Carga Alar e Performance do Velame - SkyPoint
É do conhecimento geral que a carga alar tem efeitos profundos no desempenho do velame. Além disso, parece que mesmo que a carga da alar seja exatamente a mesma entre dois velames idênticos, velames de tamanhos diferentes voam de maneiras bem distintas.
Em outras palavras, se você voar um velame de 210 pés quadrados de um determinado projeto com muito peso adicional para atingir uma carga de, digamos, uma libra por pé quadrado, um 150 exatamente com a mesma carga alar geralmente terá uma razão de planeio mais acentuada , curvas mais rápidas e demonstram um arco de recuperação mais longo após uma manobra de alta velocidade.
Isso significa que, independentemente da carga alar, todos os velames pequenos são de alta performance e devem ser tratados de acordo. Existem muitas explicações para essa relação não linear e, neste artigo, discutiremos algumas das variáveis mais significativas.
Os dados de voo de teste nos mostram que velames pequenos, independentemente da carga alar, serão mais radicais do que suas contrapartes maiores, todos os outros aspectos de design sendo iguais, no entanto, o grau de diferença depende do modelo do velame.
Porém, a tendência é consistente e previsível. A explicação mais comum para essas diferenças é que se deve as diferenças no comprimento da linha. Velames menores têm linhas mais curtas em geral. Embora seja verdade que alguns aspectos do desempenho de um velame aumentam à medida que o comprimento da linha diminui, isso se aplica apenas à mobilidade sobre os eixos pitch e yaw.
Os efeitos no arco de recuperação tendem a ter a resposta oposta ao comprimento da linha. Em outras palavras, um paraquedas com linhas mais longas tende a apresentar um arco de recuperação mais longo. Para explicar esses efeitos contraintuitivos, devemos procurar uma explicação em outro lugar.
O outro aspecto, antes não considerado, é a relação do volume interno do velame com seu extra-dorso. Essencialmente, o volume de ar que se desloca pela cauda do velame pode ser considerado um aspecto chave de arrasto.
É claro que o formato do velame em si é vitalmente relevante para o coeficiente de arrasto, mas para os propósitos desta discussão, vamos nos concentrar nos efeitos do arrasto da perspectiva do simples deslocamento do ar, como uma pegada no céu. Quanto maior a cauda do velame, mais arrasto ele terá.
Isso significa que um velame grande ficará em um ângulo de ataque mais alto em pleno voo, com base no equilíbrio de força entre o arrasto da cauda (D1) e o da carga alar, o paraquedista (D2).
Além disso, o valor de arrasto de uma cauda grande aumentará acentuadamente com a velocidade do ar e, portanto, velames grandes sofrerão mais arrasto do que velames pequenos em alta velocidade. O velame, portanto, irá "querer" retornar à posição de voo total mais agressivamente em velames com caudas maiores, como regra geral.
A FÓRMULA DO VELAME
Vamos levar esses princípios aerodinâmicos para o domínio da fabricação de velames. Quando um projeto de velame é desenvolvido, na maioria das vezes, todas as asas é fabricada simultaneamente. Esta é a mesma progressão geométrica de um carro: as mesmas proporções tridimensionais, mas um tamanho diferente. Quando queremos fazer um paraquedas maior, simplesmente multiplicamos cada dimensão por um "fator de escala", um único número que resultará na mudança de tamanho que desejamos.
Quando aplicamos esse modelo matemático aos projetos de velames, criamos um efeito indesejado: fatores de escala desproporcionais relacionados à área e ao volume. Simplificando, o número que usamos para dimensionar o velame é baseado na "metragem quadrada" da asa, e isso é, obviamente, uma função quadrada (X²). O volume, por outro lado, é governado por uma função de cubo, (X³).
Isso significa que, quando aumentamos a altura das células na mesma proporção que a envergadura e a linha, inadvertidamente, tornamos a asa maior à medida que aumentamos a escala e pequena quando diminuímos a escala. Esta é uma das razões pelas quais um 120 voa de maneira muito diferente de um 170, mesmo com exatamente a mesma carga alar e peso do paraquedista. As asas apenas parecem ser as mesmas, mas decididamente não são as mesmas do ponto de vista volumétrico.
Então, pode-se dizer, por que não aumentamos a altura da cauda nos velames menores e, proporcionalmente, a altura dos velames maiores? Isso às vezes é feito e funciona até certo ponto. No entanto, se buscássemos uma fórmula que nos permitisse dimensionar o volume na mesma proporção da área, teríamos que manter a altura da célula igual em todos os tamanhos de um desenho. Eu resolvi isso com um brilhante matemático da Tasmânia em um voo de volta de Sydney há muitos anos.
