Textos Técnicos - Aviação Geral
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Introdução Alberto Santos Dumont, nascido no Brasil, chegou em Paris em 1.891 e realizou sua primeira ascensão em um balão em 1.897, com isso decidiu-se se tornar um aeronauta. Após 6 tentativas, em 23 de outubro de 1.906, o primeiro avião do mundo faz seu primeiro vôo. Este foi chamado de �14 BIS�, mais pesado que o ar, elevou-se de 7 a 13 metros de altura depois de correr cerca de 200m de pista. Em 1932, Santos Dumont morre desiludido com seu invento, pela sua utilização na primeira guerra mundial. Com a Segunda Guerra Mundial (1938 � 1945), a aviação tomou largo impulso, desenvolvendo poderosas máquinas, iniciou-se neste período a era dos aviões a jato. Hoje em dia a aviação comercial mundial utiliza-se de máquinas totalmente computadorizadas e tripulações altamente qualificadas para tornar o meio mais seguro de transporte do planeta. Nesta matéria, serão apresentadas as principais reações aerodinâmicas, as forças que atuam em uma aeronave em vôo e que fazem com que ela obtenha sustentação e controle durante o vôo. CONHECIMENTOS GERAIS DE AERONAVES Defini-se como aeronave qualquer veículo feito pelo homem que se eleva e se movimenta no ar utilizando recursos próprios. As aeronaves dividem-se em 2 grupos: Aeróstatos : Aeronaves mais leves que o ar, que voam baseados no Princípio de Arquimedes: �Todo corpo mergulhado num fluido sofre um esforço de baixo para cima equivalente ao peso do volume do fluido deslocado�. Os Aeróstatos também são divididos em dois grupos, a saber: Balões � Aeróstatos cheios de gás mais leves que o ar e que não dispõe de meios para manobra. Os balões são subdivididos em dois grupos: Livres = Depois que se elevam no ar, ficam à mercê dos ventos, não tendo nenhum a ligação com a superfície terrestre. Cativos = Possui ligação com a superfície terrestre por meio de cabos, que impedem o deslocamento do balão pelos ventos. Dirigíveis � Aeróstatos cheios de gás mais leves que o ar que dispõe de meios para manobras (movimentação horizontal e dirigibilidade). Os dirigíveis são divididos em: Dirigíveis rígidos = Totalmente construído com estruturas rígidas, mantendo assim seu formato com ou sem gás no seu interior. Dirigíveis semi-rígidos = a forma deste dirigível é mantida pelo invólucro de bolsa de gás e parte por uma amarração que reforça esta bolsa longitudinalmente. Dirigíveis não rígidos = a forma deste dirigível é mantida pelo invólucro de bolsa de gás. Aeródinos : Aeronaves mais pesadas que o ar e que voam baseadas na 3ª Lei de Newton: �A toda ação imposta a um corpo, corresponde a uma reação de igual intensidade e direção, porém no sentido oposto� e no princípio de Bernouilli: �Em um fluido em movimento, quando a velocidade aumenta, a pressão estática diminui�. Os Aeródinos são divididos em: Ornitóptero � A sustentação é obtida através do batimento de superfícies (vôo das aves), não houve aplicação prática. Helicóptero � A sustentação é obtida através de uma grande asa rotativa. Autogiro ou Convertiplano (Girocóptero) � A sustentação é obtida através de rotor que gira no planto horizontal. O movimento horizontal é obtido através de motor a hélice, (tratora ou propulsora). Aviões � A sustentação é obtida através da movimentação da massa de ar em torno da asa (o deslocamento para frente cria a movimentação desta massa). Classificação dos Aviões Fuselagem : É o conjunto destinado a abrigar tripulantes, passageiros e carga. A fuselagem pode ser: Tubular � Constituída por tubos de aço de dimensões variadas e distribuída de diversas