Controle primário – leme de direção, aileron, profundor
(eixo vertical – guinada); Controle secundário – flap, slot, aletas. Auxiliares
– compensadores. Aerodinâmica estuda a ação do ar sobre um objeto. Uma aeronave
em vôo está sob a ação de quatro forças: 1) Gravidade ou peso, que puxa a
aeronave para baixo. 2) Sustentação, força que empurra a aeronave para cima. 3)
Empuxo, força que move a aeronave para frente. 4) Arrasto, a força que exerce a
ação de um freio. Velocidade e aceleração - Os termos "SPEED"e
"VELOCITY" são freqüentemente usados com o mesmo sentido, porém eles
não têm o mesmo significado. O primeiro, é a razão de movimento, enquanto o
segundo, é a razão de movimento em uma direção particular em relação ao tempo.
Força = massa x aceleração (F=m.a)
AEROFÓLIOS - Um aerofólio é uma superfície projetada para
obter uma reação desejável do ar, através do qual esse aerofólio se move. A
diferença de curvaturas entre as superfícies superior e inferior da asa produz
a força de sustentação. O ar que flui na superfície superior da asa tem que
alcançar o bordo de fuga da asa no mesmo tempo em que o fluxo na superfície
inferior o alcança. Para isso, o ar que passa sobre a superfície superior
move-se com maior velocidade que o ar que passa por baixo da asa, devido à
maior distância que ele tem que percorrer. Dentro de limites, a sustentação
pode ser aumentada, aumentando-se o ângulo de ataque, área da asa, a velocidade
do fluxo livre ou a densidade do ar, ou trocando o formato do aerofólio. Ângulo
de ataque - Antes de começar a falar sobre o ângulo de ataque e seus efeitos
sobre o aerofólio, devemos considerar primeiro os termos "corda" e
"centro de pressão". A corda de um aerofólio ou seção da asa é uma linha
imaginária que passa da seção do bordo de ataque para o bordo de fuga. Ângulo
de ataque é definido como o ângulo entre a corda da asa e a direção do vento
relativo. Isso não deve ser confundido com o ângulo de incidência, o qual é o
ângulo entre a corda da asa e o eixo longitudinal da aeronave. O ponto de
interseção da força resultante como a corda do aerofólio é chamada de centro de
pressão. Quando o ângulo de ataque aumenta para o ângulo de máxima sustentação,
o ponto crítico é atingido. Isso é conhecido como ângulo crítico. Quando o
ângulo crítico é atingido, o ar cessa de fluir suavemente na superfície
superior do aerofólio, começando a turbulência ou o turbilhonamento. Isso
significa que o ar se desprende da cambra superior da asa. O que outrora era
uma área de baixa pressão, está agora cheia de ar turbulento. Quando isso
ocorre, a sustentação diminui e o arrasto torna-se excessivo. A força de
gravidade empenha-se em jogar o nariz da aeronave para baixo. Assim vemos que o
ponto de turbulência é o ângulo de estolagem. Ângulo de incidência - O ângulo
agudo que a corda da asa forma com o eixo longitudinal da aeronave é chamado de
ângulo de incidência. Cambra é a curvatura de um aerofólio acima e abaixo da
superfície da corda.
CENTRO DE GRAVIDADE - Gravidade é a força que tende a puxar
todos os corpos da esfera terrestre para o centro da terra. O centro de
gravidade pode ser considerado como o ponto no qual todo o peso de uma aeronave
está concentrado. -O peso é a força de gravidade agindo para baixo, sobre o que
está na aeronave, tal como a aeronave em si, tripulação, combustível e carga.
-A sustentação age verticalmente contrariando o efeito do peso. -Arrasto é uma
força em direção à ré, causada pelo rompimento do fluxo de ar na asa, fuselagem
e objetos salientes. -Empuxo produzido por um motor, é a força para frente que
se sobrepõe à força de arrasto. O arrasto total sobre a aeronave é
proporcionado por muitas forças de arrasto, porém para nossos propósitos,
consideraremos apenas três: arrasto parasita, arrasto do perfil e arrasto
induzido. O arrasto parasita é produzido pela combinação de diferentes forças
de arrasto. Qualquer objeto exposto numa aeronave oferece a mesma resistência
ao ar, e quanto mais objetos no fluxo de ar,maior é o arrasto parasita.
Enquanto o arrasto parasita pode ser reduzido, diminuindo-se o número de partes
expostas, e dandolhes uma forma aerodinâmica, o atrito de superfície é o tipo
de arrasto parasita mais difícil de ser reduzido. O arrasto de perfil pode ser
considerado como um arrasto parasita do aerofólio. Os diversos componentes do
arrasto parasita são da mesma natureza que o arrasto de perfil. A ação do
aerofólio, que nos dá sustentação, causa o arrasto induzido. Esse fluxo de ar
resulta em um "derrame" na ponta da asa, formando assim redemoinho
chamado de Vortex da Ponta da Asa. O ar na superfície superior tem uma
tendência a se mover na direção da fuselagem e para fora do bordo de fuga. Essa
corrente de ar forma um Vortex similar na parte interna do bordo de fuga da
asa. Esses Vortexes aumentam o arrasto devido à turbulência produzida e
constituem o arrasto induzido. Com o aumento da sustentação, devido o aumento
do ângulo de ataque, o arrasto induzido também aumenta.
