Teoria de Voo de Alta Velocidade AD1

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Universidade do Sul de Santa Catarina – Unisul
Campus Virtual
	
	Atividade de Avaliação a Distância AD1 
Disciplina/Unidade de Aprendizagem: Teoria de voo de alta velocidade
Curso: Ciências Aeronáuticas
Professor: Sandro Francalacci de Castro Faria
Nome do aluno: 
Data: 
Orientações:
1. Procure o professor sempre que tiver dúvidas.
1. Entregue a atividade no prazo estipulado.
1. Esta atividade é obrigatória e fará parte da sua média final.
1. Fique atento ao enunciado. Algumas questões de múltiplas escolhas requerem justificativas em forma discursiva.
1. Encaminhe a atividade via Espaço UnisulVirtual de Aprendizagem (EVA).
1. Responda às questões com suas palavras. Caso necessite citar algum trecho de uma obra, não se esqueça de referenciar corretamente.
1. AD composta de doze questões, relativas aos tópicos de estudo 1 e 2 do EVA.
1	Sabemos que existe uma grande variedade de perfis de asas, cada qual com suas vantagens e desvantagens, a depender da aplicação desejada. Ou seja, aeronaves de baixa performance, que são lentas e voam em baixas altitudes, terão perfis de asas distintos daquelas de alta performance, sujeitas aos regimes denominados transônicos.
Assim, de uma forma geral, caracterize como devem ser “desenhados” os perfis de uma asa sujeita à operação em regime transônico, no tocante à(ao): (1,5 pt)
- “simetria ou assimetria”: Assimétrico. O perfil assimétrico ou arqueado produz uma sustentação maior, e o arrasto pode ser diminuído. Esse perfil é muito adequado para a asa. 
- “espessura”: menor espessura do que os convencionais, usados nas baixas velocidades, o que ocasiona a redução do coeficiente de sustentação máximo e também do volume para armazenar combustível e trens de pouso nas asas.
- “enflechamento”: positivo, possuem algum grau de enflechamento.
- “arqueamento, curvatura ou camber”:
Curvatura superior reduzida, curvatura em S próximo ao bordo de fuga, maior raio do bordo de ataque. A curvatura do extradorso é pouco acentuada, minimizando a aceleração do ar e o aparecimento prematuro de ondas de choque (as ondas de choque, quando aparecem nesses tipos de aerofólios, localizam-se mais próximas ao bordo de fuga e apresentam intensidade menor). 
Para aeronaves de alta velocidade, a velocidade máxima do escoamento sobre as asas pode atingir valores iguais ou maiores do que a velocidade do som, mesmo se o avião voar em velocidades subsônicas. Ondas de choque podem se formar quando a velocidade local excede a velocidade local do som. A redução desse efeito é conseguida por meio do enflechamento das asas do avião para trás. Dessa forma, a componente de velocidade do escoamento, perpendicular ao bordo
de ataque, é menor do que a velocidade do escoamento livre e, consequentemente, o surgimento de ondas de choque sobre a asa pode ser retardado. 
2	O conceito de “Mach de Divergência de Arrasto” é associado à existência das Ondas de Choque Normais, encontradas nos regimes de velocidade denominados Subsônicos. 
Com relação à afirmativa anterior, podemos afirmar que ela é: (1,0 pt)
a) Verdadeira
b) Parcialmente Verdadeira
c) Falsa
Após assinalar a opção desejada, justifique a sua resposta. Ainda, discorra sobre o conceito de Mach de Divergência de Arrasto, citando suas causas e consequências ao voo.
c) Falsa, as ondas de choque normal são característica do regime transônico.
Ocorre com a elevação do número de mach empregado por uma aeronave. A resultante da sustentação, na zona de aceleração do ar para o fluxo supersônico (logo antes da formação da onda de choque normal), causa turbulência, espessamento e até o descolamento da camada limite presente na região posterior à onda de choque. Esses efeitos produzem uma força de arrasto extra, não previamente existente no voo subsônico, denominada Arrasto de Onda ou de Compressibilidade. 
