AULA 02

Prévia do material em texto

Fundamentos de Aeronaves
Prof.: Frederico Vieira de Lima
Divisão de pontos
❏2 provas de 30 pontos (60 
pontos)
❏1 trabalho (grupo ou individual) 
(30 pontos)
❏1 trabalho autoinstrucional
Dia das provas 
(programado)
❏18 de Setembro
❏4 de Dezembro
Apresentação da disciplina
OBJETIVOS:
Conhecer os fundamentos por trás da operação, projeto e
construção de uma aeronave de asa fixa e rotativa.
* PARA ISSO:
Descrição das principais e componentes.
Comentário sobre os processos de fabricação.
Introdução a teoria das leis físicas relativas a aeronave.
Apresentação da disciplina
Conteúdo programático
Conceitos básicos.
Anatomias típicas de aeronaves civis.
Anatomias típicas de aeronaves militares.
Modelos de aeronaves civis e militares.
Sistemas que compõem a aeronave.
Aspectos que direcionam o projeto e a operação de 
aeronaves.
Bibliografia
SUZANO, Marcio Alves. Conhecimento gerais de aeronaves.
De REMER, Dale; JEPPESEN SANDERSON, INC. Aircraft systems for pilots.
UNITED STATES FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION. DEPARTMENT OF
TRANSPORTATION. Airframe and powerplant mechanics.
RODRIGUES. Luis Eduardo Miranda. Fundamentos da Engenharia Aeronáutica
com Aplicações ao Projeto SAE - Aerodesign: Volume Único.
História
O desejo de voar está presente na humanidade provavelmente
desde o dia em que o homem pré- histórico passou a
observar o vôo dos pássaros e de outros animais voadores.
Ao longo da história há vários registros de tentativas mau
sucedidas de vôos. Alguns até tentaram voar imitando
pássaros: usar um par de asas (que não passavam de um
esqueleto de madeira e penas, imitando as asas dos
pássaros), colocando-os nos braços e balançando-os.
História
Muitas pessoas acreditavam que voar fosse impossível, e que
era um poder além da capacidade humana. Mesmo assim o
desejo existia, e várias civilizações contavam histórias de
pessoas dotadas de poderes divinos que podiam voar; ou
pessoas que foram carregadas ao ar por animais voadores. O
exemplo mais bem conhecido é a lenda de Dédalo e Ícaro.
Dédalo, aprisionado na ilha de Minos, construiu asas feitas com
penas e cera para si próprio e seu filho. Porém Ícaro
aproximou-se demais do Sol e a cera das asas derreteu,
fazendo ele cair no mar e morrer. A lenda era um aviso sobre
as tentativas de alçar aos céus, semelhante à história da Torre
de Babel na Bíblia, e exemplifica o desejo milenar do homem
de voar.
História
A história moderna da aviação é complexa. Projetistas de
aeronaves esforçaram-se para melhorar continuamente suas
capacidades e características tais como alcance, velocidade,
capacidade de carga, facilidade de manobra, dirigibilidade,
segurança, autonomia e custos operacionais, entre outros.
Aeronaves passaram a ser feitas de materiais cada vez menos
densos e mais resistentes. Anteriormente feitas de madeira,
atualmente a grande maioria das aeronaves usa materiais
compostos - como alumínio e fibras de carbono.
Recentemente computadores têm contribuído muito no
desenvolvimento de novas aeronaves e componentes.
História
Acredita-se que por volta de 400 a.C. Archytas, um estudioso da
Grécia Antiga, construiu um pombo de madeira capaz de "voar"
por cerca de 180 metros. Acredita-se que este pombo utilizava
um jato de ar para alçar vôo, embora não se saiba o que
produzia tais jatos. Archytas pode ter amarrado o pássaro a um
braço mecânico giratório, ou por cordas, o que faria o pombo
planar por um longo tempo no ar, controlando assim o vôo do
pássaro até que o jato acabasse. Este pombo de madeira seria
a primeira máquina voadora que movimentava-se por meios
próprios.
