PME2553-ELEMENTOS DE AERONAVES E DINÂMICA DE VÔO. Prof.Dr. Adson Agrico de Paula Tel (12)

Transcrição

1 PME2553-ELEMENTOS DE AERONAVES E DINÂMICA DE VÔO Prof.Dr. Adson Agrico de Paula adson@ita.br Tel (12)

2 Vamos conhecer a engenharia aeronáutica?

3 Elementos de Aeronave e Considerações Preliminares de Projeto Aerodinâmico

4 A AERONAVE E SUAS PARTES

5 A AERONAVE E SUAS PARTES Será apresentado o avião e suas partes principais Cada componente terá sua função específica discutida Considerações sobre as disposições de configuração dependendo do Projeto Conceitual da aeronave. Alguns conceitos preliminares sobre projeto aerodinâmico serão discutidos

6 A AERONAVE BÁSICA Composição típica de uma aeronave ( make up ): Fuselagem ( Fuselage ) Asa ( Wing ) Conjunto de Cauda ( Tail Assembly ) Superfícies de Controle ( Control Surfaces ) Trem-de-Pouso ( Landing Gear ) Moto-Propulsor ( PowerPlant )

7 ELEMENTOS DA AERONAVE

8 FUSELAGEM

9 FUSELAGEM A fuselagem aloca a tripulação e os controles necessários para operar e controlar o avião. Pode fornecer espaço para cargas ( cargo ) e passageiros ( passengers ) e transportar armamentos de vários tipos. Também, pode-se alojar o motor na fuselagem. A fuselagem é, em essência, a estrutura básica do avião, uma vez que outros componentes estão ligados a ela.

10 FUSELAGEM Os designs podem variar dependendo da missão a ser executada. Para reduzir o arrasto associado, a fuselagem deve ter formato o mais aerodinâmico ( streamlined ) A fuselagem pode ter influência considerável na estabilidade latero-direcional. O arrasto de base é fonte de arrasto majoritária

11 TIPOS DE FUSELAGENS

12 Beluga

13 Beluga A necessidade de se projetar uma aeronave que transporte grandes peças de outras aeronaves como a asa, estabeleceu para o beluga condições de projeto determinadas pela fuselagem O impacto na estabilidade latero-direcional é solucionado com o projeto de empenagens.

14 F14 Tomcat Wing Retracted

15 F14 Tomcat Wing Retracted A missão fundamental de um caça é o ataque ar-ar e ar-terra assim: A aeronave deve ter alta velocidade, manobrabilidade e capacidade de carregar armamento. A fuselagem tem a função de apenas alojar sistemas e estruturalmente suportar carregamentos de armamento.

16 Boeing Jumbo

17 Boeing Jumbo O Boeing 747 é um avião widebody de longo alcance, projetado e produzido pela boeing. Primeiro widebody da história, mede duas vezes e meia o tamanho do Boeing 707, até então o maior aeronave de longo alcance da década de Apelidade de Jumbo, é o avião mais conhecido da história da avião e manteve o recorde de passageiros transportados por 37 anos, desde seu primeiro vôo, em O grande desafio de projeto do Jumbo era dar um salto na quantidade de passageiros transportados, assim a fuselagem tinha fundamental papel de carregar o máximo de passageiros e ter um menor arrasto que é parâmetro fundamental em aviões comerciais de longo alcance.

18 TIPOS DE FUSELAGENS Se a potência de um motor é suficiente para seu avião, por que não colocá-lo na fuselagem

19 ASA

20 ASA É o componente da aeronave mais importante do projeto aerodinâmico. A asa é o componente básico no fornecimento da força de sustentação para o avião. As velocidades em que a aeronave terá sua missão vão determinar o projeto de asa. O perfil, a forma em planta da asa e colocação da asa na fuselagem dependem da missão do avião e do melhor compromisso com as outras áreas de projeto.

21 Concorde (Asa Delta)

22 Concorde (Asa Delta) O Concorde foi um dos dois aviões supersônicos de passageiros que operaram na história da aviação comercial, sendo o outro o soviético Tupolev Tu-144. Possuía uma velocidade de cruzeiro de Mach 2.04 (algo entre km/h e km/h), e um teto operacional de metros de altura (aproximadamente pés). Vôos comerciais começaram em 21 de janeiro de 1976 e terminaram em 24 de outubro de Foi operado apenas pela Air France e British Airways. O projeto era baseado em ter a primeira aeronave supersônica de passageiros, para isso o grande desafio era projetar a melhor asa para condições de escoamento supersônico que garantisse segurança e viabilidade comercial ( performance = arrasto) A asa delta era a base da filosofia do projeto aerodinâmico

23 Tomcat F-14 ( Enflexamento Variável )

24 Tomcat F-14 (Enflexamento Variável) O F-14 Tomcat da Grumman é um caça biplace supersônico,com asas de geometria variável e propulsionado por dois motores. A missão principal é a defesa aérea da esquadra e a missão secundária reconhecimento e ataque ao solo. Após a retirada do serviço da marinha dos Estados Unidos em 2007, o último operador de F-14 é a Força Aérea da República Islâmica do Irã. A aeronave necessitava de ótima performance em baixa e alta velocidade. O enflexamento variável é filosofia fundamental do projeto.

25 DC-3 (Asa reta)

26 DC-3 (Asa reta) O Douglas DC-3 foi um avião bimotor para uso civil que revolucionou o transporte de passageiros nas década de 1930 e 1940 O Douglas C-47 Skytrain a versão militar do Douglas DC-3, foi largamente utilizado durante a segunda guerra mundial, tornandose um dos principais fatores da vitória aliada.mais de unidades foram fabricadas em suas várias versões, tanto para transporte de tropas ou para-quedistas como para o transporte de cargas. Foram produzidas numerosas variantes do C-47 utilizando diferentes motores, equipamentos ou disposição das cabinas. Uma variante para o lançamento de para-quedistas foi sujeita a tantas alterações especificas que passou a ser designado por C-53 Skytrooper. A Royal Air Force (RAF - Força Aérea do Reino Unido) utilizou cerca de aviões C-47, passando a designá-los como Dakota, nome pelo qual a aeronave ficou conhecida em quase todo o mundo.

27 PROJETO DE PERFIL DE ASA

28 PROJETO DE PERFIL DE ASA O projeto dos perfis aerodinâmicos de uma asa se relacionam as caracterísitcas bidimensionais da asa. Perfis mais ou menos espessos e arqueados devem satisfazer as características aerodinâmicas desejáveis de projeto para baixa e/ou alta velocidade dependendo da missão da aeronave. Características aerodinâmicas desejáveis podem ser referências como : -alta eficiência aerodinâmica (alta sutentação e baixo arrasto) -inexistência de onda de choque ou choque fraco em regime de alta velocidade -Momento de arfagem baixo Nem sempre é possível se projetar os perfis mais ótimos, por questões de limitação de projeto. Ex: restrições devido instalação de trem de pouso, tanque de combustível, armamento e dimensionamento estrutural.

29 PROJETO DE ASA EM PLANTA

30 PROJETO DE ASA EM PLANTA O projeto de asa em planta se relaciona as caracterísitcas tridimensionais da asa Asas mais ou menos afiladas, alongadas e enflexadas devem satisfazer as caracterísitcas aerodinâmicas desejáveis de projeto para baixa e/ou alta velocidade dependendo da missão da aeronave. Características aerodinâmicas desejáveis podem ser referências como : -alta eficiência aerodinâmica (alta sutentação e baixo arrasto) -inexistência de onda de choque ou choque fraco em regime de alta velocidade -Momento de arfagem baixo Nem sempre é possível se projetar os perfis mais ótimos, por questões de limitação de projeto Ex: restrições devido instalação de trem de pouso, tanque de combustível, armamento e dimensionamento estrutural, tamanho de hangar.

31 Posicionamento de Asa

32 PROJETO DE ASA EM PLANTA O posicionamento da asa depende de vários fatores na decisão de projeto como facilidade de manutenção e disposição desejável para carregamento de cargas e tropas Implicações de estabilidade estão relacionadas a escolha do posicionamento de asa

33 TIPOS DE CONJUNTO DE CAUDA

34 TIPOS DE CONJUNTO DE CAUDA

35 CONJUNTO DE CAUDA O conjunto de cauda ( Tail Assembly ) representa as estruturas localizadas na parte de trás do avião: Estabilizador (Empenagem) Vertical ( Fin ) e leme direcional ( Rudder ) que fornecem,respectivamente, estabilidade e controle direcional em guinada ( yaw ), Estabilizador Horizontal ( Horizontal Stabilizer ) e profundor ( elevator ) que fornecem estabilidade e controle direcional em arfagem ( pitch ) respectivamente.

36 SUPERFÍCIES DE CONTROLE As superfícies de controle constituem todas as superfícies móveis do avião que controlam atitude ( attitude ), sustentação ( lift ) e arrasto ( drag ).

37 SUPERFÍCIES DE CONTROLE

38 LEME, PROFUNDOR E AILERON O controle em guinada para a esquerda ou para a direita é obtido pelo leme direcional, que geralmente vem colocado na empenagem vertical. Controle em arfagem (aeronave sendo controlada longitudinalmente, tipo nose up e nose down ) é obtido por meio dos profundores, que normalmente vêm acoplados às empenagens horizontais. Controle em rolamento ( roll ) : É conseguido através dos ailerons que normalmente se localizam na parte externa dos bordos-de-fuga das asas.

39 TRIM TABS

40 TRIM TABS

41 TRIM TABS Trim tabs são superfícies de controle auxiliares articuladas geralmente inseridas nas superfícies do profundor, do leme direcional e do aileron, com as seguintes funções: Equilibrar ( balance ) o avião se está muito pesado na parte da frente, na parte de trás ou nas asas, de modo que possa voar em cruzeiro de forma estável. Manter o profundor, o leme direcional ou os ailerons em qualquer posição que o piloto estabeleça, sem que ele tenha de ficar forçando os comandos para atingir seus objetivos ( força zero ). Ajudar a mover os profundores, o leme direcional, e os ailerons, então aliviando o piloto do esforço necessário para tanto.

42 SPOILERS

43 SPOILERS Spoilers são dispositivos com as seguintes funções: Reduzir, rapidamente, a sustentação no avião Sendo operados de modo independente em ambos os lados da asa, fornecem uma forma alternativa de controle. Frenar a aeronave no pouso.

44 FLAPS

45 FLAPS Flapes ( flaps ) são partes articuladas ( hinged ) ou pivotadas ( pivoted ) que se situam nos bordos-de-ataque ou bordos-de-fuga das asas, e são utilizados para aumentar sustentação e reduzir velocidades de vôo ( airspeds ). São utilizados para pousos ( landings ) e decolagens ( take-offs ).

46 FLAPS

47 TREM DE POUSO

48 TREM DE POUSO

49 TREM DE POUSO O trem-se-pouso ( landing gear ) suporta o avião enquanto este pousa no solo ou na água, e também durante seus pousos e decolagens. Pode ser fixo ( fixed ) ou retrátil ( retractable ). As rodas ( wheels ) da maioria dos aviões estão presas a absorvedores de impacto ( shock-absorbers struts ) que utilizam óleo ou ar para amortecer ( cushion ) a pancada durante o pouso.

50 TREM DE POUSO Tipos especiais de trem-de-pouso incluem esquis ( skis ) para neve e flutuadores ( floats ) para água. Para o pouso em porta-aviões, ganchos ( arrester hooks ) são utilizados.

51 MOTO-PROPULSOR

52 MOTO-PROPULSOR

53 MOTO-PROPULSOR MOTO-PROPULSOR

54 MOTO-PROPULSOR Com raras exceções, um avião deve possuir um dispositivo ou planta para gerar tração ( thrust ) ou para se sustentar em vôo. O conjunto moto-propulsor consiste do motor ( engine ), hélice ( propeller ) se for o caso e acessórios correlatos. Os principais tipos de motores são o alternativo ( reciprocating ou piston engine ) e o a reação, tais como turboprop, turbojet, turbofan, ramjet, SCRAMjet, e rocket engine.