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1Objetivos de aprendizagem
Conhecer a evoluo histrica das aeronaves.
Conceituar e classificar as aeronaves.
Identificar as principais partes do avio.
Compreender o funcionamento dos controles de voo.
Sees de estudo
Seo 1 Pequena histria da evoluo das aeronaves
Seo 2 Conceituao e classificao
Seo 3 A teoria de voo
Seo 4 A estrutura do avio
Seo 5 Os controles de voo
UNIDADE 1
Estrutura e tipos de aeronaves
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Para incio de estudo
Desde sempre o homem sonha com a mquina, um aparelho que
realizasse o maior nmero de tarefas com a maior eficincia. Contudo,
somente a partir do sculo XVIII, quando James Watt criou a mquina a
vapor comearam-se a ver frutos. Esse foi o incio de um perodo
conhecido como revoluo industrial, que introduziu, em massa, o
conceito de mquina.
Precisamos de mquinas para tudo, para conservar alimentos, para
cozinhar, para nos divertir, para nos informar, para nos deslocar,
para comunicarmos, mquinas que nos salvam a vida, outras que a
prolongam, enfim, que tornam a vida mais fcil. Se elas existem por
nossa culpa, ou seja, a mquina pode ser capaz de realizar processos
que o homem no consegue, porm, no tem o poder de controlar as
coisas, ou seja, ser sempre o homem a decidir se ela ter boa ou m
utilidade, bom ou mau desempenho, se ser usada de forma segura ou
perigosa.
Para isso, necessrio desenvolver nosso conhecimento sobre cada
mquina que necessitarmos utilizar. Quem j no viu algum ligar um
aparelho 110v em uma tomada 220v? Erros simples assim, que
inutilizam uma mquina e pem em risco quem a opera, podem ser
evitados com um simples cuidado de conhecer a mquina antes de
us-la. As aeronaves so mquinas maravilhosas e sero teis,
eficientes, confortveis e seguras se ns soubermos controlar
corretamente sua operao.
Nesta unidade, voc conhecer o surgimento e o desenvolvimento
desta mquina e sua estrutura bsica, os conceitos que fundamentam
seu funcionamento e os seus controles de voo.
Bons estudos!
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Seo 1 Pequena histria da evoluo das aeronaves
A histria da aviao muito mais complexa e fascinante do que a
geralmente encontrada nos livros didticos. Nesta seo, ser contada
um pouco dessa histria, mostrando fatos interessantes e at pouco
conhecidos. A evoluo tcnica e o desenvolvimento das aeronaves ser
nossa linha de referncia neste estudo, isso para que possamos
contextualizar e entender a construo e o funcionamento dos avies
modernos.
Ao contrrio do que geralmente ensinado, Alberto Santos Dumont no
inventou o avio. Apesar da significativa contribuio do inventor
brasileiro e do mrito de ter sido o primeiro a fazer um voo
controlado e motorizado na Europa, o avio , na verdade, o resultado
de um desenvolvimento que se estendeu por sculos e que comeou muito
antes dele. Desde os tempos pr-histricos, os seres humanos tm
invejado o voo dos pssaros e desejavam imit-los.
A identidade do primeiro homem-pssaro, que se instalou com asas
e pulou de um penhasco em um esforo para voar, perdida no tempo,
mas cada tentativa infrutfera forneceu queles que desejavam voar
perguntas que necessitavam de respostas. Filsofos, cientistas e
inventores ofereceram solues, mas ningum conseguiu incorporar as
asas ao corpo humano e voar como um pssaro.
Mesmo assim, durante esse perodo, conseguimos respostas
importantes. Aristteles concebeu a noo de que o ar tem peso e a lei
de Arquimedes de corpos flutuantes formou um princpio bsico dos
veculos mais leves que o ar. Homens como Galileu, Roger Bacon e
Pascal provaram que o ar um gs, compressvel, e sua densidade
diminui com a altitude.
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Figura 1.1 Estudo da estrutura da asa 1490
Fonte: Sedivy, Highlands Ranch High School, 2011.
Durante o Sculo XV, Leonardo da Vinci elaborou esboos de
propostas de mquinas voadoras, fruto, sobretudo, da observao do voo
das aves. Foram os primeiros estudos relativamente tcnicos sobre as
possibilidades do voo por seres humanos. Da Vinci corretamente
concluiu que era o movimento da asa em relao ao ar que produzia a
reao resultante necessria para voar. No entanto, suas especulaes
foram falhas porque ele se ateve ideia das asas mveis como a dos
pssaros, para impulsionar o homem ao voo.
Figura 1.2 Asas de Da Vinci
Fonte: Now Public, 2011.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Porque o conceito de asa mvel de Da Vinci foi um erro?
Em 1655, o matemtico, fsico e inventor, Robert Hooke, concluiu
que o corpo humano no possui a fora necessria para usar asas
artificiais. Ele acreditava que o voo humano exigiria algum tipo de
propulso artificial. No seria ento com a fora fsica dos homens
usando as asas mveis para impulso que conseguiramos alar voo
(HOOKE, 1655).
Os Bales
A busca pelo voo levou alguns profissionais em outra direo. Em
1670, o padre Jesuta Francesco de Lana publicou o primeiro estudo
sobre a construo de um barco areo, que se elevaria no ar por meio
de esferas metlicas com vcuo no seu interior. Em 1709, Bartolomeu
de Gusmo, tambm Jesuta, apresentou ideia semelhante ao rei de
Portugal, s que utilizando o princpio do ar quente. Existem inmeros
outros relatos de supostas experincias com bales, mas o crdito pela
efetiva criao deles pertence aos irmos Montgolfier.
No incio de novembro de 1782, Joseph Michel e Jacques Etienne
Montgolfier, fabricaram um balo esfrico, de seda, com cerca de 1
metro de dimetro, o qual subiu a cerca de 30 metros de altura,
antes de esfriar e cair. Esse evento considerado como o nascimento
do balo de ar quente. Em 1783, o primeiro balo de ar quente
tripulado voou por 23 minutos. A partir desse evento e durante
certo tempo, o balo serviu apenas como curiosidade e diverso,
principalmente porque, aps decolar, o aparelho ficava merc dos
ventos e raramente ia para onde o seu dono desejava. A questo j no
era mais subir, mas controlar a direo e a velocidade do voo
(BELLIS, 2012).
O problema da dirigibilidade s veio a ser solucionado cem anos
depois, quando em 1898 o brasileiro Alberto Santos-Dumont construiu
o primeiro balo semirrgido, em forma de charuto e com motor
gasolina. Esse tipo de balo, posteriormente conhecido como
dirigvel, tinha forma mais aerodinmica que
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seus antepassados redondos e era inflado com Hidrognio, um gs
bem mais leve que o ar, mas perigosamente voltil.
Em 19 de Outubro de 1901, com seu dirigvel n 6, Santos-Dumont
conquistou o Prmio Deutsch, oferecido quele que provasse a
dirigibilidade dos bales, decolando de um ponto previamente
escolhido (Saint-Cloud) na cidade de Paris, contornando a Torre
Eiffel e retornando ao ponto de partida (AROCLUB DE FRANCE,
1904).
Figura 1.3 Dirigvel
Fonte: Cabangu, 2011.
Dirigibilidade O uso de um grupo moto-propulsor leve, em
conjunto com a alterao para o formato de charuto, foi a soluo
encontrada por Santos Dumont para obter o Dirigvel.