O aumento desse novo arrasto é lento, na medida em que a aeronave ultrapassa o mach crítico e as ondas de choque se tornam mais severas. Porém, ao se aproximar do MMO, esses efeitos podem se tornar muito significativos, devido ao elevado percentual de descolamento dos filetes da camada limite. A partir de uma determinada velocidade denominada Mach de Divergência de Arrasto (Drag Divergence Mach Number), o coeficiente desse novo tipo de arrasto se torna muito elevado. Voar próximo a tal velocidade implica, para manter a velocidade anterior e contrapor-se ao arrasto total, em aplicar incrementos cada vez maiores de potência, isso se traduz em grande aumento no consumo de combustível 
3	Um dos efeitos indesejáveis das Ondas de Choque Normais, passíveis de estarem presentes em escoamentos transônicos, é o chamado “Estol de alta velocidade”. (1,5 pt)
a) - Discorra sobre esse tipo de Estol, explicando: (1,0 pt)
	- sua principal causa; e
A Onda de Choque Normal dificulta o avanço da Camada Limite sobre a superfície do aerofólio, e da camada de ar que deveria estar
 se deslocando de forma laminar acima da camada limite. Dependendo da intensidade da onda de choque, o ar que se encontra na região da camada limite poderá ter a velocidade sobre o seu extradorso do aerofólio tão reduzida, que as partículas que se deslocam atrás desse local, em direção ao bordo de fuga, serão forçadas a se separarem da superfície, desestabilizando e causando desordem no fluxo de ar. A camada Limite pode apresentar um fluxo laminar ou turbulento. O fruto do turbilhonamento do ar causado por uma onda de choque normal, é denominado “estol de alta velocidade”.
	- qual a principal medida que um piloto deve adotar para reduzir os seus efeitos.
Resposta do piloto para contrapor-se a esse efeito deve ser focada prioritariamente na redução do número mach da velocidade da aeronave, o que pode ser obtido pela diminuição da velocidade de deslocamento (por meio da redução da potência, utilização de spoilers etc.) ou a operação em altitudes mais baixas (onde encontramos, para uma mesma velocidade aerodinâmica, velocidades do som mais altas).
b) - Em seguida, apresente e discorra brevemente sobre outros três diferentes fenômenos associados às Ondas de Choque Normais, que podem ser esperados de ocorrer sempre que uma aeronave excede o seu Mach Crítico. (0,5 pt)
-Roll off, quando o rolamento ocorre para o lado errado. Voando próximo ao mach critico, a aeronave ao guinar poderá entrar em estol de choque na asa externa à guinada, ocasionando um rolamento no sentido oposto à guinada.
-Variação de 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.
-Vibrações, acontecem na cauda ou em todo o avião causados pelo deslocamento dos filetes provocados pelas ondas de choque.
4	Sabe-se que o ar turbilhonado, proveniente do bordo de fuga de uma asa e originado pelas Ondas de Choque Normais, pode exercer influência negativa no estabilizador horizontal de uma aeronave, prejudicando sua efetividade. Por esse motivo, muitos aviões de alta performance são dotados de estabilizadores horizontais localizados em caudas denominadas em formato “T”.
Entretanto, as chamadas “caudas em T” possuem uma característica que pode ser comprometedora para a segurança da aeronave, associada à ocorrência de um fenômeno perigoso em situações de Estol. 
Você seria capaz de citar o nome desse fenômeno, e explicar com suas palavras como ele ocorre? (1,0 pt)
“deep stall” (estol profundo), em uma situação de estol, o ângulo de ataque é tão alto que o fenômeno se inverte. Ao afundar em uma situação de estol, o ar proveniente das asas, completamente desestruturado e turbilhonado, agora incide diretamente sobre a “cauda em T”, tornando praticamente impossível o comando do profundor.

5	Em uma aeronave de alta performance, que emprega o conceito de “asas enflechadas”, os passageiros estarão muito mais sujeitos às turbulências do ar, comparativamente a uma outra aeronave com menos ou nenhum enflechamento nas asas. Ou seja, uma aeronave com asas enflechadas “sofre mais”, “reage mais” a quaisquer efeitos de ventos fortes causadores de turbulência”.
