Teoria de Vôo

Inicialmente falaremos de algumas noções de físicas que serão aplicadas à Teoria de Vôo

Velocidade: É a velocidade percorrida por unidade de tempo

Massa: Quantidade de matéria contida num corpo. A massa é invariável.

Força: É tudo que for possível produzir ou modificar o movimento de um corpo

Peso: É a força da gravidade aplicada num corpo. (o peso pode variar de acordo com a força aplicada, o peso de uma pessoa é diferente quando ela está na lua)

Trabalho: É o produto da força pelo deslocamento

Potência: É o trabalho produzido por unidade de tempo.   Potência = força X velocidade

Aceleração: É a variação da velocidade por unidade de tempo.

Inércia: Tendência de corpos se manterem em inércia ou no movimento presente.

Densidade: Massa por unidade de volume.

Torque: Tudo aquilo que pode causar rotação.

Ação e Reação: 3ª lei de Newton  "Toda a ação corresponde a uma reação de mesma intensidade em sentido oposto"

Vetor: É toda a grandeza matemática que possui intensidade direção e sentido.

Pressão: Força por unidade de área.

Energia: É tudo que pode realizar trabalho.

Energia Cinética: É a energia contida num corpo em movimento

Energia Potencial: É a energia inerte que está contida num corpo em repouso, se tornará cinética quando entrar em movimento.

Energia de pressão: É a energia acumulada em fluídos sob pressão.

Vento relativo: É o vento aparente que sopra sobre um corpo em movimento na atmosfera, geralmente no sentido contrário ao objeto em movimento.

Velocidade relativa: É a velocidade de um corpo relativa à outro corpo.

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Fluídos e Atmosfera

Existem dois tipos de fluídos, citados abaixo:

Fluído:      Líquidos: água, gasolina, álcool...

                Gases: ar, oxigênio, vapor d'água

 A aeronave voa na atmosfera contendo fluídos gasosos, a temperatura, a Densidade e a pressão destes fluídos podem afetar o vôo.

Por razões de simplicidade não falarei a fundo sobre escalas de temperaturas, densidade, pressão estática.

Lei dos gases: 1ª - se aumentarmos a pressão de um gás a temperatura aumentará  e a densidade aumentará.

                       2ª - se aumentarmos a temperatura de um gás a pressão aumentará  e a densidade diminuirá.

Por já ter sido citado não falarei aqui de atmosfera, de atmosfera padrão (ISA).

 <veja meteorologia>

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Geometria do Avião

-Superfícies aerodinâmicas: aquelas que produzem pequena resistência ao avanço. ex. Spinner, carenagem da roda.

-Aerofólios: aquelas que produzem reações úteis ao vôo. ex: hélice, asa, estabilizadores.

Elementos de uma asa:

- envergadura: comprimento de uma ponta a outra da asa.

- Corda: Comprimento do bordo de ataque ao bordo de fuga.

- Raiz: parte da as próxima da fuselagem do avião.

- Ponta da asa: extremidade da asa.

Perfil do aerofólio

Perfil simétrico: pode ser dividido ao meio por uma linha reta

Perfil assimétrico: É aquele que não pode ser dividido por uma linha reta em duas partes iguais.

Elementos de um Perfil.

Bordo de ataque: extremidade dianteira do perfil

Bordo de fuga: extremidade traseira do perfil

Extradorso: superfície superior do perfil

Intradorso: superfície inferior do perfil

Corda: linha reta que liga o bordo de ataque ao bordo de fuga (imaginária).

Linha média: é a linha que eqüidista desde o inicio até o fim o intradorso e o extradorso.

Ângulo de Incidência: é o ângulo formado entre a corda e o eixo longitudinal do avião.

