Teoria de Voo - UNITAU

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  Apostila 2013| Ramón Eduardo Pereira Silva, M Sc. Universidade de Taubaté ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA AERONÁUTICA TEORIA DE VÔO

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  • Apostila 2013| Ramn Eduardo Pereira Silva, M Sc. Universidade de Taubat

    ESPECIALIZAO EM ENGENHARIA AERONUTICA TEORIA DE VO

  • Teoria de Vo Especializao em Engenharia Aeronutica - 2013 Prof. Ramn Silva

    i

    No se espante com a altura do vo. Quanto mais alto, mais longe do perigo.

    Quanto mais voc se eleva, mais tempo h de reconhecer uma pane. quando se est

    prximo do solo que se deve desconfiar"

    Alberto Santos=Dumont

    O avio voa porque no tem tempo para cair

    Orville Wright

    possvel voar sem motores, mas no sem conhecimento e habilidade

    Wilbur Wright

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    i

    ndice

    1. Breve Histria do Vo .......................................................................................... 2

    1.1. A lenda de Ddalo e caro ..................................................................................................... 2

    1.2. Leonardo da Vinci ................................................................................................................. 3

    1.3. Bales ................................................................................................................................... 4

    1.4. Aerodinmica, Controle e Propulso .................................................................................... 6

    2. Introduo s Aeronaves ................................................................................... 17

    2.1. Conceitos ............................................................................................................................ 17

    2.2. Configuraes de Fuselagem .............................................................................................. 21

    2.3. Configuraes de Trem de Pouso ........................................................................................ 25

    2.4. Configuraes de Asa ......................................................................................................... 32

    2.5. Configuraes de Cauda ..................................................................................................... 48

    2.6. Configuraes de Motores .................................................................................................. 59

    3. Motores Aeronuticos ....................................................................................... 67

    3.1. Propulso ............................................................................................................................ 67

    3.2. Ao e reao ..................................................................................................................... 67

    3.3. Motores a Pisto ................................................................................................................. 67

    3.4. Motores a Reao ............................................................................................................... 76

    3.5. Motores Experimentais ....................................................................................................... 82

    4. Aerodinmica .................................................................................................... 86

    4.1. Introduo .......................................................................................................................... 86

    4.2. Aeroflios ............................................................................................................................ 87

    4.3. Princpio de Benoulli e Tubo de Venturi .............................................................................. 91

    4.4. Foras Aerodinmicas ......................................................................................................... 95

    4.5. Asa .................................................................................................................................... 105

    4.6. Aumento de Sustentao .................................................................................................. 117

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    ii

    5. Comandos de Vo ............................................................................................ 131

    5.1. Eixos de Rotao ............................................................................................................... 131

    5.2. Aeronaves de Asa Fixa ...................................................................................................... 132

    6. Estabilidade, Peso e Balanceamento ................................................................ 145

    6.1. Estabilidade ...................................................................................................................... 145

    6.2. Estabilidade Longitudinal ................................................................................................. 147

    6.3. Estabilidade Lateral .......................................................................................................... 152

    6.4. Estabilidade Direcional ..................................................................................................... 158

    6.5. Acoplamento direcional e lateral ...................................................................................... 161

    6.6. Peso e Balanceamento...................................................................................................... 164

    6.7. Efeitos de Peso e Centro de Gravidade ............................................................................. 164

    6.8. Tipos de Peso .................................................................................................................... 167

    6.9. Clculo do Peso ................................................................................................................. 170

    6.10. Clculo do Centro de Gravidade ................................................................................... 173

    6.11. Envelope do Centro de Gravidade ................................................................................ 175

    7. Asas Rotativas ................................................................................................. 179

    7.1. Vo em Potncia ............................................................................................................... 182

    7.2. Vo Vertical ...................................................................................................................... 186

    7.3. Vo a Frente ..................................................................................................................... 186

    7.4. Vo Lateral ....................................................................................................................... 190

    7.5. Vo a R ............................................................................................................................ 191

    7.6. Efeito Cone ........................................................................................................................ 191

    7.7. Efeito Solo ......................................................................................................................... 192

    7.8. Dissimetria de sustentao ............................................................................................... 193

    7.9. Auto-rotao..................................................................................................................... 199

    7.10. Comandos de Vo ........................................................................................................ 202

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    ndice de Ilustraes

    Figura 1.1 A queda de caro. ................................................................................................................ 3

    Figura 1.2 Ornitptero (a) e Helicptero (b) de Da Vinci ...................................................................... 4

    Figura 1.3 Barco voador de Francesco de Lana .................................................................................... 4

    Figura 1.4 Passarola de Bartolomeu de Gusmo ................................................................................. 5

    Figura 1.5 Balo de Montgolfier .......................................................................................................... 5

    Figura 1.6 Balo de hidrognio de Charles .......................................................................................... 6

    Figura 1.7 Mechanics Magazine com o planador de Cayley ................................................................. 7

    Figura 1.8 Avio de Henson ................................................................................................................. 8

    Figura 1.9 Dirigvel de Guiffard ............................................................................................................ 9

    Figura 1.10 Planador de Lilienthal ..................................................................................................... 10

    Figura 1.11 Aerdromo de Langley .................................................................................................... 11

    Figura 1.12 Avion III de Clement Ader ............................................................................................... 11

    Figura 1.13 Santos=Dumont nmero 6 .............................................................................................. 12

    Figura 1.14 Flyer dos Irmos Wright .................................................................................................. 14

    Figura 1.15 14-Bis de Santos=Dumont ............................................................................................... 15

    Figura 2.1 Principais dimenses do avio (EMBRAER KC 390)............................................................ 17

    Figura 2.2 Partes principais do avio (EMBRAER CBA-123) ................................................................ 18

    Figura 2.3 Partes principais do helicptero (Bell UH-1H) ................................................................... 18

    Figura 2.4 Eixos de rotao do avio (Embraer AEW&C) ................................................................... 20

    Figura 2.5 Fuselagem (Airbus A300 608ST Beluga) ......................................................................... 21

    Figura 2.6 Fuselagem (Chinook HC3) ................................................................................................ 22

    Figura 2.7 Estrutura tubular .............................................................................................................. 23

    Figura 2.8 Avio com estrutura monocoque (Sukhoi Su-29) .............................................................. 24

    Figura 2.9 Avio com estrutura semi-monocoque (North American Mustang P-51) .......................... 24

    Figura 2.10 Trem de pouso: (a) Antonov 225 (b) Airbus A380............................................................ 25

    Figura 2.11 Avio com trem de pouso convencional (De Havilland DHC-3T) ...................................... 26

    Figura 2.12 Avio com trem de pouso triciclo (EMB 314 - ALX) .......................................................... 26

    Figura 2.13 Avio com trem de pouso biciclo (McDonnell Douglas Harrier AV8) ............................ 27

    Figura 2.14 Avio com flutuadores (Cessna C182 Seaplane) .............................................................. 27

    Figura 2.15 Avio anfbio (Beriev - Albatross A42 Mermaid) ............................................................ 28

    Figura 2.16 Avio com esquis (Bellanca Citagria 7GCBC) ................................................................... 28

    Figura 2.17 Helicptero com trem de pouso triciclo (Agusta Westland AW139) ................................ 29

    Figura 2.18 Helicptero com trem de pouso de esqui (Helibras AS350 B2 Esquilo) ............................ 29

    Figura 2.19 Avio com trem de pouso fixo (Embraer Ipanema) ......................................................... 30

    Figura 2.20 Avio com trem de pouso retrtil (Embraer Phenom 300) ............................................. 31

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    Figura 2.21 Avio com trem de pouso escamotevel (Embraer EMB 120- Braslia) ............................ 31

    Figura 2.22 Avio asa baixa cantilever (Embraer Phenom 300) ......................................................... 33

