Teoria de Voo I_Aerodinamica

8/9/2019 Teoria de Voo I_Aerodinamica

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UNIVERSIDADE CATLICA DE GOIS UCG

Aerodinmica e Teoria de Voo

Prof. Gustavo Montoro

Matemtica

PRODUTO 2.4 = 8

QUOCIENTE ou RAZO 18/2 = 9

QUADRADO 72 = 49

CUBO 43 = 64

RAIZ QUADRADA 81 = 9

DIRETAMENTE PROPORCIONAL distncia e tempo

INVERSAMENTE PROPORCIONAL combustvel e tempo

Captulo 2 - Fsica (base da teoria de voo)

Velocidade (grandeza)

Km/h (quilmetros por hora) (escala)

Mph (milhas terrestre por hora)

1,609 km/h

kt (knot ou n ou milha nutica por hora)

1,852 km/h

Sisitema Internacional = m/s 3,6 km/h (grandeza vetorial)

V = d/t

V = s/t

Vi = ds/dt


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Massa (grandeza)

Quantidade de matria contida em um corpo;

Invarivel

Kg quilograma (escala)

Lb libra (0,4536 Kg) (escala)

Quanto maior for a massa de um corpo maior

ser sua inrcia (velocidade alterada).

A massa de um corpo a medida da inrcia deste corpo.

Fora (grandeza)

Produz ou modifica o movimento de um corpo;

Para mudar a direo e preciso o uso da fora (quebra na inrcia)

Escalas

Kgf quilograma-fora 1 Kgf = 9,8N (SI)

Lbf libra-fora

F = m.a (2 lei de Newton) - - - - m = F/a

1 Kgf a fora com que a Terra

atrai o quilograma padro ao ncleo

Dinammetro = aparelho que mede a fora


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Peso

Juno da massa com a gravidade

P = m.g (g = 9,8m/s2

)

Varivel;

Gravidade maior nos plos do que no equador, assim o seupeso e maior nos plos.

Trabalho

Fora pelo deslocamento

W = F.d

No SI ---- N.M = J

Potncia (P) trabalho (W) produzido por unidade de tempo

P = Fora . Velocidade / P = W/t

Potencia Geralmente medida em HP (Horse Power)

1HP = 1 cavalo robusto puxando com a fora de 76 Kgf,

um velocidade de 1m/s

1 HP = 735W (Kgf.m)

Potncia (P) trabalho (W) produzido por unidade de tempo

P = Fora . Velocidade / P = W/t

Potencia Geralmente medida em HP (Horse Power)


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Acelerao (a) - variao da velocidade por unidade de tempode um corpo.

a = Fora / massa

a > 0 movimento acelerado

a < 0 movimento retardado

a = velocidade(m/s) / tempo(s)

Inrcia tendncia natural dos corpos permanecerem emrepouso ou em movimento retilneo uniforme.

1 Lei de Newton: Na ausncia de foras resultantes, um corpo

em repouso continua em repouso. J umcorpo em movimento continua em movimentoem linha reta e com velocidade constante.

Densidade massa por unidade de volume.

D = m/V

EX: Densidade da Gasolina 0,72 Kg/litro

para cada litro a massa de 0,72 Kg

Movimento ou torque

Tudo aquilo que pode causar rotao

M = F.d


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Ao e Reao

3 Lei de Newton - para toda ao haver uma reao de igualintensidade,porm em sentido contrrio.

Presso

Fora por unidade de rea (P = F/A).

Lb/pol2 no SI N/m2 = Pa (pascal)

Presso atmosfrica = presso exercida pelo peso do aratmosfrico sobre um objeto.

Energia

Tudo aquilo que pode realizar trabalho (SI = J)

1- Energia Cintica: energia contida nos corpos em movimento;

2- Energia Potencial gravitacional: energia acumulada em umcorpo, disponvel para ser utilizada. Geralmente contida emcorpos colocados em locais elevados.

