Teoria-de-Voo-PP-e-PC-Bianch

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Teoria de Voo
AVIÕES
Denis Bianchini
5a Edição
 
2015
Copyright 2015 by Denis Bianchini
ISBN 978-85-901314-5-8
Todos os direitos reservados e protegidos pela lei.
A reprodução não autorizada deste material, no todo ou em parte, constitui violação do copyright-Lei no 9.610/98.
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Capa: Editora Bianch
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(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
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http://www.editorabianch.com.br
15-03637
Bianchini, Denis
Teoria de voo - aviões / Denis Bianchini.
5a Edição -- São Paulo: Editora Bianch, 2015.
Bibliografia
ISBN 978-85-901314-5-8
1. Aviadores - Estudo e ensino I. Título.
CDD-629.1307
Índices para catálogo sistemático:
1. Conhecimentos técnicos : Estudo e ensino :
Aeronáutica 629.1307
Sumário
 
Capa
Folha de rosto
Expediente
Ficha catalográfica
APRESENTAÇÃO
TEORIA DE VOO DE BAIXA VELOCIDADE – PILOTO
PRIVADO
1 | CONCEITOS BÁSICOS
Noções de física
Velocidade
Aceleração
Massa
Peso
Densidade
Força
Potência
Inércia
Torque
Trabalho
Grandezas físicas
Energia
Pressão
Fluídos
Leis de Newton
Primeira Lei de Newton
Segunda Lei de Newton
Terceira Lei de Newton
Princípio de Bernoulli
Atmosfera
Composição da atmosfera
Pressão atmosférica
Densidade do ar
Temperatura
Umidade
Sistema de Pitot estático
Pressão estática
Pressão dinâmica
2 | ESTRUTURAS DE UM AVIÃO
O avião
Fuselagem
Aerofólios
Asa
Trem de pouso
Aerofólios e asas
Tipos de perfil de aerofólios
Características de um aerofólio
Características de uma asa
Vento relativo
Ângulo de ataque
Ângulo de incidência
Diedro
Enflechamento
3 | FORÇAS QUE ATUAM SOBRE UM AVIÃO
Peso
Centro de gravidade
Sustentação
Centro de pressão
Ângulo de ataque
Stall
Arrasto
Tipos de arrasto
Arrasto Parasita
Arrasto Induzido
Arrasto Total
Tração
Hélice
Passo
Tipos de hélices
Efeitos da rotação da hélice (torque)
4 | CONTROLES DE VOO
Controles primários de voo
Ailerons
Guinada adversa
Profundor
Leme
Controles secundários de voo
Flap
Slot
Spoiler
Compensadores
5 | ESTABILIDADE
Estabilidade estática
Estabilidade dinâmica
Estabilidade longitudinal
Estabilidade lateral
Diedro
Efeito quilha
Enflechamento
Distribuição de peso
Excesso de estabilidade lateral
Estabilidade direcional
Efeito quilha
Enflechamento
6 | SUBIDA
Tipos de subida
Máximo ângulo de subida
Máxima razão de subida
Performance na subida
Peso
Densidade do ar
Potência
Efeito do vento na subida
7 | CRUZEIRO
Performance em cruzeiro
Ângulo de ataque e velocidade
Peso
Altitude
Potência
Velocidades de cruzeiro
Velocidade máxima
Velocidade de máximo alcance
Velocidade de máxima autonomia
Velocidade mínima
Efeito do vento em cruzeiro
8 | DESCIDA E VOO PLANADO
Performance em voo planado
Peso
Velocidade
Flap
Trem de pouso
Efeito do vento no voo planado
Velocidade final
9 | VOO EM CURVA
Performance na curva
Velocidade
Peso
Altitude
Potência
Curva coordenada
Realizando uma curva
10 | DECOLAGEM E POUSO
Decolagem
Peso
Velocidade
Densidade do ar
Vento
Características do piso da pista
Flap
Gradiente da pista
Pouso
Peso
Velocidade
Densidade do ar
Características do piso da pista
Vento
Flap
Gradiente da pista
11 | FATOR DE CARGA E LIMITAÇÕES DA AERONAVE
Fator de carga em manobras
Curvas
Stall e recuperação de mergulho
Manobras executadas pelo piloto
Turbulência
Limitações da aeronave
Diagrama "V x n" (velocidade x fator de carga)
12 | ATITUDES ANORMAIS
Parafuso
Parafuso comandado
Parafuso acidental
Parafuso chato
Esteira de turbulência
13 | PESO E BALANCEAMENTO
Termos e definições
Cálculo de balanceamento da aeronave
14 | EXERCÍCIOS DE TEORIA DE VOO DE BAIXA VELOCIDADE
Gabarito
TEORIA DE VOO DE ALTA VELOCIDADE – PILOTO
COMERCIAL
15 | TEORIA DE VOO DE ALTA VELOCIDADE
Compressibilidade do ar
Velocidade do Som
Número Mach
VMO x MMO
Ondas de choque
Mach Crítico
Tipos de ondas de choque
Consequências das ondas de choque
Mach Buffet
Buffet de baixa
Coffin corner
16 | VOO TRANSÔNICO - ESTABILIDADE E CONTROLES DE VOO
Espessura e curvatura da asa
Enflechamento da asa
Vortex generator
Regra de área
Mach Trim
Estabilizador horizontal de incidência variável
17 | EXERCÍCIOS DE TEORIA DE VOO DE ALTA VELOCIDADE
Gabarito
Glossário
Bibliografia
Sobre o autor
Editora Bianch
Outras publicações
APRESENTAÇÃO
Este livro faz parte da coleção da Editora Bianch para o treinamento de piloto privado (PP) e
piloto comercial (PC), que visa qualificar o aluno ou piloto para a realização da prova de teoria de
voo da ANAC, do respectivo curso, e obviamente prepará-lo para o uso destes conhecimentos em
voo.
Seguindo a linha editorial desta coleção, este livro foi escrito com uma linguagem simples e
direta, proporcionando uma leitura leve e produtiva. Foram utilizadas dezenas de figuras e imagens,
pois temos certeza que tais ilustrações tornam a absorção do assunto mais fácil. Todo o conteúdo
deste livro está baseado no conteúdo programático de teoria de voo estabelecido pela ANAC para os
cursos de piloto privado e comercial de avião.
Nesta nova edição foi acrescentado o conteúdo de teoria de voo de alta velocidade para piloto
comercial, portanto, o livro foi dividido em duas partes: a primeira engloba o conteúdo programático
de piloto privado e a segunda o conteúdo complementar para o curso de piloto comercial.
Como piloto você deve ter o conhecimento do equipamento que irá voar e das forças que atuam
sobre ele, permitindo um domínio maior da aeronave tanto em condições normais de voo quanto em
possíveis situações anormais.
Saber a lógica da parte aerodinâmica do voo lhe trará mais confiança na operação, visto que as
reações e respostas do avião aos seus comandos serão previsíveis, havendo pouco espaço para
algum comportamento inesperado. Não se atenha em ler este livro apenas para passar na prova
teórica da ANAC, tente compreender a lógica que envolve a teoria de voo para poder aplicá-la na
prática.
Nos capítulos iniciais relembraremos os conceitos básicos de física e de teoria de voo, e depois
nos aprofundaremos um pouco mais nas forças que atuam sobre um avião em voo. Em seguida
analisaremos as diversas fases de um voo, como: a subida, cruzeiro, descida, curva, pouso e
decolagem e os principais aspectos que afetam a performance do avião nestas etapas.
Nos capítulos finais da primeira parte são analisadas as limitações de cada aeronave e como isso
pode ser decisivo para a realização de um voo seguro. Veremos também o efeito da distribuição
correta do peso na aeronave e as consequências sobre a performance do voo.
Para os pilotos que irão realizar a prova de piloto comercial a leitura da segunda parte é
obrigatória, nesta parte serão estudados os fundamentos da teoria de voo de alta velocidade. Em
poucas páginas analisaremos as importantes particularidades inerentes ao voo de aeronaves de alta
performance, que voam com velocidades próximas a do som.
Temos plena convicção que após a leitura deste livro, aliado a um estudo dedicado e constante em
relação a esta matéria, você estará preparado para a realização da prova teórica de teoria de voo da
ANAC. Portanto, estude e bons voos!
São Paulo, 08 de março de 2015
Denis Bianchini
 
Teoria de Voo de Baixa Velocidade
PILOTO PRIVADO
1
CONCEITOS BÁSICOS
Neste primeiro capítulo apresentaremos os conceitos básicos de física e de aerodinâmica, para
que você possa relembrá-los e se familiarizar com novas informações que serão úteis para o estudo
da teoria de voo dos aviões.
O conteúdo programático da ANAC para teoria de voo do cursode piloto privado não prevê
nenhum conhecimento aprofundado sobre física, portanto, você verá que os conceitos contidos neste
capítulo são muito similares aos aprendidos por você durante o 2o grau do ensino médio.
Noções de física
Analisaremos a seguir alguns conceitos básicos da física mecânica, que serão úteis para uma
melhor compreensão da teoria de voo dos aviões.
Mecânica é a parte da física que estuda os movimentos dos corpos, tanto em movimento quanto em
repouso, fazendo análises das forças que atuam sobre os corpos em repouso ou em movimento. O
estudo da explicação de como um corpo em repouso é capaz de entrar em movimento e como é
possível alterar o estado de movimento de um corpo é denominado de dinâmica, que é uma parte da
física mecânica.
Velocidade
Velocidade média é a grandeza física que mede a rapidez com que a posição de um móvel se
modifica com o tempo, ou seja, é a razão entre um deslocamento e o intervalo de tempo levado para
efetuar esse deslocamento.
As unidades de medida de velocidade mais utilizadas são:
Km/h: quilômetro por hora
Kt: milha náutica por hora (1,852 km/h)
Mph: milha terrestre por hora (1,609 km/h)
Na aviação, de um modo geral, a unidade de medida de velocidade padrão é a milha náutica,
conhecida como “nó (knot)”.
Aceleração
Se a velocidade de um objeto varia com o tempo, diz-se que ele tem aceleração. Se a velocidade é
constante (isto é, não varia com o tempo), a sua aceleração é nula.