O mais pesado que o ar
Mesmo com a realidade do voo na forma de um deslocamento
controlado pelo ar, os dirigveis no satisfizeram aqueles
entusiastas que ainda preferiam trabalhar na velha ideia de
Leonardo da Vinci: voar com asas como os pssaros.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
A soluo para isso estava num brinquedo bastante familiar no
Oriente, por mais de 2000 anos, mas que s foi introduzido no
Ocidente no sculo 13: a pipa. Utilizada pelos chineses para
observao area, para testar os ventos, como um dispositivo de
sinalizao ou como um brinquedo, ela trazia muitas das respostas ao
desenvolvimento de um dispositivo de voo mais pesado que o ar.
Sir George Cayley, um ingls nascido 10 anos antes do voo de balo
dos Mongolfier, acreditava que o estudo das pipas desvendaria os
segredos do voo. Ele passou seus 84 anos tentando desenvolver um
veculo mais pesado que o ar, suportado por asas em forma de pipa
(GIBBS-SMITH, 1962).
Cayley foi o primeiro a teorizar os princpios do voo, tais como
a fora de sustentao, peso e arrasto aerodinmico, conceitos vlidos
at hoje. Contrariamente aos seus contemporneos, Cayley dispensou o
batimento de asas como fundamento para alar voo, concentrando-se na
necessidade de se possuir uma superfcie aerodinmica geradora de
sustentao (asa) e uma fonte de fora impulsora (motor). Baseado
nesses princpios, em 1799 ele desenhou seu primeiro modelo de
aeroplano, que no chegou a construir dada a inexistncia de motores
quela poca.
Figura 1.4 Planador de George Cayley 1853
Fonte: Century of flight, 2011.
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Ponto-chave Sir George Cayley foi o primeiro a teorizar os
conceitos de peso, sustentao, trao e arrasto, vlidos at hoje.
Assim, Cayley se concentrou nos planadores. Em 1853, pouco antes
de morrer, construiu o mais bem-sucedido de seus planadores, tendo
convencido seu cocheiro a pilot-lo. Na verdade, o homem foi mais um
passageiro do que um piloto, mas considerado como a primeira pessoa
a voar em um aparelho mais pesado que o ar.
O sucesso de Cayley estimulou outros pesquisadores, entre os
quais o alemo Otto Lilienthal. Concentrando-se igualmente nos
planadores, Lilienthal desenvolveu vrias configuraes diferentes. Na
maioria delas, o piloto voava pendurado debaixo do aparelho, tal
como em uma asa-delta atualmente. Essa configurao ajudava a
resolver um dos grandes problemas dos aparelhos da poca: a
estabilidade.
O Aeroplano
Embora constem experimentos em praticamente todo o mundo,
buscando a realizao prtica do voo aerdino motorizado, os mais
importantes foram creditados aos irmos americanos Orville e Wilbur
Wright e ao brasileiro radicado na Frana, Alberto Santos
Dumont.
Como vimos at agora, o problema do voo do mais pesado que o ar j
estava praticamente solucionado no final do Sculo XIX, faltando
apenas um motor adequado para transform-lo num avio de verdade. O
sonho de um voo autnomo motorizado estava prximo.
A inveno do motor gasolina e o incio da produo de automveis pela
Daimler-Benz, em 1886, utilizando este tipo de motor, fez com que
as atenes de muitos dos pioneiros se voltassem para ele. Na poca, a
principal vantagem do motor gasolina sobre os motores a vapor era a
relao peso-potncia.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Um dos primeiros a compreender as vantagens do motor gasolina na
aviao foi Santos Dumont, que passou a utilizar motores de
motocicleta e de automveis nos seus dirigveis. O passo seguinte foi
partir para a construo de um aeroplano.
Para isso, Santos Dumont baseou-se no desenho de pipas-caixa,
conhecidas como pipas de Hargreave (devido ao seu inventor, o
australiano Lawrence Hargrave) e construiu uma asa constituda
basicamente de seis pipas-caixa, sendo trs de cada lado. Como
fuselagem (corpo do avio), aproveitou a quilha do seu dirigvel N14
(da o nome 14-bis) e instalou um motor Levavasseur,de 8 cilindros e
50HP. Uma estrutura adicional prolongava a fuselagem at a
pipa-caixa dianteira, que atuava como leme de direo e de
profundidade (controle de altitude). Como o aparelho tinha as asas
principais na parte posterior e a asa secundria
(estabilizador-leme) na parte da frente, os franceses passaram a
cham-lo de canard (pato).
Em 23 de outubro de 1906, Alberto Santos Dumont tornou o sonho
realidade. Ao decolar abordo do 14 bis, impulsionado por um motor
gasolina, ele voou naquele dia e repetiu a faanha menos de um ms
depois,diante de uma multido que compareceu ao Campo de Bagatelle,
em Paris. Esses dois voos foram as primeiras demonstraes pblicas de
um aparelho mais pesado que o ar, levantando voo por seus prprios
meios, sem a necessidade de uma rampa de lanamento.
Figura 1.5 14 Bis
Fonte: HSW, 2011.
Motor Levavasseur Leon Levavasseur foi oficial da marinha
francesa e engenheiro dedicado ao desenvolvimento do motor
gasolina. Foi o primeiro a utilizar e patentear a configurao V8 na
construo dos motores a combusto interna.
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O Sculo do Voo
A partir das experincias bem-sucedidas dos pioneiros, como
Santos Dumont e os Irmos Wright, o desenvolvimento do avio
deslanchou de modo surpreendente. Desde a sua efetiva criao, o avio
passou por vrios perodos de amadurecimento, em que suas
caractersticas mais importantes foram sendo definidas. Podemos
identificar esses principais perodos como sendo:
De 1903-6 a 1914: Nascimento do avio e consolidao dos princpios
construtivos e operacionais. At essa poca, a maioria dos avies eram
biplanos (duas asas sobrepostas) e construdos de madeira e lona. At
o incio da Primeira Guerra, os avies ainda eram muito imprevisveis
e inseguros, restringindo-se a meras curiosidades.
De 1914 a 1918: Primeira Guerra Mundial. Os avies se
desenvolveram rapidamente e foram criadas aplicaes especializadas
como caas, bombardeiros, avies de observao e de transporte. A
maioria deles ainda continuava sendo de madeira e lona, embora
alguns modelos j empregassem o metal (alumnio) na fabricao de
algumas peas.
Dcada de 20 e 30: Com a paz, houve um grande mpeto na aviao
comercial. Foi nessa poca que teve incio o correio areo, a primeira
atividade econmico-social a se beneficiar do surgimento da
aviao.
De 1935 a 1945: Perodo iniciado com a ascenso da Alemanha
Nazista, seguido da Segunda Guerra Mundial. Guardadas as propores
(apenas 10 anos), foi o perodo de maior desenvolvimento do avio,
como o conhecemos hoje, evoluindo dos biplanos movidos hlice para o
avio a jato, com asa de geometria varivel. Muita da tecnologia
desenvolvida nessa poca utilizada at os dias de hoje.
Ps-Guerra: Aps a Segunda Guerra, como seria de se esperar, houve
novo boom da aviao comercial, favorecida agora por inovaes como o
Comet, primeiro avio a jato para transporte de passageiros, que
comeou a operar em 1952 e o Boeing 707, em
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
1954, primeiro dos grandes jatos como temos hoje.Nos ltimos 50
anos, o desenvolvimento da aviao comercial tem se limitado ao
desenvolvimento de novas tecnologias de construo, tais como
materiais mais leves e seguros, motores mais econmicos e menos
poluentes e na incorporao dos avanos da eletrnica digital,
principalmente nos sistemas de voo e navegao.
Seo 2 Conceituao e classificao
Para incio de conversa, voc saberia definir o que uma aeronave?
Antes que possamos classific-las, necessitamos conceituar o que
esta mquina considerada aeronave.