maneiras. Em sua volta é colocado um revestimento externo (tela, pano etc...). Monocoque � Composta por anéis (cavernas) e revestimento externo (placas de alumínio). Semi-monocoque � Compostas por anéis, longarina e revestimento externo (placas de alumínio etc...). Este tipo de fuselagem é o que oferece mais resistência e por esse motivo é o mais utilizado na aviação comercial. Quanto ao número de lugares, os aviões são classificados em: Monoplace 1 lugar Biplace 2 lugares Triplace 3 lugares Quadriplace 4 lugares Multiplace mais de 4 lugares Empenagem : Localizado na parte de trás do avião, e como o próprio nome diz, visa fornecer estabilidade ao avião em vôo. Quanto a empenagem, ela poderá ser: Convencional � O estabilizador horizontal encontra-se abaixo do estabilizador vertical. �T� � O estabilizador encontra-se na parte superior do estabilizador vertical. Butterfly � Os estabilizadores estão dispostos sob a forma de V. Trem de Pouso : É o que fornece sustentação e mobilidade ao avião em meio sólido ou líquido, podendo ser rodas para uso em terra, flutuadores para uso em meio líquido. Quanto à posição do trem de pouso podem ser: Convencional � A roda direcional é posicionada atrás do trem de pouso principal. Triciclos � A roda direcional ou do nariz é posicionada à frente do trem de pouso principal. Hidroaviões � Flutuadores para uso em meio líquido. Quanto ao recolhimento do tem de pouso para aviões que utilizam rodas, pode ser: Fixo � permanece na mesma posição durante todo o processo de vôo. Retrátil � recolhe parcialmente após a decolagem, sendo visível durante todo o vôo. Escamoteável � recolhe totalmente sendo alojado em compartimento próprio não podendo ser visualizado durante o vôo; sendo assim não cria resistência ao avanço. Quanto ao meio de pouso e decolagem podem ser: Litoplano � somente utiliza pistas sólidas. Hidroplano � somente em meio líquido. Anfíbio � utiliza tanto pistas sólidas como meio líquido para pouso e decolagem. Aerobotes � a própria fuselagem é estanque em forma de casco, para pouso na água. Asa : É o conjunto destinado a fornecer a força necessária ao vôo, ou seja, sustentação. A asa possui as seguintes estruturas: Longarinas � principal elemento estrutural da asa, estendendo-se da raiz à ponta. Sua construção pode ser de madeira ou liga metálica, como nos modernos aviões. Nervuras � elemento da asa responsável pelo seu formato aerodinâmico. Envergadura da asa � é à distância da ponta de um lado da asa a outra. Estais ou Cordas de piano � ligam as nervuras Quanto ao número de planos de asa, podem ser: Monoplano � um plano de asa Biplano � dois planos de asa Triplano � três planos de asa Multiplano � quatro ou mais planos de asa. Quanto à posição da asa, pode ser: Asa baixa � localizada na parte inferior da fuselagem.
Asa média � localizada na parte média ou central da fuselagem.
Asa alta � localizada na parte superior da fuselagem.
Asa parasol � localizada acima da fuselagem, presa por suportes. Quanto à fixação da asa na fuselagem, podem ser: Cantilever � a asa é fixa na fuselagem sem nenhum auxílio.
Semi-cantilever � a asa é fixa na fuselagem com o auxílio de estais e montantes
Grupo Moto-propulsor � É o conjunto que fornece a tração necessária ao vôo, tendo com isso velocidade para que conseqüentemente se adquira sustentação. Os motores também fornecem energia elétrica, pneumática e hidráulica aos vários componentes do avião. Quanto ao tipo de motor: Convencional = atualmente o mais encontrado em aeronaves de pequeno porte e é o motor mais básico, utilizando como combustível a gasolina de aviação.
