Teoria de Vôo

Aerodinâmica: Ramo da Dinâmica que trata do movimento do ar e de outros fluidos gasosos e das forças que agem sobre os corpos em movimento retilíneo a tais fluidos.

Atmosfera: Para o estudo da Aerodinâmica, consideraremos a atmosfera sem modificações de fenômenos meteorológicos (calma e sem presença de umidade).

Obs: Qual é o dia ideal para o vôo? Baixa altitude, ar frio, baixa umidade e o vento de proa (decolar e pousar sempre com o vento de proa).

Matéria: Aquilo do qual os corpos físicos são compostos.

Massa: É a quantidade de matéria contida em um corpo (a massa é invariável).

Peso: A medida da aceleração que um corpo exerce sobre o outro através da força da gravidade.

Obs: A força gravitacional depende da massa do corpo X aceleração => P = M x G.

Peso e Massa: São grandezas físicas diferentes. Em um mesmo lugar à superfície da Terra, dois corpos com massas iguais possuem o mesmo peso e com massas diferentes possuem pesos diferentes. E, em lugares com latitudes ou altitudes diferentes, dois corpos com massas iguais possuem pesos diferentes.

Força: É o único agente do universo capaz de alterar o estado de repouso ou de movimento de um corpo.

1ª Lei de Newton: Um objeto permanecerá no seu estado de repouso ou movimento retilíneo e uniforme, desde que forças externas não atuem sobre ele.

2ª Lei de Newton: A resultante das forças que agem em um corpo é igual ao produto de sua massa pela aceleração adquirida pelo mesmo. Ou seja, todo corpo em repouso precisa de uma força para se movimentar e todo corpo em movimento precisa de uma força para parar.

3ª Lei de Newton: Para cada ação há sempre uma reação oposta e de igual intensidade.

Fluido: Substância que pela pouca adesão de suas moléculas entre si, cede a qualquer força e, portanto, não possui forma independente, mas toma a do recipiente em que é posta. O fluido poderá ser líquido ou gasoso e seu movimento é denominado escoamento, podendo ser "Laminar ou Lamear" ou "Turbulento ou Turbilhonado".

Tubo de Escoamento: É a canalização por onde escoa o fluido, e existe nos tipos "Real" e "Imaginário".

Equação da Continuidade: É uma lei de escoamento que afirma, de forma simplificada, que quanto mais estreito for o tubo de escoamento, maior será a velocidade do fluido e vice-versa. Essa equação torna possível a construção do túnel aerodinâmico, que é usado para testar modelos de aviões durante a fase do projeto.

Pressão: Força exercida por um fluido em todas as direções, medida sempre por unidade de superfície. Em aerodinâmica destacam-se a Pressão Estática (exercida por um fluido em repouso) e a Pressão Dinâmica (exercida por um fluido em um corpo em repouso ou em movimento).

Velocidade: É a medida de comprimento por unidade de tempo com o qual o corpo altera sua posição.

Aceleração: Variação da velocidade, podendo ser positiva ou negativa.

Densidade: Relação entre a massa de um corpo e o seu volume, e possui variações com a pressão e a temperatura.

Vento Relativo: A camada atmosférica é composta basicamente de oxigênio e nitrogênio e, quando um corpo é mergulhado nessa camada, se movimenta e entra em atrito com a massa de ar, gerando assim o vento contrário ao seu movimento, chamado vento relativo.

Arrasto: É a resistência ao avanço que os objetos apresentam ao se deslocarem através do ar, e essa resistência produz uma turbulência que se forma atrás dos objetos. É uma força que atrapalha o vôo, visto que puxa a aeronave para trás. Logo, uma superfície aerodinâmica possui pequena resistência ao avanço (pequeno arrasto), porque a turbulência que se forma atrás dela é muito pequena. Portanto, quanto menos o turbilhonamento provocado pelo deslocamento de um corpo, mais fácil e rápido será seu movimento. Existem dois tipos de arrasto => Arrasto Parasita (produzido por tudo que não produz sustentação na aeronave, ou seja, tudo que não é a asa) e Arrasto Induzido (produzido exclusivamente na ponta da asa).

Obs: Os dispositivos que minimizam o arrasto induzido são => Wingleg, Tip Tank (tanque na ponta da asa), torção na ponta da asa (alteração no perfil da ponta da asa) e o aumento do alongamento da asa.