De acordo com o Novo Dicionrio Aurlio da Lngua Portuguesa,
aeronave nada mais que uma Designao genrica dos aparelhos por meio
dos quais se navega no ar. Mas de modo geral, elas so definidas
como todo aparelho capaz de se sustentar e navegar no ar (HOMA,
2010).
A definio mais completa, no entanto, a encontrada no Cdigo
Brasileiro de Aeronutica, editado pela Lei n. 7.565, de 19 de
Dezembro de 1986, em seu artigo 106.
Considera-se aeronave todo aparelho manobrvel em voo, que possa
sustentar-se e circular no espao areo, mediante reaes aerodinmicas,
apto a transportar pessoas ou coisas. (CBAer, 1986).
Sendo assim, podemos entender que tanto um balo como um
helicptero ou tanto um autogiro como um dirigvel so aeronaves que
atendem essa definio, o mesmo valendo para um planador, para um
paraquedas motorizado ou para um avio.
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Ento, como fazer para distingui-las, j que h uma grande diferena
entre elas, no s na forma de construo, mas tambm no modo como so
operadas?
A melhor maneira foi dividi-las em classes, tipos e categorias.
A classificao mais bsica uma diviso quanto aos princpios e leis da
fsica que lhes proporciona o meio de se sustentar no ar, assim elas
so classificadas como aerstatos ou aerdinos.
As aeronaves classificam-se em aerstatos e aerdinos.
Aerstatos So as aeronaves baseadas no Princpio de Arquimedes, da
fsica, e vulgarmente conhecidos como os veculos mais leves que o
ar.
Figura 1.6 Balo Figura
Fonte: Portal do Professor, 2011.
1.7 Funcionamento de um balo
Fonte: Portal So Francisco, 2011.
Princpio de Arquimedes Todo corpo mergulhado num fluido recebe
um empuxo para cima igual ao peso do fluido deslocado.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Portanto, bales e dirigveis so aerstatos. Nesses veculos, o
empuxo ascensional controlado pelo piloto e pode ser igual, maior
ou menor que seu peso. J a direo do voo s controlada nos dirigveis
que possuem leme para esse fim.
Aerdinos So as aeronaves mais pesadas que o ar e que necessitam
utilizar a 3 Lei de Newton, tambm conhecida como a lei da ao e
reao, para se manterem em voo.
Figura 1.8 Avio
Fonte: Desenhos para colorir, 2011.
O avio e o planador, por exemplo, so aerdinos de asa fixa. Ao se
deslocarem na atmosfera, suas asas desviam o fluxo de ar de modo a
criar uma reao aerodinmica para cima, denominada sustentao. J o
helicptero ou o autogiro so aerdinos de asa rotativa. As ps do
rotor ao girar criam sustentao da mesma forma como as asas do
avio.
Outra forma de classificao das aeronaves foi categoriz-las.
Assim, surgiram as categorias avio, helicptero, balo e planador.
Essa classificao normalmente utilizada para a emisso das licenas de
pilotagem. Assim sendo, um piloto da categoria avio no est
habilitado para operar um helicptero. Para cada categoria h
necessidade de uma licena especfica.
As aeronaves tambm so classificadas quanto ao seu uso, podendo
ser civil ou militar e pblica ou privada. Consideram-se militares
as integrantes das Foras Armadas, inclusive as requisitadas na
forma da lei, para misses militares.
3 Lei de Newton Para toda ao corresponde uma reao de igual
intensidade, em sentido contrrio.
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As aeronaves civis so subdivididas e compreendem as aeronaves
pblicas e as aeronaves privadas. As aeronaves pblicas so as
destinadas ao servio do Poder Pblico, ou seja, pelo legislativo,
pelo executivo ou pelo judicirio dos trs nveis, municipal, estadual
ou federal; todas as demais so aeronaves privadas. Assim sendo, uma
aeronave a servio da Polcia Federal, por exemplo, uma aeronave
civil pblica.
Para diferenci-las quanto ao porte, as aeronaves foram
classificadas quanto ao seu peso, podendo ser ultraleves, leves,
mdias ou pesadas.
Os avies tambm so classificados quanto posio das asas. Elas
podem ser fixadas em 4 posies em relao fuselagem. Na sua parte
inferior, na altura mdia da fuselagem, na sua parte superior ou
acima dela. Esses projetos so chamados de asa baixa, mdia, alta ou
parassol, respectivamente.
Figura 1.9 Classificao quanto s Asas
Fonte: Talay. NASA (1975) p.18.
O nmero de asas tambm pode variar. Os avies com um nico conjunto
de asas so chamados de monoplanos, enquanto aqueles com dois ou
mais conjuntos so chamados de biplanos, triplanos, e assim por
diante. O mesmo ocorre com relao ao nmero de motores existindo ento
os monomotores, os bimotores, os multimotores etc.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Existem vrias outras classificaes e categorias constantes dos
Regulamentos Brasileiros de Aviao Civil (RBAC) e de outros
documentos oficiais que foram criadas para atender diversas
finalidades como, por exemplo, a certificao de produtos aeronuticos
(RBAC 23) onde so citadas as categorias normal, utilidade,
acrobtica e de transporte.
Seo 3 A teoria de voo
A fim de compreender o funcionamento dos principais componentes
e subcomponentes de uma aeronave, importante entender os conceitos
bsicos de aerodinmica. Nesta seo, discutiremos de forma
simplificada a aerodinmica do voo e como o peso, o design, os
fatores de carga e a fora da gravidade afetam uma aeronave durante
as manobras de voo.
As quatro foras
Sobre todas as aeronaves em voo atuam quatro foras, sendo uma
delas a fora gravitacional que determina o peso e as outras
provenientes do deslocamento dessa aeronave no ar.
Entender como funcionam essas foras e saber como control-las com
o uso de energia (propulso/velocidade) e os controles de voo so
essenciais para se manter em voo.
Afinal, voc saberia dizer quais so estas foras?
Isso mesmo! So as mesmas foras que Sir George Cayley teorizou
seus conceitos baseados no estudo das pipas, em 1799. Essas foras
so: a trao, a sustentao, o peso e o arrasto.
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Figura 1.10 As 4 foras
Fonte: Adaptado de Pilots Handbook of Aeronautical Knowledge
FAA, 2008.
A trao ou empuxo a fora produzida pelo conjunto motopropulsor
que resultar em um movimento para frente, se nada oferecer
resistncia a ela. Portanto, ela se ope ou supera a fora de arrasto.
Como regra geral, diz-se que ela age paralelamente ao eixo
longitudinal da aeronave. Isso, no entanto, nem sempre verdadeiro
como, por exemplo, no caso das aeronaves de decolagem vertical.
O arrasto uma fora de resistncia com resultante para trs,
retardando ou at impedindo o movimento para frente, provocado pela
fora de trao, e causada pela ruptura do fluxo de ar provocada pela
fuselagem, asa, empenagem e da aeronave como um todo. O arrasto se
ope trao e age para trs, paralelamente ao vento relativo.
O peso o resultado combinado do peso do prprio avio somado aos
pesos de todos os itens e pessoas a bordo, que no fazem parte do
peso bsico dele, ou seja, soma-se o peso bsico do avio ao da
tripulao, dos passageiros, do combustvel e da carga ou bagagem para
se obter o peso total do voo. O peso puxa o avio para baixo por
causa da fora da gravidade. Ele se ope sustentao e atua
verticalmente para baixo, por meio do centro de gravidade (CG) do
avio. interessante notar que o peso total da aeronave no um valor
fixo que se mantm constante durante o voo. O peso total diminui no
mesmo valor do peso do combustvel consumido.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
A sustentao uma fora que empurra a asa para cima e se ope fora
para baixo exercida pelo peso. Ela produzida pelo efeito
aerodinmico do ar, agindo na asa durante seu deslocamento. O ar
escoa com maior velocidade pela parte superior da asa (extradorso),
devido a sua curvatura mais acentuada, do que pela parte inferior
(intradorso). De acordo com o Teorema de Bernoulli, o aumento da
velocidade provocar uma diminuio da presso no extradorso da asa e
resultar numa fora que empurra a asa para cima, perpendicularmente
trajetria de voo.