História
Por volta de 300 a.C. os chineses inventaram a pipa, bem como
as técnicas de fazê-la "voar" no ar. Uma pipa é um tipo
rudimentar de planador. Muito provavelmente foi o artista e
inventor italiano Leonardo da Vinci a primeira pessoa a se
dedicar seriamente a projetar uma máquina capaz de voar
carregando um ser humano. Tais máquinas eram planadores e
ornithopters: máquinas que usavam o mesmo mecanismo
usado por pássaros para voar - através do movimento
constante das asas para cima e para baixo.
Máquina voadora de Leonardo da Vinci
Dirigíveis
Planadores
Com a invenção do balão e do dirigível, os inventores passaram
a tentar criar uma máquina mais pesada do que o ar que fosse
capaz de voar por meios próprios.
Primeiramente vieram os planadores, máquinas capazes de
sustentar vôo controlado por algum tempo. Em 1799 o inventor
inglês George Cayley desenhou um planador relativamente
moderno que tinha uma cauda para controle, e o local onde o
piloto ficava dentro da aeronave abaixo do centro de gravidade,
dando assim estabilidade à aeronave.
Planadores
Primeiros Aviões
Primeiros aviões tinham um projeto aerodinâmico muito ruim,
William Henson, um inventor inglês, fez a primeira patente de
uma aeronave equipada com motores, hélices e uma asa fixa,
ou seja, de um avião. Porém, o protótipo construído com base
nos desenhos de Henson foi mal-sucedido, e Henson desistiu
de seu projeto. Em 1848, seu amigo John Stringfellow construiu
uma pequena aeronave baseada nos desenhos de Henson. A
aeronave construída por Stringfellow obteve sucesso em certos
aspectos, podendo decolar por meios próprios. Porém,
decolava apenas sem o piloto, e podia voar apenas por uma
questão de dois ou três segundos.
Primeiros Aviões – Clement Ader
Primeiro Vôo
A controvérsia sobre o primeiro vôo é grande. Geralmente são
creditados Alberto Santos Dumont ou os Irmãos Wright (mais
exatamente, Orville Wright). Foi o vôo do 14-Bis, em Paris, o
primeiro de um avião na história da aviação registrado
publicado e sem artifícios externos. Tais especialistas alegam o
uso de trilhos e catapultas nas operações de decolagem das
aeronaves dos irmãos Wright, o testemunho do vôo do 14-Bis
em Paris foi evidenciado por aviadores e autoridades de
aviação.
Wright – Estados Unidos
Santos Dumont
Era de Ouro da Aviação - Tecnologia
Era de Ouro da Aviação - Tecnologia
Os anos que se passaram entre a Primeira Guerra Mundial e a
segunda Guerra Mundial foram anos nos quais a tecnologia de
aeronaves em geral desenvolveu-se bastante. Neste período,
rápidos avanços foram feitos no desenho de aviões, e linhas aéreas
começaram a operar. Também foi época na qual aviadores
começaram a impressionar o mundo com seus feitos e suas
habilidades. Os aviões pararam de ser feitos de madeira, para serem
construídos com alumínio. Os motores das aeronaves foram
melhorados bastante, com um notável aumento da potência que os
motores da época eram capazes de gerar. Esta grande série de
avanços tecnológicos, bem como do crescente impacto sócio-
econômico que os aviões passaram a ter mundialmente, faz deste
período a era do ouro da aviação.
