07_Conhecimentos básicos sobre aeronaves (CBA)

Prévia do material em texto

Conhecimentos básicos sobre aeronaves
Conceitos
Aeronaves: veículo manobrável capaz de se manter no ar, transportar carga ou pessoas.
-Aeróstato: aeronave mais leve do que o ar. Balões e dirigíveis. Voo se dá por empuxo (Arquimedes). Os gases da atmosfera são os fluidos. Não precisa do ar passando pela asa, pois há o empuxo. Só o dirigível é controlável pois há lemes.
-Aeródinos: aeronave mais pesada do que o ar. Necessita do ar passando pela asa. Terceira lei de Newton: ação/ reação com sentido contrário. Também Princípio de Bernoulli. 
-Aviões: asa fixa, motores. Hélice (tração)
-Helicóptero: asa rotativa, rotores (sustentação)
-Planadores: asa fixa, são rebocados, não tem motor
-Autogiro: asa fixa movida pelo vento. Rotor e hélice
*O rotor do helicóptero e do autogiro pode ser chamado de asa. São aeronaves de asa rotativa. Voam para frente, trás e lados. 
Componentes do Avião
1) estrutura: carcaça
2) grupo motopropulsor: tração
3) sistemas: partes que funcionam para uma determinada função, ex: sistema elétrico
Componentes estruturais básicos (AFTEM)
-Asa: sustentação
-Fuselagem: conduzir passageiros e cargas
-Trem de Pouso: amortecer, taxiar e frear
-Empenagem: dar estabilidade lateral e direcional
-Motores: tração
Esforços
-Tensão: provoca ruptura
-Compressão: esforço para centro
-Torsão: torcer
-Flexão: na parte de baixo há compressão e na parte de cima há tração
-Cisalhamento: duas placas
Asas
São aerofólios (superfície aerodinâmica) que produzem sustentação para manter a aeronave em voo.
-Longarinas: principal elemento estrutural interno. Aumenta a resistência da asas. Pode haver mais de uma mas a principal será a da frente. Vai da raiz até a ponta da asa. Esforço de flexão.
-Nervuras: perpendicular à longarina. Dá o formato aerodinâmico. Esforço de compressão. Fixa o revestimento da asa. Tem furos para reduzir o peso (não reduz a resistência).
-Revestimentos: invólucro do avião e superfície produtora de sustentação. Liga de carbono, lona, com produto dope (impermeável), ligas de alumínio, madeira.
Partes da asa
-Raiz da asa
-Ponta da asa
-Bordo de ataque e de fuga
-Extradorso/ dorso
-Intradorso/ ventre
-Envergadura
-Suportes: ligam a fuselagem até a asa (maior resistência) popularmente chamado de montante.
Classificação das aeronaves
-Número de plano de asas:
monoplano, biplano, triplano e multiplano. Maior facilidade de manobrar.
-Fixação das asas na fuselagem:
Cantilever, semi cantilever (há o suporte/ montante).
-Posição das asas:
Baixa, média (vê a barriga do avião), alta, parassol (acima da aeronave)
-Formato da asa:
Retangular, trapezoidal, elíptica e delta (Concorde)
Fuselagem
-Tubular: simples e aeronaves pequenas, tubos de aço soldados
-Monocoque: possuem cavernas que dão o formato circular.
-Semi monocoque: há cavernas e longarinas ou reforçadores horizontais. A mais utilizada.
Número de lugares
Monoplace, biplace, triplace, quadriplace, multiplace (cinco ou mais lugares)
Trem de pouso
Amortecer impactos, frear, controlar direção. O trem principal é o que fica abaixo da asa.
-Tipos:
Fixo: não recolhe
Retrátil: recolhe mas fica aparecendo uma parte
Escamoteável: recolhe completamente
-Disposição:
Convencional: trem de pouso principal e da cauda (bequilha)
Triciclo: trem de pouso principal e do nariz (triquilha ou bequilha do nariz).
Tipo de aterrissagem 
-Litoplanos: só em terra
-Hidroplanos: em água. Possuem flutuadores e não trem de pouso.
