Download pdf - Estrutura e Tipos de Aeronaves-1

1Objetivos de aprendizagem

Conhecer a evoluo histrica das aeronaves.

Conceituar e classificar as aeronaves.

Identificar as principais partes do avio.

Compreender o funcionamento dos controles de voo.

Sees de estudo

Seo 1 Pequena histria da evoluo das aeronaves

Seo 2 Conceituao e classificao

Seo 3 A teoria de voo

Seo 4 A estrutura do avio

Seo 5 Os controles de voo

UNIDADE 1

Estrutura e tipos de aeronaves

18

Universidade do Sul de Santa Catarina

Para incio de estudo

Desde sempre o homem sonha com a mquina, um aparelho que realizasse o maior nmero de tarefas com a maior eficincia. Contudo, somente a partir do sculo XVIII, quando James Watt criou a mquina a vapor comearam-se a ver frutos. Esse foi o incio de um perodo conhecido como revoluo industrial, que introduziu, em massa, o conceito de mquina.

Precisamos de mquinas para tudo, para conservar alimentos, para cozinhar, para nos divertir, para nos informar, para nos deslocar, para comunicarmos, mquinas que nos salvam a vida, outras que a prolongam, enfim, que tornam a vida mais fcil. Se elas existem por nossa culpa, ou seja, a mquina pode ser capaz de realizar processos que o homem no consegue, porm, no tem o poder de controlar as coisas, ou seja, ser sempre o homem a decidir se ela ter boa ou m utilidade, bom ou mau desempenho, se ser usada de forma segura ou perigosa.

Para isso, necessrio desenvolver nosso conhecimento sobre cada mquina que necessitarmos utilizar. Quem j no viu algum ligar um aparelho 110v em uma tomada 220v? Erros simples assim, que inutilizam uma mquina e pem em risco quem a opera, podem ser evitados com um simples cuidado de conhecer a mquina antes de us-la. As aeronaves so mquinas maravilhosas e sero teis, eficientes, confortveis e seguras se ns soubermos controlar corretamente sua operao.

Nesta unidade, voc conhecer o surgimento e o desenvolvimento desta mquina e sua estrutura bsica, os conceitos que fundamentam seu funcionamento e os seus controles de voo.

Bons estudos!

19

Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)

Unidade 1

Seo 1 Pequena histria da evoluo das aeronaves

A histria da aviao muito mais complexa e fascinante do que a geralmente encontrada nos livros didticos. Nesta seo, ser contada um pouco dessa histria, mostrando fatos interessantes e at pouco conhecidos. A evoluo tcnica e o desenvolvimento das aeronaves ser nossa linha de referncia neste estudo, isso para que possamos contextualizar e entender a construo e o funcionamento dos avies modernos.

Ao contrrio do que geralmente ensinado, Alberto Santos Dumont no inventou o avio. Apesar da significativa contribuio do inventor brasileiro e do mrito de ter sido o primeiro a fazer um voo controlado e motorizado na Europa, o avio , na verdade, o resultado de um desenvolvimento que se estendeu por sculos e que comeou muito antes dele. Desde os tempos pr-histricos, os seres humanos tm invejado o voo dos pssaros e desejavam imit-los.

A identidade do primeiro homem-pssaro, que se instalou com asas e pulou de um penhasco em um esforo para voar, perdida no tempo, mas cada tentativa infrutfera forneceu queles que desejavam voar perguntas que necessitavam de respostas. Filsofos, cientistas e inventores ofereceram solues, mas ningum conseguiu incorporar as asas ao corpo humano e voar como um pssaro.

Mesmo assim, durante esse perodo, conseguimos respostas importantes. Aristteles concebeu a noo de que o ar tem peso e a lei de Arquimedes de corpos flutuantes formou um princpio bsico dos veculos mais leves que o ar. Homens como Galileu, Roger Bacon e Pascal provaram que o ar um gs, compressvel, e sua densidade diminui com a altitude.

20


Figura 1.1 Estudo da estrutura da asa 1490

Fonte: Sedivy, Highlands Ranch High School, 2011.

Durante o Sculo XV, Leonardo da Vinci elaborou esboos de propostas de mquinas voadoras, fruto, sobretudo, da observao do voo das aves. Foram os primeiros estudos relativamente tcnicos sobre as possibilidades do voo por seres humanos. Da Vinci corretamente concluiu que era o movimento da asa em relao ao ar que produzia a reao resultante necessria para voar. No entanto, suas especulaes foram falhas porque ele se ateve ideia das asas mveis como a dos pssaros, para impulsionar o homem ao voo.

Figura 1.2 Asas de Da Vinci

Fonte: Now Public, 2011.

21


Unidade 1

Porque o conceito de asa mvel de Da Vinci foi um erro?

Em 1655, o matemtico, fsico e inventor, Robert Hooke, concluiu que o corpo humano no possui a fora necessria para usar asas artificiais. Ele acreditava que o voo humano exigiria algum tipo de propulso artificial. No seria ento com a fora fsica dos homens usando as asas mveis para impulso que conseguiramos alar voo (HOOKE, 1655).

Os Bales

A busca pelo voo levou alguns profissionais em outra direo. Em 1670, o padre Jesuta Francesco de Lana publicou o primeiro estudo sobre a construo de um barco areo, que se elevaria no ar por meio de esferas metlicas com vcuo no seu interior. Em 1709, Bartolomeu de Gusmo, tambm Jesuta, apresentou ideia semelhante ao rei de Portugal, s que utilizando o princpio do ar quente. Existem inmeros outros relatos de supostas experincias com bales, mas o crdito pela efetiva criao deles pertence aos irmos Montgolfier.

No incio de novembro de 1782, Joseph Michel e Jacques Etienne Montgolfier, fabricaram um balo esfrico, de seda, com cerca de 1 metro de dimetro, o qual subiu a cerca de 30 metros de altura, antes de esfriar e cair. Esse evento considerado como o nascimento do balo de ar quente. Em 1783, o primeiro balo de ar quente tripulado voou por 23 minutos. A partir desse evento e durante certo tempo, o balo serviu apenas como curiosidade e diverso, principalmente porque, aps decolar, o aparelho ficava merc dos ventos e raramente ia para onde o seu dono desejava. A questo j no era mais subir, mas controlar a direo e a velocidade do voo (BELLIS, 2012).

O problema da dirigibilidade s veio a ser solucionado cem anos depois, quando em 1898 o brasileiro Alberto Santos-Dumont construiu o primeiro balo semirrgido, em forma de charuto e com motor gasolina. Esse tipo de balo, posteriormente conhecido como dirigvel, tinha forma mais aerodinmica que

22


seus antepassados redondos e era inflado com Hidrognio, um gs bem mais leve que o ar, mas perigosamente voltil.

Em 19 de Outubro de 1901, com seu dirigvel n 6, Santos-Dumont conquistou o Prmio Deutsch, oferecido quele que provasse a dirigibilidade dos bales, decolando de um ponto previamente escolhido (Saint-Cloud) na cidade de Paris, contornando a Torre Eiffel e retornando ao ponto de partida (AROCLUB DE FRANCE, 1904).

Figura 1.3 Dirigvel

Fonte: Cabangu, 2011.

Dirigibilidade O uso de um grupo moto-propulsor leve, em conjunto com a alterao para o formato de charuto, foi a soluo encontrada por Santos Dumont para obter o Dirigvel.

