Fundamentos da Eng.Fundamentos da Eng.Mecânica-Aeronáutica 1Mecânica-Aeronáutica 1

Prof. Marcelo Santiago de Sousa

SUMÁRIO

Introdução, xxxxxxxx

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PROVAS, TRABALHOS

2 PROVAS

TRABALHO NO 2 BIMESTRESISTEMASESTRUTURASPROJETO AERONÁUTICOMEC VOOMANUTENÇÃOANÁLISE DE MERCADOOPERAÇÃO DE AERONAVESCERTIFICAÇÃO

100% no primeiro bimestreAté 50 % no segundo bimestre

Pelo menos 50 % da média

QUESTÕES EM AULA/ PARTICIPAÇÃO +5% da nota

Introdução: Por que Mec-Aero?

Antes de se começar este curso, é importante salientar a diferença entre os cursos de engenharia aeronáutica e mecânica-aeronáutica:

a)Engenharia Aeronáutica: Faz parte do grande “bloco” chamado engenharia mecânica, mas o curso apresenta grande concentração em matérias como aerodinâmica, estruturas e mecânica de vôo (desempenho, estabilidade e controle). O curso permite que os alunos trabalhem em diferentes setores da aviação, mas direciona muito mais os alunos para projeto de aeronaves (entenda-se projeto aerodinâmico e estrutural).

b)Engenharia Mecânica-Aeronaútica: É um curso de engenharia mecânica, mas com algumas matérias adicionais de aeronáutica, com o intuito de capacitar os alunos para trabalharem na aeronáutica também. O foco na aeronáutica está na produção e manutenção de aeronaves. Assuntos muito importantes na aviação. A empregabilidade dos engenheiros mecânico-aeronauticos é maior.

Introdução: Por que Mec-Aero?

•Ainda com relação aos engenheiros mecânico-aeronáuticos, eles podem atuar também no projeto e desenvolvimento de aeronaves, particularmente na área de sistemas. Os engenheiros mecânico-aeronaúticos também podem atuar nos departamentos de estruturas, peso-balanceamento. •Há muitas oportunidades em desenvolvimento também.

•Caso o eng. recém-formado queira atuar com projeto aeronáutico, pode também, se fizer uma especialização, ou com os conhecimentos adquiridos em projetos como Aero-design.

•Deve-se salientar que os alunos de Mec-Aero da Unifei recebem uma forte bagagem aeronáutica.

•Os alunos participantes do Aerodesign adquirem excelente bagagem aeronáutica, antes de começar os cursos propriamente ditos.

Breve HistóricoA seguir será feito um breve histórico, no qual são citadas as contribuições necessárias para o desenvolvimento de veículos capazes de voar:

•Aristóteles concebeu a idéia de que o ar tinha peso;•Arquimedes descobriu a lei do empuxo, ou lei da flutuação;•Galileo, Roger Bacon e Pacal descobriram que o ar é um gás-compressível, e que sua pressão decai com o aumento de altitude.•Leonardo da Vinci (Séc. XVI) observou o vôo dos pássaros e concluiu que o vôo dos pássaros era consequência do movimento relativo das asas em relação ao ar que produzia a força de sustentação necessária para manter o vôo.•Da Vinci esboçou alguns ornitópteros e chegou a desenhar o primeiro helicóptero.•Os irmãos Montgolfier, produziram o primeiro balão na França, em 1783.Note: O balão tem sustentação, mas está a mercê dos ventos. Não há tanto o controle da direção.

Breve Histórico

Breve Histórico

Breve Histórico•Sr. George Cayley (1773-1857) , inglês, teve importantes contribuições: 1) Teve o entendimento das forças básicas que atuam numa asa; 2) Percebeu a importância do ângulo de ataque e da curvatura (arqueamento) das asas para o vôo; 3) sugeriu o uso de ângulo diedro nas asas, que é um dos aspectos importantes para se ter estabilidade; 4) Construiu um planador em 1853, como qual voou. Por estas contribuições, Cayley é considerado o pai da aerodinâmica moderna, e mesmo “Verdadeiro Inventor do avião”.