Vocêconcorda com essa afirmativa? Justifique a sua resposta baseada em conceitos da aerodinâmica. (0,5 pt)
Não, elas proporcionam maior estabilidade para os voos realizados em zonas de turbulência, haja vista que tais per s reagem menos às mudanças de AOA. Assim, diante de rajadas ou penetração em ar turbulento, a aeronave sofrerá menores esforços estruturais e menor também será o desconforto percebido pelos passageiros 
6	Nas alternativas abaixo, identifique qual o dispositivo é projetado para evitar ou retardar o descolamento da camada limite, nos aerofólios e superfícies de comando de um avião. 
Em seguida, à luz da teoria da aerodinâmica, comente com suas palavras o funcionamento desse dispositivo: (0,5 pt)
a) Mach Trimmer
b) Yaw Damper
c) Gerador de Vórtices
d) Spoilers
e) Stick Pusher
C) Gerador de Vortives
Subproduto da sustentação: vórtices que influenciam os filetes de ar de duas maneiras: 
1- Captar o ar fora da camada limite (com muita energia) misturando com o ar da camada limite (que já se encontra sem energia cinética). Camada limite energizada evitando o descolamento. 
2- Vgs são posicionados para redirecionar os filetes de ar, prevenindo interações adversas. Além de aumentar a sustentação nos grandes ângulos de ataque, reduz o arrasto, reduz o buffet de alta e baixa e mlehora o controle da aeronave.
7	Um conceito importante da teoria aerodinâmica, especificamente relacionado aos “efeitos aeroelásticos”, é a chamada “velocidade de inversão dos ailerons”.
Cite três maneiras de se contrapor a tal problema e aumentar a eficiência dos comandos de rolagem de uma aeronave. (0,5 pt)
1- Dotar a asa de uma estrutura suficientemente forte 
2- Emprego de dois pares de ailerons, um externo e outro interno.
3- Para melhorar a eficiência do comando lateral são empregados os Spoilers.
Tais superfícies “destroem” a sustentação, baixando a asa correspondente e causando um rolamento. 
8	Assinale a alternativa que melhor define o conceito de Número Mach Crítico: (0,5 pt)
a) velocidade na qual uma aeronave começa a apresentar Buffet (vibrações).
b) velocidade na qual, pela primeira vez, observa-se a existência de fluxo supersônico em alguma parte da aeronave.
c) maior velocidade Mach que uma aeronave pode alcançar, sem que haja danos estruturais.
d) velocidade na qual se observa que todos os filetes da camada limite das asas encontram-se acima da velocidade do som.
e) velocidade crítica, alcançada quando a aeronave se encontra no chamado “Coffin Corner”.
R: b) Velocidade na qual, pela primeira vez, observa-se a existência de fluxo supersônico em alguma parte da aeronave.
9	Muitas das modernas aeronaves comerciais empregam um tipo específico de empenagem horizontal, conhecida como “Estabilizador Horizontal de Incidência Variável”.
Com relação a este tipo de empenagem, discorra sobre os motivos pelos quais são selecionados pelos projetistas, no emprego em aeronaves de alta performance? (1,0 pt)
Com a formação de Ondas de Choque nas asas, haverá um deslocamento do CP em direção ao bordo de fuga, alterando o momento e, consequentemente, a força necessária a ser exercida pelo profundor. 
Quanto maior o deslocamento do CP para trás, maior será a força necessária para manter a aeronave em voo nivelado. Essa força maior é obtida por uma maior deflexão do profundor, o que também acaba provocando maior arrasto no aerofólio. Ao variar sua incidência como um todo, os estabilizadores horizontais com incidência variável acabam gerando menor arrasto, tornando-se mais e cientes. 