O mais pesado que o ar

Mesmo com a realidade do voo na forma de um deslocamento controlado pelo ar, os dirigveis no satisfizeram aqueles entusiastas que ainda preferiam trabalhar na velha ideia de Leonardo da Vinci: voar com asas como os pssaros.

23


Unidade 1

A soluo para isso estava num brinquedo bastante familiar no Oriente, por mais de 2000 anos, mas que s foi introduzido no Ocidente no sculo 13: a pipa. Utilizada pelos chineses para observao area, para testar os ventos, como um dispositivo de sinalizao ou como um brinquedo, ela trazia muitas das respostas ao desenvolvimento de um dispositivo de voo mais pesado que o ar.

Sir George Cayley, um ingls nascido 10 anos antes do voo de balo dos Mongolfier, acreditava que o estudo das pipas desvendaria os segredos do voo. Ele passou seus 84 anos tentando desenvolver um veculo mais pesado que o ar, suportado por asas em forma de pipa (GIBBS-SMITH, 1962).

Cayley foi o primeiro a teorizar os princpios do voo, tais como a fora de sustentao, peso e arrasto aerodinmico, conceitos vlidos at hoje. Contrariamente aos seus contemporneos, Cayley dispensou o batimento de asas como fundamento para alar voo, concentrando-se na necessidade de se possuir uma superfcie aerodinmica geradora de sustentao (asa) e uma fonte de fora impulsora (motor). Baseado nesses princpios, em 1799 ele desenhou seu primeiro modelo de aeroplano, que no chegou a construir dada a inexistncia de motores quela poca.

Figura 1.4 Planador de George Cayley 1853

Fonte: Century of flight, 2011.

24


Ponto-chave Sir George Cayley foi o primeiro a teorizar os conceitos de peso, sustentao, trao e arrasto, vlidos at hoje.

Assim, Cayley se concentrou nos planadores. Em 1853, pouco antes de morrer, construiu o mais bem-sucedido de seus planadores, tendo convencido seu cocheiro a pilot-lo. Na verdade, o homem foi mais um passageiro do que um piloto, mas considerado como a primeira pessoa a voar em um aparelho mais pesado que o ar.

O sucesso de Cayley estimulou outros pesquisadores, entre os quais o alemo Otto Lilienthal. Concentrando-se igualmente nos planadores, Lilienthal desenvolveu vrias configuraes diferentes. Na maioria delas, o piloto voava pendurado debaixo do aparelho, tal como em uma asa-delta atualmente. Essa configurao ajudava a resolver um dos grandes problemas dos aparelhos da poca: a estabilidade.

O Aeroplano

Embora constem experimentos em praticamente todo o mundo, buscando a realizao prtica do voo aerdino motorizado, os mais importantes foram creditados aos irmos americanos Orville e Wilbur Wright e ao brasileiro radicado na Frana, Alberto Santos Dumont.

Como vimos at agora, o problema do voo do mais pesado que o ar j estava praticamente solucionado no final do Sculo XIX, faltando apenas um motor adequado para transform-lo num avio de verdade. O sonho de um voo autnomo motorizado estava prximo.

A inveno do motor gasolina e o incio da produo de automveis pela Daimler-Benz, em 1886, utilizando este tipo de motor, fez com que as atenes de muitos dos pioneiros se voltassem para ele. Na poca, a principal vantagem do motor gasolina sobre os motores a vapor era a relao peso-potncia.

25


Unidade 1

Um dos primeiros a compreender as vantagens do motor gasolina na aviao foi Santos Dumont, que passou a utilizar motores de motocicleta e de automveis nos seus dirigveis. O passo seguinte foi partir para a construo de um aeroplano.

Para isso, Santos Dumont baseou-se no desenho de pipas-caixa, conhecidas como pipas de Hargreave (devido ao seu inventor, o australiano Lawrence Hargrave) e construiu uma asa constituda basicamente de seis pipas-caixa, sendo trs de cada lado. Como fuselagem (corpo do avio), aproveitou a quilha do seu dirigvel N14 (da o nome 14-bis) e instalou um motor Levavasseur,de 8 cilindros e 50HP. Uma estrutura adicional prolongava a fuselagem at a pipa-caixa dianteira, que atuava como leme de direo e de profundidade (controle de altitude). Como o aparelho tinha as asas principais na parte posterior e a asa secundria (estabilizador-leme) na parte da frente, os franceses passaram a cham-lo de canard (pato).

Em 23 de outubro de 1906, Alberto Santos Dumont tornou o sonho realidade. Ao decolar abordo do 14 bis, impulsionado por um motor gasolina, ele voou naquele dia e repetiu a faanha menos de um ms depois,diante de uma multido que compareceu ao Campo de Bagatelle, em Paris. Esses dois voos foram as primeiras demonstraes pblicas de um aparelho mais pesado que o ar, levantando voo por seus prprios meios, sem a necessidade de uma rampa de lanamento.

Figura 1.5 14 Bis

Fonte: HSW, 2011.

Motor Levavasseur Leon Levavasseur foi oficial da marinha francesa e engenheiro dedicado ao desenvolvimento do motor gasolina. Foi o primeiro a utilizar e patentear a configurao V8 na construo dos motores a combusto interna.

26


O Sculo do Voo

A partir das experincias bem-sucedidas dos pioneiros, como Santos Dumont e os Irmos Wright, o desenvolvimento do avio deslanchou de modo surpreendente. Desde a sua efetiva criao, o avio passou por vrios perodos de amadurecimento, em que suas caractersticas mais importantes foram sendo definidas. Podemos identificar esses principais perodos como sendo:

De 1903-6 a 1914: Nascimento do avio e consolidao dos princpios construtivos e operacionais. At essa poca, a maioria dos avies eram biplanos (duas asas sobrepostas) e construdos de madeira e lona. At o incio da Primeira Guerra, os avies ainda eram muito imprevisveis e inseguros, restringindo-se a meras curiosidades.

De 1914 a 1918: Primeira Guerra Mundial. Os avies se desenvolveram rapidamente e foram criadas aplicaes especializadas como caas, bombardeiros, avies de observao e de transporte. A maioria deles ainda continuava sendo de madeira e lona, embora alguns modelos j empregassem o metal (alumnio) na fabricao de algumas peas.

Dcada de 20 e 30: Com a paz, houve um grande mpeto na aviao comercial. Foi nessa poca que teve incio o correio areo, a primeira atividade econmico-social a se beneficiar do surgimento da aviao.

De 1935 a 1945: Perodo iniciado com a ascenso da Alemanha Nazista, seguido da Segunda Guerra Mundial. Guardadas as propores (apenas 10 anos), foi o perodo de maior desenvolvimento do avio, como o conhecemos hoje, evoluindo dos biplanos movidos hlice para o avio a jato, com asa de geometria varivel. Muita da tecnologia desenvolvida nessa poca utilizada at os dias de hoje.

Ps-Guerra: Aps a Segunda Guerra, como seria de se esperar, houve novo boom da aviao comercial, favorecida agora por inovaes como o Comet, primeiro avio a jato para transporte de passageiros, que comeou a operar em 1952 e o Boeing 707, em

27


Unidade 1

1954, primeiro dos grandes jatos como temos hoje.Nos ltimos 50 anos, o desenvolvimento da aviao comercial tem se limitado ao desenvolvimento de novas tecnologias de construo, tais como materiais mais leves e seguros, motores mais econmicos e menos poluentes e na incorporao dos avanos da eletrnica digital, principalmente nos sistemas de voo e navegao.