Eixos de uma aeronave - Sempre que uma aeronave muda sua
atitude em vôo, ela tem que girar sobre um ou mais dos seus três eixos.
Eixo longitudinal (rolamento) - se estende através da
fuselagem do nariz para a cauda. Produzido pelos ailerons, os quais estão
localizados no bordo de fuga das asas.
Eixo lateral (arfagem) - se estende transversalmente de
ponta a ponta da asa. Afetada pelos profundores, na parte traseira do
estabilizador horizontal.
Eixo vertical (guinada) - passa pelo centro, do fundo ao
topo. Controlado pelo leme de direção, na parte traseira do conjunto vertical
da empenagem. O movimento sobre o eixo longitudinal é semelhante ao balanço de
um navio de um lado para outro. De fato, os nomes utilizados na descrição dos
movimentos em torno dos três eixos de uma aeronave, são termos de origem
náutica. Eles foram adaptados para a terminologia aeronáutica devido a
similaridade entre os movimentos de uma aeronave e de um navio.
ESTABILIDADE E CONTROLE - Uma aeronave deve ter estabilidade
suficiente para manter uma trajetória uniforme de vôo, e se recuperar da ação
das diversas forças. Três termos que sempre aparecem em qualquer discussão
sobre estabilidade e controles são: (1) Estabilidade propriamente dita: é a
característica de uma aeronave, que tende a fazê-la voar em trajetórias reta e
nivelada; (2) Maneabilidade: é a habilidade de uma aeronave, quanto à sua
dirigibilidade ao longo de uma trajetória de vôo, para resistir aos esforços
que lhes são impostos; e (3) Controlabilidade: é a qualidade de resposta de uma
aeronave ao comando do piloto, quando manobramos a aeronave.
Estabilidade Estática - Uma aeronave está num estado de
equilíbrio, quando a soma de todas as forças que agem sobre ela, e a soma de
todos os momentos é igual a zero. Uma aeronave em equilíbrio não sofre
aceleração, e mantém um vôo em condição uniforme. Uma rajada de vento ou uma
deflexão dos controles alteram o equilíbrio, e a aeronave sofre uma aceleração,
devido ao desbalanceamento dos momentos ou das forças. Os três tipos de
estabilidade estática são: Estabilidade estática positiva existe quando o objeto
que sofre a perturbação, tende a retornar ao equilíbrio. Estabilidade negativa
ou instabilidade estática existe quando o objeto que sofre a perturbação tende
a continuar na direção do distúrbio. Estabilidade estática neutra existe quando
o objeto que sofre a perturbação não tem tendência a retornar, ou a continuar,
na direção de deslocamento, porém permanece em equilíbrio na direção do
distúrbio.
Estabilidade Dinâmica – Resulta ao movimento que resulta com
o tempo. Se um objeto sofre um distúrbio em relação ao seu equilíbrio, o tempo
de movimento resultante, define a estabilidade dinâmica do objeto. Geralmente a
estabilidade dinâmica positiva, em uma aeronave, é projetada para evitar
oscilações continuadas desagradáveis (cavalgadas).
Estabilidade Longitudinal – Quando ela não tende a jogar seu
nariz para baixo e mergulhar ou levantar seu nariz e perder velocidade diz-se
que ela tem estabilidade longitudinal. Estabilidade longitudinal se refere ao
movimento de arfagem. O estabilizador horizontal é a superfície primária que
controla a estabilidade longitudinal. A ação de estabilizador depende da
velocidade e do ângulo de ataque da aeronave.
Estabilidade Direcional - A estabilidade em torno do eixo
vertical é conhecida como estabilidade direcional. A aeronave deve ser
projetada, de forma que, quando ela estiver em vôo reto e nivelado, permaneça
em sua proa, mesmo que o piloto tire suas mãos e pés dos controles. Se uma
aeronave se recupera automaticamente de uma derrapada, ela foi bem projetada, e
possui bom balanceamento direcional. O estabilizador vertical é a superfície
primária que controla a estabilidade direcional. Quando uma aeronave sofre uma
glissada ou uma guinada, o estabilizador vertical sofre uma mudança no ângulo
de ataque, com uma mudança resultante na sustentação (não confundir com a
sustentação criada pelas asas).
Estabilidade lateral - Envolve considerações de momento de
rolamento devido à glissada. Uma glissada tende a produzir os movimentos, tanto
de rolagem quanto de guinada. Se uma aeronave tem um momento de rolamento
favorável, uma guinada tende a retornar a aeronave para a atitude de vôo
nivelado. A superfície principal, em termos de contribuição para a estabilidade
lateral de uma aeronave, é a asa. O efeito da geometria do diedro (evita o
rolamento) de uma asa é uma contribuição em potencial para a estabilidade
lateral.
CONTROLE - Controle é a atitude tomada para fazer com que a
aeronave siga a trajetória de vôo desejada.