    Figura 2.23 Avio asa mdia cantilever (Lockheed P-2H Neptune) .................................................... 34

    Figura 2.24 Avio asa alta cantilever (Antonov 225 - Mryia) ............................................................. 34

    Figura 2.25 Avio asa alta semi-cantilever (Cessna 182 Skylane) ....................................................... 35

    Figura 2.26 Avio asa pra-sol (Consolidated PBY Catalina) .............................................................. 35

    Figura 2.27 Avio asa gaivota (North American B-25 Mitchell Barbie III) ........................................... 36

    Figura 2.28 Avio asa gaivota invertida (Vought F4U Corsair) .......................................................... 36

    Figura 2.29 Avio asa biplana (Christen Eagle) .................................................................................. 37

    Figura 2.30 Avio asa triplana Fokker Dr.I (a) Sopwith Camel (b) ...................................................... 38

    Figura 2.31 Avio asa elptica (Supermarine Spitfire) ........................................................................ 39

    Figura 2.32 Avio asa retangular (Fairchild AU23A Peacemaker) ...................................................... 39

    Figura 2.33 Avio asa trapezoidal (Embraer EMB 312 Tucano) ....................................................... 40

    Figura 2.34 Avio com enflechamento positivo (Mikoyan-Gurevich MiG-15) .................................... 40

    Figura 2.35 Avio com enflechamento negativo (Grumman X-29) ..................................................... 41

    Figura 2.36 Avio com enflechamento varivel (Grumman F-14 Tomcat) .......................................... 41

    Figura 2.37 Avio com asa em delta (Avro Vulcan) ............................................................................ 42

    Figura 2.38 Avio com asa em diedro positivo (North American P51 Mustang) ................................. 42

    Figura 2.39 Avio com asa em diedro negativo (McDonnell Douglas Harrier AV8) ......................... 43

    Figura 2.40 Helicptero com rotor convencional (Robinson R66) ...................................................... 44

    Figura 2.41 Helicptero com rotores laterais (Kaman HH43-Huskie) ................................................. 44

    Figura 2.42 Helicptero com rotor contra-rotativo (Kamov KA50) .................................................... 45

    Figura 2.43 Helicptero com jatos na ponta do rotor (McDonnell XH-20) ...................................... 46

    Figura 2.44 Helicptero com rotores em tandem (Boeing CH-46 Sea Knight) .................................... 47

    Figura 2.45 Tiltrotor (Osprey V22) ..................................................................................................... 47

    Figura 2.46 Configurao com Canard de controle (VariEze) ............................................................. 48

    Figura 2.47 Configurao Trs Asas (Piaggio Avanti P180) ................................................................. 49

    Figura 2.48 Configurao Tandem (Scaled Composites Proteus) ....................................................... 49

    Figura 2.49 Configurao Asa Voadora (Northrop-Crumman B2 Spirit) ............................................. 50

    Figura 2.50 Cauda Convencional (AirBus A340) ................................................................................. 51

    Figura 2.51 Cauda em T (Embraer Legacy 650) .................................................................................. 51

    Figura 2.52 Cauda Cruciforme (Grumman P16 Tracker) ..................................................................... 52

    Figura 2.53 Cauda em T (Arospatiale Fouga Magister) ..................................................................... 52

    Figura 2.54 Cauda em Y (NASA Ikhana) ............................................................................................. 53

    Figura 2.55 Cauda em Y Invertido (McDonell Douglas F-4 Phantom) ................................................. 53

    Figura 2.56 Cauda em V invertido (NASA Predator) .......................................................................... 54

    Figura 2.57 Cauda em H (Fairchild A10 Thunderbolt) ........................................................................ 55

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    v

    Figura 2.58 Cauda Dupla (Grumman F-14 TomCat) ............................................................................ 55

    Figura 2.59 Cauda Tripla (Lockheed Constellation) ............................................................................ 56

    Figura 2.60 Configurao Cauda Bifurcada (Lockheed P38- Lightning) ............................................... 56

    Figura 2.61 Cauda em Anel (Miller JM-2) ........................................................................................... 57

    Figura 2.62 Cauda Convencional (Bell 204) ........................................................................................ 57

    Figura 2.63 Cauda Fenestron (Eurocopter HH-65 Dolphin) ................................................................ 58

    Figura 2.64 Cauda NOTAR (MD250) ................................................................................................... 58

    Figura 2.65 Motor a Pisto em V North American Mustang P-51(a) e radial Vough F4U Corsair. ....... 59

    Figura 2.66 Turbojato (Aerospatiale BAC Concorde).......................................................................... 60

    Figura 2.67 Turbofan (Embraer Lineage 1000) ................................................................................... 60

    Figura 2.68 Turbohlice (Pilatus PC6) ................................................................................................ 61

    Figura 2.69 Ramjet (Lockheed SR 71 - Blackbird) ............................................................................... 61

    Figura 2.70 prop-fan (Antonov AN-70) .............................................................................................. 62

    Figura 2.71 Monomotor a pisto (Cessna 162 Skycatcher) ................................................................ 63

    Figura 2.72 Turbojato Bi-Motor (Northrop F-5 Tiger)......................................................................... 64

    Figura 2.73 Turbojato tri-motor (McDonnell Douglas MD-11) ........................................................... 64

    Figura 2.74 Turbofan quadrimotor (Boeing 747) ............................................................................... 65

    Figura 2.75 Aeronave com oito motores turbojato. (Boeing B-52 Stratofortress) .............................. 65

    Figura 3.1 Fases do motor quatro tempos. ........................................................................................ 68

    Figura 3.2 Motor dois tempos ........................................................................................................... 70

    Figura 3.3 Motor Ranger L-440 (a) seis cilindros invertidos, refrigerado ar usado no Fairchild PT-19

    (b) ............................................................................................................................................... 71

    Figura 3.4 Motor Rolls-Royce Merlin V-12 (a) de Havilland D.H.98 Mosquito (b) .............................. 72

    Figura 3.5 Motor de cilindros opostos horizontalmente Lycoming O-540-J3A5D ............................... 73

    Figura 3.6 Motor radial Pratt & Whitney R-2800 (a) utilizada pela aeronave Republic P-47D

    Thunderbolt (b) .......................................................................................................................... 74

    Figura 3.7 Motor rotativo Gnome (a) Nieuport 28C.1. (b) ................................................................. 75

    Figura 3.8 Analogia entre motor alternativo e turbina a gs ............................................................. 76

    Figura 3.9 Turbojato esquemtico ..................................................................................................... 77

    Figura 3.10 Motor turbojato Rolls-Royce Olympus (a) que equipa o BAC Concorde (b) ..................... 77

    Figura 3.11 Turbo-hlice esquemtico............................................................................................... 78

    Figura 3.12 Turboprop Pratt&Wittney PT6A (a) que equipa o Embraer EMB 314 Super Tucano (b)... 78

    Figura 3.13 Turbofan esquemtico .................................................................................................... 80

    Figura 3.14 Turbofan Rolls-Royce Trent 900 (a) que equipa o Airbus A380 (b) .................................. 80

    Figura 3.15 - Esquemtico Ramjet ........................................................................................................ 81

    Figura 3.16 - Pratt & Whitney J58 (a) que equipa o Lockheed SR 71 Blackbird (b) ................................ 81

    Figura 3.17 Turboeixo esquemtico ................................................................................................. 82

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    vi

    Figura 3.18 Propfan esquemtico ...................................................................................................... 83

    Figura 3.19 Propfan GE36 (a) que equipa o McDonnell-Douglas MD81 (b) ........................................ 83

    Figura 3.20 Analogia entre o motor Wankel e o motor alternativo quatro tempos. .......................... 84

    Figura 3.21 Motor Wankel Mazda 12A (a) e montado em uma aeronave Lancair (b) ....................... 85