Seo 2 Conceituao e classificao

Para incio de conversa, voc saberia definir o que uma aeronave? Antes que possamos classific-las, necessitamos conceituar o que esta mquina considerada aeronave.

De acordo com o Novo Dicionrio Aurlio da Lngua Portuguesa, aeronave nada mais que uma Designao genrica dos aparelhos por meio dos quais se navega no ar. Mas de modo geral, elas so definidas como todo aparelho capaz de se sustentar e navegar no ar (HOMA, 2010).

A definio mais completa, no entanto, a encontrada no Cdigo Brasileiro de Aeronutica, editado pela Lei n. 7.565, de 19 de Dezembro de 1986, em seu artigo 106.

Considera-se aeronave todo aparelho manobrvel em voo, que possa sustentar-se e circular no espao areo, mediante reaes aerodinmicas, apto a transportar pessoas ou coisas. (CBAer, 1986).

Sendo assim, podemos entender que tanto um balo como um helicptero ou tanto um autogiro como um dirigvel so aeronaves que atendem essa definio, o mesmo valendo para um planador, para um paraquedas motorizado ou para um avio.

28


Ento, como fazer para distingui-las, j que h uma grande diferena entre elas, no s na forma de construo, mas tambm no modo como so operadas?

A melhor maneira foi dividi-las em classes, tipos e categorias. A classificao mais bsica uma diviso quanto aos princpios e leis da fsica que lhes proporciona o meio de se sustentar no ar, assim elas so classificadas como aerstatos ou aerdinos.

As aeronaves classificam-se em aerstatos e aerdinos.

Aerstatos So as aeronaves baseadas no Princpio de Arquimedes, da fsica, e vulgarmente conhecidos como os veculos mais leves que o ar.

Figura 1.6 Balo Figura

Fonte: Portal do Professor, 2011.

1.7 Funcionamento de um balo

Fonte: Portal So Francisco, 2011.

Princpio de Arquimedes Todo corpo mergulhado num fluido recebe um empuxo para cima igual ao peso do fluido deslocado.

29


Unidade 1

Portanto, bales e dirigveis so aerstatos. Nesses veculos, o empuxo ascensional controlado pelo piloto e pode ser igual, maior ou menor que seu peso. J a direo do voo s controlada nos dirigveis que possuem leme para esse fim.

Aerdinos So as aeronaves mais pesadas que o ar e que necessitam utilizar a 3 Lei de Newton, tambm conhecida como a lei da ao e reao, para se manterem em voo.

Figura 1.8 Avio

Fonte: Desenhos para colorir, 2011.

O avio e o planador, por exemplo, so aerdinos de asa fixa. Ao se deslocarem na atmosfera, suas asas desviam o fluxo de ar de modo a criar uma reao aerodinmica para cima, denominada sustentao. J o helicptero ou o autogiro so aerdinos de asa rotativa. As ps do rotor ao girar criam sustentao da mesma forma como as asas do avio.

Outra forma de classificao das aeronaves foi categoriz-las. Assim, surgiram as categorias avio, helicptero, balo e planador. Essa classificao normalmente utilizada para a emisso das licenas de pilotagem. Assim sendo, um piloto da categoria avio no est habilitado para operar um helicptero. Para cada categoria h necessidade de uma licena especfica.

As aeronaves tambm so classificadas quanto ao seu uso, podendo ser civil ou militar e pblica ou privada. Consideram-se militares as integrantes das Foras Armadas, inclusive as requisitadas na forma da lei, para misses militares.

3 Lei de Newton Para toda ao corresponde uma reao de igual intensidade, em sentido contrrio.

30


As aeronaves civis so subdivididas e compreendem as aeronaves pblicas e as aeronaves privadas. As aeronaves pblicas so as destinadas ao servio do Poder Pblico, ou seja, pelo legislativo, pelo executivo ou pelo judicirio dos trs nveis, municipal, estadual ou federal; todas as demais so aeronaves privadas. Assim sendo, uma aeronave a servio da Polcia Federal, por exemplo, uma aeronave civil pblica.

Para diferenci-las quanto ao porte, as aeronaves foram classificadas quanto ao seu peso, podendo ser ultraleves, leves, mdias ou pesadas.

Os avies tambm so classificados quanto posio das asas. Elas podem ser fixadas em 4 posies em relao fuselagem. Na sua parte inferior, na altura mdia da fuselagem, na sua parte superior ou acima dela. Esses projetos so chamados de asa baixa, mdia, alta ou parassol, respectivamente.

Figura 1.9 Classificao quanto s Asas

Fonte: Talay. NASA (1975) p.18.

O nmero de asas tambm pode variar. Os avies com um nico conjunto de asas so chamados de monoplanos, enquanto aqueles com dois ou mais conjuntos so chamados de biplanos, triplanos, e assim por diante. O mesmo ocorre com relao ao nmero de motores existindo ento os monomotores, os bimotores, os multimotores etc.

31


Unidade 1

Existem vrias outras classificaes e categorias constantes dos Regulamentos Brasileiros de Aviao Civil (RBAC) e de outros documentos oficiais que foram criadas para atender diversas finalidades como, por exemplo, a certificao de produtos aeronuticos (RBAC 23) onde so citadas as categorias normal, utilidade, acrobtica e de transporte.

Seo 3 A teoria de voo

A fim de compreender o funcionamento dos principais componentes e subcomponentes de uma aeronave, importante entender os conceitos bsicos de aerodinmica. Nesta seo, discutiremos de forma simplificada a aerodinmica do voo e como o peso, o design, os fatores de carga e a fora da gravidade afetam uma aeronave durante as manobras de voo.

As quatro foras

Sobre todas as aeronaves em voo atuam quatro foras, sendo uma delas a fora gravitacional que determina o peso e as outras provenientes do deslocamento dessa aeronave no ar.

Entender como funcionam essas foras e saber como control-las com o uso de energia (propulso/velocidade) e os controles de voo so essenciais para se manter em voo.

Afinal, voc saberia dizer quais so estas foras?

Isso mesmo! So as mesmas foras que Sir George Cayley teorizou seus conceitos baseados no estudo das pipas, em 1799. Essas foras so: a trao, a sustentao, o peso e o arrasto.

32


Figura 1.10 As 4 foras

Fonte: Adaptado de Pilots Handbook of Aeronautical Knowledge FAA, 2008.

A trao ou empuxo a fora produzida pelo conjunto motopropulsor que resultar em um movimento para frente, se nada oferecer resistncia a ela. Portanto, ela se ope ou supera a fora de arrasto. Como regra geral, diz-se que ela age paralelamente ao eixo longitudinal da aeronave. Isso, no entanto, nem sempre verdadeiro como, por exemplo, no caso das aeronaves de decolagem vertical.

O arrasto uma fora de resistncia com resultante para trs, retardando ou at impedindo o movimento para frente, provocado pela fora de trao, e causada pela ruptura do fluxo de ar provocada pela fuselagem, asa, empenagem e da aeronave como um todo. O arrasto se ope trao e age para trs, paralelamente ao vento relativo.

O peso o resultado combinado do peso do prprio avio somado aos pesos de todos os itens e pessoas a bordo, que no fazem parte do peso bsico dele, ou seja, soma-se o peso bsico do avio ao da tripulao, dos passageiros, do combustvel e da carga ou bagagem para se obter o peso total do voo. O peso puxa o avio para baixo por causa da fora da gravidade. Ele se ope sustentao e atua verticalmente para baixo, por meio do centro de gravidade (CG) do avio. interessante notar que o peso total da aeronave no um valor fixo que se mantm constante durante o voo. O peso total diminui no mesmo valor do peso do combustvel consumido.