Princípio de Bernoulli: "Quando a velocidade de um fluido aumenta, a pressão deste fluido diminui". Ou seja, para qualquer fluido em movimento, a pressão é menor onde a velocidade é maior. Assim, a pressão total permanece sempre a mesma ao longo do tubo. Se a pressão dinâmica aumenta (aumento da velocidade) a pressão estática diminui e vice-versa. No estreitamento de um tubo, a pressão dinâmica aumenta, logo, a pressão estática será menor.

A asa de um avião é projetada de uma forma que o ar se desloque com velocidade maior na parte de cima do que na parte de baixo. Dessa forma, a pressão estática na parte de baixo é maior do que na parte de cima. Esta diferença de pressão provoca uma resultante de forças dirigida de baixo para cima das asas, gerando a força de sustentação. Para que surja esta diferença de pressão, causada pelo deslocamento do ar, as asas dos aviões são levemente inclinadas para cima, ou possuem uma maior curvatura superior.

A sustentação é a força perpendicular ao vento relativo e o arrasto é a força paralela que surge ao mesmo vento. Ambas as forças são componentes da resultante aerodinâmica. A resultante aerodinâmica é aplicada em um ponto denominado Centro de Pressão (CP), puxando a superfície aerodinâmica (aerofólio) para cima e para trás, produzindo a ascensão da aeronave.

Obs: 1) Superfície Aerodinâmica é toda superfície que produz pouco arrasto, resistência ao avanço (fuselagem, nariz da aeronave, antenas de rádio, etc.); 2) Aerofólio é uma superfície aerodinâmica que produz pouco arrasto e produz uma força útil ao vôo (asa, com força útil de sustentação e hélice, com força útil de tração); 3) A diferença entre uma superfície aerodinâmica e um aerofólio, é que o aerofólio além de produzir pouco arrasto, produz força útil ao vôo.

Uma superfície aerodinâmica (aerofólio) pode ser de dois tipos: Perfil Assimétrico (que não pode ser dividido por uma linha reta em duas metades iguais) e Perfil Simétrico (que pode ser dividido por uma linha reta em duas partes iguais).

Elementos de um Perfil: 1) Linha de Corda (liga o bordo de ataque ao bordo de fuga); 2) Linha de Curvatura Média (linha equidista entre o extradorso e o intradorso); 3) Linha de Espessura (linha perpendicular à linha de corda e liga o extradorso e o intradorso no ponto de maior distância entre eles); 4) Linha de Flecha (linha que liga a linha de corda e a linha de curvatura média no ponto de maior distância entre elas).

Obs: 1) A linha de curvatura média divide o perfil assimétrico ao meio e a linha de corda divide o perfil simétrico ao meio; 2) Ponto de espessura é o cruzamento entre a linha de espessura e a linha de corda.

Alongamento: É a divisão entre a envergadura (distância de uma ponta da asa à outra) e a corda média geométrica (razão entre a área da asa e a envergadura). Quanto maior o alongamento da asa, menor é o arrasto.

Obs: A corda média geométrica (CMG) possui o comprimento médio entre todas as cordas da asa.

Vôo Horizontal: Para a aeronave manter o vôo reto/horizontal e velocidade constante (acontece em vôo de cruzeiro), a resultante das 4 forças que atuam na aeronave deve ser nula. Ou seja, T = D (Tração = Arrasto) e L = W (Sustentação = Peso).

Logo: Quando a tração é maior que o arrasto (T > D), ganha-se mais velocidade; Quando a tração é menor que o arrasto (T < t =" D);"> W); Para uma aeronave perder altitude, a sustentação deve ser menor que o peso (L < l =" W).

Ângulo de Ataque: Formado pelo vento relativo e a linha de corda da asa. É um ângulo variável que depende da vontade do piloto e do vento relativo.

Obs: 1) Quanto maior o ângulo de ataque, maior a sustentação e menor a velocidade; 2) Quando o aerofólio está com o ângulo de ataque muito pequeno, o arrasto será pequeno e a velocidade de deslocamento será alta; Quando há um pequeno aumento no ângulo de ataque, o arrasto começa a aumentar e a velocidade de deslocamento diminui; Quando a asa atinge um ângulo no qual o arrasto será muito elevado e a sustentação será máxima, diminuindo a velocidade do avião (essa posição é chamada de "ângulo crítico", onde a velocidade de deslocamento da aeronave é a menor possível em um vôo reto/horizontal e, essa velocidade, é chamada de velocidade de estol); Quando o ângulo crítico é ultrapassado, o turbilhonamento tomará conta do extradorso da asa, diminuindo bruscamente a sustentação, dando origem ao estol.