	Aerobote: pousa com a fuselagem
	Hidroavião: tem flutuadores
Anfíbio: ambas superfícies
Empenagem
-Convencional: estabilizador vertical (leme) e dois horizontais (profundores)
-Cauda em T: o estabilizador horizontal está em cima do vertical. Mais fácil detectar estol, mas consome mais combustível.
-Estabilizador vertical: leme de direção (fixo) e compensador do leme (móvel)
-Estabilizador horizontal: profundor (fixo) e compensador do profundor (móvel) 
Motores
Grupo motopropulsor: dá tração e empuxo para a aeronave
Tipos de motores
-Convencionais: similar ao motor do carro (motor à explosão), mas tem mais redundâncias. Gasolina de aviação. DC-3
-Turboélice: compressor + câmara de combustão + turbina. Motor serve para girar a hélice e não para gerar tração. Combinação do convencional com jato. ATR-72. Pouca queima de gases residuais. O eixo é a única peça móvel, que liga a turbina ao compressor. Querosene de aviação.
-Motor a reação (fan/jato): 
Compressor + câmara de combustão + turbina. Saída dos gases queimados dá a tração (ação e reação). Querosene de aviação.
Funcionamento: ar é admitido pelo bocal e passa pelo compressor de baixa pressão que será comprimido. Vai para o compressor de alta pressão que comprime mais ainda e vai para a câmara de combustão. O ar é esquentado e jogado para a turbina de alta e depois de baixa pressão. A pressão é transformada em velocidade. O ar que sai da turbina tem alta temperatura e velocidade, baixa pressão. 
Turbo fan: menos combustível e ruídos. A carenagem não é parte do motor. Há um ventilador (fan) antes do compressor de baixa pressão. 80% do ar admitido passa por fora do motor (by-pass), gerando tração. 
Componentes
-Duto de admissão: encaminha o ar para o fan.
-Compressores: comprime o ar e envia para câmara de combustão.
-Câmaras de combustão: queima de combustível (querosene + ar comprimido). A queima é contínua. 25% compõe a queima (ar primário). O ar secundário serve para resfriamento da câmara (75%). 
-Turbina: o motor só funciona pois os gases queimados passam pela turbina em alta velocidade. 
-Estatores: palhetas alternadas similares ao compressor, mas que conseguem mudar o ângulo para que o ar seja melhor direcionado.
-Rotor: as palhetas são fixadas nele.
-Escapamento: no interior do motor. Afunila a saída dos gases para evitar refluxo
-Reversores: retorno da saída do ar. É usado no pouso para frear a aeronave. Não é a totalidade do fluxo do ar. Pode ser em concha.
Número de motores
Monomotor, bimotor, trimotor, quadrimotor, multimotor (5 ou mais motores).
Ex: A380 - quadrimotor, asa baixa, multiplace, empenagem convencional, motor turbofan, trem de pouso triciclo, double deck.
Forças que atuam no avião
Vento relativo
Não é vento de atmosfera mas sim o vento provocado pelo deslocamento do avião sobre um corpo no sentido contrário ao movimento do corpo. Inverte o sentido mas mantém o ângulo.
-Arrasto (D): força que puxa para trás. Paralelo ao deslocamento da aeronave
-Peso (W): força que puxa para baixo
-Tração(T): força para frente
-Sustentação (L): perpendicular ao vento relativo
Em um voo de cruzeiro:
Sustentação = peso e tração = arrasto
Centro de gravidade (CG): ponto de equilíbrio do avião, resultante de todas as forças. Varia conforme disposição do peso da aeronave.
Centro de pressão (CP): ponto onde atua a Resultante Aerodinâmica. Geralmente na asa, onde as forças aerodinâmicas são instaladas na aeronave.
Resultante aerodinâmica (RA): a única força que existe em uma aeronave. É decomposta em sustentação e arrasto para facilitar o entendimento. Está localizada no CP.
Peso máximo
-zero combustível: avião totalmente carregado faltando apenas o combustível. Sem danificar a raiz da asa.
