TEORIAA DE VÔ TEORI VÔO O DE
A L T A VELOCIDADE
E s t a pu pubb l i c a ç ã o v i s a l e va v a r a o s a l u n o s do d o s c ur ur s o s de P i l o t o de Li nh nhaa A ér ér e eaa e Despacha espachant nt e Ope perr aci ona onall de Vôo V ôo,, o s e n s i n i n a ment os i ndi s pens á v e i s s o br b r e T eo e o r i a de V ôo de A l t a V el oci d ã d e , dan dandodo- I hes con condd i ç õe õ e s d e c onheci ment os p a r a os exam exames es d õ ~par t am ament ent o de Avi aç ão Ci vi l . S e u c on t e ú d o é u m r esum esumoo s o b r e t ão c o mp l e x o a s s un un t o , qu e é o v ô o e m a l t a v e l oc i d a d e ; n ã o s e t r at a t a d e u m c o mp l e exo xo l i vr o sobr e aer aer o odi di nâ n â mi c a d e a l t a v e l o c i d daa d e e s i m d e c o n h e c i men t o b á s i c os o s n e ce c e s s á r i o s p a r a o d e sem sempe penh nhoo de f Wl ções, qu quee r do PI l ot o ou Despachant e Oper aci onal de V ôo, beI ; ~om omoo s uf i c i ent e~ co nheci ment os par a f u t ur os cur sos de
t on o n de B ar r os ~cho A u t or or
M il
Ef ei t os da t em emper per a t u r a n a p r o pa p a ga g a ç a-o s o n or o r a. a. Núm úmer er o Ma c h. C o mp r es e s s i bi l i dad e d o a r ; o n d a d e c h oq o q u e ; c a ma d a l i mi t e s e u c o nt r o l e; e ; o n d a d e e xpansão. x pansão. E n f l e l e xament xament o o;; p r ob o b l e ma s c a usados p e l o e nf n f l e x an a n ~n t o e c or r eç oes .
e
s u as as
P r obl em emas as de c o nt r o l e d a a e r o r onn a v e e m v ô o s J e a I t as vel ocl ocl \ \ . . i i a dess ; i nver são de com de comand andos. os.
***** **** **
CAPÍTUL CAPÍ TULO O I
IOVUEN'O IOVUEN' O ONDULAT6RIO - OND ONDAS AS PRO PRODUZ DUZIIDAS POR U M X Ó V E L ç rO rO S ON O N OR O R A - EFEIT EFEIT O S
D A T m PERA'IDRA
NA PROP PROPAGAç AGAçll'O SON SONORA ORA
P R O P A .G A .
N Ú Jm
RO KACH.
No e s t u d o d a T eo e o r i a d e v ô o d e a l t a v e l o c i d i d a d e, e , d e v er e r e mo mo s c o n s i d e r a r o c o mp mp or o r t am ament ent o as s u mi d o p o r uma uma ae r on a v e , a o a t i n gi gi r v e l oci dades pr óxi mas à v e l o c i d a d e d o s o mo Dever em emos os ci t ar q u e , a l g u n s d o s c o n c ei t o s b á s i c os o s a p r en end i d o s s o b r e t eor i a d e v ô o d e b ai a i x a v el e l o c i d i d a d e , s of r e r ão ã o s ub s t a no i a i s mo d i f f ii c aç a ç õe õ e s , d i ant e dos f enôm enômeno eno s d a c o mp r e ess s i b i l i d a d e e v i s oo o o s i d a d e d o a r a t mo s f é r i c o , f e nô n ô me me no n o s e s t e s , a n t e s , de s pr ez ez ad o s , n o s v ô o s d e b a i x a s v e l o c i d E; E; d e s . No s p r i me i r o s p as a s s o s d e n os o s s o e s t u do d o v e r e mo mo s o o mo mo s e oompor oom por t a o movi ment o ondul at ór i o de um mei mei o de pr opagação , quand o o pont o em emii s s or d e o nd n d as a s n ão ã o é f i x i x o . , I m maa g i n e mo s , i n i c i a l me n t e , u ma p e d r a c ai ndo nd o n ' a g u a o El a p r ov o v o c a r á r á um movi men t o o n d u l a t ó órr i o , q u e t ende end e r á a a f a s t ~r - s - s e d o p o n t o o nd n d e e l a c a i u , c o m u ma v e l o c i d a de de c o n s t a n t e e e m t o d a s a s di r eç ões . I m maa g i n e mo s a go g o r a a . queda qued a d a vá r i a s p e d r as a s , n u m me s mo p o n t o , e m i nt er va l ob o b 1 e t e mp mp o i g u a i s , f or man d o a s s i m v ár á r i o s i m mpp u l s o s o u ondul açõ es , p ar t i ndo de u m Ún i c o p o nt o. V er em emos os que es t as o ndas mant er ão as mes mas ve l o c i d ad a d es e s d e p r o pa p a ga g a ç ã o e qu que , pr i nCi pal ment e, ma n t e r - s e - ã o n um u ma d i s t â n c i a c o n s t a ant nt e ent r e s i o
es paço e es t es i mpul s os avança r ã o a t r a v é s d es t e e s p aç o s o b a f'~ ma ondul at ór i a. I magi n emo s a go r a o e nv i o des s e s i mpul s os at r av é s d e u ma· mol a . . Tã o l o go i n i c i á s s emos movi ment o, es t e c or r er i a por t oda a mol a, c ompr i mi ndo - a e e s t i c a nd o- a , al t er nada ment e.
°
FIG.2
I dent i cament e ao exempl o da mol a, o s i mpul s o s at r a v$s d o e s paç o : p r o v oc ar ão a compr es s ã o e r ar ef aç ão do ar , em t o d a s a s di r eç ões , t a l c omo no ex empl o da pedr a c ai n do na á gua , ZONA DE COMPRESSÃO
,I
l~ZONA .,
DE RA~EFAÇÃO
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Quando es t e pont o emi s s or d e i mpul s o s c o meç a a des l oc~ ~s e, c o m v el o c i d ad e i n f e r i o r a d as o nd as p or e l e p r oduz i d a s , v ~ mos que, apes ar de s uas ondas t er em s empr e a mes ma ve l oc i dade, a . di s t ânci a ent r e el as , no s ent i do do des l oc ament o do c or po, s er á menor do q ue e m q ua l q uer out r o s e nt i do, i s t o dev i d o à ve l oc i da de r es ul t ant e do m~v i ment o r el a t i v o do pont o emi s s o r , c o m a s o~ d a s por el e pr o duz i das .
" '-4!ONDA -
FIG.4
PONTO EMISSOR EM MOVIlIrn:NTO COMVELOOIDADE mFERIOR À DAS ONDAS o
Se a vel oci dade do pont o emi ss or f or i gual à v el ooi dade de pr opagação das ondas emi t i das ' Pel omes mo , a vel oci dade r esul t ant e do mov i ment o r el at i v o dos doi s s er á z er o, ou s e j a . ,um em r e l a ç ã o a o o ut r o, es t ar á et er nament e p ar ado. Ter emos ent ão o po~ t o s empr e j unt o do movi ment o ond ul at ór i o , aoompanhando o des l o c ament o d a o nda. Por c ons egui nt e, obt emos ent ão , j unt o ao c or po, um aeÚmul o de ondas , ou s ej a , um aCÚmul o de z onas de c ompr es s ã o .
•
D IR EÇ AO DO M O VIMENTO
G. 5
S e a go r a o no s s o p on t o emi s sor t i Ver vel oci dade super i or à das ondas, el e es t ar á s empr e f or a do movi ment o , à f r en t e das ondas e o ef ei t o obt i do é o s egui nt e.
PONTO EMISSOR EM :MOVI M EN T O C O M V E L O C ID A D E SUPERIOR À DAS ONDAS.