33


Unidade 1

A sustentao uma fora que empurra a asa para cima e se ope fora para baixo exercida pelo peso. Ela produzida pelo efeito aerodinmico do ar, agindo na asa durante seu deslocamento. O ar escoa com maior velocidade pela parte superior da asa (extradorso), devido a sua curvatura mais acentuada, do que pela parte inferior (intradorso). De acordo com o Teorema de Bernoulli, o aumento da velocidade provocar uma diminuio da presso no extradorso da asa e resultar numa fora que empurra a asa para cima, perpendicularmente trajetria de voo.

Figura 1.11 Fora de sustentao

Fonte: Braz Jnior, 2009.

O voo

Para um avio se movimentar, a trao a ser exercida deve ser maior do que o arrasto. O avio continuar a se mover e ganhar velocidade at que a trao e o arrasto se tornem iguais.

A fim de manter uma velocidade constante, trao e arrasto devem permanecer iguais, assim como a sustentao e o peso devem ser iguais para manter a altitude constante.

Se em voo nivelado a potncia do motor reduzida, a trao torna-se menor, e o avio desacelera. Enquanto a trao for menor do que o arrasto, o avio continuar a desacelerar at que sua velocidade atinja um valor insuficiente para sustent-la no ar.

Teorema de Bernoulli O aumento na velocidade de um fluido em escoamento causa uma reduo na presso esttica.

34


Da mesma forma, se a potncia do motor aumentada, a trao se torna maior que o arrasto e aumenta a velocidade. Enquanto a trao continuar a ser maior do que o arrasto, o avio continuar a acelerar. Quando o arrasto atingir um valor igual a fora de trao a aeronave voar a uma velocidade constante.

A relao pitch/potncia

Em um voo reto e nivelado, o ngulo de ataque melhor percebido pelo piloto por meio da posio do nariz do avio em relao ao horizonte ao qual chamamos de pitch, ou seja, o pitch o ngulo formado entre o eixo longitudinal do avio e o horizonte. O voo reto e nivelado pode ser sustentado em uma ampla gama de velocidades. Para manter um voo nivelado, o piloto deve coordenar o ngulo de ataque (AOA) o ngulo entre a linha de corda da asa e a direo do vento relativo e o regime de potncia necessrio para manter a velocidade desejada. Sempre que quisermos alterar a velocidade nesse tipo de voo, seremos obrigados a coordenar um novo ajuste de pitch e potncia. Grosso modo, esses regimes podem ser agrupados em trs categorias: voo de baixa velocidade, de cruzeiro e de alta velocidade.

A sustentao tem relao direta com a velocidade e o ngulo de ataque, ou seja, quanto maior a velocidade maior ser a sustentao, assim como o aumento do ngulo de ataque gera aumento da sustentao, desde que haja trao suficiente para manter a velocidade acima da mnima necessria.

A sustentao aumenta em funo da velocidade e do ngulo de ataque. Quanto maior a velocidade, maior ser a sustentao, assim como quanto maior o ngulo de ataque haver maior sustentao.

Quando a velocidade baixa, o ngulo de ataque deve ser relativamente alto para se manter o equilbrio entre a sustentao e o peso. Se diminuir a velocidade, a sustentao se tornar menor do que o peso, e o avio comear a descer. Para que isso no acontea e continue a manter o nvel de voo, o piloto poder

35


Unidade 1

aumentar o ngulo de ataque (levantar o nariz) at gerar uma fora de sustentao novamente igual ao peso da aeronave. A aeronave manter o voo mais lento e nivelado enquanto o piloto exercer boa coordenao de potncia e pitch, ou seja, de trao e ngulo de ataque (AOA).

Figura 1.12 Variao do ngulo de ataque em funo da velocidade

Fonte: PHAK, Pilots Handbook of Aeronautical Knowledge FAA., 2008.

Durante o voo reto e nivelado, se a trao aumentar, a velocidade tambm aumentar e o ngulo de ataque dever diminuir. Ou seja, se as mudanas foram coordenadas, o avio permanecer em voo nivelado, mas em uma velocidade maior e com a relao entre empuxo e pitch adequadamente estabelecida. Se no houver apropriada coordenao do pitch (diminuio), com o aumento de empuxo o avio comear a subir. Ao diminuir o ngulo de ataque diminuiremos a sustentao que se elevar com o aumento da velocidade, mantendo-a igual ao peso, e o avio continuar em voo nivelado.

Os movimentos

Existem trs linhas imaginrias que passam pelo centro de gravidade (CG) da aeronave em ngulos de 90 entre si. Essas linhas so os eixos em torno dos quais o avio gira. Sempre que uma aeronave muda sua atitude de voo ou de posio durante o voo, ela est se movimentando ou girando em torno de um ou mais dos seus trs eixos.

36


Figura 1.13 Os eixos de movimento

Fonte: PHAK, Pilots Handbooks of Aeronautical Knowledge FAA, 2008.

O eixo que vai do nariz cauda o longitudinal, o eixo que passa de ponta a ponta das asas o lateral, e a linha vertical que passa pela aeronave o eixo vertical. O movimento de aeronaves sobre seu eixo longitudinal se assemelha ao balano lateral de um navio. Na verdade, os nomes usados para descrever os movimentos em torno dos eixos de uma aeronave foram originalmente termos nuticos. Eles foram adaptados para a terminologia aeronutica assim: em torno do eixo longitudinal ou de rolagem (roll) o avio gira lateralmente, abaixando uma asa e levantando a outra. Em torno do eixo lateral ou de arfagem (pitch) o avio gira em um plano vertical, levantando ou abaixando o nariz como o movimento de uma cadeira de balano. Ao redor do eixo vertical ou de guinada (yaw), o avio gira num plano horizontal, movimentando o nariz para a direita ou para a esquerda.

O acionamento dos controles da aeronave altera a posio das superfcies de controle de voo, de modo a fazer com que ela se movimente em torno de um ou mais desses eixos, e permite o controle do avio durante o voo.

37


Unidade 1

Seo 4 A estrutura do avio

Agora, falando apenas dos aerdinos de asa fixa, ou seja, dos avies, embora sejam projetados para uma variedade de propsitos, a maioria deles tm a estrutura semelhante e os mesmos componentes principais. As caractersticas gerais so, em grande parte, determinadas no s pelos objetivos do projeto original, mas tambm pelos requisitos de homologao aeronutica que so comuns a todos os fabricantes, o que as fazem apresentar as mesmas partes estruturais bsicas e caractersticas operacionais semelhantes, independentemente de ser um monomotor ou um grande jato comercial.

Vamos comear a estudar cada uma destas partes.

Os principais componentes

A maioria dos avies composta do corpo ou fuselagem como estrutura principal, onde h espao para pessoas ou coisas. Na fuselagem existem as conexes estruturais onde so instaladas as asas, a empenagem, o trem de pouso, o conjunto motopropulsor e, finalmente, so incorporados os diversos outros subconjuntos complementares chamados de sistemas, como por exemplo, o sistema de combustvel, eltrico, hidrulico etc.

Figura 1.14 Os principais componentes de um avio

Fonte: Pilots Handbook of Aeronautical Knowledge FAA, 2008.