3- Energia de Presso: energia acumulada nos fluidos sobpresso

VetorToda grandeza matemtica que possui

intensidade, direo e sentido;

Certas grandezas no podem ser representadas por vetores.Temperatura por exemplo


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VetorComposio de vetores um mtodo para determinar a

resultante de vrios vetores

Teorema de Pitgoras:O quadrado da hipotenusa igual

a soma dos quadrados dos catetos (ax e ay)

VetorDecomposio de vetores um mtodo para determinar as

componentes de um vetor

Vento relativo

Vento aparente que sopra sobre um corpo em movimento naatmosfera, geralmente no sentido contrario ao do movimento

Vento relativo



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Vento relativo


Velocidade relativa

a velocidade de um corpo em relao a um outro corpo


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Fluidos e Atmosfera

1- Fluido todo corpo sem forma fixa

Lquidos - gua

Gases - vapor dguaSubst. que escoa facilmente e muda a

forma sob a ao de pequenas foras

Propriedade do AR que afetam o voo (parmetros)

PressoDensidade

Temperatura

Temperatura

Medida atravs de termmetros

Celsius

Fahrenheit

tc = tf -32

5 9


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Tk = tc + 273 DensidadeMassa por volume do gs

Varia com a presso e temp.

Presso esttica

Gs em repouso

Devido as incessantes e continuas colises das

molculas do gs contra as paredes do objeto

LEI DOS GASES

Comportamento os gases

Maneira como se comportam na variao de:

presso, temperatura e densidade

Aumento de presso

Temp. aumenta

Densidade aumenta


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LEI DOS GASES

Aumento da temperatura

presso aumenta

Densidade diminui

P = d. t

Temperatura calculada em Kelvin

tk = tc + 273

Atmosfera

Cama de ar que circunda a terra;

Mistura de gases

21% gs oxignio

78% gs nitrognio1% outros gases

Componentes estranhos

poeira

vapor dagua

poluentes diversas

sementes


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Presso atmosfrica

Presso exercida pelo ar sobre

todas as coisas dentroda atmosfera

Teste do vcuo na latinha

Variao dos parmetros atmosfricos

Presso, densidade e temperatura

Aumento da altitudeDiminui presso, densidade e temperatura

Densidade do ar depende da umidade

Maior umidade menor densidade do ar

Vapor dgua mais leve que oxignio e nitrognio do ar

ft


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Atmosfera padro

O desempenho do avio (velocidade mxima,sustentao, comprimento de pista para decolagem, etc)

dependem dos parmetros atmosfrico do momento

Variao de local para local Atmosfera padro (ISA)

Padronizao dos critrios de avaliao de desempenho doas

avies por diferentes fabricantes

Atmosfera padro (ISA)

International Standard Atmosphere

Organizao da Aviao Civil Internacional (Montreal Canad)

Presso: 1013.25 hPa / 760 mm de mercrio / 76 cm de Hg /

14, 69 PSI / 29,92 Pol Hg

Densidade: 1,225 Kg/ m3

Temperatura: 15CGradiente trmico: - 2C a cada 1000ft (ps)

- 0,65C a cada 100 m

Altmetro

Manmetro mede presso

Calibrado para indicar a altitudecorreta na ISA


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Altitude presso altitude indicada pelo altmetro

Altitude verdadeira altitude real do avio

Altitude densidade altitude calculada por diferena dedensidade


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Geometria do avio

Nomenclatura


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Superfcies aerodinmicas

No produzem resistncia ao avano, porem tbm noproduzem nenhuma fora til ao voo.

