Estrutura Geral, Cabine de Pilotos, Cabine de Passageiros, Compartimento de Carga Prof. Giuliano Gardolinski Venson Engenharia Aeronáutica
Tópicos Abordados Descrição Geral da Fuselagem; Formas Construtivas da Fuselagem; Materiais de Fabricação da Fuselagem; Estrutura Geral da Comerciais; Cabine de Pilotos; Cabine de Passageiros; Conceito de Aeronaves Comerciais de Passageiros Narrow-Body Conceito de Aeronaves Comerciais de Passageiros Wide-Body; Configurações da Cabine de Passageiros: Compartimento de Carga e Bagagens;
Descrição Geral da A fuselagem da aeronave corresponde a estrutura da aeronave cuja finalidade é acomodar passageiros, tripulação, carga, sistemas de vôo e servir de apoio para fixação das asas, empenagens e trem de pouso; Construtivamente, as fuselagens podem ter as formas tubulares, monocoque e semi-monocoque; Com relação a divisão da fuselagem, em aplicações comerciais civis, essas são divididas basicamente em uma cabine de pilotos, uma cabine central de passageiros e um compartimento de carga (geralmente posicionado abaixo da cabine de passageiros); Em aeronaves militares, a fuselagem é utilizada ainda para acomodar bombas, armamentos, sistemas de guerra eletrônica e também o(s) motor(es) da aeronave;
Formato Tubular da Fuselagem Na fuselagem tubular, a estrutura é formada por um conjunto de tubos de aço soldados na forma de treliça. A treliça é formada por braços diagonais, verticais e longarinas, as quais dão resistência estrutural a esforços de tração e compressão; A fuselagem é recoberta por um revestimento geralmente na forma de uma tela elástica, a qual dá forma aerodinâmica a estrutura; Uma das desvantagens da tela elástica na estrutura tubular é a baixa (ou quase nula) resistência impactos externos;
Formato Tubular da Fuselagem Piper PA-18 Super Cub estrutura da fuselagem tubular, revestimento em tela elástica
Formato Monocoque e Semi-Monocoque da Fuselagem Na fuselagem monocoque e semi-monocoque, o formato aerodinâmico da fuselagem é dado por cavernas e pelo revestimento; Na estrutura semi-monocoque as cavernas são conectadas entre si por longarinas longitudinais, as quais transmitem os esforços ao longo da estrutura. Na estrutura monocoque não existem longarinas, sendo os esforços transmitidos pelo revestimento; A estrutura semi-monocoque é mais empregada atualmente em aeronaves comerciais e aeronaves militares, devido a boa resistência estrutural, baixo peso e possibilidade de utilizar as longarinas para fixação de sistemas; Como revestimento, podem ser utilizados telas elásticas, chapas de madeira e chapas metálicas, como chapas de ligas de alumínio, que são as mais comumente utilizadas;
Formato Monocoque e Semi-Monocoque da Fuselagem Estrutura Monocoque Estrutura Semi-Monocoque
Formato Monocoque e Semi-Monocoque da Fuselagem caverna longarina Estrutura Semi-Monocoque da Fuselagem de uma Aeronave Comercial
Materiais de Fabricação da Fuselagem Os materiais comumente empregados na fuselagem das aeronaves são as ligas de alumínio, madeiras ou compensados de madeira, e os materiais compostos, como a fibra de vidro e fibra de carbono; As ligas de alumínio são os materiais mais utilizados na fabricação de aeronaves. São empregadas em todos os tipos e tamanhos de aeronaves, desde ultraleves até aeronaves de grande porte; Essas ligas possuem grande resistência estrutural, boa elasticidade, são inoxidáveis e possuem baixa massa específica (cerca de 1/3 a do aço), reduzindo consideravelmente o peso da aeronave; Algumas aeronaves comerciais modernas, de última geração, apresentam grande parte da estrutura fabricada em materiais compostos, dentre eles principalmente a fibra de carbono;
Materiais de Fabricação da Fuselagem Boeing 737-800 Estrutura da Fuselagem e Asas em Liga de Alumínio com Revestimento em Chapas de Alumínio