A aceleração de um corpo é definida como a taxa de variação da velocidade, ou seja, é a rapidez
com que a velocidade muda em uma determinada unidade de tempo.
Imagine um motorista num carro a que está a uma velocidade de 30 km/h e de repente pisa no
acelerador fazendo com que a velocidade do automóvel chegue a 70 km/h em um tempo de 10
segundos. Observando tal situação podemos dizer que o ônibus variou 40 km/h em 10 segundos ou
ainda melhor, podemos dizer que variou 4km/h a cada segundo.
Massa
Massa é uma grandeza física fundamental, e grosso modo, o mesmo que quantidade de matéria
contida num corpo.
Não raro o peso de um corpo é confundido com a sua massa, porém, enquanto a massa de um
corpo é invariável, o seu peso varia com a aceleração gravitacional local. Por exemplo, o peso de
um astronauta de massa 70kg seria de apenas 11,2kg quando ele estivesse na Lua. Na Terra, o mesmo
astronauta tem quase 70kg de peso. Esse fato torna os movimentos de um homem na Lua bem mais
fáceis do que seriam aqui. Entretanto, a massa do astronauta permanece inalterada.
Peso
O peso é a força gravitacional sofrida por um corpo na vizinhança de um planeta ou de outro corpo
celeste de massa significativa. Matematicamente, ele pode ser descrito como o produto entre massa e
a aceleração da gravidade local.
Como vimos acima, o peso é variável, enquanto a massa de um corpo é invariável.
Densidade
Densidade é a relação entre a massa de um material e o volume por ele ocupado. O cálculo da
densidade é feito pela seguinte expressão:
>
A densidade determina a quantidade de matéria que está presente em uma unidade de volume, por
exemplo, a água possui maior densidade do que a gasolina, isso significa que num dado volume de
água há mais matéria que em uma mesma quantidade de gasolina.
Força
Força é aquilo que pode alterar o estado de repouso ou de movimento de um corpo. Sem a
aplicação de força num corpo não é possível fazê-lo parar, mover ou alterar a sua direção.
Potência
Potência é o tempo gasto para se realizar um determinado trabalho, ou seja, é a razão com que a
energia é transferida, usada, ou transformada. Matematicamente, a relação entre trabalho e tempo fica
da seguinte forma:
Uma unidade de medida de potência muito utilizada na aviação é o HP (horse power), que
corresponde a aproximadamente 76kgf.
Inércia
A inércia é uma propriedade física da matéria que considera que qualquer corpo em movimento
retilíneo e uniforme (ou em repouso) tende a manter-se em movimento retilíneo e uniforme (ou em
repouso).
Um exemplo simples, do ponto de vista da observação da inércia dos corpos, é aquele dos
passageiros num veículo. Quando o veículo é freado, os passageiros tendem a manter-se no seu
estado de movimento. Por isso, as pessoas "vão para frente" do ônibus quando este é freado. Na
realidade, a mudança do estado de movimento é apenas do ônibus. Os passageiros simplesmente
tendem a manter-se como estavam.
Torque
Esforço de torção que suporta um eixo quando transmite um movimento, ou esforço de rotação. Em
física, trata-se do produto de uma força pela distância perpendicular ao ponto de ação, também
chamado momento da força.
Trabalho
Para se colocar algum objeto em movimento, é necessária a aplicação de uma força e
simultaneamente uma transformação de energia. Quando há a aplicação de uma força e um
deslocamento do ponto de aplicação dessa força, pode-se dizer que houve uma realização de
trabalho.
Por definição trabalho corresponde ao produto da força ou componente da força na direção do
deslocamento, pelo deslocamento.
Grandezas físicas
As grandezas físicas são aquelas grandezas que podem ser medidas, ou seja, são aquelas que
descrevem qualitativamente e quantitativamente as relações entre as propriedades observadas no
estudo dos fenômenos físicos. Elas basicamente dividem-se em grandezas escalares e vetoriais.
Grandezas escalares: é aquela que precisa somente de um valor numérico e uma unidade para
determinar uma grandeza física, um exemplo é a nossa massa corporal.
Grandezas vetoriais: as grandezas vetoriais necessitam, para sua perfeita caracterização, de uma
representação mais precisa. Assim sendo, elas necessitam além do valor numérico, que mostra a
intensidade, uma representação espacial que determine a direção e o sentido.
Energia
É uma grandeza física que tradicionalmente se define como a capacidade de corpos e sistemas em
realizar um trabalho. Existe, portanto, um número apreciável de formas de energia como: nuclear,
mecânica, térmica, elétrica, etc.
Pressão
É a grandeza dada pela intensidade da força aplicada sobre uma superfície, por unidade de área. A
pressão pode ser estática ou dinâmica.
Pressão estática: é a pressão exercida por um ar ou gás em repouso. A pressão
estática é a pressão que age da mesma forma em todas as direções.
Pressão dinâmica: a pressão dinâmica é obtida convertendo-se a energia cinética em
energia de pressão. Uma forma bastante simples de observarmos a pressão dinâmica é
colocarmos a palma da mão contra um jato d’água, na palma da mão a velocidade é
nula e a força sentida na mesma é originada pela conversão da energia cinética em
energia de pressão, ou seja, pressão dinâmica.
Fluídos
Qualquer substância capaz de fluir, como os líquidos e os gases, e que não resiste de maneira
permanente às mudanças de forma provocadas pela pressão.
Leis de Newton
No século XVII, o matemático e filósofo inglês Sir Isaac Newton (1643-1727), propôs as três leis
básicas sobre movimento, sem ter a mínima ideia que três séculos depois estas leis seriam
amplamente aplicadas à teoria de voo de uma aeronave. Analisaremos o fundamento de cada uma
destas três leis, e de que forma são empregadas no voo de uma aeronave.
Primeira Lei de Newton
Também conhecida como lei da inércia, esta lei estabelece que um corpo em repouso permanecerá
em repouso, e um corpo em movimento permanecerá se movendo com a mesma velocidade e direção.
Esta proposição significa que na natureza nenhum corpo para ou se move sem que uma força externa
atue sobre ele.
Esta lei nos leva a concluir que uma aeronave parada no solo, precisará de uma força para quebrar
a inércia e se mover, esta força é provocada pelo motor.
Segunda Lei de Newton
Esta lei estabelece que se uma força externa age sobre um corpo, que se move a velocidade
constante, a alteração do movimento ocorrerá na direção de atuação da força. Isso quer dizer que se a
aeronave está voando com vento de proa, sua velocidade diminuirá.
Terceira Lei de Newton
Está é a tão famosa lei de ação e reação, que estabelece que umcorpo ao exercer uma força sobre
outro corpo, este segundo corpo exercerá sobre o primeiro uma força em igual magnitude, porém, em
direção oposta. Para exemplificar o que foi dito, vamos utilizar um motor a hélice de uma aeronave
como exemplo. Em um motor a hélice de uma aeronave em funcionamento, a hélice “joga” o ar para
trás, que consequentemente a empurra para frente com uma força de igual magnitude, possibilitando o
movimento da aeronave.
Princípio de Bernoulli
Meio século depois de Isaac Newton, o matemático suíço Daniel Bernoulli (1700-1782), explicou
como a pressão de um fluído varia com a velocidade do movimento. Este princípio estabelece que
com o aumento da velocidade do fluído, a pressão sobre este fluído será diminuída. É utilizando este
princípio que podemos entender o porquê da pressão no extradorso da asa (parte superior e curva da
asa) é inferior a do intradorso (parte inferior da asa). Esta diferença de pressão entre o extradorso e
o intradorso da asa é um dos fatores que influenciam na sustentação, como veremos mais à frente.
O que melhor exemplifica a teoria de Bernoulli é o tubo de Venturi, conforme podemos comprovar
abaixo.
Observe que durante o estreitamento do tubo de Venturi, a velocidade do fluído aumenta, enquanto
a pressão cai. É exatamente o que ocorre quando o ar passa sobre a superfície curva da asa.
Atmosfera
Antes de discutirmos os fundamentos da teoria de voo, faz-se necessário o estudo da atmosfera e
de suas características, uma vez que é neste ambiente que a aeronave irá operar e as propriedades da
atmosfera e as suas constantes mutações influem diretamente no desempenho do voo.
Composição da atmosfera
A atmosfera é composta por 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases. Como o
peso destes gases são diferentes uns dos outros, é natural que os gases mais pesados fiquem mais
próximos a superfície e vice-versa, o que explica a grande concentração de oxigênio abaixo de
35.000 pés de altitude.
O ar contido na atmosfera, assim como outros fluídos, é capaz de fluir e alterar a sua forma sob a
aplicação de uma força moderada.
Pressão atmosférica
Um dos fatores que mais afetam o voo é a pressão atmosférica, uma vez que ela é a responsável
pelas principais alterações meteorológicas e tem grande influência na sustentação da aeronave, além
de atuar em diversos instrumentos da aeronave (altímetro, climb, manifold pressure, etc).
A pressão atmosférica padrão ao nível médio do mar é de 29.92 polegadas de mercúrio. A pressão
atmosférica varia com a altitude, portanto, quanto mais alto um objeto estiver do nível médio do mar,
menor será a pressão exercida sobre ele.
O efeito da densidade do ar, da temperatura, da altitude e da umidade, afeta diretamente a pressão
e consequentemente o voo. Abaixo analisaremos a influência de cada um destes fatores mencionados
acima.
Densidade do ar
A palavra densidade significa peso por unidade de volume. Sendo o ar uma mistura de gases, ele
pode ser comprimido ou expandido. Portanto, se o ar em um recipiente estiver sob a metade da
pressão de outro em um recipiente idêntico, o ar sob mais pressão terá o dobro da densidade do que
o outro no recipiente sob menor pressão, sempre considerando a temperatura constante nos dois
recipientes. Isso nos leva a concluir que a densidade é diretamente proporcional a pressão.