Dispositivos Hiper-Sustentadores

Slot (também denominado fenda ou ranhura): Aumenta o ângulo de ataque crítico do aerofólio e consiste em uma fenda que suaviza o escoamento no extradorso da asa, evitando o turbilhonamento. Isso faz com que a asa possa atingir ângulos de ataque mais elevados, isto é, produzir mais sustentação. Existe um tipo especial de slot que fica recolhido durante o vôo normal, só entrando em funcionamento quando necessário. Esses slots móveis são denominados Slats.

Obs: Os slots e slats ficam localizados no bordo de ataque.

Flape: Serve para aumentar a curvatura do perfil, aumentando a sustentação. O ângulo crítico do aerofólio diminui um pouco, pois o flape produz uma perturbação no escoamento que influencia o fluxo do ar no extradorso da asa. Os flapes funcionam também como freio aerodinâmico, porque aumentam o arrasto do aerofólio. O flape é usado nas decolagens e pousos, pois diminuem a distância utilizada da pista e está localizado no bordo de fuga, próximo da raiz da asa.

Obs: Tipos de Flape => 1) Flape Simples; 2) Flape Fenda; 3) Flape Ventral; 4) Flape Fowler (mais importante e mais complexo e é o que mais aumenta a sustentação, pois além de aumentar a curvatura da asa, aumenta a área da asa.

Freios Aerodinâmicos: Superfícies aerodinâmicas que auxiliam na freagem da aeronave (speed brakes => spoilers de vôo e spoilers de terra), localizados no extradorso da asa.

Ângulo de Incidência: É o ângulo formado pela linha de corda e o eixo longitudinal e é um ângulo invariável. Quando é maior, a aeronave tem maior sustentação e vice-versa (o ângulo é determinado pelo fabricante da aeronave).

Equilíbrio: Estado de um corpo que é atraído ou solicitado por forças cuja resultante é nula.

Um avião afastado da condição de equilíbrio pode comportar-se de 3 maneiras diferentes: 1) Estável => O avião tende a voltar ao equilíbrio; 2) Instável => O avião tende a afastar-se mais do equilíbrio; 3) Indiferente => O avião continua fora do equilíbrio.

Estabilidade Longitudinal: É a mais importante das estabilidades e é em torno do eixo lateral (eixo transversal). Os fatores que mantém a estabilidade longitudinal são: Estabilidade Horizontal e o Centro de Gravidade (CG) à frente do Centro de Pressão (CP).

Estabilidade Lateral: É em torno do eixo longitudinal e são 5 os fatores que afetam esta estabilidade.

1) Ângulo de Diedro: Formado pelo eixo lateral (eixo transversal) e o plano de asas (intradorso). Pode ser positivo (quando o plano de asas está para cima aumentando a estabilidade da aeronave), negativo (quando o plano de asas está para baixo diminuindo a estabilidade da aeronave) e nulo (quando o plano de asas está reto e não afeta a estabilidade da aeronave).

2) Ângulo de Enflechamento: Formado pelo eixo lateral (eixo transversal) e pela linha do bordo de ataque. Pode ser positivo (aumenta a estabilidade da aeronave), negativo (diminui a estabilidade da aeronave) e nulo (não afeta a estabilidade da aeronave, visto que não forma ângulo).

3) Distribuição de Pesos: Distribuição incorreta das bagagens e cargas que a aeronave carrega.

4) Efeito de Quilha: O vento lateral produz forças sobre as superfícies laterais do avião, podendo torná-lo estável (quando a área lateral acima do CG é maior do que a área lateral abaixo do CG) e instável (quando a área lateral abaixo do CG é maior que a área lateral acima do CG).

Obs: O estabilizador vertical serve como quilha.

5) Efeito Fuselagem: Quando a fuselagem é muito grande, prejudica a estabilidade lateral, visto que prejudica o efeito diedro (a fuselagem impede que o vento lateral alcance o extradorso do lado oposto da asa, diminuindo a estabilidade lateral).

Estabilidade Direcional: Refere-se ao equilíbrio do avião em torno do seu eixo vertical (movimento direcional de guinada).

Dois fatores influenciam na estabilidade direcional: 1) Enflechamento (aeronave com enflechamento positivo tende a ser estável, e com enflechamento negativo tende a ser instável); 2) Efeito de Quilha (grande área lateral atrás do CG aumenta a estabilidade, e grande área lateral na frente do CG diminui a estabilidade).