Materiais de Fabricação da Fuselagem As madeiras ou compensados de madeiras são materiais comumente empregadas na estrutura da fuselagem de aeronaves de pequeno porte, a fim de reduzir o peso e o custo da aeronave; As madeiras possuem baixa massa específica, baixo custo de aquisição e baixo custo de fabricação, principalmente devido ao fato de serem de fácil usinabilidade, com destaque para as madeiras largamente empregadas em aeronaves: frejó e imbuia; Geralmente são utilizadas em aeronaves de estrutura tubular, juntamente com revestimentos na forma de tela; Entre as desvantagens, possuem menor resistência estrutural do que as ligas de alumínio e suas propriedades mecânicas deterioram com a presença de umidade;
Materiais de Fabricação da Fuselagem Piper J-3 Cub Special Estrutura da Fuselagem e Asa em Madeira com Revestimento em Tela
Materiais de Fabricação da Fuselagem Os materiais compostos, ou compósitos (do inglês, composite) são formados pela combinação de dois ou mais diferentes materiais; A finalidade é formar uma estrutura físico-química mais resistente do que uma estrutura formada por somente um dos materiais originais; Os materiais compostos basicamente são formados por um elemento matriz e um elemento de reforço. A matriz confere a forma estrutura ao compósito e o reforço confere resistência estrutural; Os principais compósitos utilizados em aeronaves são as fibras de vidro e fibras de carbono. As fibras de vidro são utilizadas em aeronaves de pequeno porte, devido ao baixo custo de fabricação. As fibras de carbono são utilizadas em aeronaves de grande porte e grande desempenho, devido ao alto custo de fabricação;
Materiais de Fabricação da Fuselagem As fibras de vidro são formadas por uma matriz de pequenos filamentos de vidro reforçados por uma resina poliéster. Possuem boa usinabilidade (fácil moldagem), são isolantes térmicos e não condutores de eletricidade; São empregadas principalmente no revestimento externo de aeronaves de pequeno porte e no revestimento interno da cabine de passageiros de aeronaves comerciais; As fibras de carbono são formadas por pequenos filamentos de compostos ricos em carbono, os quais após tratamento em altas temperaturas originam uma estrutura com grande resistência estrutural; São empregadas em algumas aeronaves comerciais modernas, civis e militares, em componentes principais da fuselagem e das asas, como as longarinas e nervuras;
Materiais de Fabricação da Fuselagem Edra Super Petrel Aeronave Anfíbia, com Utilização de Fibra de Vidro na Fuselagem e no Casco de Flutuação
Materiais de Fabricação da Fuselagem Boeing 787 Dreamliner Utilização em Grande Escala de Compósitos de Fibra de Carbono
Estrutura Geral da Fuselagem de Aeronaves Comerciais compartimentos de carga e bagagem (abaixo da cabine de passageiros) cabine de passageiros cabine de pilotos
Estrutura Geral da Fuselagem de Aeronaves Comerciais Em aeronave comerciais de transporte, a seção transversal da fuselagem possui essencialmente uma formato circular (geometria com curvatura única) ou formato elíptico (geometria com dupla curvatura); O formato circular ou elíptico esta relacionado com dois aspectos construtivos: redução do arrasto aerodinâmico e distribuição homogênea de pressão e esforços ao longo da estrutura da fuselagem; Devido ao formato circular, a seção transversal é do tipo bi-partida, com a cabine de passageiro posicionada acima do compartimento de bagagens, separadas por um piso metálico; Além da fuselagem, as portas externas da cabine de passageiros e as janelas também possuem formato arredondado para melhorar distribuição de esforços na estrutura;
Estrutura Geral da Fuselagem de Aeronaves Comerciais cabine de passageiros seção transversal de dupla curvatura compartimento de carga e bagagens Corte Transversal da Fuselagem de uma Aeronave Comercial
Estrutura Geral da Fuselagem de Aeronaves Comerciais Airbus A380 Esquema do Corte Transversal da Cabine de Passageiros Formato Elíptico com Dupla Curvatura