Figura 1.11 Fora de sustentao
Fonte: Braz Jnior, 2009.
O voo
Para um avio se movimentar, a trao a ser exercida deve ser maior
do que o arrasto. O avio continuar a se mover e ganhar velocidade
at que a trao e o arrasto se tornem iguais.
A fim de manter uma velocidade constante, trao e arrasto devem
permanecer iguais, assim como a sustentao e o peso devem ser iguais
para manter a altitude constante.
Se em voo nivelado a potncia do motor reduzida, a trao torna-se
menor, e o avio desacelera. Enquanto a trao for menor do que o
arrasto, o avio continuar a desacelerar at que sua velocidade
atinja um valor insuficiente para sustent-la no ar.
Teorema de Bernoulli O aumento na velocidade de um fluido em
escoamento causa uma reduo na presso esttica.
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Da mesma forma, se a potncia do motor aumentada, a trao se torna
maior que o arrasto e aumenta a velocidade. Enquanto a trao
continuar a ser maior do que o arrasto, o avio continuar a
acelerar. Quando o arrasto atingir um valor igual a fora de trao a
aeronave voar a uma velocidade constante.
A relao pitch/potncia
Em um voo reto e nivelado, o ngulo de ataque melhor percebido
pelo piloto por meio da posio do nariz do avio em relao ao
horizonte ao qual chamamos de pitch, ou seja, o pitch o ngulo
formado entre o eixo longitudinal do avio e o horizonte. O voo reto
e nivelado pode ser sustentado em uma ampla gama de velocidades.
Para manter um voo nivelado, o piloto deve coordenar o ngulo de
ataque (AOA) o ngulo entre a linha de corda da asa e a direo do
vento relativo e o regime de potncia necessrio para manter a
velocidade desejada. Sempre que quisermos alterar a velocidade
nesse tipo de voo, seremos obrigados a coordenar um novo ajuste de
pitch e potncia. Grosso modo, esses regimes podem ser agrupados em
trs categorias: voo de baixa velocidade, de cruzeiro e de alta
velocidade.
A sustentao tem relao direta com a velocidade e o ngulo de
ataque, ou seja, quanto maior a velocidade maior ser a sustentao,
assim como o aumento do ngulo de ataque gera aumento da sustentao,
desde que haja trao suficiente para manter a velocidade acima da
mnima necessria.
A sustentao aumenta em funo da velocidade e do ngulo de ataque.
Quanto maior a velocidade, maior ser a sustentao, assim como quanto
maior o ngulo de ataque haver maior sustentao.
Quando a velocidade baixa, o ngulo de ataque deve ser
relativamente alto para se manter o equilbrio entre a sustentao e o
peso. Se diminuir a velocidade, a sustentao se tornar menor do que
o peso, e o avio comear a descer. Para que isso no acontea e
continue a manter o nvel de voo, o piloto poder
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
aumentar o ngulo de ataque (levantar o nariz) at gerar uma fora
de sustentao novamente igual ao peso da aeronave. A aeronave manter
o voo mais lento e nivelado enquanto o piloto exercer boa coordenao
de potncia e pitch, ou seja, de trao e ngulo de ataque (AOA).
Figura 1.12 Variao do ngulo de ataque em funo da velocidade
Fonte: PHAK, Pilots Handbook of Aeronautical Knowledge FAA.,
2008.
Durante o voo reto e nivelado, se a trao aumentar, a velocidade
tambm aumentar e o ngulo de ataque dever diminuir. Ou seja, se as
mudanas foram coordenadas, o avio permanecer em voo nivelado, mas
em uma velocidade maior e com a relao entre empuxo e pitch
adequadamente estabelecida. Se no houver apropriada coordenao do
pitch (diminuio), com o aumento de empuxo o avio comear a subir. Ao
diminuir o ngulo de ataque diminuiremos a sustentao que se elevar
com o aumento da velocidade, mantendo-a igual ao peso, e o avio
continuar em voo nivelado.
Os movimentos
Existem trs linhas imaginrias que passam pelo centro de
gravidade (CG) da aeronave em ngulos de 90 entre si. Essas linhas
so os eixos em torno dos quais o avio gira. Sempre que uma aeronave
muda sua atitude de voo ou de posio durante o voo, ela est se
movimentando ou girando em torno de um ou mais dos seus trs
eixos.
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Figura 1.13 Os eixos de movimento
Fonte: PHAK, Pilots Handbooks of Aeronautical Knowledge FAA,
2008.
O eixo que vai do nariz cauda o longitudinal, o eixo que passa
de ponta a ponta das asas o lateral, e a linha vertical que passa
pela aeronave o eixo vertical. O movimento de aeronaves sobre seu
eixo longitudinal se assemelha ao balano lateral de um navio. Na
verdade, os nomes usados para descrever os movimentos em torno dos
eixos de uma aeronave foram originalmente termos nuticos. Eles
foram adaptados para a terminologia aeronutica assim: em torno do
eixo longitudinal ou de rolagem (roll) o avio gira lateralmente,
abaixando uma asa e levantando a outra. Em torno do eixo lateral ou
de arfagem (pitch) o avio gira em um plano vertical, levantando ou
abaixando o nariz como o movimento de uma cadeira de balano. Ao
redor do eixo vertical ou de guinada (yaw), o avio gira num plano
horizontal, movimentando o nariz para a direita ou para a
esquerda.
O acionamento dos controles da aeronave altera a posio das
superfcies de controle de voo, de modo a fazer com que ela se
movimente em torno de um ou mais desses eixos, e permite o controle
do avio durante o voo.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Seo 4 A estrutura do avio
Agora, falando apenas dos aerdinos de asa fixa, ou seja, dos
avies, embora sejam projetados para uma variedade de propsitos, a
maioria deles tm a estrutura semelhante e os mesmos componentes
principais. As caractersticas gerais so, em grande parte,
determinadas no s pelos objetivos do projeto original, mas tambm
pelos requisitos de homologao aeronutica que so comuns a todos os
fabricantes, o que as fazem apresentar as mesmas partes estruturais
bsicas e caractersticas operacionais semelhantes, independentemente
de ser um monomotor ou um grande jato comercial.
Vamos comear a estudar cada uma destas partes.
Os principais componentes
A maioria dos avies composta do corpo ou fuselagem como
estrutura principal, onde h espao para pessoas ou coisas. Na
fuselagem existem as conexes estruturais onde so instaladas as
asas, a empenagem, o trem de pouso, o conjunto motopropulsor e,
finalmente, so incorporados os diversos outros subconjuntos
complementares chamados de sistemas, como por exemplo, o sistema de
combustvel, eltrico, hidrulico etc.
Figura 1.14 Os principais componentes de um avio
Fonte: Pilots Handbook of Aeronautical Knowledge FAA, 2008.
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Assim como outras mquinas sofrem esforos estruturais com o seu
trabalho ou movimento, todos os componentes estruturais do avio so
submetidos e devem resistir a diversos esforos durante a sua
operao, sendo os principais tipos de esforos a trao, a compresso, a
flexo, o cisalhamento e a toro.
