Asas
As asas de uma aeronave são superfícies desenhadas para produzir sustentação quando movidas rapidamente no ar.
O desenho particular para uma dada aeronave depende de uma série de fatores, tais como: tamanho, peso, utilização, velocidade desejada em vôo e aterragem, e razão de subida desejada.
As asas da maioria das aeronaves atuais são do tipo cantilever; ou seja, são construídas sem nenhum tipo de escoramento externo. O revestimento faz parte da estrutura da asa e suporta parte do stress da asa.
Tanto as ligas de alumínio como as de magnésio são utilizadas na construção de asas.
Configurações de asas:
Dependendo das características de vôo desejadas, as asas serão construídas em diferentes formas e tamanhos
Além da configuração dos bordos de ataque e fuga, as asas são também desenhadas para prover certas características de vôo desejáveis, tais como grande sustentação, manobralidade ou estabilidade.
Estrutura da asa
A estrutura interna consiste em longarinas e vigas de reforço no sentido da envergadura, e nervuras no sentido da corda (do bordo de ataque para o bordo de fuga). As longarinas são os membros estruturais principais da asa e suportam toda a carga distribuída e também os pesos concentrados, tais como a fuselagem e o trem de aterragem.
Correm paralelamente ao eixo lateral, ou em direção às pontas da asa e, são geralmente presas à fuselagem, através das ferragens da asa, de vigas ou de um sistema de armação metálica. A maioria das aeronaves recentemente produzidas utiliza longarinas de alumínio sólido extrudado ou pequenas extrusões de alumínio rebitadas para formar uma longarina
Este tipo de construção (longarinas, nervuras e revestimento superior e inferior) não apenas aumenta a resistência e reduz o peso, mas também possibilita a asa servir como tanque de combustível quando adequadamente selada.
Correm paralelamente ao eixo lateral, ou em direção às pontas da asa e, são geralmente presas à fuselagem, através das ferragens da asa, de vigas ou de um sistema de armação metálica. A maioria das aeronaves recentemente produzidas utiliza longarinas de alumínio sólido extrudado ou pequenas extrusões de alumínio rebitadas para formar uma longarina
Este tipo de construção (longarinas, nervuras e revestimento superior e inferior) não apenas aumenta a resistência e reduz o peso, mas também possibilita a asa servir como tanque de combustível quando adequadamente selada.
Nervuras são membros estruturais que compõem a armação da asa. Geralmente estendem-se do bordo de ataque até a longarina traseira ou até ao bordo de fuga. São as nervuras que dão à asa a sua curvatura e transmitem os esforços do revestimento e reforçadores para as longarinas. As nervuras são utilizadas também em ailerons, profundores, lemes e estabilizadores.
O controle direcional de uma aeronave de asa fixa ocorre ao redor dos eixos lateral, longitudinal e vertical, através das superfícies de controle de vôo. Esses dispositivos de controle são presos a dobradiças ou superfícies móveis, através das quais a atitude de uma aeronave é controlada durante descolagens, vôos e aterragens. Geralmente são divididas em dois grandes grupos: as superfícies primárias ou principais e as superfícies auxiliares.
O grupo primário de superfícies de controle de vôo consiste em ailerons, profundores e lemes. Os ailerons são instalados no bordo de fuga das asas. Os profundores são instalados no bordo de fuga do estabilizador horizontal.
O leme é instalado no bordo de fuga do estabilizador vertical
Ailerons
Os ailerons são as superfícies primárias de controle em vôo que fazem parte da área total da asa. Eles movem-se num arco preestabelecido e são geralmente fixos por dobradiça à longarina do aileron ou à longarina traseira da asa. Os ailerons são operados por um movimento lateral do joystick, ou pelo movimento de rotação do volante.
Numa configuração convencional, um aileron é articulado ao bordo de fuga de cada uma das asas.
O grupo primário de superfícies de controle de vôo consiste em ailerons, profundores e lemes. Os ailerons são instalados no bordo de fuga das asas. Os profundores são instalados no bordo de fuga do estabilizador horizontal.
O leme é instalado no bordo de fuga do estabilizador vertical
Ailerons
Os ailerons são as superfícies primárias de controle em vôo que fazem parte da área total da asa. Eles movem-se num arco preestabelecido e são geralmente fixos por dobradiça à longarina do aileron ou à longarina traseira da asa. Os ailerons são operados por um movimento lateral do joystick, ou pelo movimento de rotação do volante.
Numa configuração convencional, um aileron é articulado ao bordo de fuga de cada uma das asas.
Os ailerons são interconectados no sistema de controle de forma que se movam simultaneamente em direções opostas. Quando um aileron move-se para aumentar a sustentação naquele lado da fuselagem, o aileron do lado oposto da fuselagem move-se para cima, para reduzir a sustentação no seu lado. Essas ações opostas resultam na maior produção de sustentação num dos lados da fuselagem que no outro, resultando num movimento controlado de rolamento devido a forças aerodinâmicas desiguais nas asas.