Carenagem da roda

polaina


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Superfcies aerodinmicas

No produzem resistncia ao avano, porem tbm noproduzem nenhuma fora til ao voo

Spinner

Voa sem

Aeroflios

Produzem foras teis ao voo (no voa sem)

Hlice

Asa

Estabilizador

Elementos matemticosde uma asa

Envergadura(b);

Corda (c);

Raiz da asa;

Ponta da asa;Bordo de fuga;

Bordo de ataque;

Intradorso;

extradorso


Envergadura(b);

Corda (c);

Raiz da asa;

Ponta da asa;Bordo de fuga;

Bordo de ataque;

Intradorso;

extradorso


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Envergadura(b);

Corda (c);

rea da Asa

letra S

S = b.c

PERFIL

Formato em corte longitudinal do aeroflio

Perfil simtrico: dividido por uma linha reta em duas partes iguais.

Perfil Assimtrico: no divide em duas partes iguais por um linha reta

PERFIL

Formato em corte longitudinal do aeroflio

Perfil simtrico: dividido por uma linha reta em duas partes iguais.

Perfil Assimtrico: no divide em duas partes iguais por um linha reta

Elementos de um perfil

Bordo de ataque extremidade dianteira do perfil;Bordo de fuga extremidade traseira (final);

Extradorso- superfcie superior;

Intradorso superfcie inferior;

Corda linha reta que liga bordo de fuga e ataque;

Linha de curvatura mdia (ou linha mdia) linha que equidistaextra do intradorso


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Elementos de um perfil

Bordo de ataque extremidade dianteira do perfil;

Bordo de fuga extremidade traseira (final);

Extradorso- superfcie superior;

Intradorso superfcie inferior;

Corda linha reta que liga bordo de fuga e ataque;

Linha de curvatura mdia (ou linha mdia) linha que equidista extra dointradorso

No perfil assimtrico a linha mdia coincide com a corda.

ngulo de incidncia

ngulo formado entre a corda e o eixo longitudinal* do avio

*Eixo longitudinal uma linha de referencia imaginaria do avio

voo horizontal

Escoamento

Movimento dos fluidos gasoso ou lquidos

Laminar ou Lamelar

Turbulento ou turbilhonado


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Tubo de escoamento

Canalizao por onde escoa o fluido

Tubo real

Tubo imaginrio


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Equao da continuidade

Lei do escoamento

Quanto mais estreito for

o tubo de escoamento, maior ser

a velocidade do fluido, vise-versa.

Tnel aerodinmico equao da continuidade

Teste de modelos de avies fase de projeto

Presso Dinmica (q)

Presso produzida pelo impacto do vento

Sem vento sem presso dinmica

Maior densidade maior q


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Velocmetro

Manmetro que indica a velocidade do vento relativo(presso dinmica), porem o mostrador e modificado paravelocidade e no presso

Entrada de presso esttica

Entrada de presso total(esttica + dinmica)

Teorema de Bernoulli

Quanto maior a velocidade do

escoamento, maior ser a presso dinmica

e menor a presso esttica.

Bernoulli Daniel1700 - 1782,


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Tubo de Venturi

Diminuio da presso esttica

Sistema PITOT-ESTTICO

Altmetro presso esttica

Velocmetro presso esttica e presso dinmica

Tubo de PITOT

Tomada de presso total

A i d t F A di i


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Avies de pequeno porte

Tubo de pitot e tomada depresso esttica incorporados em umnico conjunto

Foras Aerodinmicas

Foras que tornam possvel o voo do avio

lift (sustentao)

thrust (propulso) drag (arrasto

weight (peso)

Resultante aerodinmica Centro de presso

Fluxo


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Margem deorientao

Margem dearrasto

Centro de presso

Tubo de Venturi / Tnel Aerodinmico (Bernoulli)

Perfil assimtrico formando um pequeno ngulo () com a direo do

ngulo de ataque aumentado consideravelmente


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Perfil assimtrico formando um pequeno ngulo () com a direo dovento relativo = ngulo de Ataque = Resultante aerodinmica

Lembrar das ondas de presso para acelerao do wash.

ngulo de ataque aumentado consideravelmente

Resultante aerodinmica maior

Avano do CP

Entender porqueprofundor para cimaavio para cima

Profundor para baixo

Avio para baixo

Perfil Simtrico


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Perfil Simtrico

Aumento do = resultante aerodinmica maior e CP imvel

Mesmo de invertido?