•Otto Liliental, alemão, tem registrado mais de 2000 vôos bem sucedidos em planadores por ele construídos, até 1896, quando morreu de um acidente em vôo.

•Quando pergunta-se quem inventou o avião, pretende-se saber quem realizou o primeiro vôo prático de um avião (vôo autopropelido e com controle).

•Para todos nós, brasileiros, o inventor foi Alberto Santos Dumont, que voou o seu avião autopropelido 14 Bis, em Paris, em 23 de outubro de 1906.

Breve Histórico•Os americanos dizem que os inventores do avião foram os irmãos Wilbur e Orville Wright, que voaram seu avião Wright Flier, em 17 de dezembro de 1903, em Carolina do Norte, EUA.

•Enquanto Santos Dumont impressionava os franceses com as acrobacias em seu avião Demoiselle, produto da indústria francesa, o francês Demetre Sensaud de Lavaud, radicado no Brasil, usava materiais brasileiros para construir seu monoplano São Paulo, com o qual fez seu primeiro vôo em 7de janeiro de 1910, em Osasco.

•Houve um grande crescimento da aviação entre 1914-1945.

•No final da segunda guerra mundial, os alemães desenvolveram o conceito de asa enflechada e propulsão a jato. Muito usado na aviação hoje.

•Atualmente crescimento em ferramentas de simulação, e uso crescente de eletrônica embarcada e automatização de funções, novos materiais.

Eng. Aero, Mec-Aero“A prática da engenharia aeronáutica se baseia em princípios fundamentais a todos os veículos de vôo:

•sistema propulsivo com altos valores de eficiência termodinâmica e propulsiva, •sistema estrutural com peso mínimo e resistência máxima, •formato externo que é estável em vôo com máxima eficiência aerodinâmica, •preciso sistema de controle e guiagem, e •um adequado compromisso de “design” entre todos esses sistemas, o que permite ao veículo atingir o desempenho exigido. Um entendimento desses princípios depende do conhecimento de diversas ciências relacionadas à engenharia: ciência dos materiais, mecânica dos sólidos e estruturas, termodinâmica, mecânica dos fluidos, e eletrônica. Essas por sua vez, têm seu arcabouço nas ciências básicas, como física, química e matemática.”

Eng. Aero, Mec-Aero- Trabalho em equipe

•Deve ser lembrado que a construção de um avião “bom” requer o trabalho de vários especialistas.

•O produto poderá não será excelente do ponto de vista de nenhuma disciplina, mas será “bom” ou “muito bom” do ponto de vista “macro”.

•Mas, mesmo assim, não pode ser “ruim” para nenhuma “disciplina”, caso contrário, o avião não voa. Todos especialistas devem ser ouvidos.

•Engenheiros devem saber trabalhar em equipe e fazer algumas renúncias do que é o excelente para o seu ponto de vista, para a sua especialidade.

Eng. Aero, Mec-Aero

Eng. Aeronáutica – Brasil (breve resumo)

•Brasil: Marechal Casemiro idealiza e consegue implementar a primeira escola de engenharia aeronáutica no Brasil: ITA.

•Em seguida é formado um centro para dar suporte ao ITA, que é o CTA, atual DCTA.

•Anos depois, no CTA é construído o avião Bandeirante, que seria usado no correio aéreo nacional.

•A Embraer foi fundada para fabricar o Bandeirante. Hoje é uma fabricante de aviões respeitada mundialmente.

•1973 – Fundada a Helibrás, que iria produzir helicópteros franceses, sob licença

•Agora: Estudos para formar o CNTH (Centro Nacional de Tecnologias de Helicópteros).