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Escoamento

Equação da continuidade: "Quanto mais estreito for o tubo de escoamento, maior será a velocidade do fluído"

Teorema de Bernoulli: "Quanto maior  for a velocidade do escoamento, maior será a pressão dinâmica e menor será a pressão estática"

Sistema de Pitot Estático

Para fazer com que o altímetro e o velocímetro funcionem, o avião possui um sistema de pitot estático, este constitui-se de:

- uma tomada de pressão estática

- uma tomada de pressão total (dinâmica + estática)

Obs.: A velocidade mostrada no Velocímetro chama-se Velocidade indicada, esta é diferente da velocidade aerodinâmica, que é a velocidade do avião em relação ao ar, esta será utilizada nas fórmulas de Teoria de Vôo.

A velocidade Aerodinâmica também não é a mais correta, a Velocidade em relação ao Solo é a que melhor expressa a velocidade correta do avião.

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Forças Aerodinâmicas

    Num vôo normal o ar escoa pela asa de um avião, a pressão diminuirá mais no extradorso que no intradorso produzindo assim a Resultante Aerodinâmica, força dirigida para cima e inclinada para trás.

    O ângulo de ataque é o ângulo formado entre o vento relativo e a corda da asa (perfil assimétrico)

    - Se o ângulo de ataque for aumentado, a resultante aerodinâmica aumenta e o centro de pressão avança (o centro de pressão é onde se baseia a Resultante Aerodinâmica)

    Num perfil simétrico aumentando o angulo de ataque a Resultante Aerodinâmica aumenta mas o Centro de pressão permanece no mesmo lugar.

    As duas componentes da Resultante Aerodinâmica são: Sustentação (L) que é a componente vertical (90º com a corda) e o arrasto (D) que é a componente horizontal (prolongamento da corda)

    --A única força existente é a Resultante aerodinâmica, D e L são apenas componentes.

Sustentação

- ângulo de ataque positivo = sustentação positiva (para qualquer tipo de perfil)

A sustentação é positiva quando é dirigida do intradorso para o extradorso

- ângulo de ataque nulo = Sustentação positiva (perfis assimétricos) , Sustentação nula (perfis simétricos)

O ângulo de ataque é nulo quando o vento relativo sopra na mesma direção da corda do aerofólio

- ângulo de ataque que resulta em sustentação nula

O ângulo sempre será igual a zero nos perfis simétricos e inferior a zero nos perfis assimétricos. Quando o ângulo de ataque é menor que o ângulo de sustentação nula, a sustentação do aerofólio torna-se negativa (vôo invertido).

    Quando o ângulo de ataque é aumentado a sustentação também aumenta, até atingir um certo valor máximo. Isto ocorre quando o perfil atinge o ângulo crítico. Ultrapassado esse ângulo ocorre um turbilhonamento, caindo bruscamente a sustentação e aumentando o arrasto rapidamente.

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Arrasto

Todos objetos apresentam uma certa resistência ao avanço quando se deslocam através do ar.

 Uma superfície aerodinâmica tem pequena resistência ao avanço, pois produz um turbilhonamento muito pequeno. Porém o arrasto aumenta quando o ângulo de ataque aumenta. Existem dois tipos de arrasto:

    -Arrasto induzido

O ar escapa do intradorso para o extradorso (onde a pressão é menor) pelas pontas das asas, este escape gera um fluido de ar em forma de espiral, criando um arrasto adicional.

Soluções para arrasto induzido

Grande alongamento para asas de aviões de grande rendimento

Tip Tanks: tanques nas pontas das asas, estes dificultam a formação do fluído.

    Obs: este tipo de arrasto é mais intenso em baixas velocidades, pois o ângulo de ataque é maior nestas condições.

    - Arrasto Parasita

É o arrasto produzido por todas as partes do avião que não produzem forças úteis ao vôo.

Ângulo de ataque e ângulo de Atitude

Ângulo de ataque: é o ângulo formado entre a linha da corda e o vento relativo.

Ângulo de atitude: é o ângulo formado entre a linha do horizonte e o eixo longitudinal.