Turbo-Fan = basicamente um motor turbo-jato, com uma maior área de admissão de ar. Sua maior vantagem é a economia de combustível com bom desempenho, utilizando como combustível o querosene de aviação. Quanto ao número de motores, podem ser: Monomotor � um motor
Bimotor � dois motores
Trimotor � três motores
Quadrimotor � quatro motores
Multimotores � mais de quatro motores Para os aviões que ainda usam hélices, elas podem ser: Tratora � hélices posicionadas à frente do motor (puxa o motor)
Propulsora � hélices posicionadas atrás do motor (empurra o motor)
Tandem � hélices posicionadas tanto à frente como atrás do motor (puxa e empurra). Quanto à velocidade, os aviões podem ser: Subsônicos � voam menos que a velocidade do som, mach crítico;
Transônicos � voam sob a influência de um fluxo misto acima do mach crítico e abaixo de mach 1;
Supersônicos � voam acima da velocidade do som e acima de mach 1. Quanto a finalidade de uso, os aviões podem ser: Civis
Militares TEORIA DE VÔO Para que possamos entender sobre o vôo, temos que saber sobre o meio do qual usamos para efetuar o mesmo, ou seja, o comportamento dos fluidos (líquido ou gasoso; atmosfera).
Turbulento ou Turbilhonado : quando seu movimento é irregular e desorganizado. Existe uma lei para este escoamento, chamada de lei da continuidade, que diz: �Quanto mais estreito for o tubo de escoamento maior será a velocidade e vice-versa�. Pressão dinâmica É a força de movimento, neste caso, criada pela força de impacto de um fluido. No caso do ar, a pressão dinâmica deixa de existir quando o vento pára de soprar. Pressão estática É a pressão parada ou aquela que é exercida em cima de um corpo mergulhado na atmosfera. Como vimos anteriormente à pressão estática ao nível do mar é 1.013,2 Hpa. O físico francês Giovani Venturi provou o teorema de Bernouilli através do tubo de Venturi. Aerofólio É uma superfície aerodinâmica que produz reações úteis ao vôo. Alguns exemplos são: asa, leme de direção, profundor, pás da hélice etc... Superfícies aerodinâmicas São superfícies criadas com o intuito de facilitar o seu deslocamento em um fluido. Devem produzir o mínimo de resistência ao avanço. Numa aeronave o aerofólio que é responsável pela sustentação é a asa a qual devemos conhecer melhor suas partes para poder melhor compreender o porque seu formato é fator decisivo na sustentação de uma aeronave: Bordo de ataque : é a parte dianteira
Intradorso : a parte inferior Se na parte superior da asa (Extradorso) existiu uma diminuição de pressão estática, foi criada uma diferença de pressão entre a parte de baixo (Intradorso) do perfil e a parte de cima (Extradorso). Como a maior força ganha, o resultado é um empurrão da chapa (Asa) ou perfil para cima. Com isto se cria o princípio da sustentação de uma asa. Traçamos uma linha reta do bordo de ataque ao bordo de fuga do aerofólio, esta linha terá o nome de CORDA. A linha que une o bordo de ataque ao bordo de fuga eqüidistando o extradorso do intradorso é denominado LINHA DE CURVATURA MÉDIA. Observações: As asas são aerofólios biconvexos ASSIMÉTRICOS Os estabilizadores são aerofólios biconvexos SIMÉTRICOS Asa, empenagem e hélice são aerofólios que produzem reações úteis. Para ser considerado asa, é obrigatório ter o extradorso convexo. Eixo Longitudinal Formado por uma linha reta que une o nariz à cauda do avião. Quando a asa é colocada no avião, a corda forma um ângulo com o eixo longitudinal do mesmo, que se chama �ângulo de incidência�. Vento relativo Formado pela movimentação de um corpo. É o vento que se sente ao colocar a mão fora da janela de um carro em movimento. Este vento sempre terá a mesma direção e velocidade, porém, somente o sentido será contrário ao do deslocamento do corpo. Exemplo: Podemos dizer que quando uma aeronave realiza um vôo descendente a uma velocidade de 200Km/h, verificamos o aparecimento do vento relativo subindo a uma velocidade de 200Km/h. Ângulo de Ataque Formado pela corda da asa e o vento relativo. Este ângulo poderá aumentar ou diminuir dependendo da atitude do