Douglas DC- 3
Turbo-Hélices - Constellation
Jatos Comerciais - Comet
Jatos Comerciais - Comet
Jatos Comerciais - Boeing
Concorde – Jato comercial supersônico
Airbus – A380
Industria Aeronáutica no Brasil 
A Empresa Brasileira de Aeronáutica S.A. (Embraer) é uma
fabricante de aviões para uso comercial, executivo, agrícola e
militar. É a terceira maior do mundo, atrás da Boeing e da
Airbus, e uma das maiores companhias exportadoras do Brasil
em termos de valor absoluto desde 1999. Detém também a
maior carteira de pedidos entre os fabricantes de jatos
regionais de passageiros. Está sediada na cidade de São José
dos Campos, interior do estado de São Paulo, com diversas
unidades no Brasil e exterior, inclusive uma joint-venture na
China, a Harbin Embraer. Para teste de aviões, a companhia
possui uma pista de pouso e decolagem na cidade de Gavião
Peixoto, cuja extensão, de 5000 metros, a tornou terceira mais
longa do mundo.
Embraer E-195 – Gen. 2
CONCEITOS PRELIMINARES
PARTES E NOMENCLATURAS
A aeronave
Um avião é definido como uma aeronave de asa fixa mais
pesada que o ar, movida por propulsão mecânica, que é
mantido em condição de vôo devido à reação dinâmica do ar
que escoa através de suas asas.
Componentes Básicos de um AviãoA Fuselagem
Monocoque: ❏Semi-monocoque: ❏Treliçada:
Asas
Segundo Miranda, as asas são superfícies sustentadoras unidas
a cada lado da fuselagem e representam os componentes
fundamentais que suportam o avião no vôo.
Para as asas, existem numerosos projetos, tamanhos e formas
usadas pelos vários fabricantes.
Cada modelo é produzido para atender as necessidades de
desempenho previsto para o avião desejado.
Classificações quanto as asas
Quanto a sua fixação na fuselagem em alta, média ou baixa. 
Classificações quanto as asas
Número de asas (monoplano e biplano):
Elementos da asa
Nervuras: As nervuras dão a forma aerodinâmica à asa e
transmitem os esforços do revestimento para a longarina.
Longarina: A longarina é o principal componente estrutural da
asa, uma vez que é dimensionada para suportar os esforços de
cisalhamento, flexão e torção oriundos das cargas
aerodinâmicas atuantes durante o vôo.
Bordo de ataque e bordo de fuga: O bordo de ataque
representa a parte dianteira da asa e o bordo de fuga
representa a parte traseira da asa e serve como berço para o
alojamento dos ailerons e dos flapes.
Elementos da asa
Forma Geométrica das Asas
As asas podem ter diversos formatos de forma a alcançar
diferentes objetivos distintos:
Retangulares
Delta
Trapezoidais
Elípticas
❏Asa elíptica:
teoricamente a
aerodinâmica é a ideal,
porém de fabricação
complicada
❏Asa trapezoidal: é uma asa
de ótima eficiência
aerodinâmica, pois com a
redução gradativa da corda
entre a raiz e a ponta da asa
consegue-se uma
significativa redução do
arrasto induzido. Nesse tipo
de asa o processo
construtivo torna-se um
pouco mais complicado.
❏ Asa retangular: fabricação
mais facilitadas, porém
aerodinamicamente ruim.
❏Delta: usado na maioria
das vezes para aviões de
guerra, é ideal para
configurações com a
presença de ondas de
choque (altas velocidades
de voo)
CONCEITOS PRELIMINARES
PARTES E NOMENCLATURAS - II
Nomenclatura do Perfil e da Asa
Espessura
Linha de arqueamento média
Arqueamento
Bordo de Fuga
Bordo de ataque
Linha da corda
Corda
Significados:
 Envergadura: É a distância entre as pontas, ou extremidade 
de cada asa.
 Corda: É a linha reta que une o bordo de ataque até o 
bordo de fuga.