38


Assim como outras mquinas sofrem esforos estruturais com o seu trabalho ou movimento, todos os componentes estruturais do avio so submetidos e devem resistir a diversos esforos durante a sua operao, sendo os principais tipos de esforos a trao, a compresso, a flexo, o cisalhamento e a toro.

Portanto, os materiais utilizados na construo das estruturas aeronuticas devem ser leves e resistentes. Os mais utilizados so as ligas de alumnio, mas tambm existem avies feitos com tubos de ao soldado. Os materiais mais modernos so fibra de vidro, fibra de carbono e tecido de Kevlar, dos quais falaremos mais a frente.

A construo das fuselagens

A construo das fuselagens das aeronaves evoluiu da trelia de madeira revestida com tela para a estrutura semimonocoque em caverna, feita de materiais compostos nos dias de hoje, passando pela estrutura tubular com mecanismos estruturais e pela estrutura monocoque em caverna.

Os principais tipos de estrutura da fuselagem so: tubular, monocoque e semimonocoque.

Estrutura tubular

A principal desvantagem da estrutura tubular a dificuldade em se obter um formato mais aerodinmico e eficiente. Nesse processo de construo, longos pedaos de tubos de ao postos no sentido longitudinal e chamados de longarinas so soldados entre si, com tubos menores para formar um quadro bem resistente.

Suportes verticais e horizontais so soldados s longarinas para dar estrutura uma forma quadrada ou retangular. Suportes adicionais como cabos de ao esticados em diversos pontos so necessrios para suportar os esforos estruturais de trao. Outras

Refere-se ao voo em si. Assim como o automvel sofre uma toro ao passar em uma valeta ou um buraco, o avio poder sofrer os esforos citados em voo.Um avio normalmente estar sofrendo esforos estruturais e seu corpo dever resistir a eles para se manter integro durante o voo.

39


Unidade 1

longarinas, divisrias e suportes podem ser necessrios para dar melhor forma fuselagem ou para adequar cabine.

No incio, essa estrutura tubular era aparente, mas com o avano da tecnologia, os projetistas de aeronaves viram que ao usar um revestimento na parte estrutural conseguia-se diminuir o arrasto e melhorar o desempenho. Esse revestimento era originalmente feito com tela de tecido, que acabou sendo substitudo com o tempo por metais leves como o alumnio.

Em seguida, observou-se que, em alguns casos, essa pele exterior poderia suportar a maior parte ou a totalidade das cargas estruturais. A maioria das aeronaves modernas usa essa forma de construo conhecida como construo monocoque ou semimonocoque, em que o revestimento externo parte estrutural da fuselagem.

Figura 1.15 Estrutura tubular sem o revestimento de tela

Foto: Rodrigo Zanette /Museu TAM, 2011.

Estrutura monocoque

A construo monocoque usa o revestimento como pea principal para suportar quase todas as cargas estruturais. Esse revestimento geralmente feito de chapa metlica, sendo que a mais comum utiliza as ligas de alumnio, mas tambm podem ser de plstico reforado ou madeira compensada. O formato aerodinmico obtido pelas cavernas que podem suportar parte do esforo. Apesar

40


de muito forte, a construo monocoque no muito tolerante deformao da superfcie, como acontece com uma lata de bebida de alumnio, por exemplo, que pode suportar foras considerveis nas extremidades da lata, mas se o seu lado ligeiramente amassado, enquanto suporta uma carga, ela se deformar por completo facilmente. Para minimizar esste aspecto, os primeiros avies feitos neste processo de fabricao utilizavam chapas onduladas ou corrugadas como as telhas metlicas de hoje, para aumentar sua resistncia a deformaes laterais.

Como a maioria dos esforos de toro e flexo suportada pelo revestimento estrutural e no por uma estrutura convencional, a necessidade de reforo interno foi eliminada ou reduzida, economizando peso e maximizando o espao.

Um modo notvel e criativo do uso do mtodo de construo monocoque foi utilizado por Jack Northrop. Em 1918, ele inventou uma nova maneira de construir uma fuselagem monocoque para o Lockheed S-1 Racer. A tcnica utilizada usava madeira compensada moldada em duas meias-conchas que foram coladas em torno de aros de madeira ou longarinas. Para construir essas meia-conchas, ao invs de colar vrias tiras de madeira sobre uma estrutura interna, foram usadas trs grandes placas de compensado embebidas em cola e colocadas em um molde semicircular de concreto que parecia uma banheira. Ento, sob uma tampa bem apertada, um balo de borracha foi insuflado na cavidade para pressionar a madeira contra o molde. Vinte e quatro horas depois, a meia-concha estava pronta para ser unida a outra para criar a fuselagem. As duas metades tinham, cada uma, menos de um quarto de polegada de espessura ou algo em torno dos 6 milmetros, algo impressionante para a poca.

Embora empregado no perodo de incio da aviao, a construo monocoque s iria ressurgir vrias dcadas mais tarde, devido s complexidades envolvidas na sua construo.

41


Unidade 1

Estrutura semimonocoque

A construo semimonocoque usa uma infraestrutura em que o revestimento do avio aplicado. Esse tipo de construo o mais utilizado nos dias atuais. Essa infraestrutura que d suporte ao revestimento consiste de anteparas, reforadores e nervuras de vrios tamanhos e longarinas aplicados na parte interna do revestimento. Ela d maior resistncia ao conjunto, pois divide com o revestimento a resistncia aos esforos aplicados fuselagem, sem a necessidade de uma estrutura maior, mantendo as vantagens da construo monocoque.

A parte principal da fuselagem tambm inclui pontos de fixao das asas e um anteparo contra fogo. Em avies monomotores, o conjunto motopropulsor composto de motor e hlice geralmente colocado na parte dianteira da fuselagem, sendo separado da cabine de pilotagem por um anteparo, geralmente feito de material resistente ao calor, como o ao inoxidvel, colocado entre a parte traseira do motor e a cabine para proteger o piloto e os passageiros de um incndio acidental do motor.

Um novo processo de construo que est surgindo a utilizao dos compsitos em parte da estrutura ou at mesmo aeronaves feitas inteiramente de materiais compostos. Vamos entender melhor como isso funciona e quais so suas vantagens e desvantagens. (DEPARTMENT OF TRANSPORTATION FEDERAL AVIATION, 1976).

Construo em materiais compsitos

Histria

A utilizao de compsitos na construo de avies datada da II Guerra Mundial, quando a fibra de vidro foi usada nas fuselagens do B-29. No final dos anos 1950, os fabricantes europeus de planador de alto desempenho j usavam a fibra de vidro como material para as estruturas primrias. Em 1965, o FAA certificou uma aeronave de fibra de vidro pela primeira vez na categoria normal, era um planador suo chamado HBV Diamant. Quatro

42


anos mais tarde, um avio monomotor para quatro lugares feito por esse mtodo de construo tambm foi certificado na categoria normal. Em 2005, mais de 35% dos novos avies fabricados nos Estados Unidos foram construdos com materiais compostos (PHAK, Pilots Handbook of Aeronautical Knowledge, p. 2-8).

Compsito um termo amplo e pode significar materiais como fibra de vidro, fibra de carbono, tecido de Kevlar, e misturas de todas as opes anteriores. A construo com materiais compostos oferece duas vantagens: revestimento de design extremamente suave e aerodinmico e a capacidade de facilmente criar solues para complexas estruturas curvas ou aerodinmicas.

Figura 1.16 Aeronave em material compsito

Foto: Cirrus Aircraft, 2011.

