Resumo Aerodinamica de Alta Velocidade - PLA

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P I L O T O D E L I N H A A É R E A
AERODINÂMICA
D E
ALTA VELOCIDADE
NEWTON SOLER SAINTIVE
C O M P R E S S I B I L I D A D E
· O ar, gases e os vapores são compressíveis, pois variam de tamanho quando comprimidos. O óleo é incompressível.
· Nas grandes velocidades o ar tem que ser considerado compressível.
· No ar, a velocidade do som só depende da temperatura.
· Se o avião voa mais rápido que o som, o ar não é avisado de sua chegada. Nesse caso, seu ajustamento é essencialmente instantâneo, provocando a chamada onda de choque. Neste caso os filetes de ar não modificam a direção à frente do bordo de ataque.
· Já se tornou evidente que os efeitos de compressibilidade dependem, basicamente, da relação entre a velocidade do corpo em movimento e a velocidade do som na mesma temperatura.
· Para produzir sustentação, os aerofólios aceleram os filetes de ar no extradorso, logo nessa região, as velocidades locais são sempre maiores que a velocidade do avião.
· Se aumentarmos a velocidade do avião, chegaremos a um valor no qual, pela primeira vez, um ponto do avião, normalmente a asa, próximo à fuselagem, atinge a velocidade do som. Esta velocidade é denominada mach crítico.
· No regime transônico, a passagem do fluxo subsônico para supersônico é suave, porém a transição do fluxo supersônico para o subsônico é sempre acompanhada por uma onda de choque.
· O Mcrit: é a fronteira entre o vôo subsônico e o transônico. Os problemas de compressibilidade só ocorrem acima deste.
· Camada Limite: é a região onde ocorre a desaceleração dos filetes de ar na superfície de um aerofólio.
· Onda de Proa: é quando o aerofólio está com mach > 1, com isso o avião não pode “telegrafar” para avisar a sua próxima chegada, fazendo com que as partículas do ar se ajustem instantaneamente às formas da asa e da fuselagem.
· A onda de choque só ocorre quando:
1. Um escoamento passa do regime transônico para subsônico;
2. A direção dos filetes de ar não é modificada ao passar por essa onda;
3. Nessa onda ocorre aumento de temperatura, pressão e densidade;
4. Existir redução de velocidade e do número de mach;
5. Redução da energia dos filetes de ar.
· As conseqüências da onda de choque são:
1. Estol de compressibilidade:
O estol de um aerofólio ocorre porque os filetes de ar, na camada limite, perdem energia cinética devido à viscosidade. Verifica-se assim que a compressibilidade produz um grande aumento de arrasto e acentuada redução de sustentação.
2. Aumento de arrasto:
Ocorre com a elevação do número de mach, provocando deslocamento dos filetes. Estes efeitos produzem uma nova parcela de arrasto denominados arrasto de onda ou de compressibilidade.
3. Variação da posição do CP:
As ondas de choque provocam uma variação na distribuição de pressão nos aerofólios, deslocando o centro de pressão da asa para trás (grandes velocidades).
4. Redução do downwash:
Devido ao downwash, o ângulo de ataque da superfície horizontal é negativo, e, portanto, a sustentação nela produzida é para baixo.
5. Roll off:
É quando o rolamento ocorre para o lado errado., Voando próximo ao mach crítico, a aeronave ao guinar poderá entrar em estol de choque na asa externa à guinada, ocasionando um rolamento no sentido oposto à guinada.(Efeito de girar no próprio eixo após o Stol de uma das asas)
6. Tuck Under:
Conforme a velocidade vai aumentando nas aeronaves de alta performance, o GP (Centro de Pressão) se desloca para trás, enquanto que a diminuição do downwash (inclinação para baixo dos filetes de ar que escoam depois de passar sobre a asa) reduz o momento de cabrar (cauda para baixo), gerando um desequilíbrio e a tendência de picar (nariz desce).
7. Vibrações:
Acontecem na cauda ou em todo o avião causados pelo descolamento dos filetes provocados pelas ondas de choque.
8. Comandos inoperantes:
 Todos os sinais produzidos pelo comando ficam acumulados na onda de choque.
 O comando atua diretamente nos filetes de ar descolados da superfície.
 O deslocamento do CP para trás faz com que a força necessária para movimentar os comandos aumente
9. Problemas de mergulho:
Todos os problemas vistos anterior mente desapareciam subitamente após um mergulho pois a descer na atmosfera a temperatura do ar aumenta, elevando a velocidade do som, portanto reduzindo o número de mach da aeronave, suficiente para reduzir abaixo do mach crítico.
V Ô O T R A N S Ô N I C O
· O emprego de uma asa enflechada aumenta o Mcrit com desvantagens de:
1. Menor capacidade de produção de sustentação;
2. Tendência de estolar de ponta de asa e produzir pitch up;
3. Agravamento do tuck under nas grandes velocidades.
· No aerofólio supercrítico, há menor deslocamento da camada limite ao contrário do aerofólio do tipo convencional.
· Os Geradores de Vórtices são utilizados para reduzir o deslocamento dos filetes e permitir maior MDIV. Os geradores produzirão vórtices que cederão energia cinética aos filetes da camada limite.
· Abaixo do Mcrit não existe onda de choque.
· A tendência de tuck under é agravada com a asa enflechada.
· O Mach Trimer é programado para atuar sobre o estabilizador horizontal de incidência variável ou sobre o profundor. Ele é sensível ao número de mach. Ele torna positiva a estabilidade do avião em qualquer velocidade.
C O N S E Q U Ê N C I A S D O E N F L E C H A M E N T O
· As conseqüências do enflechamento são:
1. Redução de sustentação:
A asa enflechada só é sensível à componente do vento relativo perpendicular ao bordo de ataque. Por isso ela produzirá menos sustentação que uma asa não enflechada. Os aviões com asas enflechada voam com ângulos de ataque maiores que a dos outros aviões.
2. Tendência de Passeio dos Filetes de Ar:
Este tipo de passeio provoca redução de sustentação e aumento de arrasto, e para reduzi-lo são empregados wing fences ou pilões do motor.
3. Tendência de Estol de Ponta de Asa:
A asa enflechada provoca a tendência de pitch up. Se o avião estolar de ponta de asa, o CP se deslocará para frente, reduzindo o momento de picar do avião.
4. Dutch Roll:
A solução mais barata para o Dutch Roll é o emprego do Yaw Damper que aumenta o efeito da deriva sem aumentar o peso e o arrasto.
P R O P U L S Ã O
· Os motores a hélice produzem pequena aceleração numa grande massa de ar, enquanto os turbojatos produzem grande aceleração numa pequena massa de ar.
· O ar que passa pelo compressor, câmara de combustão e turbina é chamado ar primário, e aquele que passa pelos fans, ar secundário.
V Ô O S U P E R S Ô N I C O
· A onda de expansão provoca uma redução de pressão do extradorso, enquanto a onda de choque provoca um aumento de pressão no intradorso.
No ponto de estagnação de uma asa podemos dizer que a velocidade é zero e a pressão é máxima. Todos os filetes de ar acima e abaixo do ponto de estagnação possuem velocidades maiores que zero, e, portanto, pressões menores que no ponto de estagnação.
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