    Figura 4.1 Resistncia ao avano ....................................................................................................... 86

    Figura 4.2 Seo transversal da asa. .................................................................................................. 87

    Figura 4.3 Elementos do aeroflio ..................................................................................................... 87

    Figura 4.4 Elementos que definem o aeroflio .................................................................................. 88

    Figura 4.5 Exemplos de aeroflios ..................................................................................................... 90

    Figura 4.6 Perfil aerodinmico simtrico ........................................................................................... 90

    Figura 4.7 Tubo de Venturi ................................................................................................................ 92

    Figura 4.8 Fluxo de ar no perfil aerodinmico. .................................................................................. 93

    Figura 4.9 Tubo de Venturi Imaginrio .............................................................................................. 93

    Figura 4.10 Campo de presso esttica no aeroflio ......................................................................... 94

    Figura 4.11- Presso diferencial (Bernoulli) e ao e reao (Newton) ................................................. 95

    Figura 4.12 Resultante aerodinmica. ............................................................................................... 95

    Figura 4.13 Componentes da resultante aerodinmica. .................................................................... 96

    Figura 4.14 Camada limite ................................................................................................................. 99

    Figura 4.15 Influncia do ngulo de ataque ..................................................................................... 100

    Figura 4.16 Stall............................................................................................................................... 101

    Figura 4.17 Perfil de velocidade na camada limite .......................................................................... 102

    Figura 4.18 Descolamento camada limite ........................................................................................ 102

    Figura 4.19 ngulo de sustentao nula .......................................................................................... 103

    Figura 4.20 Comportamento da coeficiente de sustentao em relao ao ngulo de ataque ........ 103

    Figura 4.21 influncia do arqueamento ........................................................................................... 104

    Figura 4.22 Influncia da espessura do perfil na resultante aerodinmica ...................................... 104

    Figura 4.23 Nomenclatura da asa .................................................................................................... 106

    Figura 4.24 Distribuio hipottica de sustentao ......................................................................... 106

    Figura 4.25 Distribuio real de sustentao ................................................................................... 107

    Figura 4.26 Coeficientes de sustentao bi e tridimensionais .......................................................... 107

    Figura 4.27 Formao dos vrtices de ponta de asa ........................................................................ 108

    Figura 4.28 Influncia dos vrtices de ponta de asa ........................................................................ 109

    Figura 4.29 Razo de aspecto (alongamento) .................................................................................. 110

    Figura 4.30 Influncia do alongamento na distribuio de sustentao .......................................... 111

    Figura 4.31 Diminuio de espessura ao longo da asa ..................................................................... 111

    Figura 4.32 Afilamento de asa (Yaklovev YAK 52 G) ........................................................................ 112

    Figura 4.33 Aeronave SAAB 91B com endplates. ............................................................................. 112

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    vii

    Figura 4.34 Tanques nas pontas da asa da aeronave Embraer EMB-111 Bandeirulha ...................... 113

    Figura 4.35 Winglets nas ponta de asa do Airbus A320 ................................................................... 113

    Figura 4.36 Distribuio de sustentao .......................................................................................... 114

    Figura 4.37 Ocorrncia de stall ........................................................................................................ 115

    Figura 4.38 Toro geomtrica ........................................................................................................ 115

    Figura 4.39 Toro aerodinmica .................................................................................................... 116

    Figura 4.40 Ocorrncia de stall profundo ........................................................................................ 117

    Figura 4.41 Princpio de funcionamento do slot .............................................................................. 119

    Figura 4.42 Efeito dos slots no coeficiente de sustentao .............................................................. 119

    Figura 4.43 Deslocamento do ngulo de stall devido ao acionamento dos slats .............................. 120

    Figura 4.44 Distribuio de presso com os slats acionados. ........................................................... 121

    Figura 4.45 Slat ............................................................................................................................... 121

    Figura 4.46 Flap inclinado................................................................................................................ 122

    Figura 4.47 Flap Krueger.................................................................................................................. 123

    Figura 4.48 Efeito da extenso dos flaps no coeficiente de sustentao. ......................................... 124

    Figura 4.49 Flap plano ..................................................................................................................... 125

    Figura 4.50 Flap tipo ventral ............................................................................................................ 125

    Figura 4.51 Flap tipo slotted ............................................................................................................ 126

    Figura 4.52 Flap tipo double-slotted ................................................................................................ 126

    Figura 4.53 Flap tipo triple-slotted .................................................................................................. 127

    Figura 4.54 Flap tipo Fowler ............................................................................................................ 127

    Figura 4.55 Comparao entre os tipos de flaps .............................................................................. 128

    Figura 5.1 Eixos de rotao da aeronave ......................................................................................... 131

    Figura 5.2 Superfcies de controle primrias ................................................................................... 132

    Figura 5.3 Manche (Embraer Ipanema)/volante (Boeing 787 Dreamliner)/side-stick (Airbus A320) 133

    Figura 5.4 Acionamento dos ailerons .............................................................................................. 133

    Figura 5.5 Guinada adversa ............................................................................................................. 134

    Figura 5.6 Ailerons diferenciais ....................................................................................................... 135

    Figura 5.7 Ailerons tipo frise ........................................................................................................... 136

    Figura 5.8 Interconexo aileron/leme ............................................................................................. 136

    Figura 5.9 Flaperons (Kitfox Lite Ultralight) ..................................................................................... 137

    Figura 5.10 Movimento do profundor ............................................................................................. 138

    Figura 5.11 Stabilator (Northrop F-5 Tiger II) ................................................................................... 139

    Figura 5.12 Taileron (Panavia Tornado) ........................................................................................... 139

    Figura 5.13 - Elevons (Avro Vulcan) ................................................................................................... 140

    Figura 5.14 - Atuao do leme direcional .......................................................................................... 141

    Figura 5.15 - Cauda em V (Beechcraft Bonanza) ................................................................................ 141

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    viii

    Figura 5.16 - Horn e trim tabs (Beechcraft Super 18) .................................................................... 143

    Figura 5.17 - Acionamento do trim tab em vo ................................................................................. 143

    Figura 5.18 - Roda de ajuste .............................................................................................................. 144

    Figura 6.1 Exemplos de estabilidade esttica .................................................................................. 145

    Figura 6.2 Exemplos de estabilidade dinmica ................................................................................ 146

    Figura 6.3 Foras atuantes em um avio ......................................................................................... 147

    Figura 6.4 Compensao de momento pelo estabilizador ............................................................... 148

    Figura 6.5 Foras atuantes na estabilidade longitudinal .................................................................. 150

    Figura 6.6 Influncia da velocidade na carga do estabilizador ......................................................... 151

    Figura 6.7 Influncia da trao na carga do estabilizador ................................................................ 152

    Figura 6.8 Asa com diedro positivo ................................................................................................. 153

    Figura 6.9 Vento relativo na glissagem ............................................................................................ 154

    Figura 6.10 Momento estabilizador do diedro positivo ................................................................... 154

    Figura 6.11 Momento desestabilizador do diedro negativo ............................................................ 155

    Figura 6.12 Efeito do enflechamento da asa na estabilidade lateral ................................................ 156

    Figura 6.13 Efeito da fuselagem e do estabilizador horizontal na estabilidade lateral ..................... 157

    Figura 6.14 Efeito da posio da asa na estabilidade lateral ............................................................ 158

    Figura 6.15 ngulo de derrapagem .................................................................................................. 159

    Figura 6.16 Efeito do enflechamento na estabilidade direcional ..................................................... 160

    Figura 6.17 Efeito da fuselagem na estabilidade direcional ............................................................. 161

    Figura 6.18 Dutch Roll ..................................................................................................................... 162

    Figura 6.19 Divergncia espiral ....................................................................................................... 163

