AERODINÂMICA
O QUE FAZ UM AVIÃO VOAR? O homem sempre admirou o vôo suave dos pássaros (habilidades e técnicas naturais herdadas de Deus) Com o decorrer do tempo homens tentaram imitar estas habilidades mas não obtiveram sucesso: Leonardo da Vinci foi uma figura que pesquisou a anatomia dos pássaros, obteve informações do comportamento das asas em relação ao ar. Alberto Santos Dumont construiu e voou com o 14BIS(aeronave biplano) por alguns metros, impulsionando a aviação mundial.
Como o homem consegue colocar toneladas no espaço?
Com efeito das guerras, a indústria aérea teve um grande impulso, promovendo estudos e pesquisas para o aperfeiçoamento dessas máquinas maravilhosas.
Para que um avião voe, é necessário que algum tipo de força consiga vencer ou anular o seu peso
O que realmente acontece fisicamente quando o avião está em movimento?
Para tanto as asas, também chamadas de aerofólios serão objeto de estudo.
A aviação está baseada nos princípios da física, alguns estudados na escola, nos explicando todos os mistérios que giram em torno desta prática. A primeira visão de um observador do Boeing ou de um Airbus decolando ou pousando num aeroporto, máquina com algumas toneladas consiga ficar afastada, produz indagações. Como consegue atingir metros e as vezes quilômetros do solo? Por estas razões que este assunto se torna muito curioso e as vezes apaixonante.
A ESTABILIZAÇÃO DO VOO DA AERONAVE
O principal obstáculo nas primeiras tentativas para colocar um avião no ar era o seu peso, uma força causada pela gravidade.
No entanto, 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 voo é composto de alguns elementos, entre eles, nitrogênio, oxigênio e água, com isto podendo sofrer alterações em grandezas como a densidade, temperatura e pressão.
Mudanças na atmosfera se dão por diferenças de TEMPERATURA e PRESSÃO e entre as várias MASSAS de ar que circulam, originando deslocamentos das camadas, dando início aos ventos, que poderão ser úteis ou desfavoráveis ao voo.
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, que será vista posteriormente no item das forças, ou horizontais, como a tração e a resistência do ar, quando o avião está em voo com velocidade constante, a soma de todas as suas forças é nula.
O EMPUXO é bem utilizado, tendo como fluído, o ar, pois o deslocamento de ar para trás (pelas hélices) irá causar uma força para frente, 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, atuando em corpos diferentes).
A TEMPERATURA é uma grandeza escalar muito importante, 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 voo, pois altera diretamente a resistência do ar, quanto ao avanço de um corpo.
Existem quatro forças básicas presentes no vôo: SUSTENTAÇÃO , ARRASTO , TRAÇÃO , PESO
FORÇA DE SUSTENTAÇÃO Perfil da asa ou aerofólio
Extradorso menor densidade e intradorso maior densidade, portanto maior pressão, determinando uma força resultante vertical e para cima maior do que o peso, aceleração para cima
O aumento da velocidade de extradorso um fluído pelas paredes de um tubo, provoca um aumento da pressão dinâmica (ar em movimento) intradorso
Ângulo de ataque
ÂNGULO DE ATAQUE, que poderá aumentar a força de sustentação e ao mesmo tempo, aumentar a força de resistência do ar fazendo com que o avião tenha menor velocidade
Resultante aerodinâmica Podemos calcular analiticamente o valor da força de sustentação (componente vertical da RA). Cl = coeficiente de sustentação p = densidade do ar S = área da superfície da asa v = velocidade da aeronave L = força de sustentação (Lift)
FORÇA RESULTANTE AERODINÂMICA A variação de pressão estática é mostrada na figura abaixo, onde podemos ver de uma outra forma, o somatório das forças no aerofólio. ARRASTO: O arrasto é uma força aerodinâmica devido a resistência do ar, que se opõe ao avanço de um corpo. Essa força depende: da forma do corpo, da sua rugosidade e do 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 : depende da superfície 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, do mesmo jeito que a fumaça sai do cigarro, porém se a mesma for rugosa ou áspera, ocorrerá um fluxo de ar turbilhonado aumentando o arrasto.
Está relacionado com as características da superfície, sendo ela lisa ou áspera. Atualmente, as aeronaves são feitas de material mais liso na sua área externa, possibilitando mais economia e melhor rendimento em vôo.
Arrasto de forma : 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. O arrasto de forma depende da densidade do ar, velocidade e área frontal do corpo, podendo ser calculado com a fórmula abaixo.
CD = coeficiente de resistência aerodinâmica da asa p = densidade do ar S = área da superfície da asa v = velocidade da aeronave D = força de resistência ( Drag)
Arrasto induzido: Neste o ar que sai do intradorso tende a subir e laçar a asa. Este ocorre na extremidade da asa
TRAÇÃO:
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.