Cada asa possui dois ailerons, um montado na posição convencional na parte externa do bordo de fuga da asa, e outro conectado ao bordo de fuga da asa na seção
Flaps
Os flaps de asa são usados para dar uma sustentação extra à aeronave.
Eles reduzem a velocidade de pouso, encurtando assim a distância de pouso, para facilitar o pouso em áreas pequenas ou obstruídas, pois permite que o ângulo de planeio seja aumentado sem aumentar muito a velocidade de aproximação.
Além disso, o uso dos flapes durante a decolagem reduz a corrida de decolagem.
A maioria dos flapes são conectados às partes mais baixas do bordo de fuga da asa, entre os ailerons e a fuselagem. Os flapes de bordo de ataque também são usados, principalmente em grandes aeronaves que voam a alta velocidade.
Quando eles estão recolhidos, eles se encaixam nas asas e servem como parte do bordo de fuga da asa.
Eles reduzem a velocidade de pouso, encurtando assim a distância de pouso, para facilitar o pouso em áreas pequenas ou obstruídas, pois permite que o ângulo de planeio seja aumentado sem aumentar muito a velocidade de aproximação.
Além disso, o uso dos flapes durante a decolagem reduz a corrida de decolagem.
A maioria dos flapes são conectados às partes mais baixas do bordo de fuga da asa, entre os ailerons e a fuselagem. Os flapes de bordo de ataque também são usados, principalmente em grandes aeronaves que voam a alta velocidade.
Quando eles estão recolhidos, eles se encaixam nas asas e servem como parte do bordo de fuga da asa.
Quando eles estão baixados ou estendidos, pivoteiam nos pontos de articulação e formam um ângulo de aproximadamente 45º ou 50º com a corda aerodinâmica da asa. Isso aumenta a cambra da asa e muda o fluxo de ar gerando maior sustentação
As aeronaves que requerem uma área alar extra para ajudar na sustentação, geralmente utilizam flapes deslizantes
As aeronaves que requerem uma área alar extra para ajudar na sustentação, geralmente utilizam flapes deslizantes
Leme de direcção
A outra superfície móvel, também localizada na cauda do avião é o leme de direção, que controla o movimento em torno do eixo vertical, sendo mostrado abaixo.
A outra superfície móvel, também localizada na cauda do avião é o leme de direção, que controla o movimento em torno do eixo vertical, sendo mostrado abaixo.
Os “spoilers” são superfícies auxiliares de controle de vôo, montados na superfície superior de cada asa, e operam em conjunto com os ailerons, no controle lateral.
A maioria dos sistemas de “spoilers” também pode ser estendido simetricamente para servir como freio de velocidade. Outros sistemas contêm “spoilers” de vôo e de solo separadamente.Pertencentes aos grandes jatos, localizados na parte superior da asa e no bordo de fuga, acionados para cima, atuam em conjunto com os ailerons na execução das curvas em algumas aeronaves.funcionam, na perda de sustentação, quando necessário e na redução de velocidade, acionados normalmente nas descidas e nas aterragens
A maioria dos sistemas de “spoilers” também pode ser estendido simetricamente para servir como freio de velocidade. Outros sistemas contêm “spoilers” de vôo e de solo separadamente.Pertencentes aos grandes jatos, localizados na parte superior da asa e no bordo de fuga, acionados para cima, atuam em conjunto com os ailerons na execução das curvas em algumas aeronaves.funcionam, na perda de sustentação, quando necessário e na redução de velocidade, acionados normalmente nas descidas e nas aterragens
Slats
Localizados no bordo de ataque, que aumentam a curvatura, sem aumento de área, possibilitando uma maior força de sustentação.
Localizados no bordo de ataque, que aumentam a curvatura, sem aumento de área, possibilitando uma maior força de sustentação.
Fundamentos físicos
Sabemos
que o principal obstáculo nas primeiras tentativas para colocar um avião no ar
era o seu peso, uma força causada pela gravidade, mas com alguns
diferentes formatos na aerodinâmica dos corpos, conseguiu-se controlar este
problema, de forma artesanal no início. Nos estudos e pesquisas feitos pelos
cientistas das várias épocas, verificou-se que o ar, fluído que será
responsável para sustentar uma aeronave em vôo é composto de alguns elementos,
entre eles, nitrogênio, oxigênio e água, com isto podendo sofrer alterações em
grandezas como a densidade, temperatura e pressão. Estas mudanças na atmosfera
estão relacionadas entre as diferenças de temperatura e pressão entre as várias
massas de ar que circulam, originando deslocamentos das camadas, dando início
aos ventos, que poderão ser úteis ou desfavoráveis ao vôo.