Os materiais compsitos em Aeronaves

Os materiais compsitos so reforados com fibra pelo sistema de matriz. A matriz a cola usada para manter as fibras unidas e, quando curada, d a ela a sua forma, mas so as fibras que suportam a maior parte da carga estrutural. H muitos tipos diferentes de fibras e de sistemas matriciais.

No avio, o mais comum a matriz de resina epxi, que um tipo de termofixo. Em comparao com outras opes, tais como resina de polister, o epxi mais forte e tem boas propriedades de alta temperatura. H muitos tipos diferentes de epxi

43


Unidade 1

disponveis, com uma vasta gama de propriedades estruturais, tempos de cura, temperaturas e custos.

As fibras mais comuns de reforo usado na construo de aeronaves so a fibra de vidro e a fibra de carbono. A fibra de vidro tem boa resistncia trao e compresso, boa resistncia de impacto e fcil de trabalhar. relativamente barata e facilmente encontrada. Sua principal desvantagem que ela relativamente pesada, e dificilmente se consegue fazer uma estrutura de fibra de vidro mais leve do que uma estrutura de alumnio num projeto equivalente.

A fibra de carbono , geralmente, mais forte e mais resistente trao e compresso do que a fibra de vidro, alm de maior capacidade de flexo. Tambm consideravelmente mais leve que a fibra de vidro. No entanto, ela relativamente pobre em resistncia ao impacto. As fibras so frgeis e tendem a quebrar-se sob forte impacto. Isso pode ser aprimorado com a utilizao de um robusto sistema de resina epxi, tal como usado nos estabilizadores horizontal e vertical do Boeing 787.

A fibra de carbono mais cara do que fibra de vidro, mas seu preo tem cado devido s inovaes impulsionadas pelo vrios programas de desenvolvimento de aeronaves que utilizam este material. Quando muito bem projetada, uma estrutura de fibra de carbono pode ser significativamente mais leve do que uma estrutura de alumnio equivalente, reduzindo em at 30% seu peso (PHAK, Pilots Handbook of Aeronautical Knowledge, p. 2-9).

Vantagens dos compsitos

A construo de aeronaves com material compsito oferece diversas vantagens sobre o metal, madeira ou tecido, sendo seu peso o mais citado. Mas a vantagem do baixo peso nem sempre automtica. A construo de uma estrutura de aeronave em compsitos no garantia que ser mais leve. Isso vai depender da estrutura projetada, bem como do tipo de composto a ser utilizado.

A vantagem mais importante que o uso de compsitos permite a fabricao de estruturas de formas suaves e curvas aerodinmicas, o que resulta em significativa diminuio do

44


arrasto. Essa foi a principal razo para que projetistas de planador mudassem de metal e madeira para compsitos em 1960. Nos avies, a utilizao de compsitos reduziu o arrasto como, por exemplo, na linha de aeronaves Cirrus e Columbia, levando sua alta performance, apesar de seu trem de pouso ser fixo.

Compsitos tambm ajudaram a mascarar a identificao de radar das aeronaves militares de concepes stealth ou invisvel, como o B-2 e F-22.

A terceira vantagem dos compsitos no estar sujeito corroso. A Boeing projetou e est fabricando o 787, com sua fuselagem toda em material composto, para obter um maior diferencial de presso de cabine e maior umidade relativa do ar na cabine dos avies, de modo a oferecer melhor conforto aos passageiros. Os engenheiros no esto mais preocupados com a corroso provocada pela condensao da umidade sobre as reas escondidas dos revestimentos da fuselagem. Isso deve contribuir para a reduo dos custos de manuteno a longo prazo.

Outra vantagem dos compostos o seu bom desempenho em um ambiente de flexo, como nas lminas de rotor de helicptero. Compsitos no sofrem de fadiga nem desenvolvem microrrachaduras, como o metal. Por isso as ps do rotor produzidas com compsitos podem ter uma vida consideravelmente mais longa do que as lminas de metal.

Desvantagens dos compsitos

A construo em compsitos vem com seu prprio conjunto de desvantagens tambm, a mais importante das quais a falta de prova visual de dano. Compsitos respondem ao impacto de modo diferente de outros materiais estruturais e, frequentemente, no se encontra nenhum sinal bvio de dano. Por exemplo, se um carro, ao manobrar, encostar em uma fuselagem de alumnio, pode provocar uma mossa ou deformao no local. Se no houver nenhuma deformao visvel, ento, no houve nenhum dano. Nas estruturas metlicas, se a fuselagem prejudicada, o dano visvel e os reparos a serem feitos so facilmente determinados.

45


Unidade 1

Em uma estrutura em compsito, um impacto de baixa energia, tais como uma coliso ou uma queda de ferramenta, pode no deixar qualquer sinal visvel do impacto sobre a superfcie, mas debaixo do local do impacto pode haver delaminaes extensas, espalhando-se em uma rea em forma de cone, a partir do local do impacto. Os danos no outro lado da estrutura podem ser significativamente importantes, mas podem no estar a vista. Nesses casos, por menor que seja o impacto sofrido pela estrutura, melhor chamar um inspetor familiarizado com materiais compsitos para examin-la e determinar o dano subjacente.

Um impacto energtico mdio resulta em locais de esmagamento da superfcie, que deve ser visvel a olho nu, mas tambm, nesse caso, a rea danificada muito maior que a rea de dano visvel. Quanto a um impacto de alta energia, como uma coliso com pssaros ou granizo durante o voo, o resultado ser uma estrutura bastante danificada.

O potencial dano por calor para a resina outra desvantagem do uso de compsitos. Apesar do limite de temperatura depender do sistema da resina empregada, os epxis comeam a enfraquecer acima de 66C. A pintura branca em compsitos frequentemente usada para minimizar esse problema. Por exemplo, a parte inferior de uma asa que pintada de preto em um ptio de asfalto num dia quente e ensolarado, pode atingir at 100C. Na mesma condio, a mesma estrutura pintada de branco raramente exceder os 60C. Por isso, os avies de material composto tm recomendaes especficas sobre as cores permitidas da pintura.

Alm disso, decapantes qumicos so muito prejudiciais para materiais compsitos, e no devem ser usados sobre eles. Se houver necessidade de remoo de tinta, ela s dever ser feita por meio de mtodos mecnicos. Muitas peas caras de material composto foram arruinadas pelo uso de decapantes e, pior ainda, tais danos geralmente no so passveis de reparao.

Delaminao Utiliza-se o termo delaminao para se referir a situaes em que temos separao de estruturas que habitualmente ficam unidas. No caso dos compsitos, refere-se separao das camadas de fibras entre si ou de fibras da matriz.

Epxi Umaresina epxioupoliepxido umplsticotermofixoque se endurece quando se mistura com um agentecatalisador. Atualmente, as resinas epxis so utilizadas por uma infinidade de aplicaes, inclusive na fabricao dos materiais compsitos.

46


Os derrames de fluidos em compsitos

Alguns operadores so preocupados com derramamento de combustvel, leo, fluido hidrulico ou outros lquidos sobre superfcies compostas. Esse, de modo geral, no um problema para os compsitos modernos, usando resina epxi. Normalmente, se o vazamento no ataca a pintura, ele no vai afetar o compsito subjacente.