Superfícies de controle de vôo - As superfícies de controle
ou de comando de vôo são aerofólios articulados ou móveis, projetados para
modificar a atitude de uma aeronave durante o vôo. Essas superfícies podem ser
divididas em três grupos, geralmente denominados de grupo primário, grupo
secundário e grupo auxiliar.
Grupo primário - O grupo primário inclui os ailerons,
profundores e leme. Essas superfícies são usadas para movimentar a aeronave em
torno dos seus três eixos.
Grupo secundário - Incluídos no grupo secundário estão os
compensadores comandáveis e os compensadores conjugados. Compensadores comandáveis
são pequenos aerofólios encaixados nos bordos de fuga das superfícies de
comando primárias.
Grupo auxiliar - Estão incluídos no grupo auxiliar de
superfícies de controle de vôo, os flapes de asa, os "spoilers", os
freios aerodinâmicos, os "slats" (aerofólio auxiliar móvel), os
flapes de bordo de ataque e os "slots" (fenda na asa). O grupo
auxiliar pode ser dividido em dois sub grupos: aqueles cujo propósito primário
é aumentar a sustentação; e aqueles cujo propósito é diminuí-la. No primeiro
grupo estão os flapes, tanto o de bordo de fuga quanto o de bordo de ataque
(“slats”) e os eslotes (“slots”). Os dispositivos destinados a diminuir a
sustentação são os "spoileres" e os freios aerodinâmicos.
Controle em torno do eixo longitudinal - O movimento da
aeronave em torno do eixo longitudinal é chamado rolamento (ou rolagem), ou
inclinação lateral. Os ailerons respondem à pressão lateral aplicada ao manche.
A pressão aplicada para mover o manche para a direita levanta o aileron direito
e abaixa o esquerdo, provocando a inclinação da aeronave para a direita. O
aileron que está em cima, na extremidade oposta da asa, diminui a sustentação
daquele lado. O aumento de sustentação sob a asa cujo aileron está para baixo,
levanta essa asa. Isso provoca o rolamento da aeronave em torno do seu eixo
longitudinal Os "spoileres" ou freios aerodinâmicos, como também são
chamados, são placas instaladas na superfície superior da asa. Elas são
geralmente defletidas para cima por meio de atuadores hidráulicos, em resposta
ao movimento do volante de controle na cabine.
Controle em torno do eixo vertical - Girando o nariz de uma
aeronave, provocamos a rotação dessa aeronave em torno do seu eixo vertical. A
rotação da aeronave em torno do eixo vertical é chamada de guinada. O leme é
uma superfície de comando, unida ao bordo de fuga do estabilizador vertical.
Glissagem se refere a qualquer movimento da aeronave para o lado e para baixo,
na direção do interior da curva. Derrapagem diz respeito a qualquer movimento
para cima e para fora do centro da curva.
Controle em torno do eixo lateral - Quando o nariz de uma
aeronave é levantado ou abaixado, ele gira sobre seu eixo lateral. Os
profundores são superfícies móveis de comando que provocam sua rotação. Eles
estão normalmente unidos ao bordo de fuga do estabilizador horizontal. Os
profundores são usados para fazer a aeronave elevar-se ou mergulhar e, também
para obter suficiente sustentação das asas para manter a aeronave nivelada nas
diversas velocidades de vôo. Algumas empenagens de aeronaves são projetadas com
uma combinação dos estabilizadores vertical e horizontal. Esse tipo de
empenagem tem os seus estabilizadores montados, formando um ângulo. As
empenagens com esse formato são conhecidas como empenagem em "V". As
superfícies de comando são instaladas no bordo de fuga dos estabilizadores. A
parte estabilizadora desse conjunto é denominada estabilizador e a parte de
comando é denominada "ruddervators" (combinação de leme e profundor).
Os"ruddervators" podem ser comandados em sentidos opostos um ao
outro, empurrando-se o pedal do leme direito ou esquerdo.
COMPENSADORES - Para compensar as forças que tendem a
desbalancear o vôo de uma aeronave, os ailerons, profundores e leme dispõem de
comandos auxiliares conhecidos como compensadores. São pequenas superfícies de
comando, ligadas ao bordo de fuga da superfície e comando primária.
Tipos de compensadores - Esses compensadores podem ser
usados para contrabalançar as forças que atuam sobre os comandos, de forma que
a aeronave voe reta e nivelada, ou mantenha uma atitude de subida ou planeio.
São: (a) Compensadores Ajustáveis – controlam o balanceamento de uma aeronave
de forma a mantê-la em vôo reto e nivelado, sem atuação na coluna de comando,
volante ou pedais do leme. (b) Compensadores Servos - ajudam na movimentação da
superfície de comando, mantendo-a na posição desejada. A força do fluxo de ar
sobre o servo compensador então movimenta a superfície primária de comando. Com
a utilização do servo compensador menos força é necessária para movimentar a
superfície de comando primária. (c) Compensadores Balanceados ou Servo Comando
- A articulação é projetada de tal maneira que, quando a superfície de comando
primário é movimentada, o compensador, se move na direção oposta. Dessa forma,
forças aerodinâmicas, atuando sobre o compensador ajudam a movimentar a
superfície de comando primária. (d) Compensadores com Mola - são usados com os
mesmos propósitos dos atuadores hidráulicos, isto é, ajudar na movimentação da
superfície primária de comando. Balanceamento Aerodinâmico é geralmente
conseguido através da extensão de parte da superfície de comando à frente da
linha da dobradiça. O balanceamento estático é conseguido através da adição de
pesos à seção à frente da linha de articulação, até esses pesos se igualarem ao
da seção traseira.
