Para começar a coluna com matérias relativas ao curso teórico de pilotos, iniciarei com as matérias que mais tenho afinidade devido à minha formação e gosto pela Aviação, teoria de voo, por exemplo. As palavras em negrito são as palavras chave de prova e que merecem uma atenção especial quanto ao seu significado.
Não seguirei nenhuma ordem pré-determinada em livros, mas para começo de conversa, tenho que vos apresentar o avião.
Imagem: O avião
(Fonte: Aerodinâmica e Teoria de Voo)
Nessa figura percebemos os principais elementos estruturais do avião, a asa, o estabilizador horizontal, a deriva e a hélice, que são responsáveis pelas forças em voo. Os ailerons, profundor e leme, responsáveis pelo controle de voo de rolamento, arfagem e guinada, respectivamente. Também temos dispositivos de aumento de sustentação como os flapes além de outros elementos estruturais como fuselagem e trem de pouso.
Na coluna de hoje será abordado especificamente das asas e suas peculiaridades.
Aeródino de asas fixas, motorizado ou não, o avião se utiliza da dinâmica do ar ao redor das asas para criar uma força que se oponha ao peso e o faça se elevar aos ares. A teoria por traz do desenvolvimento das asas retoma ao longínquo ano de 1880 em que Otto Lilienthal, observando o voo dos pássaros, fez o primeiro estudo científico da geração dessa suposta força responsável pelo voo. Otto também realizou mais de dois mil voos bem sucedidos em planadores por ele montados, até o dia de sua morte no ano de 1896 num acidente em um de seus voos. Os estudos de Lilienthal foram determinantes na construção do avião dos irmãos Wright, por exemplo. Ele havia percebido que perfis arqueados (comprimento diferente em cima e embaixo – figura 2) geram uma forca ascendente ao ser submetido a um fluxo de ar.
Imagem: O aerofólio
(Fonte: Aerodinâmica e Teoria de Voo)
Essa força tem o nome de resultante aerodinâmica e acontece devido ao fluido acelerar ao passar por um estreitamento do fluxo causado pelo arqueamento. Ao acelerar, o Teorema De Bernoulli postula que, para se conservar a energia do sistema, a pressão tem que diminuir. Essa redução de pressão na parte superior da asa, o extradorso, causa uma diferença de pressão, que nada mais é que uma diferença de forças, em que a resultante da soma de todas as forças, figura 3, é a resultante aerodinâmica e está concentrada em um ponto chamado centro de pressão. Para perfis assimétricos esse ponto varia com o ângulo de ataque (ângulo formado entre o vento relativo ao deslocamento do avião e a corda). Quanto maior esse ângulo mais esse ponto se desloca à frente tendendo, na maioria dos perfis, para 25% da corda medindo a partir do bordo de ataque. Em perfis simétricos o centro de pressão não varia com o ângulo de ataque.
Imagem: Distribuição de pressão num aerofólio
(Fonte: Reprodução)
Essa resultante pode ser dividida em dois componentes com o intuito de facilitar a análise, um perpendicular à corda da asa, chamado Sustentação, e outro paralelo, chamado Arrasto.
A asa também causa um desvio do ar para baixo no bordo de fuga que tem o nome de downwash, o que causa, devido à terceira lei de Newton, uma reação para cima. A sustentação é então gerada devido ao Teorema De Bernoulli ( Cerca De 70%) e da 3ª Lei De Newton (30%)
O outro componente, que tem sentido contrário ao voo, o arrasto, está associado ao atrito das partículas de ar com a asa e avião (arrasto de perfil) e à diferença de pressão existente entre o bordo de ataque e o bordo de fuga (arrasto de pressão ou de forma).
Esse arrasto é de suma importância para os engenheiros projetistas, pois num avião o principal desafio é reduzir o arrasto para se ter um grupo motopropulsor mais eficiente.
O conceito matemático de cálculo de sustentação e arrasto são bastante similares e em ambos crescem linearmente com densidade, área da asa e os respectivos coeficientes de arrasto e sustentação, e crescem com o quadrado da velocidade. Os coeficientes são onde os engenheiros aplicam as técnicas de aumento de sustentação e redução de arrasto.
Imagem: Fórmulas de Sustentação e Arrasto numa asa
(Fonte: Aerodinâmica e Teoria de Voo)
Nas próximas colunas veremos como aumentar a sustentação e reduzir o arrasto.
Para sugestões, dúvidas ou reclamações contato pelo e-mail, bruno.rangel.pacheco@hotmail.com.
Questões de prova:
1. Os movimentos de arfagem de uma aeronave são produzidos pelo(s):
a) profundores;
b) flapes;
c) leme;
d) ailerons;
2. A sustentação de uma asa depende:
a) do tipo de perfil usado na asa, da velocidade com que a asa se move através do ar e da densidade do ar;
b) da potência do seu grupo moto-propulsor;
c) da carga alar do projeto;
d) do maior CL;
3. Nos perfis assimétricos convencionais, quando há diminuição do ângulo de ataque, o centro de pressão:
a) desloca-se para frente
b) permanece inalterado;
c) desloca-se para trás;
d) desloca-se transversalmente;
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Respostas:
1. a)
2. a)
3. c)
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Abraços e até a próxima
Bruno Rangel Pacheco