Empenagem (profundor + leme)
●Função principal: controlar e estabilizar a aeronave:
●Leme (Controle direcional)
●Profundor (controle longitudinal)
Formatos de empenagem
●As empenagens podem ser construídas e ter sua concepção 
moldada em diferentes formatos. São eles:
Convencional
Cauda dupla ou em H
Cauda em T, em V ou em Y
Cauda cruciforme
 Convencional:
Comum em aeronaves
comerciais
Vantagem: Contem um
leme mais eficiente e
leve.
Desvantagem: Não
permite que o
propulsor fique na
parte traseira
Profundor
Estabilizador Horizontal
Leme
Estabilizador 
Vertical (deriva)
Cauda em T: Também
muito usada em aviões
comerciais e executivos.
Vantagem: Leme mais
eficiente (aerodinâmica).
Desvantagem:
Construção mais pesada.
Profundor
Leme
Estabilizador 
Vertical
Estabilizador 
Horizontal 
Cauda cruciforme: Uma
intermediaria entre a
convencional e a T.
Vantagem: Permite a
instalação de motores na
traseira .
Desvantagem: A estrutura
ainda fica um pouco mais
pesada que a
convencional
Avião S2 - Tracker
Cauda em V: As
superfícies de controle
são combinadas. Em
inglês: ‘’Ruddervators’’:
Vantagem: Redução de
arrasto induzido.
Desvantagem: Controles
complexos.
Leme e profundor na 
mesma superfície
Avião Bonanza V
Cauda em Y: Na terceira
superfície (vertical) está
contida o leme:
Vantagens: Evita a
complexidade do controle
da cauda em V, e ao
mesmo também diminui o
arrasto induzido em
relação a convencional
Leme
Profundor
Cauda em H, ou dupla:
Consiste em dois lemes
de direção ligados pelo
estabilizador horizontal
Vantagens: Os lemes
podem ser menores, pra
aviões com mais de um
motor melhor controle
(cone de aspiração)
Avião Antonov An 225 
Leme
Trem de pouso
Entre suas funções destaca-se:
Apoiar o avião no solo e manobra-lo durante seu percurso 
em terá (decolagem, aterrisagem, taxiamento).
Dividido entre trem de pouso triciclo e convencional
Composição do trem de pouso -
amortecedor
 Cilindro hidropneumático
O orifício 
restringe a 
passagem 
do fluido
O ar está 
comprimido 
ao máximo.
Amortecedor 
está + duro.
A pressão do ar 
provoca o 
retorno da 
haste. O orifício 
restringe o 
fluxo, 
impedindo que 
o avião salte.
Composição do trem de pouso – pneu e 
rodas
Tubo hidráulico
Freio Roda
Pneu
Convencional: Formado
por um trem de pouso
principal e uma bequilha
traseira.
Desvantagem: Pior
desempenho para decolar
Vantagem: Construção +
fácil.
Avião T-6 Texan
Triciclo: Roda frontal
(roda do nariz) + duas
rodas principais. Mais
usado atualmente.
Vantagem: Melhor
controle e estabilidade na
aeronave no solo.
Desvantagem:
Construção mais cara.
Propulsores
Serão classificados em dois tipos principais:
O grupo formado pelos motores alternativos com hélices.
O grupo formado pelos motores a reação
Propulsores
Dentre os motores a reação, ainda temos tipos diferentes de
configuração possíveis, são eles:
Turbo hélices.
Turbo eixos (motores de helicópteros)
Turbo jatos
Turbofans
Motor alternativo:
Também conhecidos
como motores de pistão
(ou combustão interna).
São acoplados juntos á
uma hélice.
Vantagem: Mais barato
Desvantagem: Menos
empuxo por peso.
Motor turbo hélice:
Usado em aviões que
tenham velocidades de
operação menores que o
turbofan e o turbo jato.
Vantagens: Ideal para
voos de velocidade
menores.
Motor turbo eixo: Usado
em helicópteros. Devido
as suas características
construtivas, não há outro
tipo de motor que possa
substitui-lo.
Motor turbo jato: Foram
os primeiros motores a
reação a surgir.