Proteo s descargas eltricas

A proteo s descargas eltricas uma considerao importante no projeto do avio. Quando um avio atingido por um raio, uma quantidade muito grande de energia entregue estrutura. Tanto num pequeno avio da aviao geral como em um de grande porte, o princpio bsico de proteo contra descargas atmosfricas o mesmo. Para o tamanho de qualquer aeronave, a energia da descarga deve ser espalhada por uma grande rea, para diminuir a quantidade de ampres por centmetro quadrado a um nvel inofensivo. Se um raio atinge um avio de alumnio, a energia eltrica, naturalmente, conduzida facilmente por meio da estrutura metlica. O revestimento exterior da aeronave o caminho de menor resistncia.

Em uma aeronave de compsitos, a fibra de vidro um excelente isolante eltrico, enquanto a fibra de carbono conduz eletricidade, mas no to facilmente como o alumnio. Portanto, uma condutividade eltrica adicional precisa ser adicionada camada externa do revestimento. Isso feito tipicamente com malhas finas do metal ligado superfcie do revestimento. Alumnio e malha de cobre so os dois tipos mais comuns, com o alumnio usado em fibra de vidro e cobre em fibra de carbono.

47


Unidade 1

O futuro dos compsitos

Nas ltimas dcadas, desde a Segunda Guerra Mundial, os compsitos tm ganho um papel importante no projeto da estrutura da aeronave. Sua flexibilidade de design e resistncia corroso, bem como as relaes de alta resistncia-peso possvel, sem dvida, continuaro a contribuir para a criao de projetos de aeronaves mais inovadoras no futuro. Do pequeno Cirrus SR-20 aos gigantes Boeing 787 e Airbus A380, fica evidente que o uso dos compsitos tem encontrado um lugar na construo de aeronaves, e esto aqui para ficar.

A construo das asas

As asas so aeroflios conectados a cada lado da fuselagem e so as principais superfcies de sustentao que mantm o avio em voo. Existem inmeros projetos de asas, tamanhos e formas usadas pelos vrios fabricantes. Cada um cumpre um determinado objetivo em relao ao desempenho esperado para aquele determinado avio.

Figura 1.17 Classificao das asas

Fonte: Wapedia, 2011.

48


A estrutura das asas classificada quanto sua fixao. Para os avies de asa baixa e alguns de asa alta, que suportam toda a carga aerodinmica sem a necessidade de suportes externos, esses conjuntos so chamamos de asa cantilever. Muitos avies de asa alta tm um suporte externo de asa que transmitem as cargas de voo e de pouso por meio deles, para a estrutura da fuselagem principal. Uma vez que esses suportes so geralmente instalados a cerca de meio caminho do comprimento da asa, esse tipo de estrutura de asa chamado semicantilever.

Figura 1.18 Asa cantilever e semicantilever

Fonte: Homa, 2010.

As principais partes estruturais da asa so as longarinas, as nervuras e os reforadores. As longarinas so os principais elementos estruturais da asa, mas so as nervuras que do o formato aerodinmico asa e transmitem os esforos aerodinmicos do revestimento para a longarina. Esses conjuntos so reforados por trelias, vigas, tubos ou outros dispositivos, incluindo o revestimento.

49


Unidade 1

Figura 1.19 Nomenclatura da asa

Fonte: Aviao Geral, 2010.

Nas asas de construo com revestimento no estrutural como as telas, existem ainda os montantes reforos ou suportes estruturais aplicado s nervuras entre a longarina principal e a traseira para suportar os esforos de compresso e os tirantes ou cabos de ao esticados em diagonal, para suportar os esforos de trao.

Na maioria dos avies modernos, os tanques de combustvel so parte integrante da estrutura da asa, ou consistem em recipientes flexveis montados dentro da asa. A parte lateral da asa que fixada a fuselagem chamada de raiz da asa, sendo que no outro extremo temos a ponta da asa. A parte lateral dianteira, que a primeira a deslocar o fluxo de ar, chamada de bordo de ataque, enquanto no seu oposto, a parte traseira, est o bordo de fuga.

A parte superior da asa chamada de extradorso e a inferior de intradorso. Nas asas ainda existem os elementos mveis, geralmente localizados no bordo de fuga, tendo como funo controlar o voo do avio, esses so chamados de superfcies de controle, como os ailerons e flapes, que estudaremos mais adiante.

50


A empenagem

A empenagem o conjunto de superfcies destinadas a estabilizar o voo. Esse conjunto geralmente compreende duas partes, uma vertical e outra horizontal, que compem toda a cauda da aeronave, consistindo em superfcies fixas e mveis. Essas superfcies se opem tendncia de guinada (superfcie vertical) e de variao do pitch, ou seja, variao da atitude do nariz de subir ou descer (superfcie horizontal).

Figura 1.20 A Empenagem

Fonte: Ncleo Infanto-Juvenil de Aviao, 2011. Adaptado.

A superfcie horizontal composta pelo estabilizador horizontal que fixo e pelo profundor que mvel. O profundor, que conectado parte posterior do estabilizador horizontal, utilizado para mover o nariz do avio para cima e para baixo durante o voo. H empenagens em que a superfcie horizontal inteiria e toda mvel, sem a diviso estabilizador/profundor.

A superfcie vertical composta pelo estabilizador vertical, fixo, e pelo leme de direo, mvel, que est ligado parte traseira do estabilizador vertical. Durante o voo, ele usado para mover o nariz para a esquerda ou para a direita.

51


Unidade 1

As superfcies de controle ou de comando

As partes mveis das asas e da empenagem so chamadas de superfcies de controle, pela bvia funo de controlar o voo do avio. Elas so divididas em superfcies primrias, ou principais, e superfcies secundrias.

As superfcies primrias so os ailerons, o leme de direo e o profundor, pois so eles que controlam os movimentos de rolagem, de guinada e de arfagem do avio.

Outros componentes e superfcies secundrias

Nas superfcies de controle primrias existem os compensadores. Esses compensadores (trim tabs) so pequenas partes mveis do bordo de fuga dos ailerons, leme e profundor que podem ser controlados pelo piloto, a fim de reduzir as presses nos controles e, portanto, o esforo necessrio no manche para manter o voo da aeronave. Existem ainda, em algumas asas, principalmente nos avies maiores e mais rpidos, superfcies auxiliares chamadas de flaps, slats e spoilers.

Os flaps e slats fazem parte da asa e so denominados dispositivos hipersustentadores. Essas superfcies ficam carenadas durante a maior parte do voo, mas durante as decolagens, aproximaes e pousos, elas so estendidas de modo a aumentar a rea das asas e, portanto, permitir que elas produzam maior sustentao. Assim, possvel levantar voo ou pousar com velocidades bem menores do que aquelas exigidas pela asa limpa.

52


Figura 1.21 Flaps e Slats

Fonte: Lito, 2011.

Os spoilers, ou freios aerodinmicos, tem como principal funo impedir que a velocidade do avio aumente excessivamente durante uma descida, mas tambm so usados para aumentar a razo de descida ou conseguir uma desacelerao mais rpida. So geralmente parte da asa de avies de alta velocidade e tambm podem auxiliar a operao dos ailerons, como veremos na prxima seo.

Ailerons, leme e profundor so superfcies de comando primrias. Flaps, slats, spoilers e compensadores so superfcies secundrias.

Existem ainda na estrutura de um avio um significativo nmero de itens secundrios, como, por exemplo, portas, carenagens, janelas e tampas de inspeo de remoo rpida, tanques auxiliares de combustvel, componentes aerodinmicos, como os winglets, que so elementos para reduzir o arrasto induzido, como se tivssemos dobrado a ponta das asas para cima.

