PC-Teoria de Voo–Resumo 1/3

ESTABILIDADE ESTÁTICA

• 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:

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:

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):

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

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CG muito à frente:

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

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UPWASH E 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.

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

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

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.

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.

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.

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

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

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

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.

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.

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.

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:

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.

M_MO – 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 M_MO pode ser superior ao M_crit.

Rolloff

ABAIXO DA M_MO:

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

NA M_MO OU PRÓXIMO:

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

ONDA DE PROA

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

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

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

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

AEROFÓLIO SUPERCRÍTICO

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.