As grandezas vetoriais e escalares estão presentes neste assunto, sendo as forças, todas vetoriais, incluindo as velocidades, pressões e acelerações, já as escalares, compostas da massa, das temperaturas e densidades. Quando um avião tem o vento a seu favor, temos uma soma vetorial, ou vice-versa, com isto, os vetores são amplamente utilizados, originando todo tipo de resultantes, sejam elas verticais, como peso e sustentação, ou horizontais, como a tração e a resistência do ar, quando o avião está em vôo com velocidade constante, a soma de todas as suas forças é nula. O empuxo, visto em hidrostática, também é bem utilizado, porém tendo como fluído, o ar, pois o deslocamento de ar para trás irá causar uma força para frente, então o empuxo, já relacionando com a 3º lei de Newton, lei da ação e reação ( para toda força existe uma outra de mesma direção, mesmo módulo e sentido contrário). A temperatura é uma grandeza escalar muito importante, sendo muito variável, sabemos que quanto mais alto estivermos em relação ao nível do mar, menor será seu valor, o mesmo acontece com a densidade do ar, pois quanto maior a altitude, ficará mais rarefeito alterando nas forças relacionadas no vôo, pois altera diretamente a resistência do ar, quanto ao avanço de um corpo.
As grandezas vetoriais e escalares estão presentes neste assunto, sendo as forças, todas vetoriais, incluindo as velocidades, pressões e acelerações, já as escalares, compostas da massa, das temperaturas e densidades. Quando um avião tem o vento a seu favor, temos uma soma vetorial, ou vice-versa, com isto, os vetores são amplamente utilizados, originando todo tipo de resultantes, sejam elas verticais, como peso e sustentação, ou horizontais, como a tração e a resistência do ar, quando o avião está em vôo com velocidade constante, a soma de todas as suas forças é nula. O empuxo, visto em hidrostática, também é bem utilizado, porém tendo como fluído, o ar, pois o deslocamento de ar para trás irá causar uma força para frente, então o empuxo, já relacionando com a 3º lei de Newton, lei da ação e reação ( para toda força existe uma outra de mesma direção, mesmo módulo e sentido contrário). A temperatura é uma grandeza escalar muito importante, sendo muito variável, sabemos que quanto mais alto estivermos em relação ao nível do mar, menor será seu valor, o mesmo acontece com a densidade do ar, pois quanto maior a altitude, ficará mais rarefeito alterando nas forças relacionadas no vôo, pois altera diretamente a resistência do ar, quanto ao avanço de um corpo.
Forças
Existem quatro forças básicas presentes no vôo:
SUSTENTAÇÃO , ARRASTO , TRAÇÃO , PESO
Força de sustentação
Existem quatro forças básicas presentes no vôo:
SUSTENTAÇÃO , ARRASTO , TRAÇÃO , PESO
Força de sustentação
Quando um avião se desloca pelo ar, ocorre um fenômeno na sua asa que irá produzir uma força para cima, sentido inverso ao peso. O perfil da asa ou aerofólio tem comprimentos diferentes na parte superior (extradorso) e na parte inferior (intradorso) devido ao seu formato, possibilitando que duas partículas de ar percorrendo tais comprimentos ao mesmo tempo, conseqüentemente tenham velocidades diferentes. A física explica que o aumento da velocidade de um fluído pelas paredes de um tubo, provoca um aumento da pressão dinâmica (ar em movimento) e uma diminuição da pressão estática (ar em repouso), originando uma força. Então, tal diferença de pressões estáticas será a responsável por criar uma força perpendicular à superfície da asa, chamada de RESULTANTE AERODINÂMICA, agindo no chamado centro de pressão, tendo como sua componente vertical, a força de SUSTENTAÇÃO. A figura abaixo nos mostra o deslocamento das partículas de ar, partindo do bordo de ataque (frente do perfil) e chegando ao mesmo no bordo de fuga (traseira do perfil) resultando no aparecimento de uma força que compensará o peso da aeronave.
Força de Arrasto
O arrasto é uma força aerodinâmica devido a resistência do ar, que se opõe ao avanço de um corpo. Essa força depende de alguns fatores como a forma do corpo, a sua rugosidade e o efeito induzido resultante da diferença de pressão entre a parte inferior e superior da asa. Então podemos dividir o ARRASTO em três ítens:
Arrasto de atrito
Este tipo de arrasto está relacionado com as características da superfície, sendo ela lisa ou áspera. Quanto mais próximo dela, o ar forma uma camada limite, no qual se move de forma laminar se a superfície for lisa, porém se a mesma for rugosa ou áspera, ocorrerá um fluxo de ar turbilhonado aumentando o arrasto. Atualmente, as aeronaves são feitas de material mais liso na sua área externa, possibilitando mais economia e melhor rendimento em vôo.