Portanto, os materiais utilizados na construo das estruturas
aeronuticas devem ser leves e resistentes. Os mais utilizados so as
ligas de alumnio, mas tambm existem avies feitos com tubos de ao
soldado. Os materiais mais modernos so fibra de vidro, fibra de
carbono e tecido de Kevlar, dos quais falaremos mais a frente.
A construo das fuselagens
A construo das fuselagens das aeronaves evoluiu da trelia de
madeira revestida com tela para a estrutura semimonocoque em
caverna, feita de materiais compostos nos dias de hoje, passando
pela estrutura tubular com mecanismos estruturais e pela estrutura
monocoque em caverna.
Os principais tipos de estrutura da fuselagem so: tubular,
monocoque e semimonocoque.
Estrutura tubular
A principal desvantagem da estrutura tubular a dificuldade em se
obter um formato mais aerodinmico e eficiente. Nesse processo de
construo, longos pedaos de tubos de ao postos no sentido
longitudinal e chamados de longarinas so soldados entre si, com
tubos menores para formar um quadro bem resistente.
Suportes verticais e horizontais so soldados s longarinas para
dar estrutura uma forma quadrada ou retangular. Suportes adicionais
como cabos de ao esticados em diversos pontos so necessrios para
suportar os esforos estruturais de trao. Outras
Refere-se ao voo em si. Assim como o automvel sofre uma toro ao
passar em uma valeta ou um buraco, o avio poder sofrer os esforos
citados em voo.Um avio normalmente estar sofrendo esforos
estruturais e seu corpo dever resistir a eles para se manter
integro durante o voo.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
longarinas, divisrias e suportes podem ser necessrios para dar
melhor forma fuselagem ou para adequar cabine.
No incio, essa estrutura tubular era aparente, mas com o avano
da tecnologia, os projetistas de aeronaves viram que ao usar um
revestimento na parte estrutural conseguia-se diminuir o arrasto e
melhorar o desempenho. Esse revestimento era originalmente feito
com tela de tecido, que acabou sendo substitudo com o tempo por
metais leves como o alumnio.
Em seguida, observou-se que, em alguns casos, essa pele exterior
poderia suportar a maior parte ou a totalidade das cargas
estruturais. A maioria das aeronaves modernas usa essa forma de
construo conhecida como construo monocoque ou semimonocoque, em que
o revestimento externo parte estrutural da fuselagem.
Figura 1.15 Estrutura tubular sem o revestimento de tela
Foto: Rodrigo Zanette /Museu TAM, 2011.
Estrutura monocoque
A construo monocoque usa o revestimento como pea principal para
suportar quase todas as cargas estruturais. Esse revestimento
geralmente feito de chapa metlica, sendo que a mais comum utiliza
as ligas de alumnio, mas tambm podem ser de plstico reforado ou
madeira compensada. O formato aerodinmico obtido pelas cavernas que
podem suportar parte do esforo. Apesar
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de muito forte, a construo monocoque no muito tolerante deformao
da superfcie, como acontece com uma lata de bebida de alumnio, por
exemplo, que pode suportar foras considerveis nas extremidades da
lata, mas se o seu lado ligeiramente amassado, enquanto suporta uma
carga, ela se deformar por completo facilmente. Para minimizar
esste aspecto, os primeiros avies feitos neste processo de fabricao
utilizavam chapas onduladas ou corrugadas como as telhas metlicas
de hoje, para aumentar sua resistncia a deformaes laterais.
Como a maioria dos esforos de toro e flexo suportada pelo
revestimento estrutural e no por uma estrutura convencional, a
necessidade de reforo interno foi eliminada ou reduzida,
economizando peso e maximizando o espao.
Um modo notvel e criativo do uso do mtodo de construo monocoque
foi utilizado por Jack Northrop. Em 1918, ele inventou uma nova
maneira de construir uma fuselagem monocoque para o Lockheed S-1
Racer. A tcnica utilizada usava madeira compensada moldada em duas
meias-conchas que foram coladas em torno de aros de madeira ou
longarinas. Para construir essas meia-conchas, ao invs de colar
vrias tiras de madeira sobre uma estrutura interna, foram usadas
trs grandes placas de compensado embebidas em cola e colocadas em
um molde semicircular de concreto que parecia uma banheira. Ento,
sob uma tampa bem apertada, um balo de borracha foi insuflado na
cavidade para pressionar a madeira contra o molde. Vinte e quatro
horas depois, a meia-concha estava pronta para ser unida a outra
para criar a fuselagem. As duas metades tinham, cada uma, menos de
um quarto de polegada de espessura ou algo em torno dos 6
milmetros, algo impressionante para a poca.
Embora empregado no perodo de incio da aviao, a construo
monocoque s iria ressurgir vrias dcadas mais tarde, devido s
complexidades envolvidas na sua construo.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Estrutura semimonocoque
A construo semimonocoque usa uma infraestrutura em que o
revestimento do avio aplicado. Esse tipo de construo o mais
utilizado nos dias atuais. Essa infraestrutura que d suporte ao
revestimento consiste de anteparas, reforadores e nervuras de vrios
tamanhos e longarinas aplicados na parte interna do revestimento.
Ela d maior resistncia ao conjunto, pois divide com o revestimento
a resistncia aos esforos aplicados fuselagem, sem a necessidade de
uma estrutura maior, mantendo as vantagens da construo
monocoque.
A parte principal da fuselagem tambm inclui pontos de fixao das
asas e um anteparo contra fogo. Em avies monomotores, o conjunto
motopropulsor composto de motor e hlice geralmente colocado na
parte dianteira da fuselagem, sendo separado da cabine de pilotagem
por um anteparo, geralmente feito de material resistente ao calor,
como o ao inoxidvel, colocado entre a parte traseira do motor e a
cabine para proteger o piloto e os passageiros de um incndio
acidental do motor.
Um novo processo de construo que est surgindo a utilizao dos
compsitos em parte da estrutura ou at mesmo aeronaves feitas
inteiramente de materiais compostos. Vamos entender melhor como
isso funciona e quais so suas vantagens e desvantagens. (DEPARTMENT
OF TRANSPORTATION FEDERAL AVIATION, 1976).
Construo em materiais compsitos
Histria
A utilizao de compsitos na construo de avies datada da II Guerra
Mundial, quando a fibra de vidro foi usada nas fuselagens do B-29.
No final dos anos 1950, os fabricantes europeus de planador de alto
desempenho j usavam a fibra de vidro como material para as
estruturas primrias. Em 1965, o FAA certificou uma aeronave de
fibra de vidro pela primeira vez na categoria normal, era um
planador suo chamado HBV Diamant. Quatro
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anos mais tarde, um avio monomotor para quatro lugares feito por
esse mtodo de construo tambm foi certificado na categoria normal.
Em 2005, mais de 35% dos novos avies fabricados nos Estados Unidos
foram construdos com materiais compostos (PHAK, Pilots Handbook of
Aeronautical Knowledge, p. 2-8).
Compsito um termo amplo e pode significar materiais como fibra
de vidro, fibra de carbono, tecido de Kevlar, e misturas de todas
as opes anteriores. A construo com materiais compostos oferece duas
vantagens: revestimento de design extremamente suave e aerodinmico
e a capacidade de facilmente criar solues para complexas estruturas
curvas ou aerodinmicas.
Figura 1.16 Aeronave em material compsito
Foto: Cirrus Aircraft, 2011.
Os materiais compsitos em Aeronaves
Os materiais compsitos so reforados com fibra pelo sistema de
matriz. A matriz a cola usada para manter as fibras unidas e,
quando curada, d a ela a sua forma, mas so as fibras que suportam a
maior parte da carga estrutural. H muitos tipos diferentes de
fibras e de sistemas matriciais.