Ao analisarmos o que foi dito na aplicação prática de um voo, temos o seguinte exemplo. Um dos
fatores que induz o piloto a sempre desejar voar mais alto é a densidade do ar. Quanto mais alto
menor a densidade do ar, portanto, uma aeronave pode voar mais rápido em altitudes elevadas do
que em baixas altitudes, porque, voando mais alto a densidade do ar será menor, o que proporcionará
menor resistência ao deslocamento da aeronave.
Temperatura
A temperatura também está diretamente atrelada à densidade do ar, veja o exemplo. Em um
recipiente cuja temperatura do ar é menor do que a do outro recipiente idêntico, a densidade será
maior no recipiente de menor temperatura, considerando que a pressão é constante em ambos os
recipientes. Portanto, a temperatura é inversamente proporcional a densidade do ar, e
consequentemente à pressão atmosférica.
Na atmosfera, tanto a pressão quanto a temperatura diminuem com o aumento da altitude, o que
acaba gerando um conflito em relação aos efeitos sobre a densidade. Ou seja, em altas altitudes como
a pressão diminui a densidade irá diminuir, porém a temperatura também diminuirá causando o
aumento da densidade do ar, então o que ocorrerá com esta mistura de efeitos sobre a densidade? O
efeito prático, e que torna válido o exemplo sobre o avião voar mais rápido em altas altitudes, é que
a os efeitos da pressão irão prevalecer sobre os da temperatura, portanto, o apesar do conflito a
densidade do ar será menor em maiores altitudes.
Umidade
A umidade é a quantidade de vapor de água no ar. A quantidade de vapor de água que o ar pode
absorver varia com temperatura, quanto menor a temperatura menor será a quantidade de vapor de
água que o ar poderá absorver, ou seja, é diretamente proporcional. O vapor de água é mais leve do
que o ar, portanto, ao compararmos um dia seco com um dia úmido, verificaremos que em dias
úmidos a densidade do ar é menor, considerando que a temperatura e a pressão são as mesmas. Isso
nos leva a concluir que a umidade é inversamente proporcional a densidade.
Chegamos então a seguinte conclusão, no que diz respeito aos fatores que influenciam na variação
da pressão atmosférica:
- a temperatura é inversamente proporcional a pressão.
- a densidade é diretamente proporcional a pressão.
- a umidade é inversamente proporcional a pressão.
Sistema de Pitot estático
Os instrumentos que utilizam a variação de pressão do ar como referência para as suas indicações
captam essa variação através do tubo de pitot. Os instrumentos cujo correto funcionamento dependem
do tubo de pitot, são:
- altímetro
- velocímetro
- climb
O sistema de pitot capta dois tipos de pressão, a pressão estática e a pressão dinâmica, o que
resulta na pressão total.
Pressão estática
A pressão atmosférica envolve todo e qualquer corpo na superfície terrestre, e em qualquer ponto
da atmosfera terrestre é possível medir a pressão exercida sobre um determinado corpo. Para efetuar
esta medição não é necessário que este corpo esteja em movimento. Na aeronave, as tomadas
estáticas são responsáveis em captar a pressão estática, e em enviá-la para as linhas que alimentam
os instrumentos que a necessitam para o correto funcionamento.
As tomadas estáticas, geralmente ficam localizadas na fuselagem da aeronave, conforme nos
mostram as figuras a seguir. Algumas aeronaves possuem uma tomada estática alternada, pois caso
haja uma obstrução na tomada principal, a alternada é capaz de suprir o sistema.
Durante a inspeção externa, realizada antes do voo, lembre-se de verificar se as tomadas estáticas
não estão obstruídas, o que poderá causar erro na indicação dos instrumentos alimentados pelo
sistema de pitot.
Pressão dinâmica
A pressão estática é exercida em qualquer corpo, esteja ele em movimento ou não. Já a pressão
dinâmica é o resultado do movimento deste corpo. Vamos imaginar que você esteja num carro a
100km/h, quando resolve abrir o vidro e colocar a mão para fora. Neste instante você vai sentir a
pressão do vento sobre a sua mão, está força é chamada de pressão dinâmica ou de impacto.
A pressão dinâmica varia com a altitude e com o vento relativo. Quanto mais rápido o vento
relativo ou maior a densidade do ar, maior será a pressão dinâmica.
Durante a inspeção externa, é importante que você também inspecione o tubo de pitot, para
verificar alguma possível obstrução. Durante os pernoites, é conveniente que você proteja o tubo de
pitot com uma capa própria para este fim, cuja finalidade é evitar o acumulo de impurezas que
possam obstruí-lo. Veja a figura abaixo:
A soma da pressão estática com a pressão dinâmica resultará na pressão total.
É importante que o tubo de pitot e a tomadaestática estejam sempre desobstruídos. Insistimos tanto
neste assunto, pois o altímetro e o velocímetro são alimentados por este sistema, e uma eventual
obstrução causará a indicação errada da altitude e da velocidade, duas informações imprescindíveis
para a condução de um voo seguro.
2
ESTRUTURAS DE UM AVIÃO
Este capítulo será bem mais interessante do que o anterior, uma vez que começaremos a lidar
diretamente com o avião, mais especificamente com as partes e estruturas que o compõe.
O avião
Durante todo este livro abordaremos diversos assuntos relacionados às aeronaves, mais
precisamente sobre as forças aerodinâmicas atuantes durante um voo. Por este motivo é importante
que você se sinta familiarizado com a maioria das partes que compõe a estrutura básica de um avião.
Abaixo as principais estruturas de um avião.
Fuselagem
É a estrutura na qual são fixadas as demais partes da aeronave (asa, empenagem, trem de pouso,
etc.), além de alocar a cabine de comando e o compartimento para passageiros e cargas.
Aerofólios
Compostos pela asa, empenagem e hélice, os aerofólios são estruturas aerodinâmicas que
produzem forças úteis ao voo.
Asa
A asa fica fixada na fuselagem e tem a função de produzir a sustentação necessária para manter a
aeronave em voo. Há diversos tipos de designs, posições, formas e tamanhos de asa, e cada
fabricante adota as características mais adequadas ao projeto de sua aeronave.
Trem de pouso
Estrutura cuja função básica é sustentar a aeronave em solo. Além desta função o trem de pouso
permite o amortecimento do impacto, a frenagem e o controle direcional da aeronave em solo.
Aerofólios e asas
Como vimos anteriormente, o aerofólio é uma estrutura projetada para produzir sustentação ou uma
força útil ao voo, como é o caso da asa, hélice e empenagem.
É importante ressaltar que o aerofólio é apenas a forma de uma parte da asa, e não toda a sua
estrutura. Muitas vezes o termo aerofólio é utilizado erroneamente para descrever toda a estrutura da
asa, e é muito comum encontrarmos em uma única asa ou hélice diferentes formas de aerofólios.
Tipos de perfil de aerofólios
Um aerofólio poderá apresentar dois tipos de perfil, o simétrico e assimétrico:
Perfil simétrico: perfil no qual a linha de corda divide o aerofólio em duas partes iguais. Neste
tipo de perfil será necessário um ângulo de ataque maior para que seja produzida a mesma
sustentação de um perfil assimétrico. Este perfil tem a vantagem de produzir a mesma sustentação em
ângulos de ataque positivo e negativo, motivo pelo qual é comumente utilizado em aviões
acrobáticos.
Perfil assimétrico: perfil no qual a linha de corda divide o aerofólio em duas partes
diferentes. Por serem mais eficientes em gerar sustentação, os perfis assimétricos são
os mais utilizados nas asas das aeronaves.
Características de um aerofólio
A figura abaixo exibe os principais termos e elementos presentes num perfil de um aerofólio.
Bordo de ataque: extremidade dianteira do aerofólio.
Bordo de fuga: extremidade traseira do aerofólio.
Extradorso: parte superior do aerofólio.
Intradorso: parte inferior do aerofólio.
Corda: linha reta que une o bordo de ataque ao bordo de fuga do aerofólio. A corda é
utilizada na determinação do ângulo de ataque e na determinação da área da asa.
Linha média (ou linha de curvatura média): é a linha cuja distância para o
intradorso e o extradorso é equivalente (igual). Num aerofólio simétrico a linha média
é igual a corda.
Características de uma asa
Envergadura: distância de uma ponta a outra da asa.
Raiz da asa: parte da asa localizada próxima a fuselagem da aeronave.
Ponta da asa: parte da asa localizada na extremidade oposta à raiz.
Área da asa: área compreendida entre os bordos de ataque e de fuga, de uma ponta a
outra, inclusive a área compreendida pela fuselagem da aeronave. A figura a seguir
exibe a área total de uma asa.
Não discutiremos as formulas para o cálculo da área da asa, pois se trata de um assunto mais
aprofundado e de pouca utilidade prática para um piloto, motivo pelo qual não será abordado neste
livro.
Alongamento da asa: relação entre a envergadura e a corda média geométrica da asa.
Quanto maior o alongamento melhor será a capacidade da asa de gerar sustentação e
menor será o arrasto por ela produzido.
A figura abaixo exibe duas aeronaves, uma com asas de pouco alongamento e outra (um planador)
com asas de grande alongamento.
Vento relativo
É o vento paralelo e na direção oposta à trajetória da aeronave. A velocidade do vento relativo é
similar a velocidade da aeronave. Observe na figura abaixo que o vento relativo não tem correlação
alguma com a atitude da aeronave, e sim com a trajetória do voo.
Ângulo de ataque
Ângulo formado entre a linha de corda e o vento relativo. O ângulo de ataque será exaustivamente
analisado no próximo capítulo.
Ângulo de incidência
Ângulo formado entre a corda e o eixo longitudinal da aeronave.
Diedro
É o ângulo formado entre o plano do intradorso da asa e o eixo lateral da aeronave. O diedro pode
ser nulo, negativo ou positivo e terá influência direta na estabilidade lateral da aeronave.
Enflechamento
É o ângulo formado entre o bordo de ataque da asa e o eixo lateral. O enflechamento pode ser
nulo, positivo ou negativo e terá influência direta na estabilidade lateral e direcional da aeronave.
DICA: Neste capítulo abordamos algumas definições, características e elementos presentes numa
asa, num aerofólio e numa aeronave de uma maneira geral. Ter o conhecimento dessas informações o
ajudará a compreender o que será explicado no próximo capítulo.