Para lidar com todas as gamas de velocidade, o fabricante da aeronave recomenda uma margem de segurança para posicionamento do estabilizador horizontal com incidência variável, para cada fase do voo e velocidade. Em voo automatizado, a compensação do estabilizador é feita pelo próprio sistema, sem a necessidade de interferência dos pilotos. 
10	Assinale a alternativa total ou parcialmente incorreta: Após a escolha da alternativa, comente qual o erro foi encontrado (0,5 pt)
a) nos escoamentos de ar supersônicos, partes da camada limite podem apresentar velocidades subsônicas, porém, o fluxo predominante ainda é supersônico.
b) em um escoamento supersônico, todas as mudanças na velocidade, pressão, temperatura, densidade e direção do fluxo acontecem de forma lenta e gradual, ao longo de toda a raiz de uma asa. Porém, as Ondas de Compressão ocorrem abruptamente e são dissipadoras de energia.
c) ao exceder em voo a velocidade do som, uma Onda de Proa aparece à frente do bordo de ataque da aeronave, com a região subsônica atrás da onda, e as Ondas de Choque normais se movem em direção ao bordo de fuga da asa.
d) em relação ao afirmado na letra anterior, se a aeronave passar da velocidade do som, as Ondas de Choque normais do bordo de fuga se tornam Ondas de Choque Oblíquas.
e) no regime subsônico, um bocal convergente reduz a pressão e aumenta a velocidade do escoamento, ocorrendo o oposto quando o escoamento é supersônico.
R: b) Em um escoamento supersônico, todas as mudanças na velocidade, pressão, temperatura, densidade e direção do fluxo acontecem de forma lenta e gradual, ao longo de toda a raiz de uma asa. Porém, as Ondas de Compressão ocorrem abruptamente e são dissipadoras de energia.
Com fluxo supersônico, todas as mudanças na velocidade, pressão, temperatura, densidade e direção do fluxo acontecem repentinamente e em curta distância. Todas as ondas de compressão ocorrem abruptamente e são dissipadoras de energia. 
11	Ao compararmos uma asa enflechada com uma retangular, tendo ambas a mesma área, podemos afirmar que a asa enflechada possui a vantagem de apresentar: (0,5 pt)
a) menor velocidade de estol.
b) maior Corda Média Aerodinâmica – CMA.
c) maior estabilidade lateral.
d) maior Número Mach Crítico.
e) menor Arqueamento.
R: d) Maior número mach critico
12	Duas aeronaves distintas encontram-se em voo de cruzeiro, em locais também distintos. Considere que ambas mantêm a velocidade de M 0.81. 
A Primeira aeronave, um EMBRAER 190, encontra-se nivelado a 33.000 ft, recebe um vento de cauda de 60 Kt e experimenta ao seu redor uma atmosfera com densidade 0,0276 lb/ft3 e temperatura do ar externo (OAT) negativa de (–) 51 graus Celsius.
Já a segunda aeronave - um Airbus A320, navega em cruzeiro ligeiramente mais baixo, a 30.000 ft, recebe um vento de proa de 30 Kt, numa atmosfera cuja densidade é de 0,0287 lb/ft3 e temperatura do ar externo (OAT) negativa de (–) 44 graus Celsius. 
Diante dos cenários apresentados, é possível afirmar que a velocidade aerodinâmica (velocidade verdadeira): (1,0 pt)
a) da aeronave EMB 190 é maior do que a da aeronave A320, haja vista a componente de vento de cauda.
b) da aeronave A320 é maior do que a da aeronave EMB 190, haja vista a maior temperatura do ar.
c) da aeronave A320 é maior do que a da aeronave EMB 190, haja vista a maior densidade do ar.
d) não é possível auferir relação entre as velocidades aerodinâmicas das duas aeronaves.
e) da aeronave EMB 190 é maior do que a da aeronave A320, haja vista a menor densidade do ar.
Após seleção da alternativa, discorra justificando a sua resposta:
R: b) Da aeronave A320 é maior do que a da aeronave EMB 190, haja vista a maior temperatura do ar.
(T+ = +Vsom) 
(T- = -Vsom) 
M= Tas/Vsom