ESTABILIZADORES Estabilizadores fixos: O estabilizador horizontal tem a função de evitar que o avião gire em torno do eixo das asas, nem baixando, nem levantando o nariz do avião. O estabilizador vertical tem a função de evitar a guinada do aparelho, giro em torno de seu eixo vertical.
ELEMENTOS MÓVEIS DE UM AVIÃO AILERONS: Controla a rotação em torno do eixo do nariz do avião PROFUNDORES: Abaixa ou sobe o naríz da areronave
LEME DE DIREÇÃO :
Controla o movimento em torno do eixo vertical, sendo mostrado abaixo
Flaps ou Slats e Spoilers- Auxiliam as decolagens e aterrisagens. Estes são localizados no bordo de fuga da asa, acionados para baixo, com a função de aumentar a área de superfície da mesma.
FLAPS OU SLATS
Os spoilers, presentes nos grandes jatos, estão 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 aterrisagens. Finalmente, os slots, são fendas localizadas no bordo de ataque, que aumentam a curvatura, sem aumento de área, possibilitando uma maior força de sustentação.
Efeitos da altitude:
É sabido que a densidade do ar é diretamente proporcional a força de sustentação e inversamente com o aumento da altitude. A aeronave tem que compensar este problema com uma velocidade aerodinâmica maior.
Por exemplo, quando temos dez partículas de ar próximo ao solo, numa altitude muito maior, elas estarão mais separadas, fazendo com que a aeronave se desloque mais, para vencer as partículas. Por isso que a preferência para os jatos são as grandes altitudes, para viajarem, proporcionando economia de tempo e combustível. Aviões militares: A maioria são jatos supersônicos, que podem voar a velocidades maiores que a do som, por isso precisam aerodinâmica que diminuam o arrasto, sem perda de sustentação. Estas aeronaves possuem um formato de flecha, que irá diminuir a área de resistência aerodinâmica, também possuem o perfil da asa com pequena espessura, precisando de maior velocidade para manter a sustentação.
Aviação comercial: A aviação comercial teve grande impulso a partir dos aviões que foram construídos na segunda guerra mundial, como o famoso DC-3, feito para o transporte de soldados. Na época, foram construídos em grande quantidade. Após aquele tempo, foi adaptado para o transporte de civis. Com o avanço da tecnologia e a necessidade de aproximar os continentes, grandes empresas aeronáuticas, principalmente americanas e europeias, como a Boeing e a Airbus, começaram a desenvolver grandes aviões com motores a reação para o transporte de passageiros. Graças a tudo isto ficou mais fácil atravessar os oceanos e os continentes. Estes aviões voam a grandes altitudes para economizar tempo e combustível atingindo velocidades que se aproximam a do som ( 80% a 90% da velocidade do som).
Tráfego aéreo:
Na atualidade, a circulação de aviões é intensa, obrigando que vários órgãos em terra organizem o trânsito das aeronaves no ar e no solo. Quando um avião parte de um ponto para outro, o piloto precisa ter um plano de vôo que terá as informações sobre rotas a tomar e informes meteorológicos da origem e do destino, que serão importantes para a segurança de vôo.
Normalmente, cada região do país tem um órgão referencial que controlará os aviões em vôo, sabendo o ponto certo onde estão, tudo isso devido a informações de radares e de satélites. Quando a aeronave está próxima da origem ou do destino, ela é controlada pelo controle de aproximação ou pela torre de controle do aeroporto. Em alguns, o tráfego aéreo é tão intenso, que em uma mesma reta de aproximação para pouso, é possível que haja vários aviões.
Segurança aérea:
As estatísticas mostram, que a probabilidade de acontecer um acidente aéreo é bem remota, perto do que acontece no trânsito de carros das grandes cidades. As pessoas que trabalham no meio aeronáutico devem seguir os regulamentos, de maneira muito rígida, pois qualquer descuido pode acarretar na perda de muitas vidas. Hoje em dia aviões são examinandos em intervalos de tempo determinados pelo fabricante, onde cada peça tem a sua vida útil. Os pilotos, antes de iniciarem na profissão passam por todo tipo de provas, precisando estar muito bem preparados para dominarem uma aeronave, sendo testados rotineiramente. Os controladores de tráfego aéreo exercem uma das mais importantes e estressantes funções, tendo que tomar de maneira cuidadosa as decisões de segundo a segundo sobre a condução das aeronaves.
A cabine do Boeing 767, tendo instrumentos de todo tipo para garantirem a segurança de vôo.
EQUILIBRIO DINÂMICO
Avi達o em aterrisagem
Ultrassom
Referências Bibliográficas
https://MODELOS%252FaerodinamicaJ.jpg %3Bhttp%253A%252F%252F
www.eletricosdosul.com%252Ft1356-tutorialaerodinamica-dos-aeromodelos%3B723%3B386
HALLIDAY, David, RESNIK Robert, KRANE, Denneth S. Física 1, volume 1, 4 Ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996. 326 p.