Não se preocupe em decorar todas essas definições e as que virão a seguir de uma só vez, à medida
que você for lendo este livro perceberá que estes dados irão se encaixar pouco a pouco, o que
tornará a compreensão muito mais fácil.
Neste momento você irá adquirir uma carga muito grande de informações, muitas delas novas, logo é
natural que se fique um pouco perdido, mas temos certeza que após reler novamente este livro você
já terá uma visão bem mais clara sobre todo este assunto!
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FORÇAS QUE ATUAM SOBRE UM AVIÃO
Este capítulo pode ser considerado a base deste livro, pois será através dele que conheceremos as
principais forças que atuam sobre um avião em voo, o que nos trará o embasamento necessário para
compreendermos praticamente todos os assuntos posteriores a este capítulo.
As quatro forças que atuam sobre um avião em voo, conforme ilustrado na figura abaixo são: peso,
sustentação, arrasto e tração. Ter o conhecimento dos efeitos destas forças permitirá a você
compreender de forma mais clara as reações do avião, o que o ajudará muito durante a pilotagem.
Como é possível observar na figura anterior, há uma distorção entre as forças. É notório que as
forças peso e sustentação são maiores do que a tração e o arrasto, nesta relação a força de
sustentação é aproximadamente 10 vezes maior do que o arrasto.
Abaixo temos a definição simplória destas quatro forças:
Peso: é a força que "empurra" o avião para baixo devido a força de gravidade, no
sentido oposto à sustentação.
Sustentação: é a força que se opõe ao peso, ela é produzida pelo efeito dinâmico do
ar atuando sobre a asa, no sentido perpendicular à trajetória do voo.
Arrasto: é a força que causa resistência ao voo, provocada pelo turbilhonamento do
ar na asa, fuselagem e em outras superfícies expostas. Esta força age no sentido
oposto à tração.
Tração: é a força gerada pelo motor da aeronave cuja função é se opor ao arrasto.
As quatro forças estarão em equilíbrio quando o avião estiver em voo reto e nivelado sem
aceleração. Neste caso o peso será igual à sustentação e o arrasto será igual a tração. Se a aeronave
estiver acelerando num voo nivelado, a tração deverá ser maior do que o arrasto, e caso a mesma
esteja desacelerando esta relação será inversa.
Com a aeronave parada no solo, apenas a força peso estará agindo sobre a aeronave, assim como
ocorre com todos os corpos no campo gravitacional da Terra.
PesoAssim como qualquer outro corpo na superfície terrestre, o avião tem peso, causado pela força de
gravidade que age no centro de gravidade (CG) do avião no sentido do centro da Terra. Em solo,
assim como ocorre com um carro, o peso do avião é suportado pela própria superfície terrestre
através das rodas (trem de pouso no caso do avião). Em voo o peso do avião é suportado pela força
de sustentação.
A força de gravidade atua em todos os corpos presentes na superfície da Terra, e graças a esta
força nos mantemos "presos" ao chão. Uma das forças que atua sobre um avião em solo ou em voo, e
está relacionado à gravidade, é o peso. Logo, para que o avião consiga voar é necessário que seja
criada uma força igual ou maior, no sentido oposto ao peso, para que a aeronave possa alçar voo.
No capítulo de peso e balanceamento você verá o quanto a análise do peso da aeronave é
importante para a performance de um voo, afetando inclusive a pilotagem.
Centro de gravidade
O ponto de equilíbrio de um avião, onde todos os seus três eixos se encontram é denominado de
centro de gravidade, comumente chamado de CG. No centro de gravidade é possível considerar todo
o peso do avião. A posição do CG varia de um voo para outro, uma vez que a determinação de sua
posição está associada principalmente a quantidade de combustível abastecido e a distribuição da
carga e dos passageiros dentro da aeronave. No capítulo de peso e balanceamento o CG será
amplamente analisado.
Sustentação
A sustentação é, por definição, a componente da resultante aerodinâmica perpendicular ao vento
relativo. Para explicarmos a sustentação teremos de recorrer ao princípio de Bernoulli e a terceira
lei de Newton. Como é sabido a sustentação é gerada principalmente pela asa do avião, que é um
aerofólio designado para sustentar o peso do avião.
O perfil de asa assimétrico é o mais utilizado nas asas, por tirar vantagem do princípio de
Bernoulli, uma vez que uma maior curvatura no extradorso (parte superior da asa) faz com que o ar
tenha a sua velocidade aumentada e a pressão estática reduzida em relação ao intradorso (parte
inferior da asa). Essa diferença de pressão entre o extradorso e o intradorso gerará parte da
sustentação da asa, porém não toda, como algumas vezes é equivocadamente citado em algumas
publicações e artigos.
O outro percentual da sustentação total produzido pela asa será gerado pela deflexão para baixo
do ar que se choca com o intradorso da asa. Ou seja, o ar que é deslocado para baixo pela asa, de
acordo com a terceira lei de Newton, terá como reação empurrá-la para cima, produzindo
sustentação. Você pode perceber este efeito ao colocar a sua mão para fora da janela de um veículo
em movimento, e a reação dependerá da velocidade do deslocamento do veículo e do ângulo de
inclinação da sua mão em relação ao vento.
A quantidade de sustentação que uma asa é capaz de produzir depende basicamente de:
- coeficiente de sustentação da asa 1
- pressão dinâmica 2
- área da asa
Com base nestes dados e na fórmula acima concluímos que a sustentação depende da(o):
- ângulo de ataque
- densidade do ar
- formato do aerofólio (espessura e curvatura)
- velocidade da aeronave
- área da asa
Ainda com base na formula da sustentação podemos concluir que os parâmetros acima são
diretamente proporcionais a sustentação.
Centro de pressão
Da mesma maneira que o peso total de um avião pode ser considerado num único ponto - centro de
gravidade - as forças aerodinâmicas num aerofólio atuam num único ponto conhecido como centro de
pressão (CP) ou centro de sustentação.
A movimentação do centro de pressão de uma asa apresenta certa distinção entre um perfil
simétrico e um assimétrico, veja:
Num perfil assimétrico o aumento do ângulo de ataque resultará no aumento da resultante
aerodinâmica e no deslocamento do CP para frente.
Num perfil simétrico o aumento do ângulo de ataque resultará no aumento da resultante
aerodinâmica, porém o CP não alterará a sua posição, uma vez que a posição do CP não varia num
perfil simétrico.
Ângulo de ataque
Como vimos no capítulo anterior, o ângulo de ataque é definido como o ângulo formado entre a
linha da corda e o vento relativo.
O ângulo de ataque possui uma ligação direta com a sustentação, e ao aumentá-lo a sustentação
também será aumentada. O gráfico abaixo ilustra claramente esta relação "ângulo de ataque X
sustentação", e nos permite observar que acima de um determinado ângulo a sustentação decresce e
ocorre o stall. Esse ângulo de ataque máximo é denominado de ângulo crítico ou ângulo de stall, a
partir do qual os filetes de ar de desprendem formando um turbilhonamento que acarretará numa
queda elevada da sustentação e no aumento abrupto do arrasto.
O ângulo de ataque é frequentemente confundido com o ângulo de atitude, o que se trata de uma
associação equivocada, veja:
Sabemos que a sustentação varia com o ângulo de ataque, porém esta relação poderá sofrer
variações de acordo com o perfil do aerofólio. No gráfico a seguir podemos visualizar de forma
clara esta diferença, observe que num mesmo ângulo de ataque o perfil assimétrico terá um
coeficiente de sustentação (CL) maior do que o perfil simétrico.
Abaixo podemos observar uma comparação mais efetiva da relação entre o ângulo de ataque, a
sustentação gerada e o tipo de aerofólio, veja:
- ângulo de ataque positivo: neste caso a sustentação será positiva em ambos os tipos
de aerofólios.
- ângulo de ataque nulo: neste caso a sustentação será positiva no perfil assimétrico e
nula no perfil simétrico.
- ângulo de ataque de sustentação nula: neste caso a asa não produz sustentação, logo
o ângulo de ataque será negativo no perfil assimétrico e nulo no perfil simétrico.
- ângulo de ataque inferior ao ângulo de ataque de sustentação nula: neste caso a
sustentação é nula em ambos os tipos de aerofólios.
Stall
A asa "estola" quando o ângulo crítico ou ângulo de stall é atingido, ponto no qual os filetes de ar
se desprendem e tornam-se turbulentos, reduzindo consideravelmente a produção de sustentação pela
asa. Em baixos ângulos de ataque os filetes de ar se desprendem na parte traseira da asa, não
causando nenhuma perda de sustentação significante. Porém, à medida que o ângulo de ataque é
aumentado e se aproxima do ângulo crítico (1), o deslocamento dos filetes começa a ocorrer mais
próximo ao bordo de ataque, até o ponto em que o arrasto gerado pelo turbilhonamento (2) é tão
elevado que a sustentação produzida torna-se insuficiente para manter o avião em voo.
Cada aeronave possui um dispositivo específico para alertar o piloto sobre a proximidade de a
aeronave entrar em stall, este alerta é geralmente caracterizado por um alerta sonoro e/ou visual.
Além destes alertas automáticos, o piloto é capaz de reconhecer a proximidade do stall das seguintes
formas:
- vibração na aeronave
- diminuição da sensibilidade dos comandos
- atitude da aeronave muito diferente do habitual
Alguns fatores externos como formação de gelo e elevado acumulo de sujeira nas asas aumentam a
velocidade de stall da aeronave, diminuindo a eficiência e o desempenho da mesma.
O peso e a altitude do voo também têm influência direta na variação da velocidade de stall da
aeronave. Quanto maior o peso e a altitude maior será a velocidade da stall.
Apesar de o stall estar relacionado ao ângulo de ataque, são poucas as aeronaves que possuem o
instrumento que indique este parâmetro. Deste modo, a maneira pela qual o piloto deverá monitorar a
proximidade do stall é através da velocidade da aeronave. O fabricante da aeronave, através do
manual de operações da aeronave, disponibiliza as velocidades de stall de acordo com o peso e a
configuração da aeronave. Portanto, lembre-se, o recurso mais eficiente disponível para você voar
numa velocidade segura é o constante monitoramento do velocímetro da aeronave, e obviamente o
conhecimento da velocidade de stall do equipamento que você está operando.