-decolagem: a partir da cabeceira
-pouso: é o mesmo de decolagem para narrow body
Fases do voo
Decolagem, subida, cruzeiro (voo em linha reta e horizontal, voo em curva), descida pouso. 
Pressurização
O ar que é comprimido no compressor dos motores é desviado (sangria) para o ar condicionado da aeronave para pressurizá-la.
Geometria do avião
-Superfícies aerodinâmicas: oferecem pequena resistência ao avanço mas não produzem nenhuma força útil ao voo.
-Aerofólio: é uma superfície aerodinâmica que produz reação útil para o voo (asa - sustentação), ex: hélice (tração), empenagem.
*Asa
-Corda: linha reta que une o bordo de ataque ao bordo de fuga
-Linha de curvatura média: acompanha a curvatura
-Espessura: entre dorso e intradorso
*Perfil
A partir da linha de corda. Principal diferença é a sustentação.
-Simétrico: não voa com ângulo zero
-Assimétrico:voa com ângulo zero. Maior parte das aeronaves.
Teorema de Bernoulli
Princípio da continuidade: todo líquido que entra em um tubo, sai. Num estreitamento, a velocidade do fluido aumenta, mas a pressão estática diminui (pressão de um fluido em repouso em direção às paredes). O contrário é a pressão dinâmica.
A diminuição da pressão ocorre no dorso da asa e isso que dá a sustentação para que ela possa voar. Há mais apoio em baixo do que em cima.
Tubo de Venturi é a comprovação de Bernoulli.
Eixos da aeronave
Os três eixos se cruzam no CG.
-Longitudinal: rolagem, baixar asas, manche, aileron
-Transversal: arfagem ou tangagem, nariz para baixo (picar) e cima (cabrar), manche, profundor.
-Vertical: guinada 360º, pedais (leme)
Superfícies de comando
Permitem manobrar a aeronave.
Primárias
-Aileron: superfícies móveis no bordo de fuga na ponta asa. Movimento de rolagem (longitudinal) pelo manche. Com o manche para esquerda, o aileron que sobe é o da esquerda, e o da direita desce. Assim vai fazer curva para a esquerda.
	
-Profundor: Superfície móvel no bordo de fuga do estabilizador horizontal controlada pelo manche. Movimenta-se para cima ou para baixo. Quando o profundor é acionado
para cima o avião sobe, quando acionado para baixo o avião desce. Eixo transversal.
Se puxar o manche para trás a aeronave “empina”, pois dessa forma está aumentando a curvatura do intradorso, o que gera mais sustentação na parte de baixo. 
Movimento: arfagem, tangagem.
*puxar - manche para trás (cabrar): sobe
*emburrar - manche para frente (picar): desce.
-Leme: Fica no bordo de fuga do estabilizador vertical. Pedal da direita, leme e nariz para direita (guinada). Eixo vertical.
*pedal cima: freio
*pedal baixo: leme
Secundárias 
Compensadores do profundor, do aileron e do leme de direção. Corrigir pequenas tendências de voo.
-Fixo
-Ajustável: manualmente em voo
-Automático: piloto automático faz a correção
Dispositivos hipersustentadores
Aumentam a sustentação durante decolagem e pouso.
-Flap: bordo de fuga próximo a raiz
	Plano/ comum
	Split/ ventral: tem um apêndice
	Slotted/ fenda: passa o ar
	Fowler: maioria. Aumenta a curvatura e a área da asa, o que aumenta a sustentação. Fica recolhido dentro da asa e desce por estágios.
-Slat: fica no bordo de ataque para evitar o estol. Aumenta o ângulo de ataque (vento relativo e corda da asa). Cria uma ranhura para que entre ar e possa passar pelo dorso. É móvel (em baixas velocidades está ativo). O Slot é a fenda. 
Dispositivo não sustentadores
-Spoiler: para se enquadrar na rampa de descida (trajetória contínua para descida). Freio aerodinâmico. Reduz velocidade e sustentação.
Flight e Ground - utilizado após toque da aeronave no solo, após compressão do amortecedor direito, além do flight.