53


Unidade 1

Seo 5 Os controles de voo

O sistema de controle de voo dos modelos de aeronaves mais simples so mecnicos e datam dos primrdios da aviao. Operam com uma coleo de peas mecnicas, tais como hastes e varetas, eixos, cabos, polias e, s vezes, at correntes para transmitir as foras que o piloto faz no manche e nos pedais da cabine, tambm conhecidos como comandos de voo, para as superfcies de controle do avio, ou seja, o profundor, os ailerons, o leme e os compensadores.

Figura 1.22 Sistema bsico de controles de voo

Fonte: Flight Learnings, 2009.

Conforme a aviao foi amadurecendo e com os projetistas de aeronaves aprendendo mais sobre a aerodinmica, a indstria passou a produzir aeronaves maiores e mais velozes. Portanto, as foras aerodinmicas atuando sobre as superfcies de controle aumentaram exponencialmente. Para tornar adequada a fora exigida dos pilotos no manuseio dos comandos de voo, engenheiros de aeronaves desenvolveram sistemas cada vez mais complexos.

Inicialmente, utilizaram sistemas hidromecnicos, constitudos por um circuito mecnico e um circuito hidrulico que, atuando em conjunto, reduziram a complexidade, o peso e as limitaes dos sistemas de controles de voo mecnico. Para quem j dirigiu automvel com e sem direo hidrulica sabe o tamanho dessa

54


evoluo. Esse tipo de sistema funciona da mesma maneira, ou seja, so sistemas acionados mecanicamente, mas atuados hidraulicamente, como consequncia, o esforo necessrio para a pilotagem bem menor.

Depois, as aeronaves se tornaram ainda mais sofisticadas e as superfcies de controle passaram a ser acionadas por motores eltricos, computadores digitais e cabos de fibra ptica. Chamado de fly-by-wire, esse sistema de controle de voo substituiu por uma interface eltrica a conexo fsica entre os comandos do piloto e as superfcies de controle de voo.

O prximo passo est numa pesquisa atualmente desenvolvida pela NASA, que envolve o Sistema de Controle de Voo Inteligente IFCS na sigla em ingls (Intelligent Flight Control Systems). O objetivo desse projeto desenvolver um sistema de controle de voo adaptativo, como uma rede neural. Aplicada diretamente ao sistema de controle de voo, ele realimentado pelos erros encontrados de modo contnuo durante o voo, e o IFCS promove os ajustes necessrios tanto para melhorar o desempenho da aeronave em voo normal, como para manter o voo com falhas do sistema. Com o IFCS, um piloto capaz de manter o controle e pousar com segurana um avio que sofreu uma falha em uma superfcie de controle ou que tenha algum dano na aeronave. Tambm melhora a capacidade operacional, aumenta a confiabilidade e segurana de voo, facilitando o trabalho do piloto. Voc que est comeando sua carreira agora, provavelmente ir pilotar em breve um avio com esse sistema.

A pilotagem

Como j vimos, o piloto controla as foras de voo, a direo e as atitudes da aeronave por meio dos comandos de voo, ou seja, do manche e dos pedais. Para ter o controle, ele atuar nas superfcies de controle de voo e, por consequncia, ter o controle dos movimentos do avio, a fim de conseguir executar a manobra necessria para manter o voo.

55


Unidade 1

Assim, o manche controla dois movimentos, o de rolagem e o de arfagem. Ao mover lateralmente o manche, o piloto ativar os ailerons de cada asa que se movem em direes opostas, ou seja, quando o aileron de uma asa se levanta o da asa oposta se abaixa para criar foras aerodinmicas que causam a inclinao ou rolagem do avio.

Figura 1.23 Movimento de rolagem

Fonte: HOMA, 2010.

O acionamento dos ailerons provoca o movimento de rolagem (roll), inclinando o avio para a direita ou para a esquerda.

O movimento longitudinal do manche, ou seja, o movimento para frente ou para trs aciona o profundor que controla o movimento de arfagem ou a atitude de subida (cabrar) ou de descida (picar).

56


Figura 1.24 Movimento de arfagem

Fonte: HOMA, 2010.

O acionamento do profundor altera o pitch, que a posio do nariz do avio em relao linha do horizonte.

Os pedais servem para guinar o avio. Ao acionar os pedais, o piloto faz a atuao do leme, que provoca o movimento de guinada do avio, alterando sua proa para a direita ou para a esquerda, da mesma forma que o leme de um barco.

Figura 1.26 Movimento de guinadaFonte: HOMA, 2010.

O acionamento do leme gera a guinada que a posio do nariz do avio em relao a seu eixo vertical.

Devido grande variedade de sistemas de controle de voo e de caractersticas aerodinmicas, importante que o piloto se familiarize com a aeronave que ir voar. A fonte primria de informao para isso o manual de voo da aeronave e o seu fabricante.

57


Unidade 1

Sntese

Nesta unidade, vocs viram que levamos sculos para desenvolver o conhecimento necessrio para produzir mquinas voadoras. Em seguida, entendemos que as aeronaves so classificadas como aerstatos mais leves que o ar (bales) ou aerdinos mais pesados que o ar (avies) dependendo do conceito da fsica que empregam para manter-se em voo. Cabe ressaltar que existem vrias outras classificaes das aeronaves com relao a sua construo e fixao das asas, quantidade de motores, seu tamanho ou peso, seu uso etc.

Estudamos tambm a construo das aeronaves, os seus principais componentes, os materiais empregados, suas vantagens e desvantagens e as principais estruturas conhecidas.

Para facilitar o entendimento do funcionamento de um avio, fizemos uma pequena introduo da teoria de voo e discutimos as quatro principais foras atuantes durante o voo: o peso, a sustentao, a trao e o arrasto; e vimos como o piloto dever usar os controles de voo para gerenciar essas foras e manobrar a aeronave em torno de seus trs principais eixos, provocando os movimentos de rolagem, arfagem e de guinada, de forma isolada ou coordenadamente.

58


Atividades de autoavaliao

Ao final de cada unidade, voc realizar atividades de autoavaliao. O gabarito est disponvel no final do livro didtico. Mas esforce-se para resolver as atividades sem ajuda do gabarito, pois, assim, voc estar promovendo (estimulando) a sua aprendizagem.

1) Preencha os espaos em branco para tornar verdadeira as afirmaes:

a) O tipo de fuselagem que construdo com cavernas, longarinas e revestimento chamado __________________.

b) O _________, os ___________ e o ___________ so superfcies de controle primria. J os flapes e os slats so denominados ________________________ .

c) A asa do tipo ___________ fixada na ____________ da fuselagem por meio de suporte e estais. Se a asa no tiver suportes do tipo_______________.

2) A estrutura das aeronaves deve resistir a diversos esforos durante a operao do avio. Descreva quais so estes esforos, identifique qual deles provoca tenses opostas numa mesma pea, exemplifique cada um deles e defina qual a natureza das foras atuantes causadoras desses esforos.

59


Unidade 1

3) Faa a experincia aerodinmica da figura abaixo. Depois descreva sua observao e as foras envolvidas.

Fonte: DGABC. Arte: Denis de Marchi.

60


Saiba mais

Se voc desejar, aprofunde os contedos estudados nesta unidade, consultando as seguintes referncias:

TALAY, Theodore A. Introduction to the aerodynamics of flight. Langley Research Center. NASA Washington DC. 1975.

SAINTIVE, Newton Soler. Teoria de Voo Introduo aerodinmica. ASA Brasil 2001.

PRADINES, Luiz. Fundamentos da teoria de vo. Edies Inteligentes. Brasil 2004