Um 120 com as mesmas células que um 190? Isso não passa no teste do intestino, não é? Apenas os tamanhos médios voariam corretamente e, além de alguns graus de liberdade, o sistema entraria em colapso, porque os velames pequenos com células grandes teriam muito arrasto para serem eficientes e os velames grandes células pequenas teriam pouca sustentação para pousar bem, e seriam propensos a colapsar em uma turbulência devido à sua natureza frágil em virtude de seu baixo volume interno. Uma resposta simples não parece existir, pelo menos ainda não.
FAZENDO DOWNSIZING
Se é verdade que as tendências de desempenho não parecem lineares em relação ao tamanho do velame, então talvez a solução seja uma régua curva. Para esse fim, ofereci ao mundo um gráfico de dimensionamento complexo que reflete a natureza não linear do dimensionamento e desempenho do velame com o objetivo de orientar o downsizing.
Este gráfico fácil de operar foi adotado por muitas organizações nacionais e áreas de salto como as diretrizes oficiais para o tamanho do velame em relação à experiência. Nascido de um gráfico sueco brilhante, mas sem dúvida conservador, criado por meu bom amigo e colega, Ola Jameson, que era o chefe de segurança (Riksinstructor) da SFF na época. Minha versão um pouco menos conservadora da "tabela de dimensionamento" oferece sugestões para o tamanho do velame em relação ao peso, em vez da simples carga alar como fator de decisão.
Isso permite que o tamanho de paraquedas recomendado para uma pessoa pesada seja com uma carga alar maior do que a sugerida para uma pessoa mais leve. Está disponível de graça AQUI.
NOVA MÉTRICA É A SOLUÇÃO?
A tabela de dimensionamento não sugere quando o paraquedista deve reduzir o tamanho, mas limita o grau em que ele deve diminuir o tamanho do velame com base nos complexos princípios aerodinâmicos efetuados pela geometria da asa. A "armadilha do gráfico" é sempre um risco com essas coisas, quando os paraquedistas diminuem automaticamente de tamanho porque o gráfico sugere que uma mudança é razoável.
Decisões baseadas no tamanho e design do velame devem sempre ser feitas com base na habilidade real do paraquedista e nos outros fatores determinantes descritos nas 22 páginas de texto que seguem o gráfico.
Outra consideração que farei agora para a comunidade do paraquedismo é uma mudança fundamental na forma como definimos o tamanho do velame. Com base na discussão acima, uma análise bidimensional é insuficiente para descrever o que um paraquedas fará no céu, e "libras por pé quadrado" é uma relação 2-D muito limitada. Sugiro que um modelo melhor para definição do tamanho do velame seja Libras (ou quilos) por pé cúbico (ou metro cúbico). Os números métricos seriam muito mais fáceis de trabalhar, se pudéssemos fazer com que os ianques e britânicos abandonassem o sistema imperial; mas temos que escolher nossas batalhas, não é?
Ao usar lbs/ft³, removeremos efetivamente o viés 2-D da "régua", por assim dizer, e tornaremos as diferenças relevantes mais numericamente óbvias. Pode parecer uma ideia radical no início, mas o velame retangular também foi uma mudança radical quando surgiu, mas veja como isso funcionou. Só porque uma mudança é difícil não a torna menos necessária.
O tema sobre previsão da performance de velame é vasto e deve continuar a ser discutido em termos científicos. Devemos fazer isso porque, como um dos poucos (principalmente) ramos autônomos da aviação, somos os únicos e verdadeiros especialistas em nosso campo. Somos nós que devemos pensar fora da caixa de paradigmas estabelecidos e mudar quando a mudança for necessária.
Continuaremos a melhorar nosso esporte em todos os sentidos, simplesmente porque amamos tanto nosso esporte que queremos saber mais e crescer mais. A paixão universal pelo conhecimento exibida em toda a comunidade de paraquedismo nos leva a um nível muito alto de respeito mútuo por nossos colegas saltadores.
Esse bem precioso da solidariedade é raro neste mundo, e devemos permitir que essa conexão nos leve a sempre buscar procedimentos mais seguros construídos em nossa compreensão cada vez maior daquilo que salva nossas vidas. A melhoria em questões relacionadas à segurança é apenas o amor pela vida em movimento, e o amor deve ser adaptável e inteligente para durar em um mundo complexo.
Repetidamente, os paraquedistas provam para mim que são aventureiros altamente inteligentes, comprometidos com a segurança e muito dignos do meu respeito. Vamos nos adaptar e vamos prosperar.