DISPOSITIVO DE HIPERSUSTENTAÇÃO - Dispositivos de
hipersustentação são utilizados em combinação com aerofólios, de forma a
reduzir a velocidade de decolagem ou de pouso, mudando as características de um
aerofólio durante essas fases. Quando esses dispositivos não são necessários,
são retornados para uma posição dentro da asa para recuperar as características
normais do aerofólio. Dois dispositivos de hipersustentação comumente
utilizados em aeronaves são: Eslote é utilizado como um passadiço através do
bordo de ataque da asa, permite que a asa vá além do seu ponto normal de estol,
sem estolar; e Flape é uma superfície ligada à superfície do bordo de fuga da
asa. O flape é controlado da cabine, e quando não está em uso, aloja-se
suavemente na superfície inferior de cada asa. Utilizado para aumentar a cambra
da asa e, por conseguinte, a sustentação da asa, tornando possível a redução da
velocidade da aeronave, sem estolar. Isso também permite a obtenção de curvas
com grande inclinação nas aproximações para pouso. Os flapes são usados
primariamente durante decolagens e pousos. Os tipos de flapes em uso em
aeronaves incluem: (1) plano: simplesmente articulado com a asa, formando uma parte
da superfície, quando recolhido. (2) bipartido: devido a articulação na parte
inferior da asa, próximo ao bordo de fuga permitindo que ele seja abaixado da
superfície fixa superior. (3) “fowler”: instalado na parte inferior da asa, de
forma a facear com a superfície. Quando o flape é acionado, desliza para trás
sobre trilhos e pende para baixo ao mesmo tempo. (4) eslotado: é igual ao flap
"fowler" quanto a operação, porém, em aparência é similar ao flape
plano. Esse flape, ou está equipado com trilhos e roletes ou acoplamentos de
projeto especial. Eslotes são superfícies de controle móveis presas ao bordo de
ataque das asas. Na posição fechada eles formam o bordo de ataque da asa, na
posição aberta (estendido para frente) uma fenda é criada entre o eslote e o
bordo de ataque da asa. Dessa forma, ar na forma de alta energia é introduzido
na camada limite no topo da asa. isso é conhecido como "controle da camada
limite".
FORÇAS QUE ATUAM SOBRE UM HELICÓPTERO - Uma das diferenças
entre um helicóptero e uma aeronave de asas fixas é a principal fonte de
sustentação. A aeronave de asa fixa deduz sua sustentação da superfície de um
aerofólio fixo, enquanto um helicóptero deriva sustentação de um aerofólio
rotativo, denominado rotor. As aeronaves são classificadas de asa fixa ou de
asa rotativa. A palavra helicóptero vem de uma palavra grega, significando
"asa rotativa". Durante qualquer tipo de vôo horizontal ou vertical,
existem quatro forças atuando na sustentação, no empuxo, no peso e no arrasto do
helicóptero. Sustentação é a força requerida para suportar o peso do
helicóptero. Empuxo é a força requerida para vencer o arrasto sobre a fuselagem
e outros componentes do helicóptero. Durante vôo pairado, numa condição
"sem vento", o plano desenvolvido é horizontal, isto é, paralelo ao
solo. Sustentação e empuxo agem em linha reta para cima; peso e arrasto agem
retos para baixo. A soma das forças de sustentação e de empuxo tem que igualar
a soma das forças do peso e empuxo, de forma a fazer o helicóptero pairar. Durante
o vôo vertical, numa condição "sem vento", as forças de sustentação e
empuxo agem ambos verticalmente para cima. Peso e arrasto agem, ambos
verticalmente, para baixo. Quando sustentação e empuxo se igualam ao peso e
arrasto, o helicóptero paira; se a sustentação e o empuxo são menores que peso
e arrasto, o helicóptero desce verticalmente; se sustentação e empuxo são
maiores que peso e arrasto, o helicóptero sobe verticalmente. Em vôos para
frente, o plano desenvolvido é inclinado para frente, dessa forma inclinando a
força sustentação-empuxo para frente. Essa força resultante sustentação-empuxo
pode ser decomposta em duas componentes (sustentação atuando verticalmente, e
empuxo atuando horizontalmente na direção do vôo). Além disso, para sustentação
e empuxo, existe o peso, a força que atua para baixo, e o arrasto, a força que
atua para trás, ou força retardadora de inércia e de resistência ao vento. Em
vôo reto e nivelado, vôo para frente desacelerado, a sustentação se iguala ao
peso, e o empuxo se iguala ao arrasto (vôo reto e nivelado é o vôo com proa e
altitude constantes). Se sustentação exceder o peso, o helicóptero sobe; se a
sustentação for menor que o peso o helicóptero desce. Se o empuxo exceder o
arrasto a velocidade do helicóptero aumenta; se o empuxo for reduzido, a
velocidade diminui; em vôo lateral, o plano desenvolvido é inclinado
lateralmente na direção do vôo, inclinando dessa forma o vetor
sustentação-empuxo lateral total. Nesse caso, a componente sustentação, ou
vertical, é ainda reto para cima, o peso reto para baixo; porém o componente
aceleração, ou horizontal, agora atua lateralmente com o arrasto, atuando para
o lado oposto. No vôo para trás, o plano desenvolvido é inclinado para trás,
inclinando o vetor sustentação-empuxo, lateralmente. O componente do empuxo é
para trás, e o componente arrasto, para frente, exatamente oposto ao vôo para
frente. O componente de sustentação é reto para cima, e o do peso, reto para
baixo.