Decomposio da Resultante Aerodinmica

Sustentao (lift) e arrasto (drag)

A sustentao nem sempre vertical


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A sustentao nem sempre vertical

e o arrasto nem sempre paralelo

Sustentao (L) / ngulo de ataque ()

Difere tambm pelo tipo de perfil

positivo sustentao positiva ngulo de ataque nulo / sustentao + ou -


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positivo sustentao positiva

Dirigida do intradorso para o extradorso

ngulo de ataque nulo / sustentao + ou

vento relativo sopra na mesma direo da corda

ngulo de ataque donde a sustentao nula negativa

L0

L0 = 0 simtrico

L0 = - assimtrico

ngulo de ataque menor que o ngulo de sustentao nula

puxa para baixo


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Aumento do ngulo de ataque aumento da sustentao

at um certo valor mximo = prestes a iniciar o turbilhonamentoextradorso

ngulo critico

ngulo de estol

ngulo de sustentao mximangulo de perda

Aumento ngulo de ataque acima do ngulo critico

turbilhonamento extradorso

Diminuio da sustentao aumento do arrasto


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Coeficiente de sustentao nmero experimental: depende dongulo de ataque e formado do aeroflio (espessura e curvatura)

Dependncia Proporcionalidade

Coeficiente de sustentao

Densidade do ar

rea da Asa

Velocidade

Coeficiente de sustentao

Densidade do ar

rea da Asa

Quadrado da Velocidade

Arrasto

Resistncia ao avano no deslocamento pelo ar

Turbulncia formada atrs dos objetos

Superfcie aerodinmica = pequena resistncia ao avano, poisproduz pequeno turbilhonamento

Resistncia ao avano do aeroflio ou superf. aerodinmica (arrasto)


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D

Arrasto induzido


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derramamentode ar

Para diminuio do Arrasto parasita


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1- Alongamento da Asa (Envergadura b. corda c)

CMG = rea

envergadura

2- Dispositivos na asa que dificultam a formao doturbilhonamento ou vrticeinduzido.

Tiptanque

Turbilhonamento ou arrasto induzido maior

nas baixas velocidades

Maiores ngulos de ataque / TakeOff and Land

Arrasto Parasita


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Arrasto de todas as partes que no produzem sustentao

Fabricante do avio: rea de placa plana equivalenteperpendicular a direo do vento relativo

Com o valor de area plana equivalente possvel calcular oarrasto parasita do avio

Arrasto parasita praticamente constante para pequenos


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Partes que produzem sustentao

Partes que no produzem sustentao

Diferentes tipos de ngulos

ngulo de ataque Corda Vento relativongulo de incidncia Corda e eixo longitudinal

ngulo de atitude eixo longitudinal e linha do horizonte

ngulo de incidncia Corda e eixo longitudinal


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Dispositivos hipersustentadores

Muda a simetria da asa (assimtrica ou simtrica)

Coeficiente de sustentao Mximo = turbilhonamento noextradorso

Aumento do coeficiente de sustentao

Flap / Flape (aba, lbio)

Aumenta a curvatura ou arqueamento do perfil = aumento de coeficiente de

sustentao;

Flapes funcionam como freio aerodinmico, pois aumentam o arrasto

Fowler o mais importante

simples Fowler flap


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fenda

A320 B737

- flap simples: CL aumenta

- flap ventral: CL aumenta

- flap tipo "fowler": CL aumenta e S aumenta (este o tipo de flapmais eficiente)

Slot (fenda ou rachadura fixa)

Tambm aumenta o ngulo de ataque critico do aeroflio;

Fenda que suaviza o escoamento no extradorso da asa,evitando o turbilhonamento.