    Figura 6.20 Centro de gravidade adiantado ..................................................................................... 166

    Figura 6.21 Centro de gravidade recuado ........................................................................................ 167

    Figura 6.22 Esforos na aeronave devido ao carregamento de combustvel .................................... 168

    Figura 6.23 Avio Phenom 100 ........................................................................................................ 172

    Figura 6.24 Pesagem de Helicptero ............................................................................................... 172

    Figura 6.25 Balana no pneu ........................................................................................................... 173

    Figura 6.26 Avio EMB 711 Corisco ................................................................................................. 174

    Figura 6.27 Envelope do CG ............................................................................................................. 176

    Figura 7.1 Parmetros geomtricos da p ....................................................................................... 180

    Figura 7.2 Estaes da p ................................................................................................................ 180

    Figura 7.3 Toro da p ................................................................................................................... 181

    Figura 7.4 P trapezoidal ................................................................................................................. 182

    Figura 7.5 Vo pairado .................................................................................................................... 183

    Figura 7.6 Tendncia de translao ................................................................................................. 184

    Figura 7.7 Efeito pendular ............................................................................................................... 185

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    ix

    Figura 7.8 Vo vertical - subida ....................................................................................................... 186

    Figura 7.9 Vo frente .................................................................................................................... 187

    Figura 7.10 Sustentao translacional ............................................................................................. 188

    Figura 7.11 Fluxo induzido .............................................................................................................. 190

    Figura 7.12 Vo lateral .................................................................................................................... 190

    Figura 7.13 Vo a r ........................................................................................................................ 191

    Figura 7.14 Efeito cone .................................................................................................................... 192

    Figura 7.15 Efeito solo ..................................................................................................................... 193

    Figura 7.16 Dissimetria de sustentao ........................................................................................... 194

    Figura 7.17 Rotor rgido (MBB Bo-105) ............................................................................................ 195

    Figura 7.18 Rotor semi-rgido (Bell UH-1) ........................................................................................ 196

    Figura 7.19 Rotor articulado ............................................................................................................ 196

    Figura 7.20 Batimento em um rotor semi-rgido ............................................................................. 197

    Figura 7.21 Batimento em um rotor articulado ............................................................................... 198

    Figura 7.22 Avano-recuo da p ...................................................................................................... 199

    Figura 7.23 Disco em auto-rotao .................................................................................................. 200

    Figura 7.24 Comportamento aerodinmico na envergadura da p .................................................. 201

    Figura 7.25 - Comandos de vo do helicptero ................................................................................. 204

    Figura 7.26 - Swashplate ................................................................................................................... 205

    Figura 7.27 - Defasagem no acionamento do comando cclico .......................................................... 206

    Figura 7.28 - Comandos no cockpit.................................................................................................... 207

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    1

    Captulo 01 - Histria do Vo

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    2

    1. Breve Histria do Vo

    1.1. A lenda de Ddalo e caro

    A mais famosa lenda sobre a histria do vo vem da Grcia antiga. Ddalo era um

    construtor muito habilidoso que foi acolhido por Minos o rei da ilha grega de Creta,

    aps assassinar Talo em Atenas.

    Ddalo foi incumbido pelo rei a construir um labirinto onde se trancaria o

    Minotauro, uma criatura metade homem e metade touro, fruto da traio da rainha

    Pasifae com um touro.

    Ao Minotauro eram levados quatorze jovens atenienses, metade homens e metade

    mulheres para sacrifcio. Teseu, filho do rei de Atenas ofereceu-se como vtima com o

    intuito de assassinar o monstro e o conseguiu com a ajuda de Ddalo e Ariadne, a filha

    de Minos apaixonada por Teseu.

    Furioso com a traio, Minos mandou trancar Ddalo e seu filho caro no labirinto.

    Com a necessidade de fugir da ilha, Ddalo criou dois pares de asas utilizando-se de

    cera e penas de aves e deu uma a seu filho.

    Ao saltar sobre o mar, Ddalo alertou caro a no voar to baixo que a umidade do

    oceano deixasse as asas mais pesadas e nem to alto que o calor do sol pudesse

    derreter a cera.

    caro deslumbrado com o poder do vo, alou vo cada vez mais alto se

    aproximando do sol e teve a cera de suas asas derretidas. caro caiu no mar Egeu e

    Ddalo chegou ilha da Siclia. A Figura 1.1 mostra a queda de caro no mar Egeu.

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    3

    Figura 1.1 A queda de caro.

    1.2. Leonardo da Vinci

    Da Vinci (1442-1519), sem dvida, foi o mais criativo dos estudiosos do sculo XV.

    Dez anos aps iniciar seus estudos sobre as asas dos pssaros, Leonardo projetou seus

    primeiros ornitpteros: aparelhos de asas mveis movidos por energia humana. Um de

    seus desenhos mais curiosos apresenta a idia de um helicptero, porm ao invs das

    ps o aparelho possua uma forma aparafusada. Era como se a mquina devesse

    entrar no ar. A Figura 1.2 mostra rabiscos dos dois aparelhos.

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    4

    (a)

    (b)

    Figura 1.2 Ornitptero (a) e Helicptero (b) de Da Vinci

    1.3. Bales

    No sculo XVII o jesuta italiano Francisco de Lana concluiu que o ar possua

    densidade e baseado no princpio do empuxo de Arquimedes desenhou sua idia de

    balo. Conforme demonstrado na Figura 1.3, o barco voador de Francesco consistia

    de uma cesta de vime presa por quatro esferas ocas e uma vela de pano. As esferas

    eram construdas de metal leve e teriam todo o ar interno removido.

    Figura 1.3 Barco voador de Francesco de Lana

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    5

    Outro inventor que utilizou o princpio de Arquimedes foi o padre brasileiro

    Bartolomeu de Gusmo, o Padre Voador. Ao observar que a fumaa subia

    rapidamente, pelo fato do ar quente ser menos denso que o ar frio, Gusmo concluiu

    que aprisionando o ar quente em um invlucro poderia fazer o aparelho subir. A

    Passarola (1709) de Bartolomeu de Gusmo foi o primeiro balo a realmente voar. A

    Figura 1.4 mostra o conceito da Passarola de Gusmo

    Figura 1.4 Passarola de Bartolomeu de Gusmo

    Tendo feito as mesmas observaes de Gusmo os irmos Joseph e Etienne

    Montgolfier, proprietrios de uma fbrica de papel em Annonay, construram em 1783

    um grande balo de ar quente, o qual subiu aos cus carregando uma pessoa alojada

    em um cesto de vime. A Figura 1.5 mostra o balo dos irmos Montgolfier

    Figura 1.5 Balo de Montgolfier

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    6

    O fsico francs Jacques Charles, tambm em 1783, foi o primeiro a utilizar um

    balo de seda revestida de borracha e cheio de hidrognio. A Figura 1.6 mostra o balo

    de Charles sobrevoando Paris. O balo a hidrognio atingiu 3000 ft.

    Figura 1.6 Balo de hidrognio de Charles

    1.4. Aerodinmica, Controle e Propulso

    Em plena Revoluo Industrial, Sir George Cayley (1773-1857), dedicou a maior

    parte de sua vida ao estudo dos princpios do vo, adotando um enfoque cientfico. Em

    1804, Cayley inventou um molinete para poder estudar o esforo gerado em um plano

    inclinado imerso num fluxo de ar. Neste mesmo ano escreveu e publicou o livro

    Tratado dos Princpios Mecnicos de Navegao Area. Descobriu que a resistncia

    doa ar sobre um corpo aumenta na proporo do quadrado da velocidade e publicou,

    em 1810, suas experincias expondo que uma maquia provida com superfcies

    adequadas que fosse impelida por um motor com potencia suficiente para vencer a

    resistncia do ar, e que ao mesmo tempo fosse leve para uso prtico, poderia voar.