FIG.6
Or a, s e f i z er mos uma anal ogi a do que f oi vi s t o ant er i o. ! : ment e oom a pr opaga~o s onor a e o des l ooament o de um av i ã o, em al t as vel ooi dades e at é em vôos s uper s ôn i o os , t er emos per f ei t a i d éi a d o q ue a oont eoe oom o ar que o r od ei a dur ant e o s eu vôoo ~ opor t uno l embr ar mos que, as f i g ur a s e o s ~empl.s c.1 '" t a do B a t e,a go r a , n es t a p u bl i o a ç ao , f o r a m ba s e ad os e a UJ:1 l1n:LOO pont o emi s s or J ent r et a nt o , a o cons i der ar mos uma aer onave, deve r emos l e mb r a r q ue e l a é c ompos t a de uma i n f i n i d a de d e p on t o s e : mi s s or es J dai a r az ão de nos s o es t udo s er r eal i z ado por par t es , f ao e à oompl exi dade do as s unt oo O es t udo mai s det al hado s obr e o vôo s uper s ôni o o s er á c ui dado opor t unament e, em cur s os de ni vel ma i s e l evado. Sabemos que a pr opagação s ono r a s e f a z a t r a v é s d e um mo vi ment o ondul at ór i o em t odas as di r eções e que s ua v el oc i dad e; ; r i a em f unção do mei o em que s e pr opaga e di r et ament e pr op or oi - ; ; nal â dens i dade des s e mei o. Como exempl o poder emos oi t ar as di f er enç as de vel ooi dade, no ar e numa~baTT a de aç o. Ent r e t a nt o , n a nos s a at mo§ f e r a, que é o mei o de pr opagação que i nt er es s a ao nos s o es t udo, es s a var i aç ão de v el oc i dade em f unç ão da dens i d ade do ar é per f e i t a ment e des pr ez i ve l , vi s t o que as var i aç õe s p os s i v ei s s ão m{ni ma~ Cont udo, t e mos que l ev ar em c o ns i der aç ão uma out r a pr opr i e dade do mei o , que exer c e gr an de i n f l u ên c i a na vel oc i d ade de pr opagaç ão do s omo é Pa r a haver co nt i nui dade de um movi ment o ondul at ór i o óbv i o que a s mol é c ul a s d o mei o de pr opagaç ã o t e r ã o q ue t r ans mi t i r s eus movi ment os de mol éc ul a â mol éet üa, s em o que não obt e- '
-
r i amos t al mov i ment o . Se c on s i der ar mos que o c a l or de um c or po é pr opo r c i ona l à agi t a ç ã o c o m qu e s ua s mol éc ul as es t ão dot adas , v e r e mo s q ue , quant o mai s aquec i do es t i ver um c or po, mai s agi t ad as e s t n r ã o s ua s mol éc ul as , e por c o ns e gu i nt e, ma i o r f a c i l i da d e t e r ã o a s mes mas de r eceber ou t r ans mi t i r um mov i ment o . Podemo s ent ão di z er que, a pr opagaç ão s ono r a é di r et a ment e pr opo r c i ona l à t emper at ur a do mei o de pr opagaçã o , o u s e j a , q ua n t o mai o r f o r a t e mp e r a t u r a d o a r . mai o r s e r á a v el oci dade do s o m e v i c e - v e r s a e q ue , n o z e r o a b s o l u t o , c omo não há agi t ação mo l e c u l a r , t a mb é m n ã o pode h a ve r p r o pa g aç ã o s o no r a . Po demo s a i n da d i z e r q ue a v e l o c i d ad e d o s o m é i n ve r s ame nt e p r o po r c i o na l a o n í v e l d e v ô o o u s e j a , q uant o mai s al t o vo ar mos menor s er á a vel oc i da de do s o m, e v i c e- v er s a ; i s t o , e; f u nç ão da v ar i aç ão da t emper at ur a com a al t i t ud e. Es t as c ons i de r a ç õ e s s o b r e v ar i aç ã o de t emper at ur a e vel oc i dade d o s o m, s ã o ba s t a nt e i mpo r t an t es , es pe c i a l ment e quando c o ns i de r a mo s a s o p er aç ões dos moder nos av i ões , que v oam a gr andes al t i t udes } onde s ão bai xa s as t e mpe r at ur as . É neces s ár i o p ar a o n o s s o e s t u do f az er mos uma r el a ç ã o ent r e a vel oc i dade aer odi n â mi c a d o a v i ão e a v el oci dade do s om, no mes mo n í v el e m q ue s e r e al i z a o v ô o. A r e l a ç ã o e nt r e a v el o c i d a de d e u m mó v el o u d e u m a v i ã o e a v el o c i d a de d o s o m, é deno mi nad a NÚMERO MACH, em homenagem a ERNST MACH, f í s i c o au s t r i ac o. A r el aç ão é s i mpl es ment e a r az ão ou o peent ual ent r e a v el o c i d ad e d o a v i ã o e a v e l o c i d ad e do s om, s oh ~s mes mas c on di ç ões at mo s f ér i c a s . Jl.
TAS Val.Som
CAP:fTuLo 11 C(MlJm)SIBILIDADE DO AR - O N D A . DE CONTROLE- 0NDl DE EXPüsro
C H OQ ,'O 'E
-
CAMADA.
LIMITE E
SEU
o ar at mos f ér i c o at é agor a es t udado f oi c ons i der ado c . 2,
um f l u i do i ncompr es s ! vel , o que na r eal i dade não o é, quando c ui damos de vôos am al t as vel oc i dades o Uma aer on ave em vô o det er mi na uma var i ação de pr es s ão ao s eu r edor , por caus a do vol u me d e a r des l o c a d o p el o c or po do a. par el ho. Um av i . ã o em vôo é ent ão uma r euni ão de pont os emi s s o r es de ondas de pr es s ão o j o q u e f o i es t uda do no c ap ! t ul o I . Nas bai : ms vel oci dades , que não pr ovoc am a compr es s ão do ar at mos f , ! 1'100, Q .ualquer v9.1 'ia.çio da SUl! pr88M O 8 1nst nt n8 im en t8 g mu 9, pir m 8 ~ a à:8 a n à liB à e B IO U a ã e , ça i~Q~ ~ iâU ~~ nes t as condi ç ões de v ô o ( bai xas vel oc i dades ) o a r t em o nec es ~ r i o t empo de pr epa r ar - s e par a r ec eber aquel e cor po es t r anho que s e des l oca no es paço, s em s of r er mai o r es al t er aç ões na s ua dens i dade j u nt o a o c or po. Mas , c onf or me f or am c r es c endo as vel oc i dades , o avi ão c omeç ou a andar j unt o e às vez es , at é mes mo à f r ent e das onda de p r es s ão e o ar c omeçou a s er s ur pr eendi dop~ 1 0 a v a n ç o do av i ão. } p r ovoc and o a ument os br us c os em s ua pr es s ão e dens i dade, em al guns pont os , c ompr i mi ndo- o j unt o à aer onave. A na l i s emos como i s t o ac ont ec e: s abemo s q ue a v el oc i d ad e a e r odi nâ mi c a é a vel oci dade do vent o r el a t i v o q ue a t i n ge a a e r o n av e e s a bemos t ambém que, em al gumas par t e s d o a vi ão, c omo por exe~ pI o , no ext r ador s o de uma as a, o vent o r el at i v o, dAvi d o ao f o r mat o do per f i l , ganha. a c e l e r aç ão, e pas s a a t er ve. " }i dades mai , }i da de do OTE ol.> que a . do v ô o o Se c ont i nuar mos a a u me nt a r a Vi""' v ô o , es t a r emos c o nt r i bui n do par a q ue , n as par t es de mai o r ac el e r aç ào o vent o r el at i vo al c anc e vel o c i dades s uper s ôni c as , enqua n t o que, a vel oc i dade da aer onave, pr opr i ament e di t a, ai nda per manec er á s ubs ôni c a. I s t o ac ar r et ar á uma c or r ent e ou f l uxo de a r ~s t o e, c o mo nao poder a dei xar de s er , um pr obl ema da onda de c hoque, c on f or me f i go 7, caus ado pel a i mpos s i bi l i dade de uma onda de pr es s ão de uma par t e s ubs ôni ca av a nç a r p or u ma r e gi ã o d e f l u x o s u :
110
'. ii
N
,
-
A'R E A D E M AIOR ACELERAÇÃO
--
VENTÕ RELATiVO-
---~ FIG.7