Deslocamento horizontal

Slat (fenda ou rachadura movel)

Ti i l d l t


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Tipo especial de slot

Recolhido durante o voo normal pela ao do vento

Por ao de molas fica estendido

Slots e slats tem a desvantagem em relao aos flaps de erguerdemasiadamente o nariz do avio nas aproximaes e

decolagens = prejuzo da visibilidade

Outra utilidade dos slots

Asa entre em estou iniciando pela ponta;

Perde de controle do aileron;

Toro na ponta da asa (reduz ngulo de incidncia) ou;utilizar slots

Grupos MotoPropulsores GMP


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Propulsores - GMP

GMP Conjunto dos componentes que

fornecem trao necessria ao voo

Turbojato

Turbo-fan

Queima todo o ar que entra

GMP

Turbolice

Motor a pisto e hlice

Definies de Potncia trao dinammetro

Potncia efetiva potencia medida no eixo da hlice

Mono e bimotores de pequeno porte so construdos acopladosa um GMP com motor a pisto e hlice de duas a vrias ps.


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Potncia efetiva potencia medida no eixo da hlice,

Pot. Nominal a potencia efetiva mxima para qual o motor

foi projetado (no varia valor);

Pot. til potencia de trao desenvolvida pela hlice sobre oavio (Pot. Disponvel)

Hlice pega a Pot. Efetiva e converte em Pot. de traoAs hlices podem ser feitas de vrios materiais:

madeira = baixa potencia (Paulistinha)

ligas de alumnio ou ao = avies mais fortes e maismodernos

Hlice aeroflio rotativo

- Produz fora til ao voo (fora de trao sobre o avio)

Seo da p cortadamovimenta para baixo

Passo de hlice

Ps torcidas deveria funcionar como um parafuso avanando

Passo terico ideal de deslocamento (avano)


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Ps torcidas deveria funcionar como um parafuso avanandouma determinada distancia a cada rotao completa.

Entretanto o ar um fluido avano real hlice passo efetivo

Distancia que a hlice deixou de percorrer = recuo

Passo terico passo efetivo = recuo (Pt Pe = Re)

Qual o melhor ngulo de rotao?

Depende da velocidade do avio e da rotao do motor.

Como a hlice gira e ao mesmo

tempo avana para frente,

o vento relativo que incide

sobre a p inclinado.

ngulo determinado pelo fabricante

Aumento da velocidade

Aumento do ngulo do vento relativo

No existe um passo ou toro da p ideal

para todas as fases do voo


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Aumento do ngulo do vento relativo

Ideal que se aumente a toro

das ps para que se mantenha

o ngulo de ataque (fora de trao igual)

para todas as fases do voo

Hlice com pequena rotao boa para decolagem e subidas;

ruim para cruzeiro e alta velocidade

Hlice muito torcida ruim para decolagem e subidas; boa paracruzeiro e velocidades maiores

POUCA TORO DA P MUITA TORO DA P

Embandeirado

Hlice de passo fixo

Fabricada com uma determinado

passo, o qual no pode ser

Modificado;

Bom funcionamento em uma

determinada RPM

(velocidade de voo para qual foi construda)

Hlice de passo ajustvel

O passo pode ser modificado no solo (uso de ferramentas

Hlice de passo controlado (dentro da cabine)

Passo pode ser modificado durante o voo;


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p p (adequadas);

A hlice s funcionara bem para a RPM e velocidade ajustada.

p ;

Funciona bem em qualquer fase do voo (RPM e Velocidade);


1- Comando Manual (Manete geralmente Azul)


2- Comando automtico - Contrapesos e Governador umatuando sobre o outro (King Air)

Contrapeso passo automaticamente

ajusta por contrapesos (ao centrifuga);

Governador uso de sistema

eltrico ou hidrulico.