    Essa foi a primeira descrio de uma aeronave de asa fixa e motor a hlice.

    Cayley conseguiu realizar alguns vos controlados com modelos de planadores

    providos de superfcies mveis na cauda dos aparelhos. Em 1853 projetou e construiu

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    7

    um planador em tamanho natural capaz de sustentar o peso de um homem (Figura

    1.7).

    Figura 1.7 Mechanics Magazine com o planador de Cayley

    As idias e as teorias de Cayley serviram de base de estudo para muitos dos futuros

    pioneiros da aviao. Durante as cinco dcadas seguintes, Cayley trabalhou no seu

    prottipo tempo durante o qual ele deduziu muitas das leis bsicas de aerodinmica.

    Em 1853 um amigo de Cayley fez um vo planado de curta durao em Brompton-by-

    Sawdon, Inglaterra. Cayley considerado atualmente o fundador da cincia fsica de

    aerodinmica.

    Willian Samuel Henson continuou o trabalho de Cayley ao perceber que o principal

    entrave ao vo mecnico era a falta de um mecanismo leve e potente. Henson

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    8

    assumiu a tarefa de criar um modelo nessas condies e patenteou, em 1842, o

    projeto de um avio motorizado e movido hlice. Embora o modelo que construiu

    fosse bastante semelhante aos avies modernos (Figura 1.8) o vo no foi bem

    sucedido.

    Figura 1.8 Avio de Henson

    Henson associou-se ao seu amigo John Stringfellow para continuar os estudos e

    construir e experimentar novos modelos, porm no conseguiram resultados

    satisfatrios. Devido aos fracassos, Henson sentiu-se desanimado e Strigfellow

    continuou sozinho. Em 1848 construiu um pequeno modelo, propelido por um

    pequeno motor a vapor. Este modelo foi lanado com sucesso, mas ficou pouco tempo

    em vo.

    A falta de um motor com potncia suficiente ainda impossibilitava o

    desenvolvimento da aviao e muitos estudiosos passaram a se dedicar pesquisa

    sobre como controlar o movimento de bales com o uso de superfcies de controle e

    de hlices movidas por motores.

    Tais bales passaram a ser denominados dirigveis. O engenheiro francs Henri

    Guiffard, em 1852, foi o primeiro homem a combinar com xito um motor a vapor

    relativamente leve e de potncia suficiente em um balo em forma de charuto (Figura

    1.9) ao invs de cilndrico. Equipado com o motor inventado pelo prprio Guiffard o

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    9

    dirigvel voou por 27 km ao redor de Paris. O controle proporcionado pelo leme

    permitia o desvio do balo, porm a potncia do motor era insuficiente para fazer o

    balo voltar ao ponto de partida.

    Figura 1.9 Dirigvel de Guiffard

    Embora o dirigvel de Guiffard tivesse iniciado o controle direcional, o controle e a

    estabilidade ainda eram desconhecidos. Por volta de 1871, Alphonse Pnaud comeou

    a desenvolver estudos sobre estabilidade e controle, chegando a criar modelos

    propelidos a elstico.

    Os irmos Otto e Gustav Lilienthal dedicaram grande parte de sua vida ao estudo

    da aviao. Foram os estudiosos mais bem sucedidos do final do sculo XIX,

    concentrado suas pesquisas em asas fixas construram vrios modelos de planadores,

    alguns biplanos e outros monoplanos como mostra a Figura 1.10. Chegaram a realizar

    mais de 2000 vos bem sucedidos com esses planadores, com distncia percorrida de

    at 396 m.

    Ao chegar ao que achavam que fosse o limite no estudo de planadores, decidiram

    ento se dedicar ao estudo de motores.

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    10

    Um modelo gasolina foi desenvolvido na Frana por Lenoir poucos anos antes,

    porm era pesado e inseguro. Os motores a vapor ainda levavam consigo o peso das

    caldeiras e ento decidiram procurar modos alternativos de energia.

    Adaptaram um novo motor s pontas giratrias das asas de seu aparelho tentando

    realizar um vo do tipo ornitptero. Otto decidiu testar a aeronave como planador

    antes do ensaio motorizado, perdeu o controle e feriu-se fatalmente ao cair de uma

    altura de 16m.

    Figura 1.10 Planador de Lilienthal

    Ainda por volta desta poca alguns estudiosos tentaram construir mquinas

    voadoras utilizando motores a vapor. Em 1893 o ingls Hiram Maxim construiu um

    imenso biplano com um incrvel motor a vapor de 360 CV e 750 kg que no conseguiu

    levantar vo e acabou destrudo na primeira tentativa.

    Em 1896, o americano Samuel Langley, construiu em experimentou com sucesso

    um aeromodelo que voou uma distncia de 800 m em um minuto e meio. O

    aeromodelo foi denominado de aerdromo. Tentou ento construir um modelo em

    escala maior, que fosse capaz de levar uma pessoa de 85 kg, utilizando um motor de

    50 hp. Duas tentativas frustradas aconteceram em sete de outubro e oito de dezembro

    de 1903, quando o aerdromo foi lanado com um piloto por uma catapulta adaptada

    a uma balsa sobre o rio Potomac. A Figura 1.11 ostra o aerdromo montado sobre a

    balsa.

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    11

    Figura 1.11 Aerdromo de Langley

    Vrios aeroplanos movidos por motores a vapor foram construdos por Clement

    Ader. Embora ainda existam algumas dvidas sobre o fato, afirma-se que Ader

    conseguiu voar 70 m tripulando o Avion III (Figura 1.12), avio movido por dois

    motores a vapor de 20 cv acionando uma hlice de quatro lminas que foi destrudo ao

    toca o solo na aterrissagem.

    Figura 1.12 Avion III de Clement Ader

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    12

    Ainda no final do sculo XIX, o brasileiro Alberto Santos Dumont iniciou suas

    experincias em dirigveis a hidrognio, dotados de motores gasolina de quatro

    tempos. Introduziu algumas inovaes aperfeioando o controle longitudinal com

    pesos deslizantes, conseguindo assim dominar totalmente a dirigibilidade.

    Em 1901, Santos Dumont ganhou 100 mil francos ao vencer o desafio proposto

    pelo empresrio Henri Deustch de La Muerthe ao partir do campo de Saint Cloud,

    sobrevoar o rio Sena e o Campo de Bagatelle, contornando a Torre Eiffel e retornando

    ao ponto de partida em polmicos trinta minutos. A Figura 1.13 mostra o dirigvel

    nmero 6 contornando a Torre Eiffel em 19 de janeiro de 1901.

    Figura 1.13 Santos=Dumont nmero 6

    Nessa mesma poca os irmos Wilbur e Orville Wright, donos de uma pequena

    fbrica de bicicletas, acompanhavam, dos Estados Unidos, as experincias dos irmos

    Lilienthal.

    Quando a notcia da morte de Otto chegou aos Estados Unidos, os Wright

    decidiram dedicar mais tempo e dinheiro sua paixo pela aeronutica. Estudaram as

    experincias de outros pesquisadores que haviam tentado resolver os mistrios do vo

    e esperaram quatro anos para iniciar qualquer trabalho prtico.

  • Teoria de Vo Histria Especializao em Engenharia Aeronutica - 2013 Prof. Ramn Silva

    13

    Sabiam que a dificuldade no estava em construir um planador que fosse capaz de

    fazer um vo reto, mas sim em encontrar alguma maneira de control-lo em vo.

    A tcnica de controle dos planadores de Lilienthal era o desvio do centro de

    gravidade do aparelho pela movimentao do corpo do piloto.

    A primeira tentativa de resolver o problema do controle foi a colocao de uma

    superfcie mvel frente de um aparelho que fora inspirado nos planadores dos

    Lilienthal. Fizeram vrios experimentos com esse planador em 1901, porm o controle

    no se mostrou completamente eficaz.