No avio, o mais comum a matriz de resina epxi, que um tipo de
termofixo. Em comparao com outras opes, tais como resina de
polister, o epxi mais forte e tem boas propriedades de alta
temperatura. H muitos tipos diferentes de epxi
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
disponveis, com uma vasta gama de propriedades estruturais,
tempos de cura, temperaturas e custos.
As fibras mais comuns de reforo usado na construo de aeronaves
so a fibra de vidro e a fibra de carbono. A fibra de vidro tem boa
resistncia trao e compresso, boa resistncia de impacto e fcil de
trabalhar. relativamente barata e facilmente encontrada. Sua
principal desvantagem que ela relativamente pesada, e dificilmente
se consegue fazer uma estrutura de fibra de vidro mais leve do que
uma estrutura de alumnio num projeto equivalente.
A fibra de carbono , geralmente, mais forte e mais resistente
trao e compresso do que a fibra de vidro, alm de maior capacidade
de flexo. Tambm consideravelmente mais leve que a fibra de vidro.
No entanto, ela relativamente pobre em resistncia ao impacto. As
fibras so frgeis e tendem a quebrar-se sob forte impacto. Isso pode
ser aprimorado com a utilizao de um robusto sistema de resina epxi,
tal como usado nos estabilizadores horizontal e vertical do Boeing
787.
A fibra de carbono mais cara do que fibra de vidro, mas seu preo
tem cado devido s inovaes impulsionadas pelo vrios programas de
desenvolvimento de aeronaves que utilizam este material. Quando
muito bem projetada, uma estrutura de fibra de carbono pode ser
significativamente mais leve do que uma estrutura de alumnio
equivalente, reduzindo em at 30% seu peso (PHAK, Pilots Handbook of
Aeronautical Knowledge, p. 2-9).
Vantagens dos compsitos
A construo de aeronaves com material compsito oferece diversas
vantagens sobre o metal, madeira ou tecido, sendo seu peso o mais
citado. Mas a vantagem do baixo peso nem sempre automtica. A
construo de uma estrutura de aeronave em compsitos no garantia que
ser mais leve. Isso vai depender da estrutura projetada, bem como
do tipo de composto a ser utilizado.
A vantagem mais importante que o uso de compsitos permite a
fabricao de estruturas de formas suaves e curvas aerodinmicas, o
que resulta em significativa diminuio do
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arrasto. Essa foi a principal razo para que projetistas de
planador mudassem de metal e madeira para compsitos em 1960. Nos
avies, a utilizao de compsitos reduziu o arrasto como, por exemplo,
na linha de aeronaves Cirrus e Columbia, levando sua alta
performance, apesar de seu trem de pouso ser fixo.
Compsitos tambm ajudaram a mascarar a identificao de radar das
aeronaves militares de concepes stealth ou invisvel, como o B-2 e
F-22.
A terceira vantagem dos compsitos no estar sujeito corroso. A
Boeing projetou e est fabricando o 787, com sua fuselagem toda em
material composto, para obter um maior diferencial de presso de
cabine e maior umidade relativa do ar na cabine dos avies, de modo
a oferecer melhor conforto aos passageiros. Os engenheiros no esto
mais preocupados com a corroso provocada pela condensao da umidade
sobre as reas escondidas dos revestimentos da fuselagem. Isso deve
contribuir para a reduo dos custos de manuteno a longo prazo.
Outra vantagem dos compostos o seu bom desempenho em um ambiente
de flexo, como nas lminas de rotor de helicptero. Compsitos no
sofrem de fadiga nem desenvolvem microrrachaduras, como o metal.
Por isso as ps do rotor produzidas com compsitos podem ter uma vida
consideravelmente mais longa do que as lminas de metal.
Desvantagens dos compsitos
A construo em compsitos vem com seu prprio conjunto de
desvantagens tambm, a mais importante das quais a falta de prova
visual de dano. Compsitos respondem ao impacto de modo diferente de
outros materiais estruturais e, frequentemente, no se encontra
nenhum sinal bvio de dano. Por exemplo, se um carro, ao manobrar,
encostar em uma fuselagem de alumnio, pode provocar uma mossa ou
deformao no local. Se no houver nenhuma deformao visvel, ento, no
houve nenhum dano. Nas estruturas metlicas, se a fuselagem
prejudicada, o dano visvel e os reparos a serem feitos so
facilmente determinados.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Em uma estrutura em compsito, um impacto de baixa energia, tais
como uma coliso ou uma queda de ferramenta, pode no deixar qualquer
sinal visvel do impacto sobre a superfcie, mas debaixo do local do
impacto pode haver delaminaes extensas, espalhando-se em uma rea em
forma de cone, a partir do local do impacto. Os danos no outro lado
da estrutura podem ser significativamente importantes, mas podem no
estar a vista. Nesses casos, por menor que seja o impacto sofrido
pela estrutura, melhor chamar um inspetor familiarizado com
materiais compsitos para examin-la e determinar o dano
subjacente.
Um impacto energtico mdio resulta em locais de esmagamento da
superfcie, que deve ser visvel a olho nu, mas tambm, nesse caso, a
rea danificada muito maior que a rea de dano visvel. Quanto a um
impacto de alta energia, como uma coliso com pssaros ou granizo
durante o voo, o resultado ser uma estrutura bastante
danificada.
O potencial dano por calor para a resina outra desvantagem do
uso de compsitos. Apesar do limite de temperatura depender do
sistema da resina empregada, os epxis comeam a enfraquecer acima de
66C. A pintura branca em compsitos frequentemente usada para
minimizar esse problema. Por exemplo, a parte inferior de uma asa
que pintada de preto em um ptio de asfalto num dia quente e
ensolarado, pode atingir at 100C. Na mesma condio, a mesma
estrutura pintada de branco raramente exceder os 60C. Por isso, os
avies de material composto tm recomendaes especficas sobre as cores
permitidas da pintura.
Alm disso, decapantes qumicos so muito prejudiciais para
materiais compsitos, e no devem ser usados sobre eles. Se houver
necessidade de remoo de tinta, ela s dever ser feita por meio de
mtodos mecnicos. Muitas peas caras de material composto foram
arruinadas pelo uso de decapantes e, pior ainda, tais danos
geralmente no so passveis de reparao.
Delaminao Utiliza-se o termo delaminao para se referir a situaes
em que temos separao de estruturas que habitualmente ficam unidas.
No caso dos compsitos, refere-se separao das camadas de fibras
entre si ou de fibras da matriz.
Epxi Umaresina epxioupoliepxido umplsticotermofixoque se
endurece quando se mistura com um agentecatalisador. Atualmente, as
resinas epxis so utilizadas por uma infinidade de aplicaes,
inclusive na fabricao dos materiais compsitos.
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Os derrames de fluidos em compsitos
Alguns operadores so preocupados com derramamento de combustvel,
leo, fluido hidrulico ou outros lquidos sobre superfcies compostas.
Esse, de modo geral, no um problema para os compsitos modernos,
usando resina epxi. Normalmente, se o vazamento no ataca a pintura,
ele no vai afetar o compsito subjacente.
Proteo s descargas eltricas
A proteo s descargas eltricas uma considerao importante no
projeto do avio. Quando um avio atingido por um raio, uma
quantidade muito grande de energia entregue estrutura. Tanto num
pequeno avio da aviao geral como em um de grande porte, o princpio
bsico de proteo contra descargas atmosfricas o mesmo. Para o
tamanho de qualquer aeronave, a energia da descarga deve ser
espalhada por uma grande rea, para diminuir a quantidade de ampres
por centmetro quadrado a um nvel inofensivo. Se um raio atinge um
avio de alumnio, a energia eltrica, naturalmente, conduzida
facilmente por meio da estrutura metlica. O revestimento exterior
da aeronave o caminho de menor resistncia.