Como podemos obs er var na f i g. 7, exi s t e um f l u xo s ub s ôni o o à f r ent e do ae r o f ó l i o J c o m a a c e l e r a ç ã o do v ent o r el at i v o, s u r g e, n a r egi ão de mai o r a c e l e r a ç ã o , u ma z ona com f l uxo s uper s ôn i c o o ApÓs a pas s agem d a r e gi ã o d e ma i o r a c e l er a ç ã o, a vel ooi dade do ar v ol t a a c ai r , pas s and o n o v a me n t e a u m f l u x o s u b s ô n i es t a s i t uaç ão, v emo s q ue a s o nd as d e p r e s s ã o e mi COo Obs er vando t i d a s a t r á s d a r e g i ã o d e mai o r ac el e r a ç ão , a o c h egar em no f l ux; s up er s ôn i c o, não c on s eg uem pa s s ar pe l o mes mo, pel o f at o de te ,r em os d o i s a mes ma v el o ci dadeo O ar , des l o c ando- s e par a t r a s , i mpede a pas s agem das ondas de pr es s ão. É como um homem t ent and o s u b i r u ma e s c a d a r o l a nt e que des c e c om a mes ma vel o c i dade c om q ue e l e s obeo Apa r ec e e nt ã o , n a z o na l i mi t e d os d oi s f l u x os , u m a CÚr nu 10 de ondas de pr es s ão que e,denomi nado Onda d e Ch oq ue . A e s p ass ur a des t a onda E !".ml . n J . D1a m, as e'.. o s uf l . c l . e nt e pa r a c aus ar uma s.,. o! r i e de p r o bl e mas o O mai or de l es é o des c ol a me n t o d a Oa mad a L i mi t e e a oon s equ en t e p er d a d e s u st e nt aç ão ( es t ol de al t a vel ooi dade) . P ar a poder mos e n t e n de r e s t e f e n ôme n o, t e mo s que pr i mei r ament e s aber o que é c amada l i mi t e o Camada L i mi t e é a c r o na da de ar di r et a me nt e e ~ c o n t a t o c o m a BU per f {ci e da aer onaveo P ar a i s t o d ev e mo s r es s al t ar que, o a r a t mo s f é r i c o po ~ s ui uma det er mi nada vi s cos i dade e que es t a cont r i bui em gr ande
f ! c i e de um ae r of ól i o , s o f r e o s e f e i t os do at r i t o e pe~de v el o oi dade, c aus ando condi ções de t ur bul ênci ao I s t o é c omo s e j o~ s emos um ba r al ho s ob r e uma me s a ; a c a r t a de bai x o, em c ont at o ~ r et o c om a mes a, s of r er i a gr ande at r i t o e p ar ar i a em c ur t a di a t ânci a, enquant o que as c ar t as de ci ma, f ace ao menor at r i t o eE t r e as mes mas , c ont i nua r i am a des l i z ar , at i ngi ndo mai or es di a t ânc i a. s do que a. p r i mei r ao Faz emos , c om i s t o, uma. anal ogi a do qu e a o on t e c e c o m o ar s obr e uma aer onav eJ a pr i mei r a c amada de ar , em c ont at o di r et o c om a s uper f í oi e, s of r e gr ande i nf l uênc ~ enquant o que as out r as , j á l i vr es des t e at r i t o e s oment e c om o at r i t o da c amada i medi at ament e aba i x o, c or r em mai s l i vr es o A C 2 ! 1 ~ . di ç ao de t ur bul eA'noi a e caus ada por que, enquant o a camada hmi te é f r eada pel o at r i t o c om a s uper f í oi e da aer onav e, ~ t ambém empur r ada par a a f r ent e, pel o at r i t o da c amada que es t á s obr e el ~ Es t a ca mada de ar t em mai s ou meno s a e s pes s ur a de uma f o l . ha de papel e c ons t i t ui gr ande pr eocupação par a os t éoni cos e engenhei r os , os quai s pr oc ur am man t ê- l a s empr e c ol ada às s uper f í oi es dos aer of ól i os . ~ f ác i l ent ender mos que, s e por al gum mot i vo es t a c amada l i mi t e, di vi s ór i n ent r e o ar e um aer of ól i o, t or nar - s e mui t o es pes s a, o av i ã o t er á s obr e o ex t r ador s o uma r egi ão de t ur bul ên c i a , oc as i onando ef ei t o s s i mi l ar es ao do es t ol o
-
FIG.8
r aç ão da c amada l i mi t e, r es t r i ngi ndo a s us t ent aç ão e aument ando a r e s i s t ê nc i a a o a v a n ç o , . . q u e f o r n e c e a u m p i l o t o ma, l ,avi s ado, t o d o s o s s i n t o ma s c a r a c t e r i s t i c o s d e u m e s t a l o I s t o e o q u e c h a ma mo s d e e s t o l d e a l t a v e J . o c i d ad e, c u J á. r ec uper aç ão é be m s i mpl e s , bas t anl 10 ao pi J ot 0 7 a. J enas , et i mi nui r a vel oci dade do avi ão. Com a q u ed u d & v e l v c i d v L e d o i ~. l ~ l G e L ) v i _ onda d c hv ql e odos 08 seus eípi tos sobrf:l o.
1.1ad""
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. te o
.r<;10[ FLUXO SUBSÔNICO
. I/fi
FLUXO
I
O )
f~
y
SUPERSÔNICO DESCOLAMENTO
CAMADA UM/TE ""'''''''
VENTO RELATIVO
~
DA
\~~~~~~~
--- --
FIG.9
Par a vôos em al t ~s vel oc i dades t or nou- s e i mpr es oi ndÍ vel o c ont r ol e des t a c amada ( mant ê- l a s empr e j ~~t o às ml P9r f ! ei ea do s a er o f o , l i o s ) e p a r a i s t o f o r a w c r i a d o s v a, r i as r ecur s os l um dos mai s ut i l i z ado s é o " vor t ex gener at or " , que oons i s t e em peq ~e no s a e r o f ó l i o s , c o l o c a do s s o br e a s s u pe r f í c i e s a t ~g i d aB p~ 10 des c ol él l l l en" d a c a. " I l adaper , penc l i cul ar es à mes ma . El es age m da s eg ui nt e man ei r a~1 t e n do a f o r ma d e p e qu e na s a s a s , p r o d uz e m n a a s uas pont as uma es péoi e de r es i s t ênc i a i n duz i da, que ool a a oa~ada l i mi t e à s uper f i ci eo O pr obl ema da c amada l i mi t e é que, ~ vi d o ao at r i t o, e l a pe r d e p ar t e d a s u a v e l o c i d ad e e, po r i s s o, pos s ui p o uc a e n e r gi a c i nét i oa ••A ±' unção des t e " vor t ex" é i mpr i mi r um pouc o de vel oc i dade â . c a ma d a e p o r c o n s e g ui n, t e d o t á- l a de mai or ener gi a, obr i gando- a a f i c a r j u nt o a o a er o f o l i o, mes mo apÓs a f o r ma ç ã o d a o nd a d e c h o que. , t
C AMADA LIMITE SUPERFlclE
DA ASA
FIG.10
Out r o r ec ur s o i mpor t ant e a s er cons i der ado é com r el agao a o p on t o d e ma i o r c u r v a t u r a d o a e r o f ó l i o , p o i e j us t ament e nes t e pont o , o n de e x i s t e a ma i o r a c e l e r a ç ã o d o v en: r e l a t i v o e l o go a pÓs a e s t e , a f o r ma ç ã o d a o nd a d e c h oq ue o S e e s t e p on t o e s t i v e r l o c a l i z a do no pr i me i r o t e r ç o do a er o f ó l i o , a o nd a d e c h o qu e a pa r e c e r á p r óx i ma a o b or d o d e a t a que, ooa. s i onando o des ool ament o da c amada l i mi t e, e m g r a nd e á r ea do aer of ol i o, di f i c ul t ando bas t ant e o s eu c ont r ol ~. Se, ao c ont r á r i o , es t e pont o e s t i v e r o ma i s pr óxi mo po s s í vel do bor do de :fUga, a o n d a d e c ho qu e s e f or mar á na r e g i ã o p os t e r i o r d o a l 3r of ó l i o , o c a s i o na nd o a i nda os mes mos pr obl emas da c amada l i mi t e, #
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FLUXO SUBSÔN/CO
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DESCOLAMENTO DA CAM ADA LIMI'f 'E
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FIG.ll
Vi s t os os pr obl emas r el at i vos à s us t en t aç ão , pas s emos àquel es r ef er en t e s à gr ande r es i s t ênci a ao avanço, c aus ad os ~ I as br us c as v ar i aç ões de pr es s ão s obr e a aer onave. P or d ef i ni ç ã o, po de mo s di z er que, onda de c h o que é D ! . da mai s que um MURO DE AR COMPRI MI DO, co ns t i t ui ndo o l i mi t e 0Itl di v i s ã o e n t r e d o i s f l u x o s d e v e l o c i d a de s d i f e r e n t e s , s e n do um s ubs ôni c o na par t e pos t er i or e um s uper s ôni co na par t e ant e r i or da onda de c h oque. A dens i dF de do a r numa o nda de c ho que é t ã o a c e nt ua~ q u e of e r ec e al t a r es i s t ênoi a ao av an ç o , t a l c omo s e f os s e uma c hapa met ál i c a o Al ém des s e f enômeno i mpor t an t e no s v ôos de al t as vel o c i d ad es , que é a o n d a d e c hoque, dev emos c i t a r a que l e que é; s ua r ec {ur oç a, denomi nado Onda d e E x pan s ão . Numa onda de expans ão, a mas s a de ar que a c ompÕe ~ s a a o c u p a r u m v o l u me ma i o r d o q u e a n t e r i o r ment e oc upav aJ po -
vôos de altas velocidades. Nas asas modernaã; de tipo CUNHA DUPLl, confome figo nl 12, projetadas para vôos de altas velocidades, a presença ~ .. . da onda de e:x:pansao poder a ser melhor observada, na. ar esta do aerofó1io.
