ideal.
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C.2 – Geradores de Vórtices (vortex generators)
		A camada limite de um objeto deslocando-se em um gás começa como laminar, suave e ordenada.
		A medida que o objeto continua a deslocar-se, pequenas perturbações criam instabilidades e, acima de um valor crítico, ocorrem transições de regime de fluxo laminar para turbulento, ocorrendo separações de fluxo.
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C.2 – Geradores de Vórtices (vortex generators)
		Geradores de vórtices são utilizados mais frequentemente para retardar a separação do fluxo.
		Para resolver este problema, são colocados sobre superfícies exteriores dos aviões, mas comumente no terço dianteiro de uma asa de modo a manter constante o fluxo de ar sobre as superfícies de controle, no bordo de fuga.
	
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C.2 – Geradores de Vórtices (vortex generators)
		Eles são geralmente retangulares ou triangulares, com cerca de 80% da altura da camada limite, e executados em linhas do espaço mais amplo perto da parte mais grossa da asa.
		São posicionados obliquamente de modo a terem um ângulo de ataque em relação ao fluxo de ar local.
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C.2 – Geradores de Vórtices (vortex generators)
		Como subproduto da Sustentação, são criados vórtices que influenciam os filetes de ar de duas maneiras diferentes:
		a) Captar o ar de fora da camada limite; e
		b) Redirecionar os filetes de ar.
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C.2 – Geradores de Vórtices (vortex generators)
		C.2.a – Captar o ar de fora da camada limite
		Os vórtices captam ar de fora da camada limite, portanto com muita energia, e o misturam com o ar da camada limite que está “cansado”, isto é, perdeu energia cinética devido à viscosidade do ar.
		Assim, a camada limite é energizada, e o gerador de vórtices poderá adiar, controlar ou prevenir o descolamento da camada limite.
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C.2 – Geradores de Vórtices (vortex generators)
C.2.b – Redirecionar os filetes de ar
		Geradores de vórtices são posicionados para redirecionar os filetes de ar de modo a prevenir ou adiar interações adversas, desse modo aumentando a Sustentação nos grandes ângulos de ataque, reduzindo Arrasto, etc. Nesse caso, eles agem como defletores de ar.
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C.3 – Estabilizador Horizontal com incidência variável
		Suponhamos o aerofólio doestabilizador horizontal e o profundor de um avião voando a Mach 0,85.
		Se ocorrer uma onda de choque, a movimentação do profundor não influenciará os filetes à frente das ondas de choque, o que limitará drasticamente sua eficiência.
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C.3 – Estabilizador Horizontal com incidência variável
		Para tornar mais efetivo o comando de arfagem nas grandes velocidades, bem como para reduzir o arrasto produzido pela deflexão do profundor, os aviões de transporte atuais empregam estabilizadores horizontais móveis.
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C.3 – Estabilizador Horizontal com incidência variável
		Normalmente, não só os estabilizadores horizontais móveis e os profundores, mas também o aileron e o leme de direção são servo assistidos, pois de outra forma, mesmo com compensadores, o esforço físico do piloto seria extremo, por causa da velocidade e do peso dos aviões transônicos atuais.
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C.4 – Mach Trimmer
		Vamos observar o que ocorre na relação força no manche X número de Mach num avião fictício:
		1) Mach 0,79
		o avião está perfeitamente equilibrado e não é necessário a aplicação de nenhuma força no manche.
		2) a medida que o avião acelera de Mach 0,79 para Mach 0,86
		o avião tende a cabrar sendo então,é necessário “empurrar” o manche à frente, com força crescente.
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Voo Transônico
C.4 – Mach Trimmer
		3) De Mach 0,86 até Mach 0,88
		a força usada para empurrar o manche à frente decresce.
		4) a partir do Mach 0,88
		o avião tende a picar, e é necessário “puxar” o manche com força crescente...
		5) até atingir o Mach 0,92
		quando a força necessária volta a decrescer, atingindo novamente zero na velocidade de Mach 0,95.
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Voo Transônico
C.4 – Mach Trimmer
		É evidente que esta instabilidade longitudinal não pode ser aceita em nenhum avião, particularmente de transporte.
		Para eliminá-la, os primeiros aviões a jato, contam com um dispositivo denominado Mach Trimmer.
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Voo Transônico
C.4 – Mach Trimmer
		O Mach Trimmer é sensível ao número de Mach e é programado para atuar sobre o estabilizador horizontal de incidência variável ou sobre o profundor, enviando um sinal proporcional ao número de Mach, de forma a tornar positiva a estabilidade do avião em qualquer velocidade do envelope do mesmo.	
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Teoria de Voo II
Aula 04 – Voo Transônico
Esta aula referiu-se ao capítulo 3 da bibliografia.
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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