Em uma aeronave de compsitos, a fibra de vidro um excelente
isolante eltrico, enquanto a fibra de carbono conduz eletricidade,
mas no to facilmente como o alumnio. Portanto, uma condutividade
eltrica adicional precisa ser adicionada camada externa do
revestimento. Isso feito tipicamente com malhas finas do metal
ligado superfcie do revestimento. Alumnio e malha de cobre so os
dois tipos mais comuns, com o alumnio usado em fibra de vidro e
cobre em fibra de carbono.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
O futuro dos compsitos
Nas ltimas dcadas, desde a Segunda Guerra Mundial, os compsitos
tm ganho um papel importante no projeto da estrutura da aeronave.
Sua flexibilidade de design e resistncia corroso, bem como as
relaes de alta resistncia-peso possvel, sem dvida, continuaro a
contribuir para a criao de projetos de aeronaves mais inovadoras no
futuro. Do pequeno Cirrus SR-20 aos gigantes Boeing 787 e Airbus
A380, fica evidente que o uso dos compsitos tem encontrado um lugar
na construo de aeronaves, e esto aqui para ficar.
A construo das asas
As asas so aeroflios conectados a cada lado da fuselagem e so as
principais superfcies de sustentao que mantm o avio em voo. Existem
inmeros projetos de asas, tamanhos e formas usadas pelos vrios
fabricantes. Cada um cumpre um determinado objetivo em relao ao
desempenho esperado para aquele determinado avio.
Figura 1.17 Classificao das asas
Fonte: Wapedia, 2011.
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A estrutura das asas classificada quanto sua fixao. Para os
avies de asa baixa e alguns de asa alta, que suportam toda a carga
aerodinmica sem a necessidade de suportes externos, esses conjuntos
so chamamos de asa cantilever. Muitos avies de asa alta tm um
suporte externo de asa que transmitem as cargas de voo e de pouso
por meio deles, para a estrutura da fuselagem principal. Uma vez
que esses suportes so geralmente instalados a cerca de meio caminho
do comprimento da asa, esse tipo de estrutura de asa chamado
semicantilever.
Figura 1.18 Asa cantilever e semicantilever
Fonte: Homa, 2010.
As principais partes estruturais da asa so as longarinas, as
nervuras e os reforadores. As longarinas so os principais elementos
estruturais da asa, mas so as nervuras que do o formato aerodinmico
asa e transmitem os esforos aerodinmicos do revestimento para a
longarina. Esses conjuntos so reforados por trelias, vigas, tubos
ou outros dispositivos, incluindo o revestimento.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Figura 1.19 Nomenclatura da asa
Fonte: Aviao Geral, 2010.
Nas asas de construo com revestimento no estrutural como as
telas, existem ainda os montantes reforos ou suportes estruturais
aplicado s nervuras entre a longarina principal e a traseira para
suportar os esforos de compresso e os tirantes ou cabos de ao
esticados em diagonal, para suportar os esforos de trao.
Na maioria dos avies modernos, os tanques de combustvel so parte
integrante da estrutura da asa, ou consistem em recipientes
flexveis montados dentro da asa. A parte lateral da asa que fixada
a fuselagem chamada de raiz da asa, sendo que no outro extremo
temos a ponta da asa. A parte lateral dianteira, que a primeira a
deslocar o fluxo de ar, chamada de bordo de ataque, enquanto no seu
oposto, a parte traseira, est o bordo de fuga.
A parte superior da asa chamada de extradorso e a inferior de
intradorso. Nas asas ainda existem os elementos mveis, geralmente
localizados no bordo de fuga, tendo como funo controlar o voo do
avio, esses so chamados de superfcies de controle, como os ailerons
e flapes, que estudaremos mais adiante.
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A empenagem
A empenagem o conjunto de superfcies destinadas a estabilizar o
voo. Esse conjunto geralmente compreende duas partes, uma vertical
e outra horizontal, que compem toda a cauda da aeronave,
consistindo em superfcies fixas e mveis. Essas superfcies se opem
tendncia de guinada (superfcie vertical) e de variao do pitch, ou
seja, variao da atitude do nariz de subir ou descer (superfcie
horizontal).
Figura 1.20 A Empenagem
Fonte: Ncleo Infanto-Juvenil de Aviao, 2011. Adaptado.
A superfcie horizontal composta pelo estabilizador horizontal
que fixo e pelo profundor que mvel. O profundor, que conectado
parte posterior do estabilizador horizontal, utilizado para mover o
nariz do avio para cima e para baixo durante o voo. H empenagens em
que a superfcie horizontal inteiria e toda mvel, sem a diviso
estabilizador/profundor.
A superfcie vertical composta pelo estabilizador vertical, fixo,
e pelo leme de direo, mvel, que est ligado parte traseira do
estabilizador vertical. Durante o voo, ele usado para mover o nariz
para a esquerda ou para a direita.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
As superfcies de controle ou de comando
As partes mveis das asas e da empenagem so chamadas de
superfcies de controle, pela bvia funo de controlar o voo do avio.
Elas so divididas em superfcies primrias, ou principais, e
superfcies secundrias.
As superfcies primrias so os ailerons, o leme de direo e o
profundor, pois so eles que controlam os movimentos de rolagem, de
guinada e de arfagem do avio.
Outros componentes e superfcies secundrias
Nas superfcies de controle primrias existem os compensadores.
Esses compensadores (trim tabs) so pequenas partes mveis do bordo
de fuga dos ailerons, leme e profundor que podem ser controlados
pelo piloto, a fim de reduzir as presses nos controles e, portanto,
o esforo necessrio no manche para manter o voo da aeronave. Existem
ainda, em algumas asas, principalmente nos avies maiores e mais
rpidos, superfcies auxiliares chamadas de flaps, slats e
spoilers.
Os flaps e slats fazem parte da asa e so denominados
dispositivos hipersustentadores. Essas superfcies ficam carenadas
durante a maior parte do voo, mas durante as decolagens, aproximaes
e pousos, elas so estendidas de modo a aumentar a rea das asas e,
portanto, permitir que elas produzam maior sustentao. Assim,
possvel levantar voo ou pousar com velocidades bem menores do que
aquelas exigidas pela asa limpa.
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Figura 1.21 Flaps e Slats
Fonte: Lito, 2011.
Os spoilers, ou freios aerodinmicos, tem como principal funo
impedir que a velocidade do avio aumente excessivamente durante uma
descida, mas tambm so usados para aumentar a razo de descida ou
conseguir uma desacelerao mais rpida. So geralmente parte da asa de
avies de alta velocidade e tambm podem auxiliar a operao dos
ailerons, como veremos na prxima seo.
Ailerons, leme e profundor so superfcies de comando primrias.
Flaps, slats, spoilers e compensadores so superfcies
secundrias.
Existem ainda na estrutura de um avio um significativo nmero de
itens secundrios, como, por exemplo, portas, carenagens, janelas e
tampas de inspeo de remoo rpida, tanques auxiliares de combustvel,
componentes aerodinmicos, como os winglets, que so elementos para
reduzir o arrasto induzido, como se tivssemos dobrado a ponta das
asas para cima.
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Unidade 1
Seo 5 Os controles de voo
O sistema de controle de voo dos modelos de aeronaves mais
simples so mecnicos e datam dos primrdios da aviao. Operam com uma
coleo de peas mecnicas, tais como hastes e varetas, eixos, cabos,
polias e, s vezes, at correntes para transmitir as foras que o
piloto faz no manche e nos pedais da cabine, tambm conhecidos como
comandos de voo, para as superfcies de controle do avio, ou seja, o
profundor, os ailerons, o leme e os compensadores.
