Instituto Superior Técnico Ano Lectivo de 2014/2015Mestrado Integrado em Engenharia Aeroespacial 25 de Janeiro de 2015

2o Exame de Estabilidade de VooO exame tem a duração de 3h00m.

Justifique convenientemente todas as respostas.

Pergunta 1

Considere um avião com uma configuração canard. A asa tem uma área S = 13.5 m2, umacorda média c = 1.35 m, awb = 0.075/o e Cmacwb = −0.05. O canard tem uma área Sc = 3.2 m2 eac = 0.07/o, sabendo-se que tem um perfil simétrico. A distância entre os centros aerodinâmicosda asa e do canard é de 9 m. O efeito do upwash traduz-se no ângulo de upwash ε = 0.3αwb.

a) Deduza uma expressão para a derivada Cmα e determine a distância do centro aerodinâ-mico do estabilizador (canard) ao ponto neutro. [2.5 val]

b) Tendo o avião um peso de 11000 N e uma margem estática de 7%, determine o ângulode incidência do canard e o correspondente ângulo de ataque αwb necessários para equilibraro avião se este voar a 2400m de altitude (ρ = 1.0588 kg/m3) com velocidade V = 75 m/s.(Nota: se não resolveu a alínea anterior, admita que o ponto neutro se encontra a 7 m do centroaerodinâmico do canard.) [2.5 val]

Pergunta 2

A 29 de Abril de 2013 descolou da base aérea de Bagram, no Afeganistão, um Boeing 747-400com uma carga que incluía veículos militares pesados. Poucos instantes depois da descolagem,no início da subida, o avião entrou em perda e acabou por se despenhar no solo. Como causaprovável para o acidente pensa-se que alguns dos veículos se terão soltado e deslocado paraa traseira do avião quando este iniciou a subida. Fazendo uso da noção de margem estáticaexplique como este facto pode ter conduzido ao acidente. [1 val]

Pergunta 3

Explique em que consiste a estabilidade direccional (de guinada) e indique que característicasda aeronave são mais importantes para garantir essa estabilidade. [2 val]

Pergunta 4

Considere uma aeronave com uma configuração canard. Sabendo que as áreas da asa e docanard são S e Sc , respectivamente, que as respectivas cordas são c e cc e que a distância entreo centro aerodinâmico do canard e o centro de massa do avião é lc , deduza expressões para acontribuição do canard para as derivadas de estabilidade CLq e Cmq .

Recorde que q = c2u0q e use a notação (CLα)canard = ac . [2.5 val]

Pergunta 5

Admitindo que o ângulo de ataque é constante, o modo fugóide pode ser aproximado peloseguinte sistema de equações:

∆u = Xum∆u− g∆θ + Xδe

mδe,

∆θ = − Zumu0

∆u− Zδemu0

δe.

a) Determine a equação característica do sistema e expressões para a frequência natural e ofactor de amortecimento do modo fugóide. [1 val]

b) Determine a relação entre CTu e CDu que assegura a estabilidade do modo. [1 val]

c) Determine as funções de transferência ∆u(s)δe(s)

e ∆θ(s)δe(s)

. [2 val]d) Um avião de propulsão a hélice, cujos dados se encontram abaixo, está a voar com veloci-

dade u0 = 67 m/s a uma altitude constante de 5000ft (ρ = 1.056 kg m-3). Se a deflexão do lemede profundidade variar de ∆δe = −1o, determine qual é a nova velocidade de equilíbrio e o novoângulo de subida do avião. Comente os resultados. [2.5 val]

Pergunta 6

O modo espiral aproximado pode ser caracterizado pelas seguintes equações: 0 =Lvv +Lrr ,

r =Nvv +Nrr .

O avião cujos dados se encontram abaixo está a voar com velocidade u0 = 67 m/s a umaaltitude de 5000ft (ρ = 1.056 kg m-3). Use as equações acima para determinar a raiz característicado modo espiral e calcule t1/2 (ou t2) para esta situação de voo. Comente os resultados. [3 val.]

Características do avião para as perguntas 5 d) e 6

W = 11790 N, S = 16.2 m2, c = 1.5 m, b = 11.0 m,CLα = 4.41, CLq = 3.9, CLδe = 0.43, CD1 = 0.032,Cmα = −0.613, Cmq = −12.4, Cmδe = −1.122, CDδe = 0,CLu = 0, CDu = 0, Cmu = 0, Ix = 1285kg m-3,Cyβ = −0.393, Cyp = −0.075, Cyr = 0.214, Iy = 1825kg m-3,Clβ = −0.0923, Clp = −0.484, Clr = 0.0798, Iz = 2666kg m-3,Cnβ = 0.0587, Cnp = −0.0278, Cnr = −0.0937, Ixz = 0.

(Nota: As derivadas relativamente a ângulos estão /rad)

Correcção

Pergunta 1

Pergunta 2

Pergunta 3

Pergunta 4

Pergunta 5

Pergunta 6