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Dispositivos Hipersustentadores

Os dispositivos hipersustentadores são capazes de aumentar consideravelmente o coeficiente de sustentação. Existem dois tipos de dispositivos hipersustentadores:

- Flap

- Slot

O flap serve para aumentar a curvatura  do perfil, aumentando o coeficiente de sustentação. Existem 3 tipos de flap:

- flap simples: CL aumenta

- flap ventral: CL aumenta

- flap tipo "fowler": CL aumenta e S aumenta (este é o tipo de flap mais eficiente)

--- Os flaps funcionam também como freios aerodinâmicos, eles aumentam o arrasto do aerofólio.

O SLOT é o dispositivo hipersustentador que aumenta o ângulo de ataque critico do aerofólio. O slot faz com que a asa possa atingir um ângulo de ataque mais elevado, gerando mais sustentação.

---O SLOT é uma fenda fixa---

O SLAT é um outro tipo de dispositivo, muito semelhante ao SLOT só diferencia-se do SLOT porque ele fica recolhido quando em vôo normal e abre a fenda quando necessário.

Comandos de Vôo

Movimento em torno do eixo transversal chama-se ARFAGEM

CABRAR (para cima)        PICAR (para baixo)

Movimento em torno do eixo longitudinal chama-se ROLAGEM

Movimento em torno do eixo vertical chama-se GUINADA

Superfícies de controle

Profundor: preso ao estabilizador horizontal, responsável pelo movimento de arfagem

Aileron: preso a asa (bordo de fuga), responsável pelo movimento de rolagem

Leme: preso ao estabilizador vertical, responsável pelo movimento de guinada

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Equilíbrio

Existem três tipos de equilíbrio:

equilíbrio estável    equilíbrio instável    equilíbrio indiferente

Quando um avião é afastado da condição de equilíbrio, pode  comportar-se de 3 diferentes maneiras:

Tender a voltar ao equilíbrio significa que é estaticamente estável
Tender a afastar-se mais do equilíbrio significa que é estaticamente instável
Tender a continuar com as oscilações, não diminuindo nem aumentando significa indiferença

---- O avião só voa se for estaticamente estável, condição básica. Mas não é o suficiente, o avião pode ainda ser dinamicamente estável, instável ou indiferente.

Estável: volta ao equilíbrio e estabiliza
Instável: tende a afastar-se mais do equilíbrio
Indiferente: tenta voltar ao equilíbrio, mas sempre ultrapassa, oscilando sem parar

Ler sobre equilíbrio lateral e direcional

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Ângulo de passo de hélice

É o ângulo formado entre a corda da secção média da pá e o plano de rotação

Passo teórico ou geométrico: É a distância teórica que a hélice percorre em cada volta

Passo efetivo ou avanço: É a distância que a hélice percorre em cada volta

Recuo: É a diferença entre o passo teórico e o passo efetivo

Hélices quanto ao passo:

a) Fixo: têm bom rendimento somente nas condições para qual foram projetadas

b) Ajustável: têm bom rendimento somente nas condições para qual foram ajustadas

c) Controlável: têm bom rendimento em qualquer situação de vôo

Movimentos da pá:

a) Rotação: É o movimento realizado em torno do eixo de simetria da pá, perpendicular ao plano de rotação

b) Translação: Movimento realizado em torno da trajetória ou do vento relativo.

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Potências

a) Nominal: É a potência total gerada por um grupo moto-propulsor numa certa RPM para qual foi projetado.

b) Efetivo: É a potência lida no eixo da hélice já descontados todos os desgastes internos

c) Útil, tração ou Disponível: É a potência efetiva transformada em tração pela ação das hélices na massa de ar

Potência X Velocidade

1- Velocidade de Estol

2- Velocidade de maior autonomia

3- Velocidade de planeio ou maior alcance

4- Velocidade mínima

5- Velocidade Máxima

6- Velocidade de máxima razão de subida

N- potência necessária

Obs: 5 e 6 variam com a troca de motor ou aplicação de mais potência

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No teto absoluto todas as velocidades exceto a velocidade de maior razão de subida que será nula e, não é aconselhável nenhuma manobra por não dispor de potência para recuperação

No teto absoluto a razão de subida será sempre zero, no teto prático de serviço, a razão de subida é de 100 pés por minuto

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