Figura 1.22 Sistema bsico de controles de voo
Fonte: Flight Learnings, 2009.
Conforme a aviao foi amadurecendo e com os projetistas de
aeronaves aprendendo mais sobre a aerodinmica, a indstria passou a
produzir aeronaves maiores e mais velozes. Portanto, as foras
aerodinmicas atuando sobre as superfcies de controle aumentaram
exponencialmente. Para tornar adequada a fora exigida dos pilotos
no manuseio dos comandos de voo, engenheiros de aeronaves
desenvolveram sistemas cada vez mais complexos.
Inicialmente, utilizaram sistemas hidromecnicos, constitudos por
um circuito mecnico e um circuito hidrulico que, atuando em
conjunto, reduziram a complexidade, o peso e as limitaes dos
sistemas de controles de voo mecnico. Para quem j dirigiu automvel
com e sem direo hidrulica sabe o tamanho dessa
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evoluo. Esse tipo de sistema funciona da mesma maneira, ou seja,
so sistemas acionados mecanicamente, mas atuados hidraulicamente,
como consequncia, o esforo necessrio para a pilotagem bem
menor.
Depois, as aeronaves se tornaram ainda mais sofisticadas e as
superfcies de controle passaram a ser acionadas por motores
eltricos, computadores digitais e cabos de fibra ptica. Chamado de
fly-by-wire, esse sistema de controle de voo substituiu por uma
interface eltrica a conexo fsica entre os comandos do piloto e as
superfcies de controle de voo.
O prximo passo est numa pesquisa atualmente desenvolvida pela
NASA, que envolve o Sistema de Controle de Voo Inteligente IFCS na
sigla em ingls (Intelligent Flight Control Systems). O objetivo
desse projeto desenvolver um sistema de controle de voo adaptativo,
como uma rede neural. Aplicada diretamente ao sistema de controle
de voo, ele realimentado pelos erros encontrados de modo contnuo
durante o voo, e o IFCS promove os ajustes necessrios tanto para
melhorar o desempenho da aeronave em voo normal, como para manter o
voo com falhas do sistema. Com o IFCS, um piloto capaz de manter o
controle e pousar com segurana um avio que sofreu uma falha em uma
superfcie de controle ou que tenha algum dano na aeronave. Tambm
melhora a capacidade operacional, aumenta a confiabilidade e
segurana de voo, facilitando o trabalho do piloto. Voc que est
comeando sua carreira agora, provavelmente ir pilotar em breve um
avio com esse sistema.
A pilotagem
Como j vimos, o piloto controla as foras de voo, a direo e as
atitudes da aeronave por meio dos comandos de voo, ou seja, do
manche e dos pedais. Para ter o controle, ele atuar nas superfcies
de controle de voo e, por consequncia, ter o controle dos
movimentos do avio, a fim de conseguir executar a manobra necessria
para manter o voo.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Assim, o manche controla dois movimentos, o de rolagem e o de
arfagem. Ao mover lateralmente o manche, o piloto ativar os
ailerons de cada asa que se movem em direes opostas, ou seja,
quando o aileron de uma asa se levanta o da asa oposta se abaixa
para criar foras aerodinmicas que causam a inclinao ou rolagem do
avio.
Figura 1.23 Movimento de rolagem
Fonte: HOMA, 2010.
O acionamento dos ailerons provoca o movimento de rolagem
(roll), inclinando o avio para a direita ou para a esquerda.
O movimento longitudinal do manche, ou seja, o movimento para
frente ou para trs aciona o profundor que controla o movimento de
arfagem ou a atitude de subida (cabrar) ou de descida (picar).
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Figura 1.24 Movimento de arfagem
Fonte: HOMA, 2010.
O acionamento do profundor altera o pitch, que a posio do nariz
do avio em relao linha do horizonte.
Os pedais servem para guinar o avio. Ao acionar os pedais, o
piloto faz a atuao do leme, que provoca o movimento de guinada do
avio, alterando sua proa para a direita ou para a esquerda, da
mesma forma que o leme de um barco.
Figura 1.26 Movimento de guinadaFonte: HOMA, 2010.
O acionamento do leme gera a guinada que a posio do nariz do
avio em relao a seu eixo vertical.
Devido grande variedade de sistemas de controle de voo e de
caractersticas aerodinmicas, importante que o piloto se familiarize
com a aeronave que ir voar. A fonte primria de informao para isso o
manual de voo da aeronave e o seu fabricante.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
Sntese
Nesta unidade, vocs viram que levamos sculos para desenvolver o
conhecimento necessrio para produzir mquinas voadoras. Em seguida,
entendemos que as aeronaves so classificadas como aerstatos mais
leves que o ar (bales) ou aerdinos mais pesados que o ar (avies)
dependendo do conceito da fsica que empregam para manter-se em voo.
Cabe ressaltar que existem vrias outras classificaes das aeronaves
com relao a sua construo e fixao das asas, quantidade de motores,
seu tamanho ou peso, seu uso etc.
Estudamos tambm a construo das aeronaves, os seus principais
componentes, os materiais empregados, suas vantagens e desvantagens
e as principais estruturas conhecidas.
Para facilitar o entendimento do funcionamento de um avio,
fizemos uma pequena introduo da teoria de voo e discutimos as
quatro principais foras atuantes durante o voo: o peso, a
sustentao, a trao e o arrasto; e vimos como o piloto dever usar os
controles de voo para gerenciar essas foras e manobrar a aeronave
em torno de seus trs principais eixos, provocando os movimentos de
rolagem, arfagem e de guinada, de forma isolada ou
coordenadamente.
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Universidade do Sul de Santa Catarina
Atividades de autoavaliao
Ao final de cada unidade, voc realizar atividades de
autoavaliao. O gabarito est disponvel no final do livro didtico.
Mas esforce-se para resolver as atividades sem ajuda do gabarito,
pois, assim, voc estar promovendo (estimulando) a sua
aprendizagem.
1) Preencha os espaos em branco para tornar verdadeira as
afirmaes:
a) O tipo de fuselagem que construdo com cavernas, longarinas e
revestimento chamado __________________.
b) O _________, os ___________ e o ___________ so superfcies de
controle primria. J os flapes e os slats so denominados
________________________ .
c) A asa do tipo ___________ fixada na ____________ da fuselagem
por meio de suporte e estais. Se a asa no tiver suportes do
tipo_______________.
2) A estrutura das aeronaves deve resistir a diversos esforos
durante a operao do avio. Descreva quais so estes esforos,
identifique qual deles provoca tenses opostas numa mesma pea,
exemplifique cada um deles e defina qual a natureza das foras
atuantes causadoras desses esforos.
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Conhecimento Geral das Aeronaves (Asas Fixas)
Unidade 1
3) Faa a experincia aerodinmica da figura abaixo. Depois
descreva sua observao e as foras envolvidas.
Fonte: DGABC. Arte: Denis de Marchi.
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Universidade do Sul de Santa Catarina
Saiba mais
Se voc desejar, aprofunde os contedos estudados nesta unidade,
consultando as seguintes referncias:
TALAY, Theodore A. Introduction to the aerodynamics of flight.
Langley Research Center. NASA Washington DC. 1975.
SAINTIVE, Newton Soler. Teoria de Voo Introduo aerodinmica. ASA
Brasil 2001.
PRADINES, Luiz. Fundamentos da teoria de vo. Edies Inteligentes.
Brasil 2004