Torque - A terceira lei de Newton estabelece que "para
toda ação existe uma reação igual e oposta". Como o rotor principal de um
helicóptero gira em uma direção, a fuselagem tende a girar na direção oposta.
Essa tendência que a fuselagem tem de girar, é denominada torque. Uma vez que o
efeito do torque sobre a fuselagem é o resultado direto da potência do motor
suprida para o rotor principal, qualquer mudança na potênciado motor causará
uma mudança correspondente no efeito do torque. Quanto maior a potência do
motor , maior o efeito do torque. Uma vez que não haja potência do motor, sendo
suprida para o rotor principal durante a autorotação, não haverá, também,
reação de torque durante a autorotação. A força que compensa o torque e
proporciona o controle direcional, pode ser produzida por um rotor auxiliar,
localizado na cauda. Esse rotor auxiliar, geralmente chamado de rotor de cauda
ou rotor antitorque, produz empuxo na direção oposta à reação de torque
desenvolvida pelo rotor principal. Pedais na cabine de comando permitem ao
piloto aumentar ou diminuir o empuxo no rotor de cauda, como necessário, para
neutralizar o efeito de torque. Outros métodos de compensação do torque e de se
prover controle direcional: rotor anti-torque, aleta no fluxo do rotor,
inclinação diferencial do empuxo dos rotores. A centrifugação do rotor
principal de um helicóptero atua como um giroscópio. Como tal, ele tem as
propriedades da ação giroscópica, uma das qual, a precessão. Precessão
giroscópica é a ação resultante ou deflexão de um objeto em centrifugação,
quando uma força é aplicada a esse objeto. Essa ação ocorre aproximadamente a
90º na direção de rotação, em relação ao ponto onde a força é aplicada. Através
do uso desse princípio, o plano desenvolvido de um rotor principal pode estar
inclinado da horizontal. O movimento no controle cíclico de passo, num sistema
de rotor de duas pás, aumenta o ângulo de ataque de uma das pás do rotor,
resultando na aplicação de uma força de sustentação maior nesse ponto, no plano
de rotação. Esse mesmo movimento de controle, simultaneamente diminui o ângulo
de ataque da outra pá, diminuindo dessa forma a força de sustentação aplicada
nesse ponto, no plano de rotação. A pá com o ângulo de ataque aumentado tende a
subir; a pá com o ângulo de ataque diminuído tende a abaixar. Contudo, devido à
propriedade da precessão giroscópica, as pás não sobem ou abaixam para a
deflexão máxima, até um ponto aproximadamente a 90º após, no plano de rotação.
O ângulo de ataque da pá que recua, é aumentado; e o ângulo de ataque da pá que
avança, é diminuído; resultando numa inclinação do plano, uma vez que a
deflexão máxima acontece 90º atrasados quando as pás estão atrás e na frente
respectivamente. Nos rotores tripás, o movimento do cíclico muda o ângulo de
ataque de cada pá de forma apropriada, de maneira que o resultado final seja o
mesmo, uma inclinação para frente da ponta do plano quando a máxima troca de
ângulo de ataque é feita na medida em que cada pá passa no mesmo ponto no qual
os aumentos e diminuições máximos ocorrem para o rotor de duas pás. Na medida
em que cada pá passa pela posição de 90º à esquerda, ocorre o aumento máximo do
ângulo de ataque. Na medida em que cada pá passa pela posição de 90º para a
direita, ocorre a diminuição máxima no ângulo de ataque. A deflexão máxima
ocorre 90º atrasada. A deflexão máxima para cima na traseira, e a deflexão
máxima para baixo na frente e o plano desenvolvido cai para a frente.
Assimetria de sustentação - A área dentro do plano
desenvolvido por um rotor principal, é conhecida como área do disco ou disco do
rotor. Quando pairando no ar, a sustentação criada pelas pás do rotor em todas
as posições correspondentes em torno do disco é igual. A assimetria de
sustentação é criada pelo vôo horizontal ou vento, durante o vôo pairado, e é a
diferença entre a sustentação existente entre a metade da pá avançada da área
do disco e a metade da pá retraída. Na R.P.M. normal de operação do rotor e
velocidade zero, a velocidade de rotação da ponta da pá é aproximadamente 400
M.P.H. Quando pairando numa condição sem vento, a velocidade do vento relativo
nas pontas das pás, e em qualquer ponto específico ao longo da pá, é a mesma
através do plano desenvolvido. Contudo, a velocidade é reduzida na medida em
que esse ponto se move para posições mais próximas do cubo do rotor, pelos dois
círculos internos. Na medida em que o helicóptero se desloca no vôo para
frente, o vento relativo que passa por cada pá do rotor se torna uma combinação
da velocidade de rotação do rotor e do movimento para frente, do helicóptero.
