MVO-30/AB-103 Estabilidade e Controle de Aeronaves 2013

Transcrição

1 Estabilidade e Controle de Aeronaves 2013 (carga horária: 64 horas) Departamento de Mecânica do Voo Divisão de Engenharia Aeronáutica Instituto Tecnológico de Aeronáutica 2013

2 PARTE IV Estabilidade Estática do Movimento Longitudinal

3 Introdução Já estudamos a estabilidade dinâmica do movimento longitudinal e os critérios para sua avaliação (qualidades de voo). O que fazer durante o projeto, quando as características da aeronave não estão disponíveis? Estudo da estabilidade estática equilíbrio (não perturbado) Δα V estado perturbado momento restaurador

4 Introdução Estabilidade Estática não é garantia de estabilidade (momentos restauradores excessivos movimento de retorno pode ultrapassar o estado original, exibindo caráter oscilatório com amplitudes cada vez maiores) aeronave pode ser ESTATICAMENTE ESTÁVEL porém DINAMICAMENTE INSTÁVEL em geral: bom indicador de estabilidade

5 Introdução Estabilidade Estática existência de momentos restauradores TENDÊNCIA de recuperar seu estado original condição de estabilidade estática: dc M dα < 0

6 Introdução A avaliação da estabilidade estática é feita de acordo com o tipo de comando: Aeronaves de comando irreversível: ação das forças aerodinâmicas sobre o profundor não move o manche. Exemplo de controle reversível: Estabilidade estática a manche FIXO Aeronaves de comando reversível: ação das forças aerodinâmicas sobre o profundor move o manche. Estabilidade estática a manche LIVRE Figura retirada do USAF Test Pilot School Manual

7 Introdução A seguir, será determinado o momento de arfagem em torno do CG da aeronave, com as seguintes contribuições: contribuição da asa contribuição da empenagem contribuição da fuselagem Para simplificação, serão desconsiderados: contribuição do momento propulsivo contribuição do trem de pouso (quando baixado) etc... contribuição da fuselagem contribuição do motor contribuição da asa CM contribuição da empenagem

8 Ponto neutro da aeronave linha de referência da fuselagem estação de referência CA da asa CG CA da empenagem velocidade CA w CG CA t downwash da asa sobre a empenagem distâncias verticais

9 Ponto neutro da aeronave linha de referência da fuselagem CA da asa Lw CA da empenagem CG Dw Lt Dt velocidade MCA,w MCA,t linha de referência da fuselagem

10 Ponto neutro da aeronave Somando-se todas as contribuições para o momento de arfagem em torno do CG: M CG = M CA,w +L w (x CG x CA,w ) +M CA,t +L t (x CG x CA,t ) estação de referência CA da asa linha de referência da fuselagem CG CA da empenagem velocidade Em termos de coeficientes adimensionais: CA w CG CA t downwash da asa sobre a empenagem distâncias verticais C MCG = C MCG,w +C MCG,t +C MCG,f = C M0 +C Mα α+c Me δ e

11 Ponto neutro da aeronave CG do avião L M CA V CA do avião

12 Ponto neutro da aeronave Ponto neutro da aeronave No ponto neutro (CA da aeronave), o momento independe do ângulo de ataque da aeronave, isto é: C Mα = 0 Condição de estabilidade estática: estação de referência CA da asa linha de referência da fuselagem CG CA da empenagem x CG < x PN velocidade ou seja: CA w CG CA t downwash da asa sobre a empenagem distâncias verticais o CG deve se localizar a frente do CA da aeronave

13 Ponto neutro da aeronave Ponto neutro da aeronave MARGEM ESTÁTICA: ME = x PN c x CG c aeronaves de transporte convencionais: ME entre 5 e 10% para CG mais traseiro aeronaves de alto desempenho mais antigas: ME de até 5 % novas aeronaves de alto desempenho: ME chega a -15%, operando com SAS

14 dificuldade de determinação da curva C M versus α durante ensaio em voo curva auxiliar da deflexão do profundor δ e versus velocidade V para diferentes condições equilibradas de voo pode ser determinada esta curva também traz consigo a informação da estabilidade; veremos a seguir como lembre-se que, para aeronaves convencionais, C Me < 0 momento negativo (picador) CG do avião empenagem convencional figura (alterada) retidada de Etkin, B. Dynamics of Flight, 2.Ed. deflexão positiva do profundor

15 Para 4 condições de equiĺıbrio diferentes: correspondendo a, respectivamente, a 4 posições diferentes do profundor: posição do profundor (símbolo usado: δ e ) condições de equilíbrio (a) aeronave estaticamente estável (b) aeronave estaticamente instável

16 Analisando-se as condições de equiĺıbrio:

17 Pergunta: para cabrar uma aeronave estaticamente instável, é necessário empurrar o manche???

18 Definição Introdução Definição Compensadores (trim tabs) Ponto neutro a manche livre figura (alterada) retidada de Etkin, B. Dynamics of Flight, 2.Ed. H p (neste caso negativo)

19 Definição Introdução Definição Compensadores (trim tabs) Ponto neutro a manche livre precisa ser anulado para voo equilibrado esforço humano (aeronaves de comando reversível): aliviado pelos compensadores (trim tabs) esforço não-humano (aeronaves de comando irreversível: sistema hidráulico / sistema elétrico) importante para dimensionamento do sistema de comando (cabos, polias, etc.) importante para o desenvolvimento do sistema de sensação artificial do piloto figura (alterada) retidada de Etkin, B. Dynamics of Flight, 2.Ed. H p (neste caso negativo)

20 Compensadores (trim tabs) Definição Compensadores (trim tabs) Ponto neutro a manche livre figura (modificada) retirada de Nelson, R. C. Flight Stability and Automatic Control, 2.Ed. imagens retiradas de uswarplanes.net e figura retirada de Etkin, B. Dynamics of Flight, 2.Ed. trim wheel δ e (+) δ t (-)

21 Ponto neutro a manche livre Definição Compensadores (trim tabs) Ponto neutro a manche livre V CG V CG

22 Ponto neutro a manche livre Definição Compensadores (trim tabs) Ponto neutro a manche livre o efeito pode ser o contrário (ganho de ME) caso haja horns na ponta dos atuadores, que tornem b 1 positivo a presença de horns necessita de cuidados para evitar o fenômeno de super-compensação figura retirada de Etkin, B. Dynamics of Flight, 2.Ed.