Hlice de passo controlado automaticamente so chamadas

de hlice de RPM constante ou de velocidade constante

Voo horizontal - velocidade constante

Sustentao igual ao peso


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g p

Trao da hlice igual ao arrasto

Grande velocidade pequeno ngulo de ataque

Para diminuir a velocidade mantendo o voo horizontal, precisoaumentar o ngulo de ataque.

Menor velocidade possvel = ngulo de ataque crtico =

velocidade de estol = coeficiente de sustentao mximo =

avio na iminncia de estol


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Ultrapassando ongulo crtico, inicia-seo estol e a sustentaodiminui rapidamente

Assim impossvelmanter o voohorizontal. Somente sea velocidade foraumentaconsideravelmente.

Pequenos aumentos de alem do ngulo crtico exige muita potncia

muito importante para a manuteno do voo

No h indicao do ngulo de ataque

Voar em alta velocidade = aumentar potncia

Voar em baixa velocidade = diminuir potncia


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Velocmetro indica este ngulo

Quebra da regra

Voo horizontal

Explicao simples: baixas velocidade requerem grandes ngulos de ataque

Potncia disponvel fazer leitura p 37

Superpondo as curvas de potncia necessria com disponvel


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Vlc. mximaVlc. Mximo alc

Vlc. estol Vlc. Mxima autonomia

Vlc.minima

Arrasto em voo horizontalno varia com a altitude,

apenas com a velocidade

e .

Variaes da velocidade em voo nivelado

Depende de peso, altitude, rea da asa entre outros...

Regras do voo nivelado (horizontal)

1 regra prtica: usada para qualquer velocidade. velocidade mxima


2 regra prtica: usada solucionar questes a respeito da potencianecessria ao voo horizontal


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necessria ao voo horizontal.


3 regra prtica: usada somente para velocidade mxima

Resumo das regras do voo nivelado (horizontal)

UNIVERSIDADE CATLICA DE GOIS UCG

Voo Planado

Ladeira 30de declive


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Aerodinmica e Teoria de Voo

Prof. Gustavo Montoro

Ladeira 30 de declive

Movimento: ao da gravidade

Teorema de Pitgoras: O quadrado da hipotenusa iguala soma dos quadrados dos catetos (ax e ay)

Modo semelhante para o avio ao voar sem trao do motor

Trajetria descendente voo planadoAvio impulsionado poruma fora de 500 Kgf

Sustentao igual 866 Kgf(menor que o peso)

ngulo formado entre a trajetria de voo e

a linha do horizonte = ngulo de planeio

Velocidade de melhor planeio

- Velocidade de menor ngulo de descida;


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Este ngulo tanto menor quanto maior o CL e

menor o CD do avio.

- O avio planeia a maior distancia possvel;

- Coincide com a Velocidade de mximo alcance

Aumento do ngulo de ataque no voo planado

- Aumenta o tempo de planeio (velocidade de mxima autonomia)

- Porm menor distancia percorrida;

- Velocidade de menor razo de descida (mnimo de afundamento).

Diminuio do ngulo de ataque para aumento da velocidade Velocidade final

Velocidade mxima que o avio pode atingir num mergulho ouplaneio vertical


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planeio vertical.

Sustentao nula

Trajetria vertical

L0 - ngulo de sustentao nula

Velocidade aumenta ate se estabilizar com o D

Peso = D

Velocidade Final velocidade Limite

Razo de descida

Altura perdida por unidade de tempo

Varimetro (climb): R/D medida em m/s ou ft/min


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Influncia do Vento

Vento de cauda (tail) aumenta a VS e a distncia de planeio e .

Vento de proa (head) o oposto.

VA, VI e R/D no se alteram, pois em relao ao ar o, o aviovoa como se o vento no existisse

Influncia da Altitude

Grandes altitudes, ar rarefeito

Somente torna o planeio mais rpido

aumentando assim a VA e R/D

Vi no alterada

O piloto pode manter a mesma Vi estimando o

mesmo alcance de planeio

Chega ao solo com maior velocidade


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