Ângulo de batimento - No sistema do rotor tripá, as pás são
ligadas ao cubo do rotor pela articulação horizontal,a qual permite que as pás
se movam no plano vertical, ou seja para cima ou para baixo na medida em que
elas giram A ação de batimento da pá, cria uma condição de desbalanceamento,
resultando em vibração. Para evitar essa vibração, braços de arrasto são
incorporados para permitir o movimento de vaivém no plano horizontal. Para
amortecer as vibrações, amortecedores hidráulicos limitam o movimento das pás
sobre o braço de arrasto. Esses amortecedores também tendem a manter o
relacionamento geométrico das pás. Um rotor que permite o movimento individual
das pás em relação ao cubo, tanto no plano vertical quanto horizontal, é
chamado de rotor articulado. Os pontos de articulação e direção do movimento,
ao redor da articulação.
Formação de cones - A formação de cone é uma espécie de
dobramento das pás para cima, causada pela combinação das forças de sustentação
e centrífuga. Antes da decolagem, as pás giram em um plano aproximadamente
perpendicular ao mastro do rotor, uma vez que a força centrífuga é a maior
força atuando sobre elas. Quando é realizada uma decolagem vertical, duas
grandes forças estão agindo ao mesmo tempo. A força centrífuga atuando
perpendicularmente ao mastro do rotor e a força de sustentação, atuando
paralelamente ao mastro. O resultado da ação dessas duas forças, é que as pás
assumem uma forma cônica, ao invés de permanecerem no plano perpendicular ao
mastro. A formação de cone resulta em um arqueamento das pás em um rotor
semi-rígido; em um rotor articulado, as pás assumem um ângulo para cima,
através do movimento ao redor da articulação.
Efeito solo - Quando um helicóptero está num vôo pairado,
próximo ao solo, as pás do rotor afastam o ar descendente através do disco, com
velocidade superior àquela com que ele é capaz de escapar debaixo do
helicóptero. Isso produz um denso colchão de ar entre o solo e o helicóptero
Esse colchão de ar mais denso é chamado de efeito solo e ajuda na sustentação
do helicóptero durante o vôo pairado. Ele geralmente é efetivo a uma altura de
aproximadamente metade do diâmetro do disco do rotor. A aproximadamente 3 a 5
milhas por hora em relação ao solo, o helicóptero deixa o colchão.
Auto-rotação - Auto-rotação é o termo usado para a condição
de vôo durante o qual não há fornecimento de potência do motor, e o rotor
principal é acionado apenas pela ação do vento relativo. A transmissão do
helicóptero ou trem de potência é projetado, de forma que o motor, quando para,
é automaticamente desengajado do sistema do rotor principal, para permitir que
este gire livremente na sua direção original. Quando a potência do motor está
sendo suprida para o rotor principal, o fluxo de ar é para baixo, através do
rotor. Quando a potência do motor não está sendo suprida para o rotor
principal, ou seja, quando o helicóptero está em auto-rotação, o fluxo de ar do
rotor é para cima. É esse fluxo de ar para cima que faz com que o rotor
continue girando após a falha do motor. A parte da pá do rotor que produz as
forças, que fazem com que o rotor gire, quando o motor não está mais suprindo
potência para o rotor, é aquela entre aproximadamente 25% e 70% do raio, a
partir do centro. Essa parte é freqüentemente chamada de "região de
acionamento ou de auto-rotação". Forças aerodinâmicas, ao longo dessa
parte da pá, tendem a aumentar a rotação delas. Os 25% da parte interna da pá
do rotor, chamada de "região de estol", opera acima do ângulo máximo
de ataque (ângulo de estol), contribuindo dessa forma com pouca sustentação,
porém considerável arrasto, o qual tende a diminuir a rotação da pá. Os 30%
para a extremidade da pá do rotor são conhecidos como "região de
propulsão". As forças aerodinâmicas nessa região resultam numa pequena
força de arrasto, a qual tende a retardar a porção da ponta da pá. As regiões
aerodinâmicas, como descritas acima, são para auto-rotações verticais. Durante
o vôo para frente em autorotação, essas regiões são deslocadas através do disco
do rotor para a esquerda. A R.P.M. do rotor estabiliza quando as forças
auto-rotativas (empuxo) da "região de propulsão" e as forças
auto-rotativas (arrasto) da "região acionada" e a "região de
estol" são iguais. A velocidade para frente durante a descida em
auto-rotação, permite que o piloto incline o disco do rotor para trás, causando
assim uma curva suave. A sustentação adicional induzida, criada por um volume
maior de ar, momentaneamente retém a velocidade para frente, bem como a
descida. O volume maior de ar atuando sobre o disco do rotor, normalmente aumenta
a R.P.M. do rotor durante o arredondamento de planeio. Na medida em que a
velocidade para frente e a de descida se aproximam de zero, o fluxo de ar para
cima praticamente cessa e a R.P.M. do rotor outra vez diminui; o helicóptero se
precipita com uma razão ligeiramente aumentada, porém com velocidade para
frente reduzida. O arredondamento permite que o piloto faça um pouco de
emergência em lugar definido, com pouca ou nenhuma rolagem ou derrapagem.