avião (nariz para cima ou para baixo). Este ângulo não poderá ser muito elevado, pois produzirá o efeito chamado ESTOL ou o turbilhonamento do fluído no extradorso da asa fazendo com que o avião perca sustentação. Estol É a perda súbita de sustentação, geralmente provocada por baixa velocidade ou ângulo de ataque exagerado. Observação, o ângulo de estol é igual ao ângulo crítico. Ângulo de incidência Formado entre a corda e o eixo longitudinal (ângulo fixo). Ângulo de atitude Ângulo formado entre o eixo longitudinal e a linha do horizonte é um ângulo variável. Resultante Aerodinâmico É a força que resulta quando se une a resistência ao avanço à sustentação. Geralmente esta força é para cima e para trás. FORÇAS QUE ATUAM EM UMA AERONAVE EM VÔO Tração : fornecida pelo grupo moto-propulsor
Peso O nome em inglês e português dado a estas forças são: Inglês Português T � Traction T � tração W � Weight P � Peso L � Lift S � sustentação D � Drag A� arrasto Cada uma destas forças se aplicam em um ponto: Tração � centro de tração Arrasto � centro de arrasto ou resistência ao avanço Sustentação � centro de pressão (CP) Peso � centro de gravidade (CG). Para um vôo reto-horizontal, as forças deverão estar em equilíbrio entre elas: A tração deverá ser igual ao arrasto para uma velocidade constante. A sustentação igual ao peso para que continue voando sem subir ou descer. Observações: Vôo cruzeiro deverá ser o vôo nivelado com velocidade constante Arrasto induzido está relacionado à sustentação Arrasto parasita não está relacionado à sustentação SUPERFÍCIES DE COMANDO PRIMÁRIAS São superfícies utilizadas para modificar a atitude da aeronave em torno de seus três eixos imaginários, que cruzam no centro de gravidade. São eles: Leme de direção : Faz com que o nariz do avião vire para a esquerda ou direita. Superfície de comando primária localizada atrás do estabilizador vertical na empenagem. Comandado pelos pedais; ao pressionar o pedal direito, o avião guina para a direita, e vice-versa. Os pedais atuam nos freios quando o avião está no solo, sendo assim considerados BIFUNCIONAIS. A parte inferior do pedal atua no leme de direção e a parte superior do pedal atua no freio das rodas. Eixo vertical � linha reta imaginária que corta a aeronave verticalmente. O movimento que a aeronave faz em torno deste eixo se chama GUINADA. Aileron : Faz com que as asas inclinem-se as asas inclinem-se para a esquerda ou para a direita. Superfície de comando primária localizada próxima às pontas da asa, comandado pelo volante do manche, girando o volante do manche para a direita, o avião inclinará para a direita, e girando o volante do manche para a esquerda o avião inclinará para a esquerda. Eixo longitudinal � linha reta imaginária que une o nariz à cauda do avião. O movimento que a aeronave faz em torno deste eixo se chama ROLAGEM, ROLAMENTO, BANCAGEM ou INCLINAÇÃO LATERAL. Profundor : Faz com que o avião suba ou desça. Superfície de Comando Primária localizada atrás do estabilizador horizontal na empenagem, comandado pela coluna do manche; ao se movimentar para frente o avião PICA, e quando o comanda a coluna do manche para trás o avião inicia o movimento de CABRAR. Eixo lateral ou transversal � linha reta imaginária que cruza de um lado da asa ao outro. O movimento que a aeronave faz em torno desse eixo se chama ARGAGEM, quando feito para cima chama-se CABRAR e quando feito para baixo, PICAR. SUPERFÍCIES DE COMANDO SECUNDÁRIAS Compensador : Localizada sempre no interior do comando primário, a superfície de comando secundária tem a finalidade de aliviar as pressões dos comandos primários quando existir uma mudança prolongada de atitude do avião, como por exemplo, num vôo ascendente. Há o compensador do aileron, profundor e leme direcional. DISPOSITIVOS HIPERSUSTENTADORES Os dispositivos servem, como o próprio nome diz, para aumentar a sustentação. Eles são utilizados tanto na decolagem (para aumentar a velocidade) quanto no pouso (para diminuir a velocidade e prover boa sustentação) São eles: Flap ou Flape : dispositivo instalado geralmente no bordo de fuga da asa próximo à fuselagem. Quando atuando, faz com que a asa passe a ter uma maior curvatura e conseqüentemente um maior ângulo de ataque. O aumento da curvatura do ângulo de ataque fará com que o avião ganhe mais sustentação. Slats : instalados no bordo de ataque da asa, são um tipo especial de flap. Sua função é a mesma do flap: modificar a curvatura do perfil, possibilitando manobras com baixa velocidade, porém o inconveniente é aumentar em demasia o ângulo de ataque, prejudicando a visão. Slots : são fendas que servem para suavizar o escoamento do ar no extradorso da asa, aumentando-se com isso a ângulo crítico (onde começa a perda de sustentação). São considerados como recursos aerodinâmicos. FREIOS Para diminuirmos ainda mais a velocidade temos que ter artifícios que aumentem a resistência ao avanço. Para esse fim foi criado os �spoilers� ou �speed brakes� que são painéis retangulares localizados no extradorso da asa que, quando atuados, funcionam como freios. Estes painéis levantam ficando, ficando assim expostos ao vento relativo, criando uma �barreira� e diminuindo a velocidade do avião. Os �Flapes� quando atuados também criam resistência e, com isso, também servem como freios. O próprio trem de pouso, quando abaixado, oferece grande resistência ao avanço, diminuindo a velocidade da aeronave. Quanto mais objetos expostos ao vento relativo maior será o arrasto. Portanto uma aeronave de trem de pouso tipo fixo oferece maior arrasto do que aquele com trem escamoteável. Utilização dos motores para auxiliar a frenagem (Reverso de motor) A mudança de direção e sentido dos gases de escapamento nos fornecerá uma tração contrária, auxiliando-nos na parada da aeronave na aterragem. A essa mudança de direção e sentido do fluxo dos gases damos o nome de REVERSÃO. Estabilidade É a habilidade própria de um corpo, após ter seu equilíbrio perturbado, desenvolver forças ou momentos para trazê-lo de volta a sua posição original. Quanto a equilíbrio existem 3 tipos, a saber: Tipo Quando afastado de seu equilíbrio o avião tende a Estável voltar a sua posição inicial Instável afastar-se de seu equilíbrio Indiferente ficará na nova posição Para ter segurança em todas situações de vôo o avião deverá estar em seu equilíbrio estável! Estabilidade longitudinal : é a estabilidade do avião em relação ao eixo lateral. Se este avião receber uma rajada de vento que levante o nariz, sem que o piloto atue nos comandos de vôo, o avião voltará a posição inicial. O estabilizador horizontal localizado na empenagem do avião é responsável pela estabilidade longitudinal. Estabilidade lateral : é a estabilidade do avião em relação ao eixo longitudinal. Se o avião recebe uma rajada de vento que levante uma das asas, a tendência do avião é de voltar à sua posição original sem que se atue nos comandos. Ângulo Diedro É o ângulo formado entre o plano de asa e o eixo transversal ou lateral do avião. Pode ser positivo (para cima) ou negativo (para baixo). Enflexamento É o ângulo formado entre o eixo transversal ou lateral do avião e a linha do bordo de ataque da asa. Pode ser positivo (para trás) ou negativo (para frente). O enflexamento também melhora o desempenho de aeronaves em altas velocidades (enflexamento positivo). Estabilidade Direcional É a estabilidade do avião em torno do eixo vertical. Se uma rajada de vento produz uma guinada em um avião estável, este voltará à posição inicial sem que o piloto atue nos comandos de vôo. Responsável por essa estabilidade é o estabilizador vertical localizado na empenagem do avião. PESO E BALANCEAMENTO O centro de Gravidade (CG) de um avião não é um ponto fixo, uma vez que durante o vôo há mudanças na posição das cargas e consumo de combustível. Este deslocamento do CG geralmente se dá ao longo do eixo longitudinal do avião. Existem limites onde este deslocamento do CG pode �andar� e geralmente os limites são fornecidos pelo fabricante do avião. Se os limites do CG forem ultrapassados, normalmente ocorrerá maior consumo de