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FLUXO
SUBSÔNICO
VENTO RELATIVO
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FIG.12
Ao analisarmos a tig. 12, poderemos observar que, à frente da asa existe umf luxo subsônico, cuja aceleração se faz a par tir da aresta ~ e não se processa lentamente como nos ~ ~ aerof 6lios ou asas convencionais, ao contr ario, tal velocidade até então su bsônica, passa instantaneamente â velocid ade su pe.!: sônica, na parte posterior da aresta. A pfU'ece,na r egião da ar esta, uma r ápid a r \ução de pressão e densidade do ar , devid o â aceleração d o" ato r elat,! vo,· dando origem ao que chamamosde Ondade Expansao. Após a aresta, o vento relativo manten-se numavelocidade supersônica, até o bordo de fuga, onde ocorre a sua des~ celeraçãO para a velocidade normal de escoamento, subaônic~ne~ te caso, Aparece, então, no bordo de fuga, uma onda de choque, conforme figura 12.
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CAPi TuL o 111 MACR CRf TI CO - 1t ECURSOS PARA AUMENTÁ- L O - ENJ i ' L EI CAMEN' r- o PROBLE liAS CAUSADOS PEL O ENFL EXAMENTO E SUAS CORREÇÕES No c a p i t u l o I d e s t a p ub l i c a ç ã o f o i d ef i n i d o o q ue mer o Mach, que é a r a z ã o ou per c ent ual ent r e a vel oc i dade ae r o di nâmi ca da aer onav e e a vel oc i d ade do s om, s ob as mes mas condi ç õ e s at mos f é r i c as . Ao cons i der ar mos aer onaves pr oj et adas par a vôos s ub s ôn i c o s , o nd e n ão h aj a f l uxos ms t oe ( s ubs ôni cos e s uper , s ôni c os ) , t orna - s e i mpo r t ant e o c onhec i ment o de um de t er mi nado muner o Mac h des s as aer onav es , qu e c h ama mo s de MACH CRÍ TI CO. O MACH CRf TI CO de uma a e r o n av e é o númer o Mac h no qua l , num Úni co pont o da as a, a vel oc i dade do v ent o r el at i v o a t i n ge a " -- -----v el o c i da de de Y~CH 1. Es t e númer o Mac h var i a de a er onave pa r a aer ona ve e qua~ do ul t r apas s ado , pr o vo ca a f o r maç ão de uma onda de choque s obr e a as a. Se a ae r o na v e n ão f o i pr oj et ada pa r a v oar c om es s a o nda d e c h o q u e, a par t i r de s s e númer o Mac h c o me çar ão a apar ec er al t e r aç ões na s u a p e r f or manc e e s eu c ont r ol e.
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PON TO KÂXniO DE ACELE RAÇÃO COM VELOCI DADE I GUAL A
Mo 1. 0
Se es s as al t er açoes s oment e s e mani f e s t a m apoB a ul t r a pas s age m d o M iCH c r í t i c o, l o gi c ament a de ve c o ns t i t ui r uma das pr eoc upações dos engenhe i r os , a c o ns t r uç ão de aer onaves c om o M AIS ELEVADO N Ú 1,rn:ROM A CH CR f T ICO po s s í vel . Par a i s t o s ão ut i l ! z ad os vár i os r ec ur s os . Um des t es r ec ur s os par a o aument o do M AC H CRfTICO, é a c ons t r uç ã o d e p er f i s q ue o f e r e ç a m o mi ni mo pos s í vel de acel er aç ão a o f l ux o de a r s o br e a s as as • . , f l uxo es t e que t em s ua vel ooi dada di r et a ment e pr opor ci onal a c ur vat ur a do aer of o l i o. Par a i a t o s âo c ons t r ui d os aer of ó l i o s c o m o mi ni mo de c ur va t ur a pos s ! : v el , c hamados de Eer f í s l ami nar es . Sendo pequena a c ur v at ur a do mes mo, pequeno s er á o aument o de vel oc i dade do ar que pa s s a ~ br e o aer of ól i o. Ai n da devemos cons i der ar que, s obr e uma mes ma as a, que p os s u i a o l o ng o d e s u a e nv e r g ad ur a s e c ç õ e s c om di f e r ent es c ur va t u r a s , a s v el o c i da de s do f l ux o de a r s o br e a s di v er s as s ecç ões s ão di f er ent es ; s endo o mai or i ndi c e d e c u r v a t u r a d o aer of ól i o l oc~ l i z ado nas s ecç ões pr ~xi mas da f u s el a gem, t emo s n o p on t o d ema i o r i ndi c e d e c ur v at ur a a ma i o r v el o c i d ade de f l uxo e c o n s eque nt e men t e é nes s e pont o onde pr i me i r o at i ng i r emos o M AC H CR f TICO o -
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M AIO R ÍND ICE D E ~
CURVATURA
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, Outro recurso muito usado e o enflemmentoe Quando o vento relativo a.tinge uma asa. enflemd a, ele não o faz perpendicularmente e sim formando umangulo que e igual ao do angulo de enflexamento. Podemosentão decompor o vento relativo em duas componentess uma Par'Q.lela ao bordo de ataque7 sem influê,!! cia alguma sobre o arrasto e a sustentaçãO e a outra, perpend i aular ao bordo de ataque. Comoesta componente perpendicular ao bordo de ataq us será sempre menor que a velooid ad e do vento re lativo, seus ef eitos ser ão menores. A
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FIG.15
Concluimos, então, q ue uma.vião oomas asas enfle:r adas poderá voar commaior velocidad e d o que se possuisse asas sem en""9:xamento, 'semsof re r as oonsequênoia.s de umflu:. ') mixto.As sim, q uanto maior for o enflcaamento de umavião, maior ser~ seu JUCH CRíTICO.
Mas, a pesar de o enflexamento constituir umdos r ecur soe mais indicados para o aumento do MACH CRfTrco, alguns pro blemas apareoem quando nós o utilizamos. . e' o ohamadofluxo Umdos problemas das asas enflexaaas transversal. O fluxo transversal é simplesmente ummovimento~
raiz e vice-ver sa.· Isto ocorre da seguinte maneiral o ar, antes de atingir a asa, ao longo da linha .l, par alela ao bordo de ataque, ond e a pr essao do ar e,a pr essao no:r m.alde escoamento , tem a tendência d e deslocar-se later almente, no sentido da f'use - - do ar sobre a --' e menor dend ."o a aceleraçao I agem , onde a pr essao asa, este fato ocorre ao longo de tod o o bordo de a·taque. Por Cll , tro lado, proxirAoao bordo de fuga, ocor re o inver so, sobr e a , , linha. C, a pressao e menor do que atras do bordo de f uga, d ando origem a umfluxo de ar, cujo sentido é da raiz para. a ponta da asa.
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FIG.16
Este flux~, ocasionado pelo formato da asa, tOrD&-80 mais acentuado nas baixas velocidades, onde o ângulo de ataque é grande e, por conseguinte, a depr essão existente no extradêrso é maior. Nopré-estol a direção desse fluxo é quase par alela ao bordo de fuga. Umdos métodos em pregadospar a oorrigir estas tendiD oias do fluxo de ar , é o uso dos "Wing-.l'enoe",que são lâmi.s paralelas as cordas da asa, colocadas quase sempre no extrado~ so da mesma.Emalguns tipos d e aeronaves são utilizados os pró prios su por tes das turbinas, como"WingFence". Outro grande pr o blema é o d ef lexionamento d e umaasa e.!
-
nemd a. Umaasa, quando está produzindo sustentação, possui uma força que a empurra para cima, devido ser a pressão no intrad0O!: ao maior do que a pressao no extradorso. Comoesta força. e, uma for9a de pressão, ela atua emtoda a área da asa. Sabemosque a raiz da asa está fixada à f uselagem e não sofre a deformação d,! corrente da atuação dessa força, mas, o mesmonão pode ser dito .• , oomrelaçao ao restante da asa, e comose estivessemos enver ~ do uma lâmina de a90, comuma das póntas presa à uma par ede, e,! tando a outra livr e. Sabemosque a asa de umaaeronave nao e••totalmente r 1r~ .• .• r .• da, .w.to pelo contr ario, ela econstrw.dn suficientemente elastioa", para poder oscilar. Quandosubmetid a a esta força. d e pr essão, q ue a ampurra para cima, ela enver ga ou d eflexiona, tomando umf or mato q ue, visto de frente, assemelha-se ao de umângulo de diedro.
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Asa deflexionodo devido o sustentação.
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. ~ onOlno I. . I" \10 asa. P OSIÇOO
Ao consid er armos a def1exãO de asa sem enf1examento, no taremos que este f enômenonão causa problemas.
-
ângulo de incidência, emdireção às pontas das asas. , Neste caso, se pudessemos'olhar de frente umaasa enfIemda produzindo sustentação, veriamos que o bor do de f uga. esta ria mais alto do que o bordo de ataque.