Eixos de vôo do helicóptero - Quando um helicóptero faz uma
manobra no ar, sua atitude em relação ao solo se altera. Essas mudanças são
descritas com referência aos três eixos de vôo: (1) Vertical, (2) Longitudinal
e (3) Lateral. O movimento em torno do eixo vertical produz guinada, uma
oscilação do nariz (ou mudança de direção) para a direita ou para a esquerda.
Isso é controlado pelo pedal. Os diversos métodos de obtenção do controle
direcional foram discutidos anteriormente nessa seção. O movimento em torno do
eixo longitudinal é chamado de rolagem. Esse movimento é efetuado
movimentando-se o controle cíclico de passo para a direta ou para a esquerda. O
controle cíclico de passo é similar ao manche de uma aeronave convencional. Ele
atua por meio de articulações mecânicas para mudar o passo de cada pá do rotor principal
durante um ciclo de rotação. A rapidez com que as pás do rotor giram, cria uma
área de disco que pode ser inclinada em qualquer direção, com respeito à
sustentação do mastro do rotor. O movimento horizontal é controlado pela
mudança de direção da inclinação do rotor principal, para produzir uma força a
direção desejada. O movimento em torno do eixo lateral produz o levantamento ou
abaixamento do nariz. Esse movimento é conseguido através do controle cíclico
de passo, para frente ou para trás. O controle de passo coletivo varia a
sustentação do rotor principal, aumentando ou diminuindo o passo de todas as
pás ao mesmo tempo. Levantando o controle de passo coletivo, aumenta o passo
das pás, aumentando dessa forma a sustentação. Abaixando o controle, diminui o
passo das pás, provocando uma perda de sustentação. O controle de passo
coletivo é também usado em coordenação com o controle cíclico para regular a
velocidade do helicóptero. Muitos fatores determinam a sustentação disponível
na operação de um helicóptero. Genericamente falando, o piloto tem controle
sobre dois controles. Um é o ângulo do passo das pás do rotor; o outro é a
potência entregue para o rotor, representada pela R.P.M. e pela pressão de
admissão. Controlando o passo das pás do rotor, o piloto pode estabelecer o vôo
vertical do helicóptero. Manipulando um comando, uma velocidade constante pode
ser mantida, independentemente do aumento ou da redução do passo das pás. Esse
comando está instalado no punho do coletivo, e, é operado girando-se o punho. O
comando está sincronizado com o controle de passo de rotor principal, de tal
maneira que um aumento no passo, aumenta a potência; e uma redução no passo
reduz a potência. Um sistema de controle completo de um helicóptero
convencional.
AERODINÂMICA DE ALTA VELOCIDADE –
Conceitos gerais de padrão de fluxo supersônico - Em baixas
velocidades de vôo, o ar experimenta pequenas mudanças de pressão, as quais
provocam variações desprezíveis de densidade, simplificando consideravelmente o
estudo da aerodinâmica de baixa velocidade. O fluxo é dito incompressível, uma
vez que o ar passa por pequenas mudanças de pressão, sem mudança significante
na sua densidade. Em grandes velocidades de vôo, contudo, as mudanças de
pressão ocorridas são maiores e mudanças significantes na densidade do ar
ocorrem. O estudo do fluxo de ar em grandes velocidades, tem que considerar
essas mudanças na densidade do ar, e tem que considerar que o ar é
compreensível, ou que existem efeitos de compressibilidade. A velocidade do som
é muito importante no estudo do fluxo de ar de alta velocidade além de variar
com a temperatura ambiente. Ao nível do mar, num dia padrão, a velocidade do
som é cerca de 661,7 nós (760 M.P.H). Na medida em que a asa se desloca através
do ar, ocorrem mudanças na velocidade local as quais criam perturbações no
fluxo de ar ao redor da asa. Essas perturbações são transmitidas através do ar
à velocidade do som. Se a asa estiver se deslocando a baixa velocidade, as
perturbações serão transmitidas e estendidas indefinidamente em todas as
direções. O efeito da compressibilidade não depende da velocidade do ar, mas do
relacionamento entre a velocidade do ar e a velocidade do som. Esse
relacionamento é chamado de número de Mach, e é a razão entre a velocidade verdadeira
do ar e a velocidade do som a uma altitude particular. Os efeitos da
compressibilidade não estão limitados às velocidades de vôo à velocidade do som
ou acima desta. Uma vez que qualquer avião é construído com forma aerodinâmica,
o ar acelera e desacelera ao redor dessas formas e alcança velocidades locais
acima da velocidade de vôo. Assim, uma aeronave pode experimentar efeitos de
compressibilidade em velocidades de vôo bem abaixo da velocidade do som. Uma
vez que é possível ter fluxos tanto subsônicos quanto supersônicos na aeronave
ao mesmo tempo, é melhor definir o regime exato de vôo. Esses regimes são
definidos como se segue:
(1) SUBSÔNICO - Vôo com número de Mach abaixo de 0,75.