Arrasto de forma
O arrasto em questão está relacionado com a área, na qual o ar colide de frente, e ocorre a chamada deflexão ( desvio do ar pelo obstáculo). A maior ou menor facilidade de um corpo se deslocar em determinado fluído chama-se aerodinâmica, então as partes que compõe um avião devem ser arredondadas ou terem o efeito de flechas, evitando superfícies retas perpendiculares ao deslocamento, originando assim uma resistência menor.
Arrasto induzido
O arrasto induzido está relacionado com diferença de pressão entre a parte superior e inferior da asa. O ar que está no intradorso (parte inferior) tende a fluir para o extradorso (parte superior), originando um turbilhonamento na ponta da asa, com isto provocando uma resistência ao avanço do avião e diminuindo a sustentação. Existem alguns dispositivos para corrigir este problema como os Winglets, localizados nas pontas das asas, principalmente em aviões mais modernos, que impedem a passagem de ar de cima para baixo. Afigura abaixo mostra o turbilhonamento do ar decorrente do arrasto induzido.
O arrasto é uma força aerodinâmica devido a resistência do ar, que se opõe ao avanço de um corpo. Essa força depende de alguns fatores como a forma do corpo, a sua rugosidade e o efeito induzido resultante da diferença de pressão entre a parte inferior e superior da asa. Então podemos dividir o ARRASTO em três ítens:
Arrasto de atrito
Este tipo de arrasto está relacionado com as características da superfície, sendo ela lisa ou áspera. Quanto mais próximo dela, o ar forma uma camada limite, no qual se move de forma laminar se a superfície for lisa, porém se a mesma for rugosa ou áspera, ocorrerá um fluxo de ar turbilhonado aumentando o arrasto. Atualmente, as aeronaves são feitas de material mais liso na sua área externa, possibilitando mais economia e melhor rendimento em vôo.
Arrasto de forma
O arrasto em questão está relacionado com a área, na qual o ar colide de frente, e ocorre a chamada deflexão ( desvio do ar pelo obstáculo). A maior ou menor facilidade de um corpo se deslocar em determinado fluído chama-se aerodinâmica, então as partes que compõe um avião devem ser arredondadas ou terem o efeito de flechas, evitando superfícies retas perpendiculares ao deslocamento, originando assim uma resistência menor.
Arrasto induzido
O arrasto induzido está relacionado com diferença de pressão entre a parte superior e inferior da asa. O ar que está no intradorso (parte inferior) tende a fluir para o extradorso (parte superior), originando um turbilhonamento na ponta da asa, com isto provocando uma resistência ao avanço do avião e diminuindo a sustentação. Existem alguns dispositivos para corrigir este problema como os Winglets, localizados nas pontas das asas, principalmente em aviões mais modernos, que impedem a passagem de ar de cima para baixo. Afigura abaixo mostra o turbilhonamento do ar decorrente do arrasto induzido.
Força de tracção
A tração é uma força responsável por impulsionar a aeronave para frente, sendo originada de algum tipo de motor. Normalmente, no dias de hoje a aviação está servida de motores convencionais, a quatro tempos e motores a reação, utilizando-se de turbo-jatos e turbo-fan.
Força de Peso
O peso está relacionado com a força da gravidade, a qual atrai todos os corpos que estão no campo gravitacional terrestre. Não existe nenhuma forma de alterar esta força, então é preciso cada vez mais aperfeiçoar as aeronaves, para sempre respeitar as leis da natureza.
O peso é um fator muito importante nas operações de aterragem e descolagem, pois um avião muito pesado irá precisar de maior comprimento de pista para descolar, para conseguir velocidade suficiente visando a sustentação para anular o peso, sendo assim, aviões maiores são impedidos de operar em certos aeroportos. O mesmo acontece na aterragem, pois deve-se respeitar a lei da inércia.
A tração é uma força responsável por impulsionar a aeronave para frente, sendo originada de algum tipo de motor. Normalmente, no dias de hoje a aviação está servida de motores convencionais, a quatro tempos e motores a reação, utilizando-se de turbo-jatos e turbo-fan.
Força de Peso
O peso está relacionado com a força da gravidade, a qual atrai todos os corpos que estão no campo gravitacional terrestre. Não existe nenhuma forma de alterar esta força, então é preciso cada vez mais aperfeiçoar as aeronaves, para sempre respeitar as leis da natureza.
O peso é um fator muito importante nas operações de aterragem e descolagem, pois um avião muito pesado irá precisar de maior comprimento de pista para descolar, para conseguir velocidade suficiente visando a sustentação para anular o peso, sendo assim, aviões maiores são impedidos de operar em certos aeroportos. O mesmo acontece na aterragem, pois deve-se respeitar a lei da inércia.