TEORIA DE VOO E AERODINÂMICA MÓDULO 2. Aula 1.

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1 TEORIA DE VOO E AERODINÂMICA MÓDULO 2 Aula 1

2 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA 2 5 VÔO RETO E NIVELADO. Para se voar reto e nivelado em alta velocidade, deverá ser mantido um ângulo de ataque pequeno, para a aeronave não ganhar altura. A sustentação (L) deve ser igual ao peso do avião (W) e a tração (T) igual ao arrasto (D). Se diminuirmos a velocidade do vôo, é preciso aumentar o ângulo de ataque. A menor velocidade possível em vôo horizontal é conseguida quando o avião voa com o ângulo de ataque crítico, pois o coeficiente de sustentação é máximo. Se o ângulo crítico for ultrapassado, inicia-se o estol e a sustentação diminui rapidamente, porém ainda é possível manter o vôo horizontal desde que a velocidade possa ser aumentada para compensar a

3 3 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA redução de sustentação. Mesmo assim, pequeno aumento no ângulo de ataque além do crítico vai exigir enormes aumentos de potência, pois o arrasto adicional é aumentado em grandes proporções e deverá ser compensado com potência. Por isso, somente aeronaves com grande excesso de potência poderão manter a altura após a ocorrência do estol. O ângulo de ataque é muito importante para o vôo, principalmente quando se quer evitar o estol. Como saber quando se está próximo ao estol, já que nem toda a aeronave tem indicador de ângulo de ataque? O velocímetro é suficiente para manter a aeronave em condições normais de vôo. Se o avião estiver próximo a velocidade de estol indicada pelo fabricante (que são as cores indicadas no velocímetro), a asa estará automaticamente próxima ao ângulo de ataque crítico. Portanto o velocímetro alerta quanto ao risco de estol. A velocidade de estol varia conforme o peso; portanto, quando o peso aumenta a velocidade de estol também aumenta. O arrasto (D) não depende da altitude num vôo horizontal. Veja só! Uma aeronave voando rente ao mar não necessita de muita velocidade, pois o ar é mais denso, o que possibilita obter facilmente sustentação necessária ao vôo.

4 4 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA Já a aeronave voa em altitude encontrar o ar mais rarefeito. O arrasto, aparentemente, poderia ser menor, conseqüentemente sustentação também é menor e para manter o vôo o piloto deverá aplicar mais potência. A velocidade aumenta e torna-se possível manter o vôo, com a aeronave voando mais rapidamente a sustentação também aumenta, o que causa também um aumento no arrasto, igualando-se ao arrasto da aeronave que voa próximo ao mar Velocidades de Vôo. Velocidade Máxima é a maior velocidade possível em vôo horizontal. Velocidade de Máximo Alcance é a velocidade que permite voar a maior distância possível com dada quantidade de combustível. Velocidade de Máxima Autonomia é a velocidade que permite voar o máximo tempo possível com dada quantidade de combustível. É a velocidade utilizada, geralmente, para esperas sobre aeroportos. Velocidade Mínima é a menor velocidade para a qual é possível voar com velocidade constante. O ângulo de ataque é maior que o crítico, e a velocidade é maior que a de estol. Velocidade de Estol é a menor velocidade possível em vôo horizontal. A aeronave voa no ângulo de ataque crítico, e o coeficiente de sustentação é o máximo. Usando dispositivos hipersustentadores, a velocidade de estol torna-se menor.

5 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA 6 VÔO DE SUBIDA. 5 Como se vê na figura acima, a sustentação (L) está perpendicular ao vento relativo e, portanto, não suporta inteiramente o peso do avião. O peso (W) é perpendicular à superfície da Terra, decompõe-se nos vetores 5 e 6. Portanto a força que irá sustentar o avião será o vetor R, resultante da sustentação e da tração. Uma aeronave de 100 kgf efetua um vôo ascendente. O primeiro fato a chamar a atenção é o valor da sustentação: 866 kgf, menor que o peso. Embora isso pareça inicialmente estranho, poderá ser compreendido se observar que a força de tração da hélice é inclinada para cima, ou seja, ela suporta parcialmente o peso do avião, aliviando a carga sobre a asa. De fato, se o vôo fosse horizontal, a tração da hélice deveria ser apenas 200 kgf; porém, como a aeronave esta subindo, devemos acrescentar a componente do peso no sentido contrário (500 kgf), o que totaliza 700 kgf.

6 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA 6 A aeronave apresenta duas componentes de velocidade que são: Velocidade Horizontal VH Razão de subida R/S A razão de subida é medida num instrumento chamado variômetro, mais conhecido como Climb e a unidade de medida mais utilizada na aviação é pés por minuto (ft/min.), há instrumentos que, também, utilizam como medida a unidade de metros por segundo (m/s). A subida define-se pelo ângulo formado entre a trajetória da aeronave e a linha do horizonte. Existem duas velocidades importantes para o vôo ascendente: a) Velocidade de Máxima Razão de Subida:

7 7 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA Que é a velocidade na qual o avião ganha altura o mais rapidamente possível; e b) Velocidade de Máximo Ângulo de Subida: Que é a velocidade na qual o avião sobe com o maior ângulo de subida. Por ser de maior ângulo, sua velocidade de máxima razão de subida é menor. Confira abaixo os possíveis casos de vôo ascendente: Logo após a decolagem, dependendo do aerodromo onde se está operando, a aeronave deve subir com o maior ângulo de subida, para afastar-se com segurança dos obstáculos do solo. Como mostra o exemplo abaixo: Há algumas desvantagens quanto ao uso desse Máximo Ângulo de Subida. Há um declínio na visão à frente, o motor da aeronave é forçado a um

8 8 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA desgaste e aquecimento maior e, ainda, voa-se muito próximo à velocidade de estol. À medida que o avião ganha altura, a densidade do ar atmosférico diminui. Por esse motivo, a razão de subida máxima diminui gradativamente, até torna-se nula no Teto Absoluto. Teto Prático ou de Serviço É a altitude onde a razão de subida máxima é igual a 100 ft/min., ou 0,51 m/s, por convenção. Teto Absoluto É a altitude onde a razão de subida máxima é nula. O Teto Prático e o Teto Absoluto são altitudes de densidade, e por isso não podem ser lidos diretamente no altímetro. 6.1 Estudo da performance em subida. Para obter a máxima razão de subida, a aeronave deve voar na velocidade na qual haja a maior sobra de potência.

9 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA 9 O gráfico acima mostra que essa velocidade corresponde àquela em que temos a máxima diferença entre as potências disponível e necessária. Pode-se observar que para a aeronave voar a 100 mph, precisa de 150 HP para um vôo horizontalmente. Porém, o grupo moto-propulsor pode fornecer 350 HP se for acelerado ao máximo; portanto há uma reserva de 200 HP, que é a diferença entre a potência disponível e necessária ( = 200). Essa sobra de potência é máxima à velocidade de 100 mph, por isso pode-se dizer que essa é a velocidade de máxima razão de subida. A Razão de Subida Máxima e o Maior Ângulo de Subida dependem do peso da aeronave, da altitude local, da potência disponível e da área da asa. Quando aumenta-se a altitude, a potência disponível diminui e a potência necessária aumenta. Então pode-se dizer que no Teto Absoluto, só existe uma velocidade em que a aeronave poder manter o vôo. Essa velocidade

10 10 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA é, ao mesmo tempo, a Velocidade Máxima, a Velocidade de Máximo Alcance, a Velocidade de Máxima Autonomia, a Velocidade Mínima e a Velocidade de Estol. Para melhor compreensão, o gráfico acima, mostra a situação quando no Teto Absoluto. Observe que as curvas se tocam na velocidade de 100 mph, onde há o encontro das curvas de potência necessária e disponível. Todas as velocidades nessa situação são iguais como já citadas anteriormente. 7 Vôo Planado Uma aeronave em vôo descendente com ângulo de 30, em marcha lenta. O movimento não é causado pelo seu motor, mas pela ação da força da gravidade. Esse tipo de vôo é chamado de planado. A figura abaixo mostra uma aeronave que pesa 1000 kgf, num vôo planado. O aeroplano é impulsionado por uma força de 500 kgf, resultante da gravidade. A sustentação é igual a 866 kgf (não 1000 kgf), portanto menor que o peso. O ângulo formado pela trajetória do vôo e a linha do horizonte é chamado de ângulo de planeio.

11 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA 11 A aeronave estabiliza-se quando atingir a velocidade em que o arrasto torna-se igual a 500 kgf. A componente de peso, 866 kgf, é anulada pela sustentação. 7.1 Velocidade de melhor planeio. Essa também é a Velocidade de Menor Ângulo de Descida. É a velocidade que possibilita a aeronave planar a maior distância possível. É a velocidade usada para pouso sem motor (em marcha lenta) e, também, quando a pane de motor. Essa velocidade é coincidente com a Velocidade de Máximo Alcance.

12 12 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA Na tentativa de melhorar o planeio, o piloto pode aumentar o ângulo de ataque. De nada adianta, pois a aeronave permanecerá mais tempo planando, porém a distância percorrida será menor. Há uma velocidade chamada Velocidade de Menor Razão de Descida, na qual o avião permanece o máximo tempo em planeio. Essa velocidade é coincidente com a Velocidade de Máxima Autonomia. O piloto tentando melhorar seu planeio, poderia usar um ângulo de ataque menor e aumentar sua velocidade. Isso, ainda, será inútil porque em borá a velocidade do planeio seja de fato maior, o ângulo de planeio também será.

13 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA 7.2 Velocidade Final. 13 A velocidade final é a máxima velocidade que uma aeronave pode atingir num mergulho vertical. A sustentação é nula, pois a trajetória é vertical. O ângulo de ataque será o ângulo de sustentação nula. A velocidade aumentará rapidamente e se estabilizará quando o arrasto tornar-se igual ao peso (velocidade final). O piloto só deve permitir que isso aconteça se não atingir antes a Velocidade Limite, que é especificada pelo fabricante. Essa velocidade (velocidade limite), nunca deve ser excedida, pois se ultrapassada a aeronave sofrerá danos e até destruição da estrutura. 7.3 Razão de Descida. Razão de descida é a altura perdida por unidade tempo. Ela é medida no instrumento chamado variômetro ou Climb. Ela é expressa em pés pó minuto (ft/min.), ou metros por segundo (m/s), sua abreviatura é conhecida por R/D. 7.4 Influência do Peso. O peso da aeronave não influi na distância e no ângulo de planeio, mas aumenta a sua velocidade e a razão de descida.

14 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA 7.5 Influência do Vento. 14 O vento influencia na distancia e ângulo de planeio. Observe: o vento de cauda aumenta a distância de planeio e diminui o ângulo de planeio. Já no vento de proa acontece o oposto, é aumentado o ângulo de planeio e diminui a distância de vôo planado. Não há alteração na velocidade aerodinâmica e na razão de descida, pois ambas são medidas em relação ao ar. 7.6 Influência da Altitude. Devido à densidade do ar em altitude ser menor, uma aeronave plana muito mais rápido. Porém a velocidade indicada não varia com a altitude. Apesar da aeronave mais alta estar planando mais rapidamente, a densidade do ar naquela altitude é menor; por isso, a pressão dinâmica captada pelo tubo de Pitot é a mesma de uma aeronave em baixa altitude. Então pode-se dizer que a aeronave em vôo em maior altitude tem VA maior, mas VI igual à do avião mais baixo.

15 15 TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA O ângulo de planeio é o mesmo para as duas aeronaves e devido isto, a distância de planeio também será a mesma.