(2) TRANSÔNICO - Vôo com número de Mach entre 0,75 e 1,20.
(3) SUPERSÔNICO - Vôo com número de Mach entre 1,20 e 5,00.
(4) HIPERSÔNICO - Vôo com número de Mach acima de 5,00.
Enquanto os números de Mach do vôo, usados para definir
esses regimes, são aproximados, é importante avaliar os tipos de fluxo
existentes em cada área. No regime subsônico, existem fluxos subsônicos de ar
em todas as partes da aeronave. No regime transônico, o fluxo sobre os
componentes da aeronave é parcialmente subsônico e parcialmente supersônico.
Nos regimes supersônico e hipersônico existe fluxo supersônico sobre todas as
partes da aeronave. Naturalmente, nos vôos supersônico e hipersônico, algumas
partes da camada limite são subsônicas, porém o fluxo predominante ainda é
supersônico. Diferença entre os fluxos subsônico e supersônico. Ondas de
Compressão são familiarmente conhecidas como ondas de choque. Ondas de expansão
resultam na transição de fluxos brandos e, não são perdas de energia, como as
ondas de choque. Três tipos de ondas podem ocorrer num fluxo supersônico: (1)
ondas de choque oblíquas (compressão em ângulo inclinado); (2) onda de choque
normais (compressão em ângulo reto); (3) ondas de expansão. A natureza da onda
depende do número de Mach, da forma do objeto causador da mudança de fluxo e da
direção do fluxo. Um fluxo de ar passando através de uma onda de choque
oblíqua, passa pelas seguintes mudanças: 1) O fluxo de ar é diminuído. Tanto o
número de Mach quanto a velocidade atrás da onda são reduzidos, mas o fluxo é
ainda supersônico. 2) A direção do fluxo é mudada de forma que irá seguir
paralela à nova superfície. 3) A pressão estática atrás da onda é aumentada. 4)
A temperatura estática atrás da onda é aumentada (ocorrendo o mesmo com a
velocidade local do som); 5) A densidade do fluxo de ar atrás da onda é
aumentada; 6) Parte da energia disponível do fluxo de ar (indicada pela soma
das pressões estática e dinâmica) é dissipada por conversão em energia
calorífica indisponível. Assim, a onda de choque é dissipação de energia.
Onda de choque normal - Se um objeto despontado é colocado
num fluxo de ar supersônico, a onda de choque formada é desprendida do bordo de
ataque. O desprendimento da onda também ocorre quando uma borda, ou ângulo de
meio cone, excede um valor crítico. Sempre que uma onda de choque se forma,
perpendicular ao fluxo livre, é chamada normal (ângulo reto), e o fluxo,
imediatamente atrás da onda, é subsônico. Não importa quão intenso o número de
Mach do fluxo livre possa ser; o fluxo diretamente atrás de uma onda de choque
normal é sempre subsônico. Uma vez que a maioria das dificuldades do vôo
transônico estão associadas com a separação do fluxo induzido das ondas de
choque, quaisquer meios de retardar ou reduzir a separação induzida de choque,
melhoram as características aerodinâmicas. Gerador de Redemoinho é um par
complementar de aerofólios pequenos, de baixo alongamento (pequeno espaço em
relação a corda) montados a ângulos de ataque opostos um ao outro, e
perpendiculares a superfície aerodinâmica. Geradores de turbilhonamento sobre
as superfícies das asas, melhoram as características de alta velocidade,
enquanto os geradores de redemoinho, sobre as superfícies da cauda, em geral
melhoram as características de baixa velocidade.
Superfícies de controle - Podem ser afetadas de maneira
adversa pelas ondas de choque, formadas em vôo acima do número de Mach crítico
da superfície de controle. Se o fluxo de ar for separado por ondas de choque, a
vibração de préestol resultante da superfície de controle pode ser muito
inconveniente. A instalação de geradores de redemoinho pode reduzir a vibração
de pré-estol causada pela separação de fluxo de choque induzido. Além da
vibração de préestol da superfície, a alteração na distribuição de pressão,
devido à separação e localização da onda de choque, pode criar alterações muito
grandes nos momentos de articulação da superfície de controle.
Aquecimento aerodinâmico - Enquanto os vôos subsônicos não
produzem qualquer interesse real, vôos supersônicos podem gerar temperaturas
suficientemente elevadas, para tornarem-se de grande importância para a
estrutura, sistema de combustível e grupo motopropulsor. Temperaturas mais
elevadas produzem reduções específicas na resistência das ligas de alumínio e
requerem a utilização de ligas de titânio e aços inoxidáveis. O empuxo de saída
do turbojato, obviamente e uma função do fluxo de combustível. Porém, o fluxo
máximo permissível de combustível, depende da temperatura máxima permissível
para operação da turbina. Se o ar que entra no motor já estiver aquecido, menos
combustível pode ser adicionado, de forma a evitar que os limites de
temperatura da turbina sejam excedidos.
