1 o Exame de Estabilidade de Voo O exame tem a duração de 3h00m. Justifique convenientemente todas as respostas.

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1 Instituto Superior Técnico Ano Lectivo de 2014/2015 Mestrado Integrado em Engenharia Aeroespacial 5 de Janeiro de o Exame de Estabilidade de Voo O exame tem a duração de 3h00m. Justifique convenientemente todas as respostas. Pergunta 1 Considere o modelo de uma asa+fuselagem montado num túnel de vento, em condições SSL e com uma velocidade de escoamento de 120 m/s. A asa tem uma área de 1.2 m 2 e uma corda média de 0.4 m. Utilizando uma balança de medição de forças e momentos constatou-se que, com sustentação nula, o momento em relação ao centro de gravidade do modelo é de 12.8 Nm. a) Para um dado ângulo de ataque a sustentação e o momento de picada em relação ao CG são 3386 N e Nm, respectivamente. Sabendo que o centro de massa da asa+fuselagem está localizado a 25% da corda, determine a posição do centro aerodinâmico da asa+fuselagem bem como o coeficiente do momento de picada em relação ao centro aerodinâmico. (Se não resolveu esta pergunta use C macwb = e h nwb = 0.22 nas alíneas seguintes.) [1 val] b) Acrescenta-se ao modelo um estabilizador horizontal com 0.25 m 2 de área e 1 de ângulo de incidência, o que faz o centro de massa deslocar-se 2 cm no sentido da cauda. A distância entre o centro aerodinâmico do estabilizador e o centro de massa é de 1.2 m. Para um ângulo de ataque α wb = 3 e uma sustentação total de 2700 N, calcule o momento total em relação ao CG, sabendo que a t = 0.07/, ε 0 = 0 e ε α = [2 val] c) Determine a posição do ponto neutro para manche fixo. Que conclusões pode tirar quanto à estabilidade estática? (Senão resolveu esta pergunta, use h n = 0.5 nas alíneas seguintes.) [1.5 val] d) Suponha agora que o estabilizador horizontal dispõe de um leme de profundidade com uma eficácia do controlo de 0.03/. Se o avião se encontra em equilíbrio com δ e = 1.2, determine o ângulo de ataque α wb correspondente. [2 val] e) Analise a estabilidade estática com manche livre da configuração estudada, sabendo que b 1 = 0.003/ e b 2 = 0.005/. [1.5 val] f) No leme de profundidade foi montado um compensador (trim tab), sabendo-se que b 3 = 0.002/. Determine a deflexão do compensador necessária para o modelo se encontrar em equilíbrio em condições de manche livre. [1 val] Pergunta 2 Explique o que é a guinada adversa. Como pode o piloto contrariar esse efeito em voo? Como pode o engenheiro aeronáutico ter em conta este efeito na fase de projecto de modo a diminuir a necessidade de correcções por parte do piloto? [1.5 val] Pergunta 3 Após a deflexão dos ailerons o avião adquire uma velocidade angular de rolamento que passado suficiente tempo tende para um valor constante. Admitindo válida a teoria linear, e supondo desprezáveis as derivadas cruzadas, calcule a velocidade de rolamento estacionário após uma deflexão dos ailerons de 10. A envergadura das asas do avião em causa é b = 15 m e sabe-se que C lp = 0.45 e C lδa = Considere que o avião se encontra a voar com uma velocidade de 70 m/s em condições SSL. [1.5 val]

2 Pergunta 4 Considere um avião a jacto cujos dados se encontram abaixo e que se encontra a voar a uma altitude de ft (ρ = kg/m -3 ) com uma velocidade v = 250 m/s. S = m 2 c = 3.29 m W = N I yy = kg m 2 C D1 = 0.03 C Lα = 4.0 C mα = 0.42 C mq = 4.5 C m α = 1.6 (As derivadas relativamente a ângulos estão expressas /rad) a) Determine a frequência natural e o factor de amortecimento do modo de período curto. [2 val.] b) Que características do avião se podem alterar na fase de projecto para melhorar as suas qualidades de voo? Justifique. [1 val.] c) Que influência tem a margem estática nas qualidades de voo? Justifique. [1 val.] Pergunta 5 Uma aeronave encontra-se a voar a 40000ft (ρ = kg m 3 ) com uma velocidade (TAS) V = 206 m/s. Verificou-se que as raízes da equação característica para os modos laterais são: λ 1 = /s, λ 2 = /s, λ 3,4 = ± i (/s). a) Indique, justificando, a que modos corresponde cada uma destas raízes. [1.5 val.] b) Sabendo que C nr = 0.200, determine valores aproximados para as derivadas C lp, C yβ e C nβ. [2.5 val.] Dados adicionais: I xx = kg m 2 ; I zz = kg m 2 ; I xz = 0; W = N; b = 10.4 m; S = 21.4 m 2 ; Qualidades de voo: Limites para o factor de amortecimento do modo de período curto Categorias A e C Categoria B Nível Mínimo Máximo Mínimo Máximo

3 Correcção Pergunta 1

4

5

6

7 (Ver apontamentos...) Pergunta 2

8 Pergunta 3

9 Pergunta 4

10

11 Pergunta 5

12