    Voltaram a estudar e realizaram experimentos com vrios modelos de asas em um

    pequeno tnel aerodinmico, talvez o primeiro a ser construdo. Construram e

    voaram um novo planador em 1902 obtendo total controlabilidade do aparelho.

    Como o passo seguinte seria a colocao de um sistema propulsor, desenvolveram

    um motor e hlices. Construram um aparelho baseado em seus bem sucedidos

    planadores.

    O aparelho pesava 340 kg, o que o tornava muito pesado para decolar por meios

    prprios. Ento decidiram usar um sistema de catapulta. Em 17 de dezembro de 1903

    realizaram quatro vos, tendo alcanado a distncia de 193 m em 59 segundos sob o

    testemunho de cinco pessoas. A aeronave Flyer construda pelos irmos Wright

    mostrada na Figura 1.14

  • Teoria de Vo Histria Especializao em Engenharia Aeronutica - 2013 Prof. Ramn Silva

    14

    Figura 1.14 Flyer dos Irmos Wright

    Os bem sucedidos experimentos com dirigveis estimularam Santos Dumont a

    dedicar-se ao mais pesado que o ar. O primeiro aparelho construdo em 1903 no

    obteve sucesso em levantar vo.

    Em 1906 Dumont fez vrias alteraes em sua mquina, acrescentando um motor

    mais potente ao estranho biplano de cauda na proa.

    Em 13 de setembro de 1906, o avio 14-Bis levantou vo no campo de Bagatelle e

    voou cerca de oito metros. Em 23 de outubro do mesmo ano o 14-Bis percorreu uma

    distncia de 220 m em 12 s a uma altura de 6 m do solo. Esse vo foi testemunhado

    por uma comisso tcnica do LAro-Club de France, sendo considerado o primeiro vo

    oficial de uma aeronave mais pesada que o ar que decolava por recursos prprios. A

    Figura 1.15 mostra o 14-Bis fazendo seu vo oficial sobre o Campo de Bagatelle em

    1906.

  • Teoria de Vo Histria Especializao em Engenharia Aeronutica - 2013 Prof. Ramn Silva

    15

    Figura 1.15 14-Bis de Santos=Dumont

    Embora se tenha criado a polmica sobre a realizao do primeiro vo, os

    primeiros vos oficiais dos irmos Wright s ocorreram em 1908. At ento suas

    tentativas s haviam sido presenciadas por testemunhas ocasionais e com pouca

    repercusso. O segundo argumento contra os Wright que o Flyer no decolou por

    meios prprios.

    Apesar da polmica criada, a partir de 28 de outubro de 1906 o avio deixava de

    ser um sonho impossvel e passava a ser encarado como uma realidade factual.

    Desde ento comearam a surgir interesses em toda a parte em torno das

    possibilidades civis e militares das novas mquinas. Comearam a se formar grandes

    empresas e institutos de pesquisa, inmeros trabalhos comearam a ser feitos e a

    cincia aeronutica passou a se desenvolver de maneira muito rpida.

    O advento das duas grandes guerras mundiais e o incio do transporte

    internacional em larga escala proporcionou o desenvolvimento de aeronaves cada vez

    maiores e mais velozes.

  • Teoria de Vo Histria Especializao em Engenharia Aeronutica - 2013 Prof. Ramn Silva

    16

    Referncias

    Homero Souza (1991) Fundamentos de Aeronutica, Embraer, 287p, So Jos dos

    Campos, 1991.

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    16

    Captulo 02 - Introduo

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    17

    2. Introduo s Aeronaves

    2.1. Conceitos

    2.1.1. Dimenses

    As principais dimenses da aeronave so: o comprimento, a altura e a

    envergadura.

    O comprimento a distncia entre a parte mais posterior e a parte mais anterior

    da aeronave.

    A altura a distncia entre o solo e a parte mais alta da aeronave.

    A envergadura a distncia entre as pontas de asa. Para os helicpteros a

    envergadura a distncia entre o centro do rotor e a ponta da p.

    Figura 2.1 Principais dimenses do avio (EMBRAER KC 390)

  • Teoria de Vo Introduo s Aeronaves Especializao em Engenharia Aeronutica - 2013 Prof. Ramn Silva

    18

    2.1.2. Partes

    As principais partes das aeronaves so mostradas na Figura 2.2 e na Figura 2.3

    Figura 2.2 Partes principais do avio (EMBRAER CBA-123)

    Figura 2.3 Partes principais do helicptero (Bell UH-1H)

    asa

    fuselagem

    Trem de pouso

    Grupo

    motopropulsor

    Empenagens

    fuselagem

    rotor principal

    rotor de

    cauda

    Trem de pouso

    empenagens

    cauda

  • Teoria de Vo Introduo s Aeronaves Especializao em Engenharia Aeronutica - 2013 Prof. Ramn Silva

    19

    2.1.3. Movimentos

    A aeronave tem liberdade de girar em trs eixos e realizar combinao de

    movimento entre eles.

    O eixo longitudinal um eixo imaginrio que se estende desde o nariz at a cauda

    do avio. O movimento que realiza o avio ao redor deste eixo denominado

    rolamento ou giro.

    As superfcies de comando do rolamento so os ailerons. Ao girar o manche se

    produz a deflexo diferencial dos ailerons: ao tempo que o aileron de uma das asas

    sobe, o aileron da outra asa baixa, sendo o ngulo de deflexo proporcional ao grau de

    rotao das hastes do manche.

    O aileron que tenha sido flexionado para baixo, produz um aumento de

    sustentao em sua asa correspondente, provocando a ascenso da mesma, enquanto

    o aileron que flexionado para cima, produz em sua asa uma diminuio de

    sustentao, motivando a descida da mesma.

    O piloto, em caso de querer inclinar-se at a esquerda, girar o manche at a

    esquerda, fazendo o aileron direito descer elevando assim a asa direita, e

    simultaneamente, o aileron esquerdo se flexionaria para cima produzindo uma perda

    da sustentao na asa esquerda e portanto sua descida.

    O eixo lateral ou transversal um eixo imaginrio que se estende de ponta a ponta

    das asas do avio. O movimento que realiza o avio ao redor deste eixo se denomina

    inclinao ou arfagem.

    O piloto, a partir da cabine de comando capaz de modificar a orientao em

    relao a este eixo atravs do profundor.

    Ao puxar para trs o manche (at o piloto) se produz uma elevao do nariz do

    avio, e ao empurr-lo a frente se produz um abaixamento do nariz do avio.

    O eixo vertical um eixo imaginrio que, passando pelo centro de gravidade do

    avio, perpendicular aos eixos transversal e longitudinal. Este eixo perpendicular ao

  • Teoria de Vo Introduo s Aeronaves Especializao em Engenharia Aeronutica - 2013 Prof. Ramn Silva

    20

    eixo de inclinao e ao de rolamento, est contido em um plano que passa pelo nariz e

    a cauda do aparelho e que normalmente divide este em duas partes simtricas). O

    movimento que realiza o avio ao redor deste eixo se denomina guinada.