Cabine de Pilotos A cabine de pilotos, cockpit ou flight deck, corresponde a seção frontal da fuselagem onde são acomodados os pilotos da aeronave, que juntamente com os comissários de bordo, fazem parte da tripulação; As aeronaves comerciais comumente possuem uma tripulação formadas por dois pilotos: o capitão de vôo, conhecido popularmente como comandante da aeronave (sempre sentado a esquerda da cabine), e o primeiro-oficial de vôo, popularmente co-piloto (sempre sentado a direita da cabine, ao lado do capitão); As primeiras aeronaves de passageiros possuíam ainda um engenheiro de vôo, geralmente sentado atrás dos pilotos; As cabines de pilotos possuem um painel de instrumentos frontal, no qual os pilotos controlam e monitoram os instrumentos de bordo da aeronave;
Cabine de Pilotos Cabine de Pilotos Típica comandante a esquerda, co-piloto a direita, painel de instrumentos frontal
Cabine de Passageiros A cabine de passageiros (em inglês, passenger cabin) corresponde a seção da fuselagem na qual são acomodados os passageiros, comissários de bordo e as bagagens pessoais; Nas aeronaves comerciais de passageiros, as principais divisões da cabine de passageiros são as fileiras de assentos lado-a-lado (abreast seats), o(s) corredor(es) de circulação (aisles), os sanitários (toilette) e a cozinha; A disposição das fileiras de assentos depende do número de corredores de circulação na aeronave; As cabines de passageiros podem ser divididas em um corredor de circulação (single-aisle airframe), como no caso de aeronaves do tipo narrow-body, ou em dois corredores de circulação (twin-aisle airframe), como no caso de aeronaves wide-body;
Cabine de Passageiros O termo narrow-body é empregado para se referir a aeronaves de passageiros de fuselagem estreita, formadas por somente um corredor de circulação e somente um piso, com capacidade de passageiros variando de 50 a 250 passageiros; O termo wide-body é empregado para se referir a aeronaves de passageiros de fuselagem gigante, formadas por mais de um corredor de circulação, podendo ter dois pisos, com capacidade de passageiros variando de 250 a 850 passageiros; Aeronaves comerciais como as famílias Embraer 170 e 190, Boeing 737 e Airbus A319 e A320 e são aeronaves do tipo narrow-body; Aeronaves comerciais como as famílias Boeing 747, 767, 777 e 787 e Airbus A330, A340 e A380 são aeronaves do tipo wide-body;
Cabine de Passageiros Embraer 190 Disposição dos Assentos 4-abreast 2x2 Configuração de Fuselagem e Cabine tipo Narrow-Body Single-Aisle
Cabine de Passageiros Boeing 737-800 Disposição dos Assentos 6-abreast 3x3 Configuração de Fuselagem e Cabine tipo Narrow-Body Single-Aisle
Cabine de Passageiros Airbus A380 Disposição dos Assentos 10-abreast 3x4x3 Configuração de Fuselagem e Cabine tipo Wide-Body Twin-Aisle
Cabine de Passageiros Airbus A380 - piso superior Airbus A380 - piso inferior Configuração de Fuselagem e Cabine tipo Wide-Body Twin-Aisle
Cabine de Passageiros A necessidade de mais de um corredor de circulação esta relacionada principalmente com a capacidade de evacuação de passageiros da aeronave em situações de emergência; A capacidade de evacuação é quantificada através do tempo máximo necessário para todos os passageiros e a tripulação abandonarem a aeronave em emergência; Os tempos de evacuação são definidos por normas internacionais de regulamentação aeronáutica, sendo em média da ordem de 90s; Além da quantidade e tamanho dos corredores, o tempo de evacuação esta relacionado com o número de portas disponíveis na aeronave. Além dos pares de portas frontais e traseiras principais, faz-se necessário a utilização de um ou mais pares de portas de emergência sobre as asas;
Cabine de Passageiros Disposição das Saídas de Emergência de uma Aeronave Comercial
Cabine de Passageiros As aeronaves comerciais de passageiros voam em grandes altitudes, nas quais a quantidade de oxigênio disponível por volume é muito pequena, abaixo dos limites respiratórios humanos seguros; Para permitir vôos em grandes altitudes, as cabines são pressurizadas com ar comprimido extraído dos compressores do(s) motor(es), processo conhecido como sangria de ar (do inglês, bleed air), para aumentar a quantidade de oxigênio disponível por volume dentro da cabine; No caso de despressurização da cabine, causada por efeito catastrófico destrutivo da fuselagem, um sistema de fornecimento de oxigênio auxiliar deve ser utilizado, como por exemplo, através de máscaras de oxigênio; Nesse caso, o oxigênio fornecido pelas máscaras é proveniente de tanques auxiliares, embarcados na estrutura da aeronave;