FIG.18
Esta var iação do ângulo de incidência, no sentido d as pon tas, causa umavariação no ângulo de ataque entre as pontas e;: raiz da asa e umaconsequente d iminuição da sustentação nas po~ tas. Isto não of ereceria problemas maiores do que a parcial pe~ da d e sustentação, se o centr o d e pressão devido à esta variação d e sustentação, não se deslocasse para a frente. Devemoslembrar que, comoas asas sao enflemdas, &s po~ tas estão d eslocadas para treZe Umaperda de sustentação nas ~n tas das asas, empur~aria o centro de pr essão emd ir eção à raiz d ; . mesma,aproximando-oda fuselagem e deslocando-o para a frente. I
• •
Es t e des l o c amen t o d o c e n t r o d e p r e s s ã o p ar a a f r e nt e , ~ q ui v a l e a um des l o c ament o do c e nt r o d e gr a v i dade par a t r a z , o c ~ s i onando uma t e ndên c i a d e c a b r a g em, mo t i v a d a p e l a c r i açã o des s a i ns t abi l i dade l ong i t udi nal o Es t a s i t uaç ã o ~ di ant e de uma aer o~ v e mal ba l a nc e ada e c o m s eu c e nt r o d e p r e s s ão mui t o des l oc ad o~ r a : r e n t e , p od er á o c as i onar a c hamada I NSTABI L I DADE CATASTR6F I CA .
i NST ABI L I DADE CATJ " STR6FI CA é , p or t a nt o , u ma c o n di ç â o d e f ~, t i l f br i o, o n d e o c ent r o de pr es s ã o c o i n c i d e c o m o cent r o de gI ' v i dade. Al ém di s t o, uma as a enf l exa da t em t a mbé m a , e n dê nc i a d e es t al a r pr i mei r o nas pont as , o q ue a c a r r et a doi s gr andes pr obl e mas a o pr i mei r o é o des l o c ament o do c ent r o de pr es s ão par a ; f r ent ~, oc as i o nado pel a per da de s us t ent a ç ão nas pont as das aaas , a( ~r l e t a ndo pr obl e mas i d ê nt i c o s a os an t er i or men t e vi s t o s , n~' e ~t ud o ~00~e de f l ex i ona men t o . Como s egundo pr 0bl ema t e mos a per da par c i al do c ont r ol e d a a e r o n Et v e , e m b a i x a s v e l ' l ci dades , f ace à l o c al i z ação dos ai l , ! ; , r ona s er j l s t ament e na par t e es t ol ada da aRa. Es t es doi s pr obl e I
exi s t i ndo vár i os mét odos par a c or r i g i - l os . Ent r e os mét o d o s ma i s conhec i d os podemo s c i t ar t a c ol 2caç ão de um " 8LOO' " na pon t a da as a, o a ument o da c ur vat ur a do ae r of ól i o em di r eç ão às pont as , a d i mi n u i ç ã o d o â n gu l o d e i n o i d ên : c i a n as p on t a s , e t c ••• É i mpo r t a n t e o b s e r v a r q u e, a s o l u ç ã o de um pr obl ema pode s er agr avant e de out r o. Uma di mi nui ç ã o n o â ngul o de i n c i dênc i a , t i r a a t e n dê nc i a d e e s t o l d e p o nt a d e a s a , ma s , r e s u l t a num mai o r ef ei t o de t or ção dur ant e o def l exi onament o. Por i s t o , e s t e t i po d e a s a r e que r uma c ons t r uç ão apr opr i ada e mui t o s of i s t i c ad a, que el i mi n e ou di mi . nua es t es ef ei t os , pr i nc i J a l ment e em a r t ur bul e nt o, onde el es s e f az em s ent i r com mai s i nt ens i dade. Res t a - nos f a l a r a i n d a s o b r e o s p r o bl e ma s de equi l {br i o di nâmi c o, c aus ados pel o enf l exament o . O enf l exa ment o é um dos r ecur s os ut i l i z ad os par a s e c o n~Agui r um per f e i t o e q ui l {b r i o l a t e r al e di r e c i o nal de uma aer onav e J ent r et a nt o , quando es s e eni · l ex a. ment o é mui t o ac ent uado, c omo nos c as os das ac ~c nav es de al t a; v el o c i dade s , pr ov oc a s ér i o s pr obl emas , mui t os dos qu ai s d es as t r o
VÔ~
s os .
Na s bai x as vel oc i dades , a a ç ã o do enf l e x ament o, ao i nvés de f a c i l i t ar o c ont r ol e da aer onave, col oca - a numa c ondi ç ão de e qui l {br i o , q u e c h a ma mo s d e E QUI L í BRI O DI NÂMI CO I N8 T ÁVEL . Ne s t e t i p o d e e qu i l {b r i o , q ua ndo a aer o nave é af as t ada da s ua pos i ç ão o r i g i n a l , t e n de v o l t a r à mes ma, mas , o f az c om mui t a i nt ens i dade, pas s ando pel a r ef er i d a pos i ç ão ( o r i gi nal ) , af a s t ando - s e del a, a gor a e m s ent i do c o n t r á r i o, mai s do que ant er i o r ment e e c o n t i n ua r epet i ndo es t e mov i ment o , ampl i an do- o em c a d a r e ~ t i ç ão e de modo mui t o r ápi d o. Vej amos c omo i s t o ac ont ec et na f i gur a 20 v e mo s u ma a e r o n av e c o m ac ent uado enf l ex ament o e em nt1 t ude anor ma l d e v ô o , e f e t u a ndo uma der r apagem.
Teor i a de Vôo - Al t a Ve l o c ~e
pág. 2~
Ne s t a f i gur a. uma das as as es t á di r et ament e c ol oc ada em opos i ç ão ao v ent o r el at i v o, por e s t a r az ã o el a t e m um va l o r d e ar r as t o e s us t ent a ç ão mu i t o ma i o r do q ue a o ut r a , c u j o b or do de at a que es t á qu as e par al e l o à e s s e ven t o. Nes t as c o n di ç õ e s , a a e r o n a v e s e r á , a o me s mo t empo, f r e~ da e l ev ant a d a p e l a as a de mai or es c oef i c i e nt e s de ar r as t o e s us t en t a ç ã o , o que a f o r ç ar á a v ol t ar â . pos i ç ão nor ma- de v ôo; ne i t e r et o r n o, d e vi d o â . f o r ç a d e que é dot a da, el a ul - ap as a a a p o s i ç ão nor mal e ' c ont i nua no s ent i do i nv er s o , a go r a a va nç a ndo a o u t r a as a, bem como l evant ando- a , r epe t i ndo os mes mos mov i men t os an t er i or es . Es t es mov i me n t o s a s s e me l h a n- s e a o s d e u m p ê n du l o , q u e a o i n v é s d e d i mi n ui r a a mp l i t u de d o a r c o , t e n d e a a u ment á- l o. O qu e a c ab amo s d e v er , o u s e j a, e s t e s i s t ema de equi l i br i o, e".o que denom~namos de DUTCH ROLL . A r e c u pe r a ç ã o d e u m r o T CH ROIJ., r equer uma t éc ni c a e s p ec i a l d e p i l o t a ge m e e x i g e r á p i d os r e f l e x o s d o p i l o t o .
