AERODINAMICA E TEORIA DE VÔO
Nº MACH
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TAS Vel. do Som
Varia na razão direta da temperatura. Subsônico quando a sua velocidade verdadeira é inferior a 75% da velocidade do som. Transônico quando a sua velocidade verdadeira varia entre 75% e 120% da velocidade do som. Supersônico quando a sua velocidade verdadeira é superior à velocidade transônica, mas inferior a 5 vezes a velocidade do som. Entre o Mach 1,2 e o Mach 5.0.zz Hipersônico quando a sua velocidade verdadeira é superior a 5 vezes a velocidade do som. Mach Crítico É o número MACH de vôo da aeronave no qual num único ponto da asa a velocidade do vento relativo atinge MACH 1. Velocidade do Som Na teoria de baixa velocidade (nas baixas velocidades de até 400 km/h ou 500 km/h), o ar sofre pouca compressão ao passar pelo avião, portanto ele é considerado IMCOMPRESSÍVEL. Aviões a jato voam entretanto com velocidades bem elevadas nas quais o ar é considerado compressível. OBS: Mesmo quando voando a velocidades bastante inferiores à velocidade do som, há partes do avião que já se encontram submetidas a um fluxo sônico ou supersônico. OBS: O som é o efeito de diversas compressões imprimidas ao ar por diversos meios. A propagação das ondas de pressão ou ondas sonoras no ar se processa de maneira semelhante ao fenômeno que vemos na água quando se deixa cair uma pedra numa superfície calma. OBS: No ar acontece um fenômeno semelhante, só que a velocidade de propagação das ondas é muito mais elevada. Esta velocidade no ar depende exclusivamente da temperatura ambiente. ALTITUDE PÉS METROS 0 0 5000 1500 15000 4500 30000 9000 40000 12000 A)
TEMP. ºC 15 5 -15 -34 -55
VEL. DO SOM KT Km/h 662 1226 650 1200 627 1160 602 1115 574 1063
O avião está voando com uma velocidade menor que a do som, nesta caso, as ondas de pressão à sua frente se deslocam com maior velocidade que a do avião. INSTRUTOR DAURO DE SOUZA
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B)
A velocidade do avião agora, é exatamente igual a velocidade de propagação das ondas sonoras. Nesta situação o avião está comprimindo o ar a sua frente e acompanhando as ondas de pressão com a mesma velocidade de seu deslocamento. Isto resulta num acúmulo crescente de ondas de pressão junto ao nariz do avião.
C)
Agora o avião voa com uma velocidade superior à do som, deixando para trás portanto as ondas de pressão que vai produzindo.
OBS: É fácil imaginar o que aconteceria na Segunda situação quando o avião está voando com velocidade igual à do som, se ele persistisse com essa velocidade por algum tempo: à sua frente se formaria uma verdadeira barreira de pressão acumulada, pois todas as ondas de choque formadas anteriormente ainda estariam no mesmo lugar em relação ao avião. Este fenômeno é denominado BARREIRA SÔNICA ou MURO SÔNICO. Nenhum avião tem condições de permanecer nessa velocidade pois não teria tração suficiente para equilibrar o arrasto resultante do acúmulo de pressão à sua frente. Gráfico da Curva de Arrasto Após Mach 1, o arrasto aumenta Drag velocidade mach 1
OBS: A formação da onda de choque é o resultado da mudança brusca dos valores de pressão e densidade do ar. OBS: Camada Limite ou Camada Limítrofe É a camada de ar diretamente colocada a superfície da asa. Para evitar o deslocamento da camada limite utiliza-se na parte em que este fenômeno ocorre, vórtex generator ou gerador de vórtex. supersônico subsônico
subsônico onda de choque
OBS: Outra consequência na formação da onda de choque, é o deslocamento do CMA (Centro Médio Aerodinâmico) da asa, principalmente com asas enflechadas o que resulta numa instabilidade longitudinal.
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OBS: O abaixamento do nariz pela perda de sustentação causada pelo aparecimento da onda de choque na raiz da asa chama-se TUCK UNDER. OBS: Os aviões que estão sujeitos a essa tendência são equipados normalmente com dispositivo automático de correção denominado MACH TRIM, o qual atuando no estabilizador do avião, mantém a trajetória de vôo independente da ação do piloto. OBS: A onda de choque começa a se formar na raiz da asa por ser a região de maior curvatura, continuando em direção às extremidades à medida que a velocidade vai aumentando. Com a aproximação da velocidade do som, a maior parte do aerofólio (da asa) fica coberta pelo fluxo supersônico, o que desloca a onda de choque mais perto do bordo de fuga da asa, reduzindo seu efeito sob a sustentação e o arrasto. No aviões de ata velocidade as asa tem aerofólios quase simétricos com curvatura também no intradorso. Nessa tipo de aerofólio, as ondas de choque formam-se tanto no extradorso como no intradorso. OBS: O fluxo turbulento atrás das ondas de choque é sentido pelo piloto como uma vibração irregular em todo avião como se estivesse próximo a estolar. Este tipo de vibração é conhecido como BUFFET, e no caso específico de ser provocado por ondas de choque, MACH BUFFET. OBS: Quando a turbulência acima abrange uma grande área de asa, a perda de sustentação é acentuada e o arrasto aumenta consideravelmente. Essa situação é conhecida como ESTOL de MACH ou MACH STALL. OBS: NÚMERO MACH CRÍTICO É a velocidade em relação a velocidade do som em que começam a se formar as primeiras ondas de choque sobre a asa. Retardamento do MACH CRÍTICO: perfil de fluxo laminar perfil supercrítico afinamento do aerofólio geradores de vórtex enflechamento das asas (método mais eficiente) O efeito do enflechamento é semelhante ao da redução do tamanho das asa. Vantagens do enflechamento das asa: O avião com asas enflechadas pode se aproximar mais da velocidade do som com menor penalidade de arrasto de compressibilidade e com menos problema de controlabilidade
Numa asa enflechada, a perda de sustentação na proximidade do MACH CRÍTICO é suavizada e retardada.
Numa asa enflechada, CL cresce mais lentamente com o aumento no ângulo de ataque, para o mesmo aerofólio, do que numa asa reta. Ao mesmo tempo, a asa suporta ângulos de ataque maiores, embora produza menos sustentação. INSTRUTOR DAURO DE SOUZA
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Contribuição para manter a estabilidade lateral e direcional.
Desvantagens do enflechamento: Fluxo Transversal ou Transverso de ar na Asa é tendência devido ao enflechamento do fluxo se desviar da sua trajetória e ir em direção da raiz da asa. Solução: WING FENCES ou então o próprio suporte do motor
Efeito Aeroelástico é a tendência da asa torcer na ponta da asa. Solução: um par de ailerons para ser utilizado somente nas altas velocidade (ailerons internos, pois ficam mais próximos à raiz da asa)
DUTCH ROLL é a tendência de rolagem no próprio eixo longitudinal. Solução: YAW DAMPER
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