Cabine de Passageiros Posicionamento das Máscaras de Oxigênio
Cabine de Passageiros Com a aeronave em vôo, com os motores operando normalmente, a energia elétrica para a cabine de passageiros e cabine de pilotos é fornecida por um sistema de geração de energia, acionado através dos motores de forma mecânica direta ou pneumática; Em solo, com os motores desligados, a energia elétrica necessária para o funcionamento dos sistemas elétricos é fornecido por uma unidade auxiliar de potência APU (do inglês, Auxiliary Power Unit); A unidade auxiliar de potência, comumente localizada na parte traseira da aeronave, consiste de um pequeno motor turbo-eixo conectado a um gerador de energia elétrica; A unidade auxiliar de potência fornece ainda ar comprimido para o sistema pneumático de acionamento dos motores da aeronave;
Cabine de Passageiros Posicionamento da Unidade Auxiliar de Potência APU
Cabine de Passageiros A aclimatação da cabine de passageiros, para controle da temperatura da cabine, é realizada por um sistema de condicionamento de ar; O sistema de condicionamento de ar da cabine pode ser baseado em sistemas elétricos ou sistemas pneumáticos; No sistema de condicionamento de ar pneumático, o compressor do fluído refrigerante é acionado através de uma turbina de potência, a qual é acionada com ar sob pressão extraído dos motores da aeronave (esses sistemas serão apresentados em tópicos seguintes); O ar extraído dos motores possui alta temperatura, sendo utilizado também para aquecimento de sub-sistemas específicos da aeronave, como por exemplo, aquecimento do pára-brisas, dos reservatórios de lubrificantes e sistemas de anti-gelo;
Compartimento de Carga e Bagagem Nas aeronaves comerciais de passageiros, o compartimento abaixo da cabine de passageiros é utilizado para armazenar e transportar cargas comerciais e/ou as bagagens dos passageiros; Nas aeronaves de pequenos porte, o compartimento de carga e bagagem corresponde a própria estrutura da aeronave, não havendo nenhum sistema especial de acomodação de bagagem, a fim de reduzir o peso; Nas aeronaves de grande porte, as cargas e bagagens são armazenadas dentro de contêineres dentro do compartimento; A utilização de contêineres permite um embarque e desembarque das cargas e bagagens de forma mais rápida durante a permanência da aeronave em solo, devido a manipulação de um contêiner para diversas bagagens contidas dentro do contêiner;
Compartimento de Carga e Bagagem Porta Basculante Lateral do Compartimento de Bagagens Embarque do Contêiner de Carga e Bagagens
Compartimento de Carga Nas aeronaves de transporte de carga (aeronaves cargueiras), o espaço disponível dentro da fuselagem é utilizado para acomodação de carga; Nas aeronaves militares de bombardeio, o espaço interno é utilizado para transporte de bombas ou artefatos bélicos; Na prática, as cargas transportadas não podem ser acomodadas dentro de contêineres, sendo assim fixadas no piso ou estrutura da fuselagem. Nas aeronaves cargueiras de pequeno porte, o embarque e desembarque das cargas são realizados por uma grande porta lateral basculante; Nas aeronaves cargueiras de grande porte, a utilização de uma porta lateral limita o tamanho das cargas. Dessa forma, a parte frontal e/ou a parte traseira da fuselagem acomodam grandes aberturas. Em algumas aeronaves, toda a parte frontal da aeronave é do tipo basculante;
Compartimento de Carga Boeing 747-400F Abertura Frontal Basculante do Compartimento de Carga
Compartimento de Carga Compartimento de Carga de Aeronave Cargueira
Compartimento de Carga Lockheed C-5A Galaxy Maior Aeronave Militar de Transporte de Carga
Compartimento de Carga Porta Traseira do Compartimento de Carga Porta Basculante Frontal do Compartimento de Carga
Compartimento de Carga Boeing B-52 Stratofortress Aeronave Militar Bombardeiro Compartimento de Bombas da Aeronave B-52
Transporte de Carga Sobre a Aeronave Antonov An-225 Mriya Transporte do Ônibus Espacial Russo Buran