-
ç a r a g i r a r pa r a a di r ei t a , o pi l ot o dever á gui ná- I a ai nda mai s par a es t a di r e ç ão. Embor a i s t o pa r e ç a i n admi s s í vel , o que r eal ment e acont ece e o s egu i n t e : c omo a aç ao s obr e os c omandos e a at uação des t es par a a mo di f i c a ç ão das c o nd i ç õ es d e vô o t o ma r ã o al gum t empo, o avi ão pr at i cament e j á es t ar á no f i n al do a r c o , no i ns t ant e em que as s uper f í ci es de comando c omeç ar em a at uar , nes t e mome n t o , o u s e j a , n o f i n a l d o a r c o , o e n f l e x a me n t o j á es t ar á ~ gi ndo em s ent i do co nt r ár i o, par a f a z e r v ol t a r a a er onav e à pos i ç ã o n or ma l d e v ô o, o q ue n ão c o ns e gui r á t ão f a c i l ment e , f ace ~ condi ç ã o d a a t u aç ã o d as s u pe r f í c i e s d e c o ma nd o, n o s en t i do opos t o. I s t o t or nar á pos s í vel o r et or no da aer onave à pos i ç ão or i g i n a l , v i s t o t er mos agor a uma di mi nui ção na ampl i t ude dos mov i ment os . P e l o e x po s t o , n ão d ev e r á o p i l o t o c o nt r ar i a r ~de i n{c i ~a at i t ude da a er onav e, f ac e â r et ar d ad a a ç ã o d os c o ma ndos qu~, quan do at ua r e m, a a e r o na v e j á t e r á c ompl e t ad o o mov i ment o e i ni ci a d~ o s eu r ever s o. Cas o cont r ár i o, o pi l ot o a o i n vé s d e f a z e r c e s s ar o movi men t o, es t ar á a aument á- I o e l evand o a aer onav e par a at i t u d e s d e v ô o a i n da p i o r e s . , Pa r a ev i t a r o DUTCH ROLL na um pequeno equi pament o el et r ôni co denomi nado " YAWL Du } f . P E R " o qu a l a t u a c o mo um pi l ot o aut ~ mát i c o, c oor denando es s es mov i ment os . S e n as b ai x a s v e l o c i d ad es t e mos pr obl e mas oaus ados por e x c e s s o d e mOVi ment os , t a i s c omo l e v ant a ment o de as a, gui n adas , et c •• • , nas al t as v el oc i dades t emos pr ob l emas oc as i ona dos pel a f al t a de s s es mov i me nt o s , dev i d o ao ef ei t o do enf l exament o , que q ua s e a n ul a o s ef e i t o s das s uper f í c i es de comando. ,
N
CAPfroLO IV
vO o
SUPERsONIco
Co mo f o i v i s t o ant er i or ment e, a par t i r do }üCR ClÚTI 00 uma. onda de c hoque s e f or mar a s obr e a as a, e uma s er i e de ou t r a s o nd as d e c ho que s e f or mar á s obr e a aer onave, â medi d a que f o r c r es c endo a ve l oc i dade do v ent o r el at i v o. As s i m, t er emos ondas de choq ue s o br e o es t abi l i z ador , s , 2, br e o pl a no de der i v a, et o •• • Es t as ondas , â pr op or ç ã o d o c r e s c i me nt o d a v el o c i d ad e v ã o c hegando par a t r a z e apr ox i mando- s e do bor do de f uga, f a t o q ue a c on t e c e c o m t o da s a s ondas , mas par a mel hor ent endi ment o do as s unt o, f oc al i z amos es pec i al ment e a o nd a l o c a l i z ada s obr e a as a. Com o cr es ci ment o da v el o c i d ade, o v ent o r e l a t i v o c o meç a a t e r v el o c i dades s uper s ôni c as em q ua s e t o d a a e x t e ns ão da ,
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Ai nda podemos d i z e r q u e, c o m o a u ment o da v e l o c i d a de 0 , 2,
/'~~ FLUXO
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SUBSONICO
/FLUXO
_ ~ SUPERSÔNICO
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~
0"'010
OE CHOQU(
NO 'NTlUOO"'O
FIG.22
•.•
E s t a s o nd as , s u pe r i o r e i n f e r i o r , v a o s e d es l o c a nd o p ~ r a t r az e no moment o em que at i ngi r em o bor do de f uga, a aer onave es t ar á em M 1. v V Da i po r d i a nt e a a er o na ve es t a r á l i v r e d as i ncômodas on das que s e f o r mav am s ob r e a s u a s upe r f {c i e . J )1 ~ f ;~ A
MACH 0.99
!'>J : •• "'\
Teoria de Vôo - Alta Veloeidade p~g. 29
ApÓs a cond ição demonstrada na figura 23 a aer onave adquir e mais uma onda que passa a acompanhá-Ia nos vôos supersôni cos, esta nova. ond a forma-se nas regiões dianteiras do avião";" tais comoo bord o de ataque, o nariz, eto ••• Seu a parecimento é emconseq uência de ser a velocidade da aeronave superior à das ondas de pressão.
ONDA DE CHOQUE A DIANTEIRA DA
' LUXO SUPE R SÔNICO
A~RONAVE
FIG.24
Nestas cond ições de vôo, o ar choca-se vio] 9ntamente com a "artes do avião e é compr imido pela camada de ·al subsequente, para logo a seguir liberar-se dessa com pr essao e v..•:tar a sua. velocidade normal de escoamentoo ,.. , ,.. A esta r egiao d e com pr easao e tod as as demais similar e~ ohamamosde ZONAS DEliSTAG NAQlOo Nesta zona de estagnação, devido à desaceleração do ar, forma-se a O N D A DEPR OA,q ue é a maior e a mais forte onda at'L:.ante so br e a aeronave& I
,...
é
som, ela se "quebra" â . fr ente da aeronli\ye a. s.e inclina para. traZt for mandoUma es pécie de cone, que é denGmnado de cone Macho
FIG.25
Este cone ou â.ngulo !>iach,nada mais é do que o ângulo formadopela onda de choque, sendo proporcional â velocidade de d eslocamento da aeronave. Esta proporção é inversa, ou seja, q uanto maior for a velocidade, mai's fechado estará o ângulomaoh e vice-ver sa. Esta nova ond a é a maior barreira que a aeronave terá de vencer. Após'"'asue. quebra, tud o volta ao normal, :porque então to d as as partes da aeronave já estarão sobre a influência d e ~ fluxo super sônico. Esta onda é a causador a dos conhecid os pr o blemas d o estrondo sônico. Seus efeitos sônicos dependemdo t ~ manhoda aeronave e tambémda aItuxa de vôo da mesma. Para continuarmos nosso estudo so br e o vôo supersônico, precisamos deixa~ claro que existem d ois tipos de ondas de com nd d h bh~ d d h normal A
-
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1-) - a d i
r eç ão do f l uxo de ar de uma onda. de o h oque .2 bl í qua é mudada. após a pas s agem des s e f l uxo de ar p el a o nd a. , e~ quant o que na onda nor mal a di r eç ão do f l uxo é mant i da após a pas s agem l l el a mes ma. 2&) - a v e l o oi dad e do f l uxo de ar , ap ó s a onda de o hoque nor mal , pas s a a s er s ubs ôni c a. , enquant o que na obl i q ua, ap~ Bar da s ua di mi n ui ç ão, oont i nua s uper s ôn i o a. 31 )- nas ondas de ohoq u e nor mal ou obl i qua, eXi s t e uma nat ur al queda da pr es s ã o di nâmi oa na par t e pos t er i or às mes ma~ i s t o é devi do ao aume nt o da dens i dade e pr es s ão es t át i c a. , dur an t e a pas s age m pel a s mes mas . Es t e ef ei t o s e f az s ent i r , oo m mui t o mai s i nt ens i dad e. numa onda de ohoque nor mal , que é oons i der ada uma ver dadei r a des s i pador a de ener gi a; por es t e mot i vo , a oamada l i mi t e, que j a. - pos S\ }i .POU08. ene r gi a , des ool a- s e mui t o ma. i s f aoi l men· ~e at r ám de uma onda de ohoque nor mal , do que at r ns de uma onda de ohoque obl ! quao Podemos d i z e r a i nda que, a mai or r es i s t ênoi a ao avanç o de uma aer onave es t á ent r e as vel ooi dades de H. or i t i o o e M 10 Daí a i mpor t ânoi a de di mi nui r mos o t ~mpo de t r ans i ç ão ent r e es t as duas vel ooi dade s . P a r a I s t o, é neoes s ár i o a oon s t r ução de apar e l h os o om g r a nd e o ap ao i d ade de a oe l e r a ç ão , no s ent i do de per mi t i r uma r eduç ão de es t ada nes t a or i t i oa f ai xa de vel ooi dades t r ans ôni o as o Se f i z er mos gr áf i oos de vel o oi d ade v er s us r es i s t ênoi a ao avanço' de um mes mo av i ão, em di f er ent es at i t udef 1e aoe l er a çã o, t er emos o s egui nt e as peo t o: ( f i gur a 26)
Teor i a de Vôo - Al t a Vel oci dade pág. 32
AVIÃO COM POUCA ACELERAÇÃO RESISTÊNCIA AO AVANÇO
M .C R I T. VELOCIDADE
M .l
AVIÃO GRANDé RESISTÊNCIA AO AVANÇO
CQ./,f
ACéLéRAÇÁO
Al ém di s t o, t or na- s e neces s ár i o di mi nui r ao máxi mo, ou s e pos s í v el el i mi na r , a s z o nas de e s t a g na ç ã o q ue s e f o r ma m s o b r e o aVJ . a o. I s t o t em s i do c ons eg ui d o g r a ç a s a o s n ov o s p er f í s d es e nh a do s pa r a o s v ôo s e m al t a s v el oc i dade s o P or e s t a s r a z õ es a s a pa r ênc i a s da s a er o na ve s de al t as v e l o c i d ad es s ã o c o mp l e t a me nt e d i f e r e nt e s d aq ue l a s q ue v o am em bai xas vel oc i dades o A f or ma aer odi nâmi ca de uma aer onave de al t a vel oc i dade~ com nar i z pont eagudo, par t es f r ont ei r as das as as e es t abi l i z ador es em f or ma de l âmi nas , et c ••• , di f er em t ot al ment e das aer ona ves de bal xB, s vel oci dades , com nar i z e par t es f r ont ei r as ' ar r ed on
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Qua nt o ma i s f i n a ou es t r ei t a , f o r a par t e d e i mp ac t o da, ae r o na ve c o m a mas s a d e a r , me n or s e r a a a r e s . onde o a r s o f r e r a os et ei t os de c ompr es s ão ••Ve j amos o que ac ont e c e nuro vôo s uper s ô ni c o, c om uma as a de t i po Cunha DuPle:$ ;
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Teor ia d e Vô o ~ Al ta V el oc id ade págo 3 5
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Es t e ~i po de as a, quando c ol o c ado em um f l ux c d e a r ~pe r s ô ni c o, r . os f or nec e duas ondas de c hoque obl i quas , ~endó uma na c auda o u b o r do de f u ga e out r a no b or d o d e a t a quf Dbs er ve as di f e r enç as exi s t ent es ent r e uma bi c onv ex a e uma a s a c o n venc i o nàl F i gur as 28 e 2 9 ) . g
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FIG.29
Na as a c o nvenc i onal , dev i d o ao s eu bo r do de a t a que a r r edondado, f or ma- s e uma z ona de es t agnaç ão, on de a v e l o c i d a de a r , p o r i n s t a n t e s , c h e ga a z e r o. À f r ent e des t a z ona de es t a~ ç ão, f or ma- s e , a f a s t a da d o b or d o d e a t a qu e, u ma o nd a d e c hoque n o r ma l . Ob s e r v e q ue , f o r a d o s l i mi t e s d a z o n a d e es t a gnaç ão, on de o a r po d e c o r r e r l i v r e me nt e , a o n da d e c h o que dei x a de s er nor ma l p ar a s e r o bl l q ua ; e a c h ama da o nd a de pr oa des c ol a da, ou s ej a , uma onda que s e f o r ma à f r ent e da aer o na ve , s e m t oc á- l a o Res t a - n o s s o me n t e f a l a r q ue , u ma a e r o n av e quando v oa c i ma d a f r o n t e i r a do s om, c o meç a a t er det e r mi nadas t endênc i a s de i ns t abi l i da de s obr e s eu ei x o l ongi t udi nal . Nes t a s c ondi ç Ões o pi l o t o p o de s e r s u r pr ee nd i d o, r epent i n ament e , por uma f b r t e t e n dênc i a de aba i x amen t o do nar i z do av i ãoo I s t o é dev e s ment e) a o , s e ns {v e l d es l o c a me nt o do • . . i do, s i mnl, c ent r o de pr es s ao par a tros. o que e a mes ma c oi s a que um des l o ca r nent o do cen t r o d e g r a v i d a de p a r a a f r e n t e . O c e n t r o d e p r e s s ão l oc al i z a- s e apr ox i madament e a 35% d a CMA, e m q ua s e t o d as a s a s a s , q ua n do e l a s e s t ã o e m v e l oc i dades s ubs ôni ca s . Es t as meRmas as as , quando c ol o c adas s ob a s i t ua ç ão de v ô os s uper s ôni co s , têe
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C.APt'lULO •.V
PR O :BL D A S D E C O N TR O LE m A L T A S V E LOC ID AD E S - INVERSÃo D OS COlU! DOS.
Uma aer ona v e que voa em aI t as vel oc i dades r es i s t e às mu danç as de di r eç ão e a t i t u de s d e vôo, i s t o é devi do à gr ande f o, ! ç a de i n ér c i a d e q ue o a pa r e l h o es t á dot ado. P or es t a r az ão os c omandos dev em s er ac i o nados s ua v e ment e, av i t a ndo as s i m os per i gos caus ados por br us c as man ob r as , as quai s , al ~m do i mens o f a t o r c a r g a a q ue s ubmet er i a m a ae r on a. , v e, poder i am ai n da pr ovo c a r r e s p os t as i n es pe r ad as , e at e mes mo opos t as às manobr as de s ej ad as . f ., Um exempl o bem n J .t i do de manob r a s o po s t a s a s des ej adas e ob s er v ado s obr e o ei x o l ongi t udi nal dos av i ões de gr ande env e, ! gad ur a. quando ac i onamos s eus ai l e r ons . Ao s er em aoi o na do s p ar a uma r ol agem no s ent i d o h or á r i o , p r oduz em uma r ol agem no s ent i do ant i - hor ár i o e v i c e- v er aa. I s t o é devi d o a u ma t or ç ão nas as as , pr ov ocada pel o us o r epent i no dos ai l er ons . C'o
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par a quebr ar es t a i nér ci a. I s t o t or no u- s e , um gr ande pr obl e ma Iavi, r i o s f or am os r ec ur s os cr i ados par a s uper a- l oe Um des s es r ec ur s os e,a c ol o c aç ao de ai l er ona de meno r a, r ea, t r abal hando j u nt o c om um s i s t ema de " Spo i l l er s ~ e l o c al i z ados mai s per t o da r ai z das as as . Quant o menor f o r a aupe r f 1c i edo ai l er on, menor s er á s ua at uação e, quant o mai s per t o da f us el agem, menor s er á o moment o pr oduz i do s obr e a as a. Os avi õ es mode r nos , des enhados par a vôos em al t as vel ooi., dades , pos s uem doi s par es de ai l er ons J um de as es par es , oomo j a conhec emos , o t i p o c o nvenc i onal , gr ande e d e l ar ga ampl i t ude de movi ment os , at ua nas bai xas vel oc i da des , o out r o par , menor e de menor ampl i t ude de mov i ment os , l oc al i z a- s e a pr oxi madament e no me i o da as a , e s e des t i na a v ô os c o m c o nf i g ur a ç ão l i mpa , ou s ej a , oo m t r em e f l a p r eool hi dos , em al t as vel oci d ades o Ger al ment e, 08 avi õ e s q u e ut i l i z am es t e t i po de ai l er on, s ão equi pados c o m u m s i s t ema au t omát i c o de t r av a, que s ó per mi t e o us o dos ai l er ons de bai xas vel oc i dades . co m o f l ap ar r i ado. Al ém da i nver s ão de c omandos , out r o pr obl ema que c os t uma apar ec er é o do oomando s em at uação, ou s ej a, i noper ant e. Es t e f en ômen o é oc as i onado pel a f or mação das ondas de choque e do oon s equent e des c ol ament o da c amada l i mi t e. As s uper f í c i es de c om~ do, ao s er em aoi onadas , aument am a our vat ur a do aer of ól i o e pu xam as ondas de ohoque par a j unt o de s i . Como es t as ~per t f c i •• - col ocadas no bor do de f uga do aer of ol,i o, na par t e d e t r a~a es t ão dos pl anos f i xos , f i oam at r ás da onda de choque e, por oonB8gui ~ t e, na r egi ão de des c ol ament o da oa mada l i mi t e. As s i m, es t as s uper f i oi es pas s am a oper ar dent r o de um f l uxo de ar t ur bi l hona do, e per d em a d ev i d a a t u aç ã o . P o r v e z e s , a. onda de o hOQ. ue s e al oj a de t al manei r a que o pi l ot o não cons egue mexer oom 08 oom~ dos , oo mo s e as s uper f i c i es t i Ves s em s i do t r avada •• Ai nda f o c al i z ando es t e pr obl ema de cont r ol e da aer ona ve , é de c ons i der áve l i mpor t ânc i a a pos i çã o do es t abi l i z ador , s ee. t a es t i ver co l oca do no mes mo pl ano das as as , s er á at i ngi d o pel a t ur bul ênci a ca us ada pel o des co l ament o da c amada l i mi t e~ Por out r o l a do, é opor t uno l p. mbr ar que , s e el e es t i ver oo l ocado na di r eç ão ou mes mo pl ano daf : s ai d as das t ur bi nas t aI l bé;
-
Par a avi t ar as oons equênci as c aus ad as p or e s t a s d ua s c o ~ di ç ões , os es t abi l i z ador es s ão col oc ados em pl anos mai s el evados , como podemos obs er var em al g uns t i pos de aer onaves , onde s ão col oc ados , i n c l us i v e, na par t e s uper i or do pl ano de der i v~. Des t a f or ma, os es t abi l i z ador es es t ar ão f or a da es t ei r a da t ur bul ê noi a e s eus pr of undor es t er ão movi ment os e ações nor mai s . Quand o es t a mes ma aer ona ve es t i ver oper ando em bai xas vel o c i dades , oom mai or ângul o de at aqu e, ou s ej a, em pos i çã o oabr ada, vol t a a s of r er os mes mos ef ei t os da t ur bul ênci a, ocas i onada agor a pel o t ur bi l hon ament o nor mal do gr ande ângul o de at aque •
.. ,O/RE .ÇÁO 00 vôo ( Avião Cobr ado)
CApf'!:!JLO VI
LIM IT E S O PE R A C IUNAIS - E N V E LO PE A E R O D IN !M IC u
Pe l o q ue f o i v i s t o a n t e r i o r me n t e , p o de mos n ot a r q ue , p ar a c ada t i p o d e a e r o n av e h á u m d i f e r e nt e t i p o de oper aç ão o P a r a d ef i ni r mos um de t er mi na do t i po de ope r aç ão , dev er e mos ant es c l as s i f i c ar as aer ona ves c ons i der adas , dent r o de s uas c apac i dades e s eus l i mi t es oper aci onai s . Bas i c ament e devemos c ons i der ar doi s t i p o s de av i ões : a) de bai x as v el oc i dad es , b) de a l t a s v el o c i dades . No pr i mei r o c a s o e s t ã o a s a er o na v es q ue v oam c om vel oci da de s a t é 350 KT S e , no s e gund o, a s a er ona v es c om vel oc i da de s e u per i or es a 350 I TS. Os a vi õ es de a l t a s v e l o c i d a de s s ã o a i n da s u bd i v i d i d os e m t r ês c l as s es l 1) s uBSONr c o - aquel e amque t o da s a s p ar t e s d a a e r o n av e e s t ão s ob a i n f l uênc i a d e u m f l u x o s u bs ô n i c o . As s i m, s eu l i mi t e máx i mo de vel oci dade é o ' I M. CRI T. u; 2) TRANs ONI c o - aquel e e m que a a er o na ve es t á s o b a i n f l u ên c i a d e u m f l u x o l:11ste p o u s e j a , p a r t e s u b s ô n i c a e p a r t e s u : per s ôni ca. Seu l i mi t e máxi mo de vel oci dade é o M 1; 3) SUPERSONI COaquel e em que t od as as par t e s da aer on av e e s t ão s ob, a i nf l uênci a de um f l u x o s upe r s ôni c o Se u v ôo é r e al i z ado ac i ma do M 1. Quando nos r e f e r i mo s a númer o mac h, dev emo. . ; . Le mbr ar que o me s mo não r epr es en~ uma da d a v el oci dade, poi s um mes mo númer o ma c h , e m d i f e r ent e s n i v e i s e s o b d i f e r ent e s t e mper at ur a s , no s ~ r á di f er ent es vel oc i dades . As s i m, quando f al amos em l i mi t e s oper a c i o nai s , dev emo s l e mbr a r que t ai s l i mi t e s d ev e m s er c ons i d er ados , t an t o quan t o a o mach como em v el oc i dade s , ou s e j a:
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pr i mei r o ( VKO) é em : t ) pl ç ãoda es t r ut ur a do avi ã o e o s e gundo, em f unção do t i po de v ôo par a o qual o av i ã o f o i pr o j et adQ.