Nomenclatura

Nomenclatura

Nomenclatura

Nomenclatura

Nomenclatura

Tipos de aeronaves

Tipos de aeronaves

Tipos de aeronaves

Tipos de aeronaves

Tipos de aeronaves

Tipos de aeronaves

O que define o tipo e a geometria da aeronave?

• Missão para qual foi planejada;

• Requisitos operacionais (missão);

• Requisitos de aeronavegabilidade (segurança de vôo);

• Tecnologia disponível;

• Capacidade de investimento.

Tipos de aeronaves

Motivação: Missão da aeronave

Motivação: Aeronave

D

L

SCVD

SCVL

2

2

2

12

1

Desenvolvivemnto de aeronaves

• Note que o engenheiro mecânico-aeronáutico pode dar suporte ao engenheiro aeronáutico no projeto de diferentes sistemas do avião, na fabricação deste, e também na operação e manutenção das aeronaves.

• Em uma empresa fabricante de aeronaves, para cada engenheiro aeronáutico contratado, são contratados também 3 engenheiros sistemistas. Os próximos slides mostram aplicação de alguns sistemas de aeronaves.

• Há muito mercado de trabalho para o engenheiro mecânico-aeronáutico.

Superfícies de controle

Sistema de comandos de vôo

Sistema propulsivo

Video: Air DynamicsE helicopter

Mecânica clássica, Grandezas físicas, sistemas

de referência.

Leis da mecânica clássica • Primeira Lei de Newton:Corpo se mantém em repouso, ou em

trajetória com linha reta e velocidade constante, se a resultante de forças atuantes for nula;

• Segunda Lei de Newton: Derivada da quantidade de movimento é igual a força aplicada (F=m*a);

Leis da mecânica clássica

• Terceira Lei de Newton: As forças de ação e reação de dois corpos em contato tem mesma magnitude, direção e sentidos opostos.

Escalares e Vetores

• Grandezas Físicas: Escalares e vetores.

• Escalares: Quantidades apenas caracterizadas por um numero. Exemplo: Massa, Volume, Comprimento.

• Vetores: Quantidades caracterizadas tanto pela magnitude, quanto pela direção e sentido. Exemplo: Força, Aceleração, Velocidade, Posição.

Dimensões e unidades

Dimensões e unidades

Dimensões e unidades

• Falar da importância das unidades corretas;• Fatores de conversão;• Acidente do veículo espacial (NASA);

Medidas angulares

•Define-se como ângulo central como a relação entre o arco por ele subentendido e, o raio de circunferência (Lembrar L=2*pi*r).

•Ângulos são adimensionais.

•Costumam ser definidos em radianos ou em graus. A seguinte conversão deve ser usada 1 rad = 57,3 deg.

Sistemas de referência

•Para se definir o vetor, é necessário as informações da intensidade (com unidade), direção e sentido.

•O valor do escalar ou do vetor é definido pelo valor, sim, mas também pela unidade, que fornece uma base de comparação. O valor numérico não tem significado se não estiver acompanhado da unidade.

•Da mesma forma, as informações de direção e sentido do vetor não teriam sentido, se não houver um sistema de eixos de referência. Se falo que a direção e sentido do vetor é 30 deg, preciso saber, em relação a qual referencial, a qual direção.

Sistemas de coordenadas

Sistemas de coordenadas•Quando se estuda a dinâmica de vôo de uma aeronave, costuma-se usar três sistemas de eixos:

1)Sistema de eixos ligado a terra: Para se definir a posição e orientação da aeronave com relação a terra;

2)Sistema de eixos ligado ao corpo: Para se definir velocidades e acelerações da aeronave.

3)Sistema de eixos aerodinâmico: Usado para se determinar as forças e momentos aerodinâmicos atuantes na aeronave.

Sistemas de eixos da terra

Orientação da aeronave com relação a terra

Sistemas de eixos do corpo

Sistemas de eixos do corpo,

sistema de eixos aerodinâmico

Sistemas de eixos aerodinâmico