No 737, da raiz para a ponta, o 1º, 2º e 5º spoilers são do tipo ground. O 3º e 4º são do tipo flight.
Forças aerodinâmicas
A força útil é a Resultante Aerodinâmica (RA), em função da curvatura do perfil e do ângulo de ataque. Parra pelo CG. É decomposta em sustentação e arrasto. 
Sustentação
A diferença de pressão do extradorso com o intradorso, formada pelo vento em função de ter que acelerar na curvatura do extradorso para ganhar velocidade e diminuir a pressão estática.
Componente perpendicular ao vento relativo que compõe a resultante aerodinâmica. 
-CL (coeficiente de sustentação) depende do formato do aerofólio (espessura e curvatura) e do ângulo de ataque.
-ρ: densidade do ar
-S: área da asa
Arrasto
Paralelo à direção do vento relativo. Os fatores que influenciam o arrasto são os mesmos da sustentação.
-Arrasto induzido: o vento vai da pressão mais alta para a mais baixa (intra para extradorso). Há uma corrente lateral do vento. Não é somente na asa, mas no flap e no estabilizador, em tudo que gera sustentação.
-Como minimizá-lo?
Tiptank: tanque (de combustível) de ponta de asa;
Winglet/ sharklet;
Grande alongamento: asa comprida e fina (planador). 
-Arrasto parasita: arrasto de todas as partes da asa e outros componentes que não produzem sustentação. 
Ângulos
-Ângulo de incidência: entre corda da asa e eixo longitudinal (direção do voo). Invariável.
-Ângulo de ataque: entre corda da asa e vento relativo. Variável.
-Angulo de atitude: entre eixo longitudinal e a linha do horizonte
-Ângulo de estol: máximo ângulo para não perder a sustentação.
Guinada adversa
No rolamento, o aileron defletido para baixo produz um arrasto maior do que o aileron defletido para cima. Isso gera uma guinada para a para o lado ao qual o aileron foi defletido para baixo. 
Como minimizar?
-aplicar o leme no sentido contrário ao da guinada (para o lado da curva).
-usar ailerons diferenciais, que tem maior movimento para cima do que para baixo (neutraliza o arrasto).
-aileron tipo frise: tenta equalizar por meio de uma fenda que provoca arrasto quando o aileron se move para cima.
Equilíbrio
1) Estabilidade longitudinal
Estável em torno do eixo transversal. Depende da sustentação, peso e força do estabilizador horizontal. Para estar em equilíbrio, as forças devem ser anuladas. Depende da distribuição de peso (CG). 
2) Estabilidade lateral
Estável em torno do eixo longitudinal. Com uma rajada assimétrica, pode apresentar:
-estável: tende a voltar ao equilíbrio
-instável: tende a se afastar do equilíbrio
-indiferente: fora do equilíbrio
*Fatores que influenciam: 
-Diedro: negativo (asa para baixo), que deixa mais instável - Antonov; e positivo (asa para cima).
-Enflechamento: asa para trás (positivo) que é mais estável, e para frente (negativo)
-Efeito quilha: vento lateral sobre superfície lateral do avião, o torna:
	Estável: área lateral acima do CG > área lateral abaixo
	Instável: área lateral acima do CG < área lateral abaixo
-Efeito fuselagem: a “sombra” que a fuselagem faz na outra asa evitando que o vento relativo possa estabilizá-la após a asa ter caído por causa de uma rajada.
-Distribuição de pesos: asa alta tende a ser mais estável pois as asas funcionam como um pêndulo, aumentando a estabilidade.
3) Estabilidade direcional
Estável em torno do eixo vertical. Nele influenciam o efeito de quilha e de enflechamento.
-Efeito quilha: onde está o CG, geralmente na asa. Área lateral maior na frente - mais instabilidade (se tem mais avião para frente ou para trás). 
Balanceamento
Equilíbrio: momentos iguais.
Braço: distância entre o fim da aeronave e o ponto de apoio. Como o braço de trás é maior do que o da frente, não pode por o mesmo peso nos dois.
Momento: maior momento não significa maior peso. É o peso aplicado x a distância ao ponto de apoio (braço).
Balanceamento: distribuição correta dos pesos em relação à corda média aerodinâmica.
Número de Mach
-Porcentagem da velocidade do som.
-Velocidade do som= 340m/s (1226 km/h) a 15ºC, só varia em relação a temperatura
-Mach= vel aeronave / vel som
-Teoria de voo de alta velocidade > 1 Mach
Avião Subsônico: Abaixo de M 0,7
Avião Transônico: De M 0,7 a M 1,2
Avião Supersônico: De M 1,2 a M 5,0.
Avião Hipersônico: Acima de M 5,0
Questões
-Corpo mergulhado no vácuo sofre efeito de uma pressão nula
-Menor velocidade com a qual o avião consegue manter o voo horizontal é a velocidade de estol
-Sempre que houver aceleração, haverá variação de velocidade
-O peso de um corpo é variável e a massa invariável
-Em um dia frio, a pressão atm é maior que a de um dia quente
-Pressão atmosférica é estática
-Superfície aerodinâmica (fuselado) produz pequena resistência ao avanço
-O ar úmido é menos denso que o ar seco
-Densidade do ar atmosférico varia com pressão, temperatura e umidade
-Força de sustentação depende do ângulo de ataque, formato do aerofólio, área da asa, densidade do ar e velocidade de deslocamento
-São usadas em monoplanos com montantes ou estais: semi cantilever
-O deslocamento de ar em torno de uma asa produz uma força que empurra a asa para trás e cima
-Componentes estruturais internos de uma asa: longarina e nervura
-Aileron cuja amplitude para cima é maior que para baixo corrigindo a tendênciade guinada é o diferencial
-Aeródino é mais pesado (dinossauro)
-Planador em relação ao ar é mais pesado
-Elemento que não é considerado componente do gás atmosférico: vapor d’água
-Pressão atmosférica: em todos os sentidos
-CG: ponto em torno do qual os momentos do nariz e os momentos de cauda são iguais em grandeza
-Aeronave que só pousa na água é HIDROPLANA e não aquatica.
-Aerofólios são formas projetadas para produzirem reações úteis
-Hélice produz pouca resistência ao avanço e força útil ao voo
-Vigas destinadas a transmitir grandes esforços: longarinas
-Empenagem podem ser: padrão, butterfly, tripla
-Stall: asa perde totalmente a sustentação
-O motor turboélice é uma turbina que gira uma hélice
-A empenagem horizontal pode ser elíptica, triangular e retangular
-Aerofólio pode ter características simétricas e assimétricas
-Quando o CG da aeronave se desloca para trás, a empenagem abaixa
-Nervura dá formato ao aerofólio e dá apoio ao revestimento
-O acionamento dos compensadores dá alívio nos comandos das superfícies
-O movimento em torno do eixo longitudinal chama-se rolagem, bancagem, rolamento
-O carregamento de um avião é considerado com referência ao eixo longitudinal
-Ângulo diedro influi na estabilidade lateral, formado pelo eixo lateral (transversal) e o plano da asa
-Enflechamento:ângulo entre eixo lateral e bordo de ataque
-Flap: função 1ª hipersustentador e secundária é freio aerodinâmico
-O flap quando abaixado para pouso combina redução de velocidade e aumento de sustentação.
-Na decolagem, o flap diminui o percurso da decolagem
-A atuação do flap pode ser hidráulica, mecânica e elétrica
-Vento de frente na decolagem diminui o percurso para decolar
-Vento relativo fornece ao piloto a velocidade do avião em relação ao ar ou aerodinâmica
-A pressão dinâmica depende da densidade do fluido e da velocidade de deslocamento
-Maior a altitude, menor a densidade
-Vento relativo é o fluxo da corrente de ar em que o avião está se movendo. Por isso fala dos 20º
-Um corpo mergulhado num fluido em equilíbrio sofre pressão maior na parte inferior (por causa do empuxo)?
-A linha equidistante do extradorso e do intradorso que vai do bordo de ataque ao bordo de fuga é a linha de curvatura média
-Condições ideais para decolagem: ar seco, baixa temp e vento de proa