Como o númer o mac h é um pe r o en t ua l da v e l o c i da de do s o m e es t a di mi nui com a al t i t ude devi do à queda de t emper at ur a, es t es 11mi t es de oper ação t endem a s e a. pr ox i mar , vi s t o que a no de uma aer onave aument a co m a aI t i t ude, enql 1ant o que Q . DO, em t er mos de vel oc i dade, di mi nui c om o aument o de al t i t ude. Exi s t i r á ent ão um ni vel em que es t es l i mi t es s e cr uzar ão e, a est e ni vel damos o nome de ni vel de t r ansi ção. I s t o q ue r di z e r q ue , a ba i x o d o n i v e l de t r a ns i ç ã o , a pr e ocupação do pi l ot o é não exceder a VMO e, aoi ma del e, nãó exoed; ' o DO.
Na f i gur a 32 poder emos obser var est as var i ações e a est e gr áf i c o c hamamos de ENVEL OPE AERODmbr r CO.
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Na a t mo s f e r a , a v e l oc i dade do s om var i a c om: a) pr es s ao ; b) dens i dade; c ) t emper at ur a; _ d) t odas as ac i ma c om e xc eç ao da l et r a 8, Númer o Mac h e a r el aç ão ent r e: _ ) V. SOM. T. A. S. '
b) T. A. S. . V. SOM'
4.
5.
6.
I
7. 8.
c) V. SOM.
C. A. S. '
d) C. A. S. V. SOM'
~ac h -c r í t i c o e o nú mer o Mac h: a ) máx i mo p o s s í v e l p a r a o a v i a o ; b) no q u al u m ún i c o p o nt o d a a s a a t i nge v el oc i da d e d e M. l ; c ) Mac h máx i mo op er a c i o na l de um a v i ão t r a ns ô ni c o ; d) no qua l o ven t o r el at i vo at i nge , num úni c o po nt o da as a, M. l . Um dos r ec ur s os ut i l i z ad os par a o a ument o do Ma c h c r í t i c o, e : a ) o a u ment o d a c u r v a t u r a d a a s a ; b) a di mi nui ç ão do enf l ex ament o; c ) a di mi nui ç ão da c ur vat ur a da as a; d) nenhuma das r es po s t as a c i ma . Uma as a e nf l e x a d a p r oduz uma modi f i c aç ão na c ondi ç ão de eq ui l í br i o s obr e o ei xo l ongi t udi nal , de v i do ao de s l oc a ment o: a) do CG par a t r ás ; b) do CP pa r a t r á s ; c ) do CG par a f r ent e ; d ) d o CP p a r a f r e n t e . A o nda de pr oa f or ma- s e ac i ma do : a) Mac h c r i t i c o; b) Ma c h máx i mo o per ac i o na l ; c ) Mac h I ; d) nenhuma da s r e s po s t a s a c i ma. Um av i ã o t ~ans ôni c o ê aquel e que v o a: a) aba i xo de M. 7; b) s o b i nf l uê nc i a de um f l ui d o mi s t o; d ) t o d a s a c i ma. c ) ac i ma de M. l . O: Ma nt e nd o T . A. S. c on s t an t e , um au men t o de t empe r at ur a pr ov oc ar á: a) aument o no númer o Mac h; b) di mi nui ç ão no númer o Mac h; ) i í vel det i d) núm M h não i d
3.
5 T I O N Ã R I O
9.
O f l uxo t r ans ver s al oc or r e: a) no bor do de at aque em di r eção à f usel agem e no bor do dE f uga em di r eç ão às pont as das as as ; b ) n o b or do d e a t a qu e e m d i r e ç ã o às p on t a s d as a s a s e n c bor do de f uga em di r eç ão à f us el agem; c ) n o b o r d o d e a t a q u e e n o b o r d o d e f u g a e m di r e ç ã o à s P o ! t as das as as ; d) no bor do de at aque e no bo r do de f uga em di r eç ão ã f us el a ge m 10. Uma das f unç ões dos per f í s l ami nar es é a ume nt a r : a ) M. c r í t i c o; b) M. de s ubi da ; c ) M. de c r uz e i r o ; d) MMO. 11. A onda de c hoque , nor mal ment e, apar ec e em pr i mei r o l ugar : a ) p r ó x i ma a f u s e l a g em; b ) p r ó x i ma a s p o nt a s d a s a s a s ; c ) s o br e a CMA; d) s o br e a CMG. 12. A onda de c hoque apar ec er á: a) ant es do Mac h c r í t i c o; b) depoi s do Mac h c r i t i c o; c ) n o Ma c h c r í t i c o ; d ) n e nh uma d a s r e s p o s t a s a c i ma . 13. Um d o s
r ec ur so s
p a ra
c ont er
o f l uxo
t ra nsve rsa l
e:
a ) Wi ng f e nc e; b) Vo r t e x g e ne r a t o r ; c ' Spo i l e r ; d) Sl ot . A o n d a d e e x p a n s ã o e uma r egi ão de: a) al t a dens i dade; b ) b a i x a d e n s i da de ; c ) t ur bi l hona da ; d) nenhuma das c i t adas . 1 5 . A o n d a d e c h o q ue p o d e s e r d e f i n i d a c o mo : a ) z o n a d e a c ú mu l o d e o n d a s d e p r e s s ã o ; b) z ona de bai xa pr es s ão; c ) z ona t ur bi l hon ada ; d) z ona abai xo do ní vel do Mac h c r i t i c o. 1 6. A v e l o c i d a d e d o s o m e : a ) di r et amen t e pr op or c i on al ã t e mpe r a t ur a ; b) i nv e r s a me nt e pr op or c i on al ã t e mper a t ur a ; c ) nã o s o f r e i nf l uên c i a da t empe r a t ur a ; d) nenhuma das r es po s t a s a c i ma . 1 7. A v e l o c i d a d e d o s o m e : a) di r et amen t e pr op or c i on al ã al t i t ud e ; b) i nv er s amen t e pr op or c i on al ã a l t i t ud e ; c ) va r i á v el c om a al t i t ude dens i dade;
18. Umdos recursos para controle da camadalimite é: a) Wingf ence; b) SJ.X>i1er; c) Vortex generator; d) Slot. 19. Odeslocamento da camadalimite é observado: a) à fr ente d a onda de ch;)que; b) atr ás da onda de clKxIue; c) na onda de ch;)que; d) este fenômenonão é observad o na onda de clKxIue. 20. MantendoMachconstante e diminuindo a temperatura, TAS:
a) aumenta; b) d iminui; c) per manece constante; d) irnJ.X>ssl. vel detenninar.
***** *** * R FSPOSTA 00 QUESTIONÂRIO Questão 1 2
3 4 5 6 7 8 9 10
I
Letr a
Questão
Letr a
c b d c d c b b a a
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
a b a b a a b c b b
***** *** *
a