Uma asa deve ser projetada para que o stall tenha início na raiz da asa e só depois seestenda para
a ponta da asa. Mas qual a diferença do stall começar na raiz ou na ponta da asa? Na ponta da asa
ficam localizados os ailerons - aerofólios responsáveis pelo movimento da aeronave sobre seu eixo
longitudinal - e um stall nesta região da asa pode fazer com que o piloto perca o controle sobre os
ailerons, o que pode levar a uma situação mais crítica.
Este é o motivo pelo qual é preferível que o stall tenha início na raiz da asa. Em alguns perfis a
ponta da asa tem uma leve torção em relação à raiz, de modo que a ponta tenha sempre um ângulo de
ataque inferior ao da raiz. Este tipo de perfil é comumente encontrado na asa das aeronaves a jato.
A figura abaixo ilustra a sequência do stall e da sua recuperação, para que você tenha uma ideia
mais clara do que ocorre nesta situação.
1. O nariz da aeronave começa a se elevar, aumentando o ângulo de ataque.
2. Aeronave com o nariz e o ângulo de ataque elevado, e a velocidade muito próxima
da velocidade de stall. A aeronave se encontra no pré-stall, nesta fase uma ação
rápida do piloto livraria a aeronave do stall.
3. A aeronave entra em stall. Neste momento será emitido um alerta sonoro. Devido a
um ângulo de ataque excessivo a aeronave acabou entrando em stall.
4. Após o stall o nariz da aeronave cairá, neste momento deve-se e empurrar
levemente o manche - para diminuir o ângulo de ataque - e mover a manete de
potência para frente, de modo que a aeronave recupere velocidade e não perca muita
altitude.
5. Ao atingir uma velocidade segura, puxe suavemente o manche para recuperar o
avião do mergulho. Se o manche for puxado bruscamente a aeronave correrá sério
risco de entrar novamente em stall.
6. Aeronave recuperada do stall estabelece o voo nivelado, neste momento deve-se
ajustar a potência para que a velocidade não dispare.
DICA: Antes de voar qualquer aeronave leia e estude o manual de operações da mesma, isso permite
que você tenha o conhecimento aprofundado do equipamento que irá operar e minimiza as chances de
situações desconfortáveis e inseguras, como por exemplo o stall.
Arrasto
Arrasto é o termo utilizado para denominar a resistência ao fluxo de ar ou ao movimento através
do ar, ou seja, é a força que resiste e se opõe ao deslocamento da aeronave. O arrasto atua
paralelamente a na mesma direção do vento relativo.
Quando estamos numa estrada dirigindo um carro e colocamos a mão para fora da janela podemos
sentir o arrasto criado pela mão. Esse efeito é sentido por todas as partes de um avião em voo, como
por exemplo: a asa, o trem de pouso, a empenagem, etc.
O arrasto está presente em qualquer deslocamento através do ar, seja num planador em voo ou num
carro de formula 1 em movimento, e como não é possível excluir esta força, os engenheiros buscam
formas para reduzir os efeitos do arrasto e aumentar a performance do equipamento.
Através das figuras abaixo é possível compreendermos melhor o conceito do arrasto. Observe que
há uma perturbação do fluxo de ar após o choque com uma superfície, e esta perturbação irá variar
de acordo com as características da superfície em questão.
Mas de que forma o arrasto pode influir no meu voo? O arrasto, conforme analisado, é a força que
irá se opor ao movimento da aeronave, logo, quanto maior o arrasto maior deverá ser a força para
compensá-lo. Esta força para compensá-lo será o aumento da força tração, ou seja, aumento da
potência do motor, o que aumentará o consumo de combustível e diminuirá de maneira geral a
performance da aeronave. Basicamente é este o motivo pelo qual os engenheiros procuram fazer um
avião "limpo", pois assim o mesmo será mais eficiente e consequentemente terá maior chance de ser
bem sucedido comercialmente.Analisaremos a seguir os tipos de arrasto que poderemos encontrar em
voo, as suas consequências e as formas possíveis para minimizá-lo.
Tipos de arrasto
Basicamente podemos dividir o arrasto total da aeronave em dois grupos: arrasto induzido e
arrasto parasita.
Arrasto induzido: aquele relacionado às partes do avião que produzem sustentação,
ou seja, é o produto indesejado da geração de sustentação.
Arrasto parasita: aquele resultante da resistência imposta pelas moléculas de ar a
qualquer objeto que se move no ar.
Arrasto Parasita
O arrasto parasita possui essa denominação pois não produz nenhuma força útil ao voo, ele é o
resultado da resistência imposta pelas moléculas de ar à qualquer parte da aeronave exposta ao ar
quando a mesma encontra-se em movimento.
O arrasto parasita é composto por três elementos básicos: o arrasto de pressão (ou de forma), o
arrasto de atrito e o arrasto de interferência.
Arrasto de pressão ou de forma: é resultante da diferença de pressão entre o bordo
de ataque e o bordo de fuga de um objeto. A separação e o deslocamento dos filetes
de ar no bordo de fuga do objeto fará com que a pressão na parte dianteira seja maior
que na parte traseira. O resultante será uma força aerodinâmica que irá atuar no
sentido da menor pressão, ocasionando o arrasto de pressão.
O arrasto de pressão é o mais fácil de ser reduzido durante o projeto e o desenvolvimento da
aeronave, de um modo geral objetos com formatos aerodinâmicos proporcionam menor arrasto de
pressão, o que obviamente irá influenciar o arrasto total. A figura abaixo ilustra claramente a
comparação de como pode ser reduzido o arrasto de pressão de determinadas partes da aeronave.
O formato da roda resulta num grande turbilhonamento dos filetes de ar na parte traseira do objeto,
diminuindo a pressão nessa área e aumentando o arrasto de pressão.
Ao inserir formas aerodinâmicas à estrutura do trem de pouso minimiza-se o
turbilhonamento dos filetes de ar na parte traseira do objeto, resultando num
menor arrasto de pressão.
Observe no exemplo anterior que a área frontal exposta ao ar é praticamente a mesma nos dois
tipos de trem de pouso, porém, a carenagem instalada na roda reduz o turbilhonamento do ar na parte
traseira e consequentemente há uma redução no arrasto de pressão. Quanto mais tarde ocorrer a
separação dos filetes de ar na superfície menor será a perturbação do ar e menor o arrasto. Este é o
motivo pelo qual notamos que as aeronaves têm sempre carenagens aerodinâmicas em determinadas
áreas a fim de evitar o arrasto e aumentar o desempenho e a performance da mesma.
Arrasto de atrito: nenhuma superfície é completamente lisa, sempre há pequenas
irregularidades, logo os filetes de ar serão defletidos ao se moverem sobre a
superfície de um objeto em movimento, causando resistência ao movimento. Esse
atrito entre os filetes de ar e a superfície do objeto é denominado de arrasto de atrito.
Neve, gelo, sujeira e rugosidades na superfície do objeto aumentam o arrasto de atrito, por este
motivo é importante sempre manter a superfície da aeronave limpa.
Uma superfície com suja ou com deformações aumenta o atrito entre os filetes
de ar e a superfíce do objeto.
Uma superfície lisa miniza o atrito entre os filetes de ar e a superfície do objeto.
Um exemplo simples para diferenciarmos o arrasto de pressão ao de atrito é considerarmos uma
placa plana em duas diferentes posições. Na primeira figura a placa está paralela ao fluxo de ar,
portanto, o arrasto gerado é apenas o de atrito. Quando está placa é colocada numa posição
perpendicular ao fluxo de ar, o arrasto gerado passa a ser de pressão.
Arrasto de atrito
Arrasto de pressão
Arrasto de interferência: esse arrasto combina os efeitos do arrasto de pressão e de
atrito, e ele é causado pela interferência no fluxo de ar entre as partes adjacentes da
aeronave, como por exemplo, a interseção da asa com a fuselagem.
Esses três elementos - arrasto de pressão, arrasto de atrito e arrasto de interferência - serão
computados para a determinação do arrasto parasita de uma aeronave. Proporcional a velocidade da
aeronave, o arrasto parasita pode ser reduzido das seguintes formas:
- redução da área exposta ao ar
- design aerodinâmico das áreas expostas
- rebites escareados
- limpeza constante das superfícies da aeronaveA velocidade da aeronave possui relação direta com o arrasto parasita. Com a aeronave parada
não há movimentação do ar sobre a mesma, logo, não há incidência de arrasto parasita. Porém, à
medida que a velocidade é aumentada o arrasto parasita também aumenta, portanto, o arrasto parasita
é mais significativo em velocidades elevadas. Para você ter uma ideia deste aumento, se a
velocidade da aeronave dobrar o arrasto parasita irá quadruplicar. Veja o gráfico abaixo:
Arrasto Induzido
O arrasto induzido está diretamente relacionado à produção de sustentação pela asa da aeronave,
ele é um produto indesejado da sustentação e que não pode ser anulado. Este tipo de arrasto ocorre
principalmente devido a movimentação dos filetes de ar no intradorso e extradorso de uma asa que
produz sustentação.
Como vimos, a pressão no intradorso é maior do que no extradorso, e o resultado disso é que os
filetes de ar tendem a se deslocar para o extradorso, a fim de igualar a pressão. Durante este
movimento ocorre um turbilhonamento na ponta da asa resultante desta fuga do ar que se encontrava
no intradorso, o que irá reduzir a sustentação da asa. Para compensar essa redução de sustentação
produzida pelo turbilhonamento, aumenta-se o ângulo de ataque o que irá gerar mais arrasto, o
chamado arrasto induzido.
Turbilhonamento causado pela movimentação dos filetes de ar sobre a asa
Para que você tenha uma noção da relação "velocidade x arrasto induzido", num voo de baixa
velocidade ou próximo a velocidade de stall o arrasto induzido corresponde a aproximadamente
75% do arrasto total, enquanto num voo em velocidade elevada esse percentual pode chegar a apenas
2% do arrasto total.
O arrasto induzido pode ser reduzido das seguintes maneiras:
- asa de grande alongamento
- afilamento da asa
- winglets/tiptanks
A figura abaixo exibe algumas das opções disponíveis para a redução do arrasto induzido.
Arrasto Total
O arrasto total é a soma do arrasto induzido e parasita. Ao combinarmos os gráficos do arrasto
parasita e induzido, com relação à velocidade da aeronave, encontramos a curva do arrasto total, que
nos permite conhecer a velocidade na qual o arrasto é mínimo.
A fórmula do arrasto total da aeronave é expressa pela formula abaixo.
O esquema abaixo ilustra a composição do arrasto total de uma aeronave.
Tração
Uma das quatro forças atuantes em uma aeronave em voo, a tração é produzida pelo grupo
motopropulsor. A força produzida é na direção do deslocamento da aeronave, no sentido oposto ao
arrasto.
Para que a aeronave mantenha um voo reto e nivelado a tração deve ser igual ao arrasto. Para que
num voo nivelado a aeronave acelere, a tração deverá ser maior do que o arrasto.
Neste livro analisaremos apenas o desempenho dos motores a pistão, responsáveis pela geração
da força tração na grande maioria das aeronaves de pequeno porte. As aeronaves maiores, mais
rápidas e de maior desempenho são equipadas com motores turbofan, que não fazem parte do
conteúdo programático do curso de piloto privado. Nos motores a pistão a hélice é utilizada para
converter a potência produzida pelo motor em tração.
Há diversos tipos de potência gerada por um motor a pistão, e o conhecimento da definição de
cada uma delas faz-se necessário durante este nosso estudo.
Potência indicada: potência bruta produzida pelo motor.
Potência efetiva: potência que o motor fornece à hélice, medida no eixo da hélice.
Potência nominal: potência efetiva máxima que o motor é capaz de desenvolver.
Potência útil: potência que o grupo motopropulsor disponibiliza para a aeronave.
Para se obter esta potência deve-se levar em consideração a eficiência da hélice em
converter a potência efetiva em tração. Quanto maior a eficiência da hélice maior será
a sua capacidade em converter a potência efetiva em tração.
Potência necessária: potência que a aeronave necessita para se manter em voo reto e
nivelado.
Hélice
A hélice nada mais é do que um aerofólio rotativo que converte a potência produzida pelo motor
em força de tração.
A lógica utilizada pela hélice para gerar tração é similar a utilizada pela asa na geração da
sustentação. Durante a rotação da pá da hélice no ar a aceleração do fluxo de ar na parte superior da
pá resultará numa queda na pressão em relação à parte inferior (princípio de Bernoulli) ocasionando
parte da tração produzida pela hélice.
A pá da hélice é dividida em seções na forma de aerofólios, e cada uma destas seções possui um
ângulo de torção. As seções localizadas próximas ao cubo possuem maiores ângulos de torção e são
responsáveis pela maior parte da tração produzida pela hélice. Próximo a ponta da hélice o ângulo
de torção é menor. Nas figuras abaixo podemos visualizar melhor o que vem a ser a torção da pá da
hélice, e de como a torção e as características do aerofólio variam ao longo das seções da pá.
A torção da pá acaba gerando um ângulo em relação ao vento relativo, chamado de ângulo de
ataque. O vento relativo é a resultante da velocidade do deslocamento da aeronave e da velocidade
de rotação da hélice.
A eficiência da hélice está diretamente relacionada ao ângulo de ataque, e este ângulo irá variar
com a velocidade de deslocamento da aeronave, quanto mais veloz menor o ângulo e vice-versa.
Como veremos adiante, uma hélice de passo variável ou de velocidade constante é capaz de manter o
ângulo de ataque ideal e mais eficiente independentemente da velocidade da aeronave.
Passo
A cada rotação completa a hélice desenvolve um movimento helicoidal e avança uma determinada
distância, conhecida como passo ou passo teórico.
Porém, devido à velocidade do deslocamento da aeronave a distância avançada pela hélice acaba
sendo menor do que o previsto, o que chamamos de passo efetivo.
A diferença entre o passo teórico e o passo efetivo de uma hélice é denominada de recuo.
Tipos de hélices
Há diversos tipos de hélices que equipam os motores a pistão, desde a mais simples (passo fixo) a
mais eficiente (passo variável ou de velocidade constante). Mas o que difere uma hélice da outra e
por que há diversos tipos? Antes de responder integralmente a esta pergunta veja a diferença entre os
tipos de hélice.
Hélice de passo fixo: neste tipo de hélice o passo ou o ângulo da pá não pode ser
ajustado. A hélice de passo fixo é amplamente utilizada em aviões de pequeno porte e
de treinamento, por ser mais simples e ter um custo menor.
Hélice de passo ajustável: este tipo de hélice permite o ajuste do passo ou ângulo de
torção apenas no solo, não sendo possível a sua alteração em voo. Este tipo de hélice
permite que se ajuste o passo apenas para uma determinada condição de voo.
Hélice de passo variável: este é o tipo ideal de hélice, uma vez que o passo ou ângulo
de torção pode ser alterado durante o voo, permitindo que a hélice funcione com um
bom desempenho em qualquer etapa do voo.
A eficiência da hélice está diretamente atrelada ao ângulo de ataque das seções da pá. Há um
ângulo de ataque no qual a eficiência da hélice é máxima, porém, como é possível notar na figura
abaixo, o ângulo de ataque de uma seção da hélice varia com a velocidade do deslocamento da
aeronave. Quanto maior a velocidade menor será o ângulo de ataque em hélices de passo fixo.
Observe na figura abaixo a relação mencionada acima. Na primeira figura a aeronave está se
deslocando a 100kt e o ângulo de ataque é de 18o, porém, quando a velocidade é aumentada para
140kt o ângulo de ataque é reduzido para 6o, ou seja, o passo é reduzido.
Por este motivo as hélices de passo variável são mais eficientes do que as de passo fixo, ou seja, o
passo variável permite que a hélice esteja sempre mantendo o ângulo de ataque mais apropriado para
o desenvolvimento da máxima eficiência.
Vamos supor que o ângulo de ataque ideal para a condição acima seja de 18o, porém quando a
velocidade foi aumentada este ângulo caiu para 6o. Numa hélice de passo variável, o governador irá
comandar automaticamente o aumento do ângulo de torção da pá para que os 18o requeridos sejam
mantidos.Veja a figura abaixo.
Como foi possível observar anteriormente, ao alterar a torção da pá o ângulo de ataque requerido
foi mantido. E qual a vantagem de se manter um ângulo de ataque constante? Veja!
Durante a decolagem, a fase inicial da subida, a fase final da aproximação e o pouso é conveniente
que a hélice desenvolva a RPM máxima para que a potência máxima do motor possa ser utilizada.
Para que a hélice aproveite a potência total do motor utiliza-se o passo mínimo, no qual o ângulo de
ataque será bem reduzido. Nessas fases do voo pode ser necessária a utilização da potência máxima
do motor, por serem fases mais críticas, por este motivo será utilizado o passo mínimo.
À medida que a aeronave prossegue na subida até atingir o nível de cruzeiro o passo vai sendo
aumentado e o RPM será reduzido, para que o motor consuma menos combustível, algo fundamental
nessa fase - cruzeiro - que geralmente é a mais longa.
Como é possível perceber, cada fase requer um passo ou ângulo de torção específico, e numa
hélice de passo fixo fica-se limitado a um único passo, reduzindo a eficiência da hélice. Veja abaixo
a relação entre as fases do voo e o passo requerido.
Há outro tipo de passo em hélices de passo variável que é utilizado apenas quando o motor para
em voo, por problemas técnicos obviamente, é o chamado passo "bandeira", no qual o arrasto
produzido pela hélice é mínimo. Ao parar de produzir tração em voo a hélice passa a ser mais uma
área de arrasto para a aeronave, e ao empregar o passo bandeira esse arrasto é consideravelmente
reduzido.
A maneira correta de operar uma aeronave em cada uma das fases do voo você irá encontrar no
manual de operações da aeronave fornecido pelo fabricante da mesma.
Efeitos da rotação da hélice (torque)
Ao começar a voar aeronaves monomotoras você perceberá que a aeronave terá uma tendência de
rolagem para a esquerda, principalmente na decolagem. Esta tendência é causada basicamente por
quatro fatores:
- torque
- esteira
- carga assimétrica (fator P)
- efeito giroscópico
Esta tendência de rolagem para a esquerda será mais notada com a aeronave em baixa velocidade,
potência elevada e grande ângulo de ataque, ou seja, esse efeito é mais evidente na decolagem.
As aeronaves são projetadas com algumas modificações que praticamente eliminam este efeito
durante o voo de cruzeiro, fase geralmente mais longa do voo, evitando assim que o piloto tenha que
efetuar correções constantes nesta etapa. A figura a seguir nos mostra uma das modificações
utilizadas, neste caso o estabilizador vertical é deslocado levemente para a esquerda, o que reduz os
efeitos do torque.
Para corrigir o efeito do torque na aeronave o piloto deverá aplicar comando no pedal direito,
para que a aeronave mantenha o voo reto. A pressão que deverá ser aplicada no pedal irá variar de
uma fase do voo para outra, mas você perceberá que durante a decolagem o uso do pedal para
corrigir este efeito é imprescindível.
Abaixo analisaremos os quatro fatores que resultam nesta tendência de rotação da aeronave para a
esquerda.
Torque: este fator é facilmente explicado pela terceira lei de Newton - ação e reação.
A hélice gira no sentido horário - tendo como referência a vista da cabine - e a força
produzida por ela tende a girar o avião sobre o seu eixo longitudinal no sentido anti-
horário.
Esteira: durante a rotação no sentido horário da hélice, o ar é jogado para trás num
movimento helicoidal que atinge o leme pelo lado esquerdo. Ao atingir o leme o ar
jogará a cauda para a direita e o nariz da aeronave para a esquerda, resultando numa
guinada para a esquerda.
Efeito giroscópico: a rotação da hélice de uma aeronave apresenta todas as
características de um giroscópio - rigidez e precessão. Logo, toda vez que uma força é
aplicada para mover a hélice para fora de seu plano de rotação, uma força resultante
ocorre na direção da rotação a 90o da direção da força aplicada. O efeito giroscópico
é mais proeminente e efetivo em aeronaves convencionais - com bequilha - e ocorre
com maior intensidade no momento da decolagem, quando a cauda é levantada. O
piloto pode minimizar este efeito levantando de forma mais suave a cauda da
aeronave durante a decolagem, manobra realizada para que ocorra a redução de
arrasto e o aumento da aceleração durante a corrida de decolagem.
Carga assimétrica (fator P): quando voando com ângulo de ataque elevado ou
durante a decolagem - em aeronaves convencionais - o eixo de rotação da hélice fica
inclinado para cima, esta inclinação fará com que a pá da hélice que desce tenha um
ângulo de ataque maior do que a pá que sobe, ocasionando uma guinada para a
esquerda. Em voo de cruzeiro, onde o voo é reto e nivelado o efeito da carga
assimétrica é desprezível.
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CONTROLES DE VOO
O sistema de controle ou comandos de voo é dividido em dois, o primário e o secundário.
Basicamente o sistema primário é o responsável pelo controle efetivo dos movimentos da aeronave
em voo, enquanto o sistema secundário auxilia na performance do voo e na diminuição das forças
empregadas pelo piloto ao efetuar um movimento com a aeronave.
Controles primários de voo
Como é possível visualizar na figura anterior, uma aeronave realiza movimentos em voo sobre três
eixos: vertical, lateral e longitudinal. O movimento sobre cada um destes três eixos é realizado por
uma superfície de controle primária específica.
As superfícies de controle primárias nada mais são do que aerofólios móveis que provocam
alteração no fluxo e na pressão de ar em pontos específicos, que resultam na movimentação da
aeronave sobre um dos três eixos.
Os controles de voo se mostram mais firmes e efetivos com a aeronave voando mais rapidamente,
e mais lentos e "moles" em voos de baixa velocidade.
As superfícies de controle primárias de voo são: aileron, profundor e leme. A tabela abaixo
mostra a relação entre as superfícies de controle, o eixo de rotação, o movimento da aeronave e o
comando utilizado pelo piloto para realizar tal movimento.
Os controles de voo são compostos pelo manche, que controla os ailerons e o profundor, e pelo
pedal que controla o leme. Nas aeronaves menores e menos sofisticadas os movimentos realizados
no manche e no pedal são transmitidos ao profundo, aileron e leme através de cabos de aço. Já nas
aeronaves mais modernas estes movimentos são transmitidos pelo sistema hidráulico, o que diminui
muito a força aplicada pelo piloto.
Ailerons
São aerofólios localizados no bordo de fuga da asa que possuem a função de controlar o
movimento do avião em torno do seu eixo longitudinal. O manche é o responsável em controlar os
ailerons, com movimentos para esquerda e para direita.
Os ailerons da asa direita e esquerda trabalham em sincronia, quando um abaixa o
outro se eleva, assim é possível que o avião realize uma curva. Para facilitar o trabalho dos
ailerons as aeronaves mais modernas dispõem do spoiler, um controle de voo secundário.
Analisaremos a atuação e as funções do spoiler nas próximas páginas deste capítulo.
Mas por que o movimento dos ailerons provoca a queda de uma asa e a elevação da outra, fazendo
com que a aeronave inicie uma curva?
Vamos supor que você queira realizar uma curva para a direita, então moverá o manche para
direita. Ao movê-lo para a direita, o aileron da asa direita vai subir e o da asa esquerda vai descer, é
aí que está o segredo. Quando o aileron da asa direita subir esta asa perderá sustentação e
consequentemente abaixará, já o aileron da asa esquerda realizará ação inversa. Esta diferença de
sustentação entre as duas asas fará com que o avião inicie a curva para o lado que foi comandado
pelo piloto.
Guinada adversa
A deflexão do aileron para baixo irá produzir mais sustentação, o que gerará também mais arrasto
àquela asa. Esse arrasto adicional causará um efeito denominado de "guinada adversa", que é a
tendência da aeronave guinar para a direção da asa que foi levantada, no sentido contrário ao da
curva.
O leme é utilizado para minimizar e neutralizar a guinada adversa.Você deverá utilizar mais leme
para corrigir a guinada adversa nas seguintes condições:
- baixa velocidade
- grande deflexão dos ailerons
- grandes ângulos de ataque
A curva - como veremos mais adiante - é uma manobra que exige uma boa coordenação dos três
controles primários de voo. Durante uma curva o aileron irá inclinar a aeronave no ângulo desejado,
o leme será utilizado para minimizar a guinada adversa e o profundor será utilizado para manter a
aeronave nivelada.
Há alguns recursos disponíveis para que a guinada adversa seja minimizada, além é claro do uso,
por parte do piloto, do leme de direção.
Aileron conjugado com o leme: este mecanismo faz com que ao se dar um impulso
para o comando dos ailerons uma força seja aplicada automaticamente no leme, para
que este possa corrigir a guinada adversa sem a interferência do piloto.
Aileron diferencial: com o uso dos ailerons diferenciais o aileron que sobe terá uma
deflexão maior do que o aileron que desce, tudo isso feito automaticamente sem a
influência do piloto. Com essa diferença na deflexão dos ailerons a asa que desce terá
um aumento no arrasto, minimizando - mas não eliminando - os efeitos da guinada
adversa.
Aileron tipo frise: com o aileron tipo Frise, o aileron que é elevado durante a curva
se projeta para fora, aumentando o arrasto da asa que abaixará e minimizando desta
forma a guinada adversa.
Profundor
São aerofólios que controlam o movimento do avião sobre o eixo lateral ou transversal. O
profundor é controlado pelo manche, com movimentos para frente e para trás, e é o responsável em
fazer a aeronave subir ou descer.
O raciocínio é o mesmo utilizado para compreender o funcionamento dos ailerons. Veja o que
acontece quando você puxa o manche.
Ao puxar o manche, o profundor se moverá para cima causando perda de sustentação, isso
resultará na queda do estabilizador e na elevação do nariz da aeronave, fazendo com que ela suba.
Há dois tipos mais comuns de estabilizador horizontal, o de cauda convencional - conforme
ilustrado na figura acima - e o de cauda em T, no qual o estabilizador horizontal fica projetado mais
acima - conforme figura abaixo.
Além destes dois modelos há outro, porém pouco utilizado, que é a cauda em V, que ficou bastante
conhecida com a aeronave Bonanza. Na cauda em V o leme e o profundor trabalham
simultaneamente, porém este tipo de cauda requer uma estrutura mais complexa, além de ser mais
suscetível a tendência de Dutch Roll, o que não tornou o seu uso muito popular.
Leme
O leme é o responsável pelo movimento da aeronave sobre o eixo vertical, ou seja, controla a
direção do avião. O leme é controlado pelos pedais.
Vamos ver na prática como funciona o leme. Ao aplicar o pedal esquerdo, o leme virará para a
esquerda, causando o movimento da cauda para a direita e consequentemente o nariz da aeronave se
moverá para a esquerda, proporcionando assim uma guinada para direita.
Nos dias de vento forte e cruzado, o uso do leme facilitará bastante o seu voo, principalmente a
aproximação para o pouso e a decolagem. Em aeronaves bimotoras o leme também é muito utilizado
quando há perda de potência num dos motores, neste caso ele compensará a tendência da aeronave
guinar para o lado do motor "ruim".
Controles secundários de voo
Os controles secundários de voo auxiliam na performance do voo e na diminuição das forças
empregadas pelo piloto ao efetuar um movimento com a aeronave. O sistema de controle secundário
de voo é composto pelo flap, slot, spoiler e compensadores.
Flap
O flap é o dispositivo hipersustentador mais comum e está presente em praticamente todas as
aeronaves, desde as mais simples até as mais modernas e sofisticadas, variando apenas o tipo de flap
utilizado por cada aeronave.
Localizados no bordo de fuga da asa, os flaps possuem a função básica de aumentar a sustentação,
o que também acaba gerando mais arrasto. Esse aumento de sustentação é obtido com a alteração da
curvatura do aerofólio, o aumento do ângulo de ataque e em alguns tipos de flaps com o aumento da
área da asa.
Os flaps possuem uma grande vantagem, podem ser estendidos e recolhidos durante o voo. Isso
permite que a aeronave apresente uma boa performance em cruzeiro - quando desenvolve alta
velocidade - e uma boa performance nas fases de pouso e decolagem - quando necessita voar em
baixa velocidade, o que é proporcionado pela extensão dos flaps.
Durante a decolagem os flaps permitem que a aeronave utilize menos pista para decolar, o que
possibilita a operação da aeronave em uma quantidade maior de aeroportos. Durante o pouso os
flaps permitem que a aeronave desça num ângulo de descida maior sem que a velocidade seja
aumentada, além de proporcionar uma aproximação com uma velocidade mais baixa, permitindo
também a operação em pistas mais curtas.
O piloto é o responsável pela extensão e pelo recolhimento dos flaps, e a principal precaução em
relação ao seu uso está nas limitações de velocidade e altitude para a operação do flap. A operação
fora dos limites estipulados pelo fabricante da aeronave pode resultar num dano estrutural. A
limitação de altitude é geralmente imposta a aeronaves de alto desempenho, que voam em níveis mais
elevados, em aeronaves de pequeno porte o fator que se deve estar atento é a velocidade! Por este
motivo é importante que antes de começar a voar uma determinada aeronave você tenha
conhecimento do manual de operações da mesma, para saber todas as recomendações e limitações
pertinentes. Nos velocímetros das aeronaves de pequeno porte há uma faixa branca, que indica a
faixa de operação com flaps estendidos, e é uma boa referência para você não ultrapassar os limites
de velocidade!
Os tipos mais comuns de flaps são: plano ou comum, ventral, slotted e fowler.
Flap plano ou comum: este é o tipo mais comum, ele resulta num aumento
significativo no coeficiente de sustentação, e ao mesmo tempo no aumento do arrasto,
o que provoca a movimentação do centro de pressão do aerofólio para trás, o que
resultará na elevação do nariz (pitch) da aeronave.
Split flap ou flap ventral: este tipo de flap é deflexionado do intradorso da asa e
produz um pouco mais de sustentação do que o flap plano. No entanto, o split flap
produz mais arrasto ocasionado pela turbulência na parte traseira do aerofólio.
Slotted flap ou flap com fenda: este tipo de flap apresenta um aumento no
coeficiente de sustentação um pouco melhor do que nos flaps plano e split. Quando o
slotted flap é estendido, uma energia adicional é proporcionada ao extradorso do flap.
Esta energia adicional é proveniente da aceleração do fluxo de ar que atinge o
extradorso do flap, o que retarda o turbilhonamento naquela região e acaba resultando
no aumento do coeficiente de sustentação. Algumas aeronaves mais modernas
possuem flaps com slotted flaps duplos ou triplos, o que aumenta ainda mais o
coeficiente de sustentação e melhora o desempenho da aeronave em baixas
velocidades, diminuindo a velocidade de stall da aeronave.
Fowler flaps: o fowler flap é um tipo de slotted flap, porém além de aumentar a
corda da asa há também o aumento da área da asa, o que resulta num aumento
significativo do coeficiente de sustentação e o torna o flap mais eficiente de todos.
Nos demais flaps o movimento é feito unicamente para baixo, no fowler flap há
também a movimentação para trás, o que resultará no aumento da área da asa. O
fowler flaps é pouco utilizado em aeronaves de pequeno porte, pois apresenta uma
complexidade maior na sua instalação e funcionamento.
Slot
Enquanto o flap atua exclusivamente no bordo de fuga, o slot é um dispositivo hipersustentador que
irá atuar no bordo de ataque da asa. A lógica do slot é a seguinte, ele gerará uma fenda no bordo de
ataque que permitirá a passagem dos filetes de ar para o extradorso, dando mais energia aquela
região e retardando o turbilhonamento. O seu uso ocorre geralmente em ângulos de ataque elevados e
em operações de baixa velocidade, como o pouso e a decolagem.
Os tipos mais comum de slots são: slots fixos,slats móveis e o leading edge flaps (flaps do bordo
de ataque).
Slot fixo: este tipo de slot irá direcionar o fluxo de ar para o extradorso da asa,
retardando o turbilhonamento dos filetes de ar a elevados ângulos de ataque. O slot
não altera a corda nem a área da asa, porém aumenta o coeficiente de sustentação,
diminuindo a velocidade de stall.
Slat móvel: este tipo de slot possui a mesma função do slot fixo, com a vantagem de
poder ser comandado automaticamente em determinados ângulos de ataque ou
manualmente pelo piloto. Os slots móveis são geralmente denominados de slats.
Leading edge flaps (flaps do bordo de ataque): assim como os flaps, o leading edge
flaps têm a função de aumentar o coeficiente de sustentação e a corda da asa. Este tipo
de dispositivo é geralmente utilizado em conjunto com o flap, e reduz a tendência do
movimento de nariz para baixo provocado pelo flap. Aeronaves de pequeno porte
dificilmente são equipadas com os leading edge flaps.
Spoiler
Ao contrário do flap e do slot que são dispositivos cuja função é aumentar a sustentação, o spoiler
têm a função de aumentar o arrasto. O spoiler é um dispositivo instalado no extradorso da asa, que é
aberto/fechado automaticamente ou manualmente pelo piloto.
Ao ser aberto, o spoiler reduz a sustentação e aumenta o arrasto em determinado ponto da asa.
O spoiler ou speedbrake - como também é chamado - é mais comum em aeronaves a jato e em
planadores, sendo raramente instalado em aeronave de pequeno porte a pistão.
O spoiler é utilizado nas seguintes situações:
- auxiliar no movimento de rolagem da aeronave, ajudando o aileron, e eliminado o efeito da
guinada adversa. Para uma curva à esquerda, por exemplo, o spoiler da asa esquerda se elevará,
criando mais arrasto e reduzindo a sustentação daquela asa.
- em aeronaves de alto desempenho em alguns momentos faz-se necessário o aumento do arrasto
para que a velocidade seja reduzida, neste caso o spoiler funciona como um freio aerodinâmico. Em
uma descida, por exemplo, em que se deseja aumentar a razão de descida sem o acréscimo de
velocidade, o spoiler pode ser aberto para que haja um aumento no arrasto e a velocidade se
mantenha estável.
- durante o pouso o spoiler é completamente aberto para que produza máximo arrasto e transfira o
peso da aeronave para o trem de pouso, aumentando a eficiência dos freios. Em aeronaves a jato a
atuação do spoiler é essencial durante o pouso, pois ele "segura" a aeronave no solo.
Compensadores
Alterações na atitude, velocidade e potência do motor fazem com que o piloto tenha que estar
constantemente dando comandos para que a aeronave se mantenha na atitude desejada. Para
minimizar a pressão dos comandos aplicada pelo piloto nos controles primários de voo, utiliza-se o
compensador, instalado no bordo de fuga das superfícies de comando.
Para que você tenha uma noção de como agem os compensadores, vamos supor que a aeronave
esteja em voo reto e nivelado e o piloto deseje iniciar uma subida para um nível de voo mais
elevado. Portanto, o piloto irá aplicar mais potência no motor e puxará o manche, através desta
manobra será possível subir. Para que o piloto não tenha que ficar com os braços cansados de tanto
fazer força para trás ao puxar o manche, pode-se utilizar o compensador manual (ou comandável) do
profundor, minimizando assim a força empregada.
Em algumas aeronaves, principalmente nas de médio e grande porte, a força para que o piloto
mova uma superfície de comando pode ser excessiva, neste caso os engenheiros projetam
determinados compensadores automáticos que minimizam a força necessária para mover tais
superfícies.
Os tipos mais utilizados de compensadores são: fixos, comandáveis e automáticos.
Compensadores fixos: este tipo de compensador é mais utilizado em aeronaves de
pequeno porte, onde o ajuste é feito no solo para compensar possíveis tendências de
voo da aeronave. Os compensadores fixos são geralmente pequenas placas instaladas
no bordo de fuga das superfícies de comando.
Compensadores comandáveis: para que o piloto possa corrigir qualquer tendência
de voo da aeronave ou compensá-la para que seja reduzida a pressão nos comandos,
utiliza-se o compensador comandável. Através destes compensadores o piloto
minimiza a força empregada nos comandos de voo e mantém a aeronave sempre na
atitude desejada. O compensador mais utilizado durante o voo é o do profundor.
Compensadores automáticos: como vimos, em algumas aeronaves a força que o
piloto necessita aplicar para mover determinadas superfícies de comando é
minimizada com os compensadores automáticos, que atuam sem a influência direta do
piloto. Basicamente são três os tipos de compensadores automáticos: deslocamento
do eixo de articulação, saliência na superfície de comando e compensação automática
(balance tab). Veja as figuras que exemplificam a atuação de cada um destes
compensadores.
5
ESTABILIDADE
Durante o progresso da sua carreira na aviação você irá passar por diversos tipos de aviões,
desde as aeronaves de treinamento inicial até as modernas aeronaves a jato. Nesta trajetória será
possível perceber que cada aeronave tem características próprias, dentre elas a forma com que reage
aos comandos de voo, característica denominada de controlabilidade. Você perceberá também que
cada aeronave reage de uma determinada maneira para retornar a posição de equilíbrio, quando
alguma força a desloca de sua posição de equilíbrio original, característica denominada de
estabilidade.
Neste capítulo falaremos destas duas características - estabilidade e controlabilidade - presentes
em todas as aeronaves. Estas duas características andam juntas e cabe aos engenheiros durante o
projeto e o desenvolvimento da aeronave adequá-las ao tipo de aeronave que se deseja produzir para
o mercado aeronáutico. Por exemplo, uma aeronave extremamente estável tende a ter a
controlabilidade reduzida, ou seja, reage muito lentamente aos comandos do piloto. Logo, o projeto
de uma aeronave comercial privilegiará a estabilidade em detrimento da controlabilidade, enquanto
o projeto de um caça dará mais ênfase a controlabilidade, pois o piloto necessita que sua aeronave
de combate reaja de forma rápida e efetiva aos seus comandos.
Durante as últimas décadas as aeronaves sofreram grandes melhorias na área da estabilidade e da
controlabilidade, área um tanto quanto negligenciada antes da segunda guerra mundial. Nesta época a
visão dos engenheiros aeronáuticos era a de que competia aos pilotos a habilidade em controlar de
forma eficaz a aeronave projetada.
A estabilidade refere-se aos três eixos da aeronave - longitudinal, lateral e vertical - conforme
analisaremos neste capítulo. A seguir veremos os dois tipos de estabilidade: estática e dinâmica.
Estabilidade estática
Estabilidade estática é a tendência inicial exposta pela aeronave após a sua condição original de
equilíbrio ter sido alterada. Por exemplo, uma aeronave estaticamente estável ao sofrer uma rajada
de vento tende a retornar a posição (atitude) em que se encontrava antes de ser atingida por tal
rajada. Aeronaves de pequeno porto e jatos comerciais são projetadas para terem este tipo de
estabilidade. Ao começar a voar ou até mesmo num simulador de voo caseiro (Flight Simulator) você
poderá perceber este tipo de característica das aeronaves mencionadas.
A estabilidade estática pode ser estável (positiva), indiferente (neutra) ou instável (negativa),
conforme veremos abaixo:
Estabilidade estável (positiva): é a tendência inicial da aeronave de retornar a sua
condição original de equilíbrio, após este ter sido alterado.
Estabilidade indiferente (neutra): é a tendência inicial da aeronave de permanecer
na nova condição de equilíbrio, após a condição original ter sido alterada.
Estabilidade instável (negativa): é a tendência inicial da aeronave continuar se
afastando da condição original de equilíbrio, após esta ter sido alterada.
Estabilidade dinâmica
A estabilidade estática, conforme analisado, é a tendência inicial apresentada pela aeronave,