Vantagens: Bom para
velocidade muito altas.
Desvantagens: Baixa
eficiência. Ruim para
aviões de velocidade
menor.
Motor turbofan:
Evolução do conceito do
turbo jato. Usado na
grande maioria dos
aviões atuais.
Vantagens: Mais
eficientes e grande
relação empuxo-peso.
Desvantagens: Caros
Caixa de 
redução
Compressor Baixa
Compressor de alta
Turbina de alta
Turbina 
de baixa
Ailerons
●Tem a função de controlar o rolamento da aeronave (Ou seja
girar em torno de seu eixo longitudinal)
Ailerons: Estão no bordo
de fuga da asa da
aeronave, e quanto mais
rápido o avião menores
eles podem ser.
Sistema de Coordenadas
●Possui sua origem no centroide da aeronave
●Três eixos se interceptam no centroide, formando 90° entre si
Sistema de Coordenadas
O eixo vertical é de cima para baixo.
 O lateral vai de uma ponta a outra da asa.
 E o longitudinal vai do nariz até a cauda.
Sistema de Coordenadas
Anatomias típicas de aeronaves
Configurações possíveis
 As aeronaves são projetadas de acordo principalmente como 
objetivo a que se destinam.
 Portanto para que se alcancem esses objetivos pode-se 
trabalhar certos aspectos da aeronaves.
Conceitos a serem explorados:
Fixação quanto a asa na fuselagem
Alongamento e afilamento da asa
Tipo de encurvamento (diedro) da asa
Tipo de asa
Localização quanto a empenagens e demais superfícies de
controle.
Alongamento
O alongamento é um fator importante na eficiência
aerodinâmica de uma aeronave
De uma forma geral, quanto maior, menor a formação de
arrasto induzido
𝐴𝐿𝑂𝑁𝐺𝐴𝑀𝐸𝑁𝑇𝑂 =
𝑒𝑛𝑣𝑒𝑟𝑔𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎2
á𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑚 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 𝑑𝑎 𝑎𝑠𝑎
Problemas devido ao alto alongamento
Apesar de ser aerodinamicamente desejável o alongamento
tem alguns problemas que impedem ele de ser
indefinidamente aumentado. Esses problemas são:
De ordem estrutural
De ordem de manobrabilidade
Problemas estruturais:
as cargas causam
problemas de deflexão e
momento fletor. Necessita
estrutura mais rígida
pesada
Problema de
manobrabilidade:
Manobra em relação ao
seu eixo longitudinal mais
dificultada devidoao
grande braço de
alavanca.
Quando usar um alto alongamento?
O alongamento pode ser separado da seguinte forma:
Maior que 4 (quatro): Aeronaves subsônicas
Menor que 4 (quatro): Aeronaves transônicas e
supersônicas
Afilamento
 Descreve-se como a razão entre a corda na ponta da asa e
na raiz.
𝐴𝐹𝐼𝐿𝐴𝑀𝐸𝑁𝑇𝑂 =
𝑐𝑜𝑟𝑑𝑎 𝑛𝑎 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑎
𝑐𝑜𝑟𝑑𝑎 𝑛𝑎 𝑟𝑎𝑖𝑧
Afilamento: Seu uso
acarreta uma menor
formação de vórtices nas
pontas das asas.
Enflechamento
 Uma asa enflechada é aquela que está sua corda média
está inclinada. Podendo ser este ângulo positivo ou
negativo
 Sua função é reduzir a influência do arrasto de onda.
Negativo: Pouco usado,
vantagens aerodinâmicas
são pouco perceptíveis.
Vantagens: Permite maior
manobrabilidade
Desvantagens: Maior
controle, estrutura requer
maior rigidez
Positivo: tem como
principal vantagem
controlar as perdas de
onda. Usado em aviões
de guerra
Vantagens: Tende a ser
mais estável.
Desvantagens: Menos
sustentação.