combustível e o avião se tornará instável. Linha de Referência É uma linha perpendicular ao eixo longitudinal do avião, a partir de onde são tomadas todas as medidas longitudinais. O estabelecimento destas linhas é dado pelo fabricante. Princípio da Balança O efeito do peso sobre uma balança depende do valor aplicado sobre a mesma e da distância (braço) do peso ao ponto de balança. Braço : é à distância em linha reta que vai do ponto de apoio até o ponto de aplicação da força (peso). Momento : é o produto da multiplicação do peso de um corpo pelo seu braço. M = F x D. Equilíbrio : quando os momentos forem iguais, a balança estará em equilíbrio, não havendo nenhuma tendência de deslocamento nem para um lado, nem para o outro. Desequilíbrio : é quando os momentos forem diferentes, a balança estará em desequilíbrio, tendendo a iniciar-se no sentido do maior momento. Balanceamento : é a distribuição correta de pax, carga e combustível no interior do avião, de modo que não ultrapasse os limites estabelecidos pelo fabricante. Consiste na pesagem e distribuição correta dos pesos em relação a CMA (Corda média aerodinâmica). Corda Média Aerodinâmica : representa a corda onde se localiza a sustentação média da asa. Limites do CG : são os limites em porcentagem (%) da CMA entre os quais o CG pode se deslocar sem prejuízo para o equilíbrio do avião em vôo. Pesos interessantes para se considerar: Vazio � peso do avião com seu equipamento fixo
Básico � peso vazio acrescido por tripulantes e suas bagagens
Operacional � peso do avião pronto para decolar faltando carregar PAXs e Carga
De decolagem � peso do avião pronto para decolar
Zero Combustível � peso do avião pronto para decolar, faltando combustível.
Carga Útil � PAXs + Carga (Payload)
De pouso � peso com que o avião deve pousar INSTRUMENTOS DE BORDO Dentre os vários instrumentos que perfazem uma cabina de comando e que podem ser classificados em instrumentos de vôo, navegação, controle, motor etc... Altímetro : Indica a distância vertical da aeronave em relação ao nível do mar, quando calibrado a 1.013 HPA. Funciona ligado à tomada de pressão estática do sistema � Pitot estática. Pode ser medida em metros ou pés. Velocímetro : Indica a velocidade do avião em relação ao deslocamento de massa de ar em torno do avião. Funciona ligado à tomada de pressão total (Pressão estática + pressão dinâmica) e à tomada de pressão estática do tubo de Pitot. Pode ser medida em Knots, MPH, KMH. Após uma determinada velocidade passa a ser medido em número MACH (Percentagem de velocidade em relação ao som). Variômetro ou �Climb� ou �Vertical speed� : indica a subida ou descida da aeronave, medida geralmente em pés por minuto. Tubo de Pitot : sistema que capta valores de pressão total. Através do orifício frontal do tubo de pitot se capta a pressão dinâmica. A pressão estática é captada por orifícios laterais do tubo de pitot e também por orifícios localizados na fuselagem da aeronave. Bússola Magnética : Instrumento básico de navegação que indica a direção seguida pela aeronave em relação ao norte magnético da Terra. Horizonte Artificial : indica atitude da aeronave em relação ao horizonte e inclinação lateral da mesma. Sistema de Ar Condicionado : sistema responsável pelo fornecimento e controle da temperatura do ar da cabine da aeronave. Quando em solo o sistema funciona através de um motor chamado A.P.U (Auxiliary Power Unit) ou G.P.U (Ground Power Unit). Sistema de Pressurização : este sistema tem como função manter a pressão interna da cabine, em níveis fisiológicos suportáveis para o corpo humano, O valor da pressão interna da cabine é maior que a externa. Dizemos então que o diferencial de pressão é positivo. O controle de pressão do ar é feito através de válvulas chamadas �Outflow Valves� (válvulas de alívio). A despressurização ocorrerá toda vez que houver vazamento deste ar de forma lenta, rápida ou explosiva. Em caso de despressurização, a aeronave deverá descer para níveis compatíveis à fisiologia humana, normalmente abaixo de 10.000 pés. PUBLICIDADE