DesempenhodeAerovanes

•

ITA

ecs

24/11/2020

Prévia do material em texto

AB-701: Desempenho de Aeronaves
(carga horária: 28 horas)
Flávio Silvestre
Departamento de Mecânica do Voo
Divisão de Engenharia Aeroespacial
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
2016
Força Aerodinâmica
PARTE II
Modelo Aerodinâmico
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Definição
resultante
aerodinâmica
sustentação
arrasto
velocidade
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Definição
I sustentação: perpendicular ao vetor velocidade
I arrasto: na direção do vetor velocidade
I escritos usando coeficientes adimensionais de arrasto (CD) e
sustentação (CL):
D =
1
2
ρ(H )V 2∞SCD(α,M ,Re)
L =
1
2
ρ(H )V 2∞SCL(α,M ,Re) , onde
q∞ =
1
2ρ(H )V
2
∞ é a pressão dinâmica do escoamento não
perturbado
S é a área de referência (área da asa, ou área em planta da
aeronave)
I parâmetros para a determinação dos coeficientes:
I α: ângulo de ataque (AoA)
I M : número de Mach −→ compressibilidade
I Re: número de Reynolds −→ viscosidade
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Coeficiente de sustentação CL
I o parâmetro de maior influência é o
ângulo de ataque α
I para os casos estudados em
desempenho (pequenos ângulos de
ataque) CL pode ser considerado
proporcional a α:
CL =CLα (α− α0)
=CL0 + CLαα
I CLα =
dCL
dα
: 2π para placa plana (α
em rad); para outros aerofólios
assume valores menores; para a
aeronave como um todo, depende
das parcelas de todas as superf́ıcies
sustentadoras
I CL0: coeficiente de sustentação
para ângulo de ataque nulo
I CLmax: coeficiente de sustentação
máxima
ângulo de ataque
c
o
e
fi
c
ie
n
te
 d
e
 s
u
s
te
n
ta
ç
ã
o
CLmax
αsα0 α
CL
CL0
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Coeficiente de sustentação CL
Exemplo: NACA 0006 (simétrico)
fonte: Abbott, I. H.; Doenhoff, A. E.; Stivers Jr., L. S., Summary of Airfoil Data, NACA Report 824, 1945.
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Coeficiente de sustentação CL
Exemplo: NACA 4412 (arqueado)
fonte: Abbott, I. H.; Doenhoff, A. E.; Stivers Jr., L. S., Summary of Airfoil Data, NACA Report 824, 1945.
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Coeficiente de arrasto CD
I comumente divide-se em arrasto
parasita (CD0) e arrasto de
induzido.
I arrasto de sustentação (arrasto
induzido), origem: efeito
tridimensional das asas (finitas)
I medida de arrasto: DRAG
COUNTS
1 drag count ⇒ CD = 0.0001
fonte: Yechout et. al, Introduction to aircraft flight
mechanics, AIAA Educational Series, 2003, pp. 44.
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Polar de arrasto
CD = CD(α,M ,Re)
CL = CL(α,M ,Re)
I eliminando α:
CD = CD(CL,M ,Re)
I para cada conjunto {M ,Re}, o gráfico CD = CD(CL,M ,Re) é
chamado polar de arrasto
I polar de arrasto simétrica:
CD = CD0 +K × C 2L
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Polar de arrasto
Para uma superf́ıcie sustentadora, o fator de arrasto induzido K pode ser
calculado como:
K =
1
πeAR
onde:
I e: fator de eficiência de Oswald (0.7 - 0.85 em regime subsônico)
I AR: alongamento da asa (b2/S ), onde b é a envergadura, e S a
área em planta
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Polar de arrasto
Exemplo: A aeronave de alto desempenho A-10 (Fairchild Republic) em
vôo horizontal não acelerado possui as seguintes caracteŕısticas:
CD0 = 320 drag counts, AR = 6.5, S = 506ft
2, e = 0.87, CLmax = 2.0
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
coeficiente de arrasto, C
D
 [−]
c
o
e
fi
c
ie
n
te
 d
e
 s
u
s
te
n
ta
ç
ã
o
, 
C
L
 [
−
]
A−10: polar de arrasto
(para dada configuração de voo)
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Eficiência aerodinâmica
I chama-se de eficiência aerodinâmica E a razão entre sustentação e
arrasto:
E =
L
D
=
CL
CD
=
CL
CD0 +K × C 2L
I para dado CL deseja-se que CD seja o menor posśıvel
I máxima eficiência aerodinâmica: ∂E/∂CL = 0
CL|Emax = C
∗
L =
√
CD0
K
CD |Emax = C
∗
D = 2CD0
Emax =
1
2
√
KCD0
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Eficiência aerodinâmica
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
coeficiente de arrasto, C
D
[-]
c
o
e
fi
c
ie
n
te
 d
e
 s
u
s
te
n
ta
ç
ã
o
, 
C
L
[-
]
(para dada condição de voo)
C *L
C *D
k
CD0
I E = CLCD = tanκ
I o máximo ângulo κ tangencia
a parábola
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Eficiência aerodinâmica
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
Força Aerodinâmica
Definição
Coeficiente de sustentação CL
Coeficiente de arrasto CD
Polar de arrasto
Eficiência aerodinâmica
Força Aerodinâmica
Eficiência aerodinâmica
Máxima eficiência aerodinâmica para
diferentes tipos de aeronave:
planadores 35
aviões de transporte (M 0.8) 18
aviões de combate subsônicos 10
aviões supersônicos 7
helicópteros 3
Flávio Silvestre AB-701: Desempenho de Aeronaves
	Força Aerodinâmica
	Definição
	Coeficiente de sustentação CL
	Coeficiente de arrasto CD
	Polar de arrasto
	Eficiência aerodinâmica