    A superfcie de comando da guinada o leme de cauda ou leme de direo. O

    controle sobre o leme de direo realizado mediante os pedais. Para conseguir um

    movimento de guinada para a direita, o piloto pressiona o pedal direito, gerando assim

    uma deflexo da superfcie do leme de direo para a direita. Ao oferecer mais

    resistncia ao avano por este lado, o aparelho tende a retardar o movimento de sua

    parte direita e avanar a parte esquerda e por tratar-se de uma estrutura rgida o

    resultado um giro direita sobre o eixo vertical mencionado

    Figura 2.4 Eixos de rotao do avio (Embraer AEW&C)

    O movimento em torno do eixo vertical nos helicpteros realizado pelo rotor de

    cauda, enquanto que os outros so realizados pelo rotor principal.

    longitudinal

    transversal

    vertical

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    21

    2.2. Configuraes de Fuselagem

    A fuselagem a parte fundamental da estrutura da aeronave. onde esto

    alojados os tripulantes passageiros e carga, alm de conter os sistemas da aeronave e

    eventualmente o trem de pouso e o grupo motopropulsor. Na fuselagem dos avies

    esto fixadas as asas e as empenagens, portanto a fuselagem suporta todos os

    esforos de trao, compresso, flexo e toro geradas pelas cargas atuantes nessas

    superfcies.

    A fuselagem deve promover o maior espao possvel para transporte de carga

    paga. Portanto a fuselagem deve apresentar grandes espaos internos em relao ao

    seu tamanho e projetada para atender este requisito de espao e os requisitos de

    misso da aeronave. Fuselagens projetadas para grandes cargas so mostradas na

    Figura 2.5 e Figura 2.6

    Figura 2.5 Fuselagem (Airbus A300 608ST Beluga)

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    22

    Figura 2.6 Fuselagem (Chinook HC3)

    Alm da funo de carga, a fuselagem deve suportar a instalao de grande parte

    dos sistemas da aeronave, instrumentos e em alguns casos os motores, trens de

    pouso, armamentos, etc.

    A estrutura da fuselagem deve ainda suportar aos esforos de trao gerados pela

    pressurizao da aeronave.

    A fuselagem de estrutura tubular montada como uma estrutura treliada de

    tubos de liga, que so revestidos com chapas ou telas. A estrutura treliada deve

    suportar todos os esforos produzidos durante o vo sendo que o revestimento no

    contribui para a rigidez da aeronave. O revestimento chamado de revestimento

    no-trabalhante.

    Este tipo de estrutura mais barato e de construo mais fcil, porm possui baixa

    relao resistncia/peso e utilizada principalmente em pequenas aeronaves

    esportivas, utilitrios e ultra-leves.

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    23

    Figura 2.7 Estrutura tubular

    A estrutura monocoque utilizada na maioria das aeronaves de pequeno porte e

    classificada como sendo de revestimento trabalhante. Todas as tenses so resistidas

    pelas chapas de revestimento. A forma da fuselagem dada pela presena das

    cavernas.

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    24

    Figura 2.8 Avio com estrutura monocoque (Sukhoi Su-29)

    Este tipo de construo mais complicada que a tubular, porm alm de possuir

    uma boa relao resistncia/peso mais eficiente aerodinamicamente.

    A estrutura semi-monocoque semelhante monocoque porm a presena de

    longarinas aumenta sua resistncia.

    Figura 2.9 Avio com estrutura semi-monocoque (North American Mustang P-51)

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    25

    2.3. Configuraes de Trem de Pouso

    2.3.1. Introduo

    O trem de pouso tem a funo de sustentar a aeronave em solo e possibilitar a

    locomoo desta na pista.

    (a)

    (b)

    Figura 2.10 Trem de pouso: (a) Antonov 225 (b) Airbus A380

    2.3.2. Classificao

    Os trens de pouso pra operao em solo podem ser classificados em trs tipos:

    O trem de pouso convencional possui os trens principais localizados a frente do

    centro de gravidade do avio e uma pequena roda (bequilha) na parte traseira da

    fuselagem.

    Os trens de pouso principais so aqueles que suportam a maior parte do peso da

    aeronave e o maior esforo do impacto do avio no pouso. A bequilha tem a funo de

    servir de apoio e promover o controle dimensional sobre o solo. A Figura 2.11 mostra

    uma aeronave com trem de pouso convencional.

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    26

    Figura 2.11 Avio com trem de pouso convencional (De Havilland DHC-3T)

    O trem de pouso triciclo possui as pernas dos trens principais atrs do CG do avio

    e uma perna auxiliar localizado no nariz da aeronave. O trem auxiliar tem as mesmas

    funes da bequilha. A Figura 2.12 mostra uma aeronave com trem de pouso tipo

    triciclo.

    Figura 2.12 Avio com trem de pouso triciclo (EMB 314 - ALX)

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    27

    O trem de pouso biciclo possui uma perna do trem principal atrs e outra a frente

    do CG. Esta configurao exige a presena de pequenas pernas nas asas para permitir a

    estabilidade lateral da aeronave em solo.

    Figura 2.13 Avio com trem de pouso biciclo (McDonnell Douglas Harrier AV8)

    Para pouso na gua podem ser utilizados flutuadores ao invs de rodas como

    demonstrado na Figura 2.14

    Figura 2.14 Avio com flutuadores (Cessna C182 Seaplane)

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    28

    Aeronaves anfbias podem pousar e decolar tanto na gua quanto em solo. A

    Figura 2.15 mostra um avio anfbio.

    Figura 2.15 Avio anfbio (Beriev - Albatross A42 Mermaid)

    Para pouso e decolagem na neve os trens so adaptados com esquis, como

    demonstrado na Figura 2.16.

    Figura 2.16 Avio com esquis (Bellanca Citagria 7GCBC)

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    29

    Da mesma maneira que os avies, os helicpteros possuem trem de pouso que

    pode ser do tipo triciclo ou esqui.

    Figura 2.17 Helicptero com trem de pouso triciclo (Agusta Westland AW139)

    Figura 2.18 Helicptero com trem de pouso de esqui (Helibras AS350 B2 Esquilo)

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    30

    Avies de pequeno porte apresentam trens de pouso fixo, isto , que permanecem

    baixados tanto em solo quanto em vo. A estrutura mais simples a de molas.

    2.3.3. Tipos

    O trem de pouso do tipo fixo utilizado em avies de pequeno porte. Nesta

    configurao o trem permanece abaixado tanto em solo como em vo. O

    amortecimento do impacto da aeronave no solo pode ser tanto por bolas de ao

    quanto por amortecedores de borracha. Embora o amortecimento deste impacto seja

    bastante eficiente, a aeronave apresenta tendncia a saltar se o pouso no for

    realizado com suavidade.

    Figura 2.19 Avio com trem de pouso fixo (Embraer Ipanema)

    Os trens do tipo mvel so recolhidos estrutura da aeronave quando esta est

    em vo. O recolhimento da estrutura do trem de pouso evita o arrasto provocado pelo

    fluxo de ar incidente. A desvantagem deste tipo de configurao o aumento de peso

    provocado pela presena do mecanismo de recolhimento.

    O trem de pouso retrtil recolhe as pernas na estrutura do avio, porem permite

    que as rodas, ou parte delas estejam visveis.

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    31

    Figura 2.20 Avio com trem de pouso retrtil (Embraer Phenom 300)

    O trem de pouso escamotevel recolhe toda a estrutura, no deixando as pernas

    ou as rodas vista. A estrutura fica totalmente isolada do vento relativo, portanto a

    configurao que possui menor arrasto.

    Figura 2.21 Avio com trem de pouso escamotevel (Embraer EMB 120- Braslia)

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    32

    2.4. Configuraes de Asa

    2.4.1. Introduo

    As asas so responsveis pela sustentao da aeronave. A asa possui uma estrutura

    cuja seo transversal um perfil aerodinmico capaz de gerar a fora de sustentao

    necessria para vencer o peso da aeronave. Da mesma forma que a fuselagem, a asa

    pode ter um revestimento trabalhante ou um revestimento de tecido envernizado

    recobrindo uma estrutura interna de madeira ou alumnio.

    Na sua estrutura a asa constituda pelas nervuras, que so os perfis responsveis

    pela forma aerodinmica da seo da asa, e pelas longarinas, que so responsveis por

    manter as nervuras nas suas respectivas posies ao longo da envergadura e so

    responsveis pela resistncia flexo da asa.

    Enquanto nos avies a asa considerada fixa, nos helicpteros as ps so

    consideradas asas rotativas.

    Alm da funo original de produzir sustentao, nos avies as asas geralmente

    alojam em seu interior os tanques de combustvel, instalaes eltricas, motores e

    trem de pouso. As cargas externas das asas so os armamentos e os tanques externos.

    2.4.2. Classificao quanto posio e nmero de asas fixas

    As asas fixas podem ser classificadas conforme a sua posio em relao

    fuselagem da aeronave como asa baixa, asa mdia e asa alta. Conforme o

    engastamento que apresentam na fuselagem so classificadas como cantilever e semi-

    cantilever.

    A asa totalmente engastada na fuselagem a asa tipo cantilever, sem a

    necessidade de estruturas externas. Este tipo de engastamento apresenta menor

    arrasto, porm necessita de uma estrutura mais rgida, pois precisa absorver

    integralmente as foras de flexo da asa.

    Se a asa est apoiada na fuselagem com o auxlio de estruturas externas

    (montantes), a configurao chamada de semi-cantilever. A vantagem deste tipo de

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    33

    configurao que os esforos de flexo no so transmitidos fuselagem

    proporcionando uma estrutura mais leve. Porm a presena dos montantes gera mais

    arrasto na aeronave.

    Na configurao de asa baixa, a asa passa por baixo da fuselagem. a configurao

    mais usual e tem a vantagem de resultar em uma estrutura mais leve.

    Figura 2.22 Avio asa baixa cantilever (Embraer Phenom 300)

    Na configurao de asa mdia, a estrutura da asa atravessa a fuselagem do avio.

    No uma aplicao aplicvel aos modelos para transporte de passageiros porque as

    longarinas atravessam o interior da cabine inviabilizando a movimentao de pessoas.

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    34

    Figura 2.23 Avio asa mdia cantilever (Lockheed P-2H Neptune)

    A configurao de asa alta mais utilizada por aeronaves de transporte de carga. A

    asa passando por cima da fuselagem facilita o transporte de carga para o seu interior.

    Esse tipo de configurao apresenta maior peso da estrutura da fuselagem.

    Figura 2.24 Avio asa alta cantilever (Antonov 225 - Mryia)

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    35

    Figura 2.25 Avio asa alta semi-cantilever (Cessna 182 Skylane)

    Na configurao pra-sol a asa fica posicionada acima da fuselagem. Um montante

    une a asa fuselagem. Essa configurao bastante utilizada por hidroavies por

    conseguir manter uma grande altura dos motores em relao ao nvel de gua.

    Figura 2.26 Avio asa pra-sol (Consolidated PBY Catalina)

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    36

    Se a hlice da aeronave fica muito prxima ao solo, a utilizao da configurao

    asa de gaivota uma soluo. Os motores so afastados do solo por uma mudana de

    diedro na regio prxima raiz da asa.

    Figura 2.27 Avio asa gaivota (North American B-25 Mitchell Barbie III)

    A soluo asa de gaivota invertida foi criada para o projeto do Vought F4U Corsair

    para permitir que as pernas do trem de pouso fossem reduzidas. O Corsair possua a

    maior hlice que j equipou um avio monomotor.

    Figura 2.28 Avio asa gaivota invertida (Vought F4U Corsair)

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    37

    A configurao biplana foi largamente utilizada at a dcada de 30. A estrutura

    mais rgida leve, formada pelas asas pelos montantes e cabos (estais) tambm

    conhecida por estrutura hubanada. A desvantagem desta configurao a

    interferncia aerodinmica entre as asas.

    A utilizao de duas asas permite a construo de aeronaves com envergadura

    menor, onde a sustentao dividida entre as duas asas e a taxa de rotao em torno

    do eixo longitudinal melhorada. Por essas razes, aeronaves acrobticas como o

    Christen Eagle e o Pitts utilizam essa configurao.

    Quando a asa superior posicionada mais a frente que a asa inferior diz-se que o

    stagger positivo. Se a asa superior est mais recuada o stagger negativo.

    Se o ngulo de incidncia da asa superior maior que o da asa inferior ento se diz

    que a aeronave possui decalagem positiva. Se o ngulo de incidncia da asa superior

    menor que o da asa inferior ento se diz que a decalagem negativa.

    Figura 2.29 Avio asa biplana (Christen Eagle)

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    38

    Aeronaves com trs asas (triplanos) tambm foram utilizadas no incio do sculo

    XX. Os modelos mais famosos a utilizar essa configurao foram o Fokker DR.I, avio

    operado pelo Baro Vermelho (Manfred Von Richthofen), e o Sopwith Camel, avio

    que o abateu.

    (a)

    (b)

    Figura 2.30 Avio asa triplana Fokker Dr.I (a) Sopwith Camel (b)

    2.4.3. Classificao quanto ao formato de asas fixas

    Para minimizar o arrasto induzido, a distribuio de sustentao na asa deve ser

    ajustada de maneira que seja elptica. A soluo de asa elptica foi utilizada com

    grande sucesso no projeto do caa Spitfire, durante a 2 Guerra Mundial.

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    39

    Figura 2.31 Avio asa elptica (Supermarine Spitfire)

    A construo de asas elpticas possui alta complexidade e custo elevado. A

    construo de asa retangular mais simples e mais barata. Por esse motivo a mais

    utilizada em aviao geral.

    Figura 2.32 Avio asa retangular (Fairchild AU23A Peacemaker)

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    40

    Apesar das vantagens na construo da asa retangular, a distribuio de

    sustentao se afasta bastante da elptica. Uma soluo intermediria conseguida

    pela construo de uma asa no formato trapezoidal.

    Figura 2.33 Avio asa trapezoidal (Embraer EMB 312 Tucano)

    A utilizao de enflechamento nas asas reduzir os efeitos de compressibilidade

    em altas velocidades subsnica.

    Figura 2.34 Avio com enflechamento positivo (Mikoyan-Gurevich MiG-15)

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    41

    Figura 2.35 Avio com enflechamento negativo (Grumman X-29)

    Figura 2.36 Avio com enflechamento varivel (Grumman F-14 Tomcat)

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    42

    Figura 2.37 Avio com asa em delta (Avro Vulcan)

    O ngulo de diedro implementado para ajustar a estabilidade latero-direcional da

    aeronave.

    Figura 2.38 Avio com asa em diedro positivo (North American P51 Mustang)

    Os efeitos da utilizao de enflechamento e diedro sero estudados na seo

    detalhada sobre asas.

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    43

    Figura 2.39 Avio com asa em diedro negativo (McDonnell Douglas Harrier AV8)

    2.4.4. Configuraes de rotores de aeronaves de asas Rotativas

    Os helicpteros so classificados pelas suas configuraes em cinco tipos.

    O rotor simples ou convencional tem a vantagem de ser relativamente simples.

    Seus componentes principais so: rotor principal, sistema de controles, sistema de

    acionamento, comandos e rotor de cauda. O acionamento do rotor de cauda consome

    em torno de 8% a 10% da potncia do motor em vo pairado e de 3% a 4% no vo a

    frente. A simplicidade da configurao e a economia em peso so as maiores

    vantagens. A desvantagem o perigo de acidente com o rotor de cauda.

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    44

    Figura 2.40 Helicptero com rotor convencional (Robinson R66)

    A vantagem do helicptero de rotores lado a lado que o efeito de deslocamento

    lateral dos rotores gera reduo da potncia necessria para produzir sustentao e

    deslocamento frente. Alm de ser mais complexa, esta configurao possui maior

    peso e maior arrasto.

    Figura 2.41 Helicptero com rotores laterais (Kaman HH43-Huskie)

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    45

    Nos aparelhos que utilizam rotