segunda-feira, 12 de outubro de 2015

PC-Teoria de Voo–Resumo 1/3

ESTABILIDADE ESTÁTICA

01-EixiosEstab

  • Movimento em torno do eixo Vertical: Yaw ou Guinada.
  • Movimento em torno do eixo Lateral: Pitch ou Arfagem
  • Movimento em torno do eixo Longitudinal: Roll ou Rolagem

Estabilidade estática:

02-EstabEstática

Para haver estabilidade estática deve haver restauração. (tendência a voltar à posição original). Se há restauração, então há, com certeza, estabilidade estática.

Note que:

  • Quanto MAIS ESTÁVEL, MENOS MANOBRÁVEL
  • Quanto MENOS ESTÁVEL, MAIS MANOBRÁVEL

Posição do CG:

03-PosCG

Em aviões convencionais, o CG deverá estar localizado à frente do centro de pressão.

Profundor: para manter o equilíbrio, em aviões convencionais, o profundor deve realizar uma força para baixo. Portanto a sustentação do avião deve equilibrar o peso do avião e também a força negativa produzida pelo profundor.

CG recuado (muito para trás):

04-CGefeito1

  • Menor sustentação: menor consumo de combustível
  • Inexistência de estabilidade estática: comandos “moles”
  • Para decolar: nariz “leve”
  • Início da Instabilidade Catastrófica

___________________________________________________

CG muito à frente:

05-CGefeito2

  • Maior sustentação: maior consumo de combustível (devido a maior arrasto induzido)
  • Estabilidade estática elevada: comandos “duros”
  • Para decolar: “nariz pesado”

___________________________________________________

UPWASH E DOWNWASH

06-Downwash

À frente da asa, o ar é desviado para cima: upwash

Depois da asa, o ar é jogado para baixo. O ângulo entre o escoamento de ar após a asa e o vento ao longe do avião é o downwash. O profundor é localizado em uma região que recebe este ar “por cima” devido ao downwash, o que o ajuda a fazer força para baixo, necessária à estabilidade da aeronave.

ESTABILIDADE DINÂMICA

Para falarmos em estabilidade dinâmica um avião deve, necessariamente, apresentar estabilidade estática, ou seja, restauração. É preciso que ele tente voltar à posição original após sofrer uma perturbação.

07-EstabDinâmica

Quando um avião sofre uma perturbação e desenvolve oscilações cada vez menores, até voltar à posição de equilíbrio, dizemos que ele é DINAMICAMENTE ESTÁVEL.

08-EstabDinâmicaNeutra

Quando um avião sofre perturbações e desenvolve oscilações que permanecem constantes, sem aumentar nem diminuir de amplitude, então dizemos que é dinamicamente INDIFERENTE.

09-InstabDinâmica

Quando um avião sofre perturbações que o tiram do equilíbrio e então desenvolve oscilações com amplitudes cada vez maiores, dizemos que é DINAMICAMENTE INSTÁVEL.

Note que os três exemplos acima apresentam estabilidade ESTÁTICA, ou seja, o avião pode ser estaticamente estável e, mesmo assim, dinamicamente estável, instável ou indiferente.


ENFLECHAMENTO

É o ângulo formado entre o bordo de ataque da asa e uma reta paralela ao eixo lateral.

10-Enflechamento

O enflechamento reduz o CL máximo da asa e “atrasa” o estol, tornando-o também mais suave. Não há um estol definido e abrupto, como em uma asa reta. Após o ângulo de CL máximo, o “estol” ocorre por uma redução mais gradual na sustentação seguida por um aumento significativo de arrasto.

11-EstolProgressão

ESTOL: Em asas enflechadas, o estol tende a acontecer da raiz para a ponta. Problemas: perda de controle dos ailerons e deslocamento do CP para dentro e para a frente na asa. Com o deslocamento do CP para a frente, tem-se uma tendência da aeronave levantar o nariz, chamada de PITCH-UP.

A principal função do enflechamento é a de reduzir o Mach crítico, e isso é conseguido pois apenas uma componente da velocidade aerodinâmica atinge o bordo de ataque a 90º. Ou seja, a asa “enxerga” uma velocidade menor que a real, demorando mais para atingir o Mcrit.

12-Enflechamento

ESTABILIDADE, OUTROS FATORES

ESTABILIDADE

FATORES QUE COLABORAM

Longitudinal

Posição do CG

Lateral

  • Diedro
  • Efeito de Quilha
  • Efeito de Fuselagem

Direcional

  • Efeito de Quilha
  • Enflechamento

FATOR

AGE SOBRE ESTABILIDADE

Efeito de fuselagem

Lateral

Efeito de quilha

Lateral, Direcional

Enflechamento

Direcional

Diedro

Lateral

 

FUGÓIDE

13-Fugóide

O fugóide é uma oscilação em pitch. Quando o avião mergulha, ganha velocidade e tende a levantar o nariz. Quando levanta o nariz e começa a subir, tende a perder velocidade, o que o fará mergulhar novamente, repetindo o processo. Esta oscilação independe de comandos do piloto e é, portanto, chamada de oscilação “de manche fixo”. Depende apenas de uma perturbação inicial e características próprias do avião.


DUTCH ROLL

14-DutchRoll

O dutch-roll é uma oscilação combinada em rolagem e guinada. Ocorre devido à predominância da estabilidade lateral sobre a direcional. Asas enflechadas aumentam a propensão ao dutch-roll. Para diminuir as oscilações em dutch roll, aviões modernos empregam o yaw-damper (amortecedor de guinada).

 

AERODINÂMICA DE ALTA VELOCIDADE

15-MachFluxos

Número MACH: relação entre a velocidade da aeronave, ou do escoamento de ar, e a velocidade do som em uma dada atmosfera.

Vôo a baixa velocidade: abaixo de 250 kt ou mach 0.4, o ar pode ser considerado incompressível. Acima dessa velocidade, aparecem efeitos de compressibilidade do ar, que afetam a estabilidade das aeronaves e deve ser levado em conta no projeto. Quando a aeronave atingir o Mach crítico, passará a ter ar escoando em velocidade supersônica em algum ponto de sua asa (ocorrerá primeiro no ponto de maior curvatura e próximo à raiz da asa). Quando isso acontece, dizemos que a aeronave entrou no regime transônico. O avião estará no regime transônico até que em todos os pontos de suas asas e fuselagem o escoamento tenha ultrapassado Mach 1.0. Isso só acontecerá em alguma velocidade da aeronave superior a Mach 1. Toda essa faixa de velocidade é denominada transônica.

VELOCIDADE DO SOM E TEMPERATURA

A velocidade do som é a velocidade de deslocamento das moléculas de ar. Esta velocidade está diretamente associada à temperatura do ar. Assim, a velocidade do som depende apenas da temperatura. Quanto mais quente o ar, maior a velocidade de agitação de suas moléculas e maior a temperatura e portanto maior será a velocidade do som. Quanto mais frio, menor a agitação de suas molécuas, menor sua temperatura e, portanto, menor será a velocidade do som.

16-VsomAltitude

A velocidade do som, portanto, diminui com a altitude até atingir a tropopausa.

  • Em subidas com IAS constante, o Mach aumenta.
  • Em subidas com Mach constante, a IAS diminui.

 

  • Em descidas com IAS constante, o Mach diminui.
  • Em descidas com Mach constante, a IAS aumenta.

MACH CRÍTICO

É o número de Mach do avião em que, pela primeira vez, a velocidade dos filetes de ar atinge Mach 1 em pelo menos um ponto da aeronave.

17-MachCrítico

No exemplo acima, o Mach crítico do aerofólio será Mach=0.61, porque quando a aeronave estiver a esta velocidade, a maior velocidade de escoamento sobre a asa será Mach 1.0. A partir daí a aeronave estará em regime transônico.

ONDA DE CHOQUE

É uma variação brusca de pressão em uma camada muito fina de ar, onde escoamento passa de supersônico para subsônico. A onda de choque é análoga a um “engarrafamento” em um ponto onde a velocidade diminui bruscamente. Após a onda de choque há possibilidade de separação da camada limite.

18-FluxosAerofolio

Após a onda de choque a velocidade dos filetes é reduzida para o inverso da velocidade antes da onda, ou seja, 1 dividido pelo valor do Mach antes da onda de choque.

Exemplo:

19-OndaDeChoqueMach

Quando a velocidade do escoamento antes da onda de choque é M=1.5, após a onda de choque esta velocidade será de M = 1 ÷ 1.5 = 0.66.

Efeitos da onda de choque:

· Reduz o downwash sobre o profundor

· Desloca o CP para trás

· Os dois efeitos acima, combinados, produzem uma tendência de mergulho conhecida como tuck-under. Para evitar o tuck-under emprega-se o Mach-Trimmer.

MMO – Mach Máximo Operacional

É a velocidade máxima operacional da aeronave em termos de Mach, definida pelo fabricante. Em aviões modernos, mesmo em aviões subsônicos, a MMO pode ser superior ao Mcrit.

Rolloff

20-BoeingTopView

ABAIXO DA MMO:

Ao aplicar pedal para um lado, a asa oposta acelerará, experimentando mais sustentação e subindo.

NA MMO OU PRÓXIMO:

Ao aplicar pedal para um lado, a asa oposta irá ultrapassar a MMO, perdendo sustentação e descendo.

ONDA DE PROA

21-OndaDeProa

Quando a aeronave está em regime supersônico, haverá à frente de seu bordo de ataque uma região em que o ar será freado para velocidades subsônica. Na fronteira entre o escoamento supersônico e subsônico se formará mais uma onda de choque, esta sendo chamada de onda de proa:

ENVELOPE OPERACIONAL – COFFIN CORNER

22-CoffinCorner

Em baixas velocidades pode ocorrer o estol normal. Em altas velocidades, ocorrerá a onda de choque e, após esta, há o risco de descolamento da camada limite. Quanto mais rápida estiver a aeronave, menor será a velocidade do escoamento após a onda de choque, aumentando o risco de descolamento da camada limite. Assim, há uma velocidade máxima após a qual pode ocorrer o estol de alta velocidade. Quanto mais alta estiver a aeronave, maior será a TAS do estol de baixa velocidade e menor será a TAS do estol de alta velocidade. Há uma altitude em que as duas velocidades se encontram, e portanto não é possível para a aeronave voar acima deste ponto. Esta região em que o estol de baixa está muito próximo do estol de alta é chamada de coffin-corner.

FLUXO TRANSVERSAL

23-CoffinCorner

  • No bordo de ataque: da ponta para a raiz.
  • No bordo de fuga: da raiz para a ponta.

24-MigWingFences

Para corrigir o fluxo transversal empregam-se as wing-fences:

AEROFÓLIO SUPERCRÍTICO

25-PerfilSuperCritico

Nos aerofólios supercríticos a superfície superior apresenta uma grande porção com menor curvatura que aerofólios convencionais, e a superfície inferior apresenta uma curvatura acentuada, próximo ao bordo de fuga, buscando auxiliar a produzir sustentação nos regimes de alta velocidade, através onda de expansão que ocorre nestas regiões. Ou seja, em altas velocidades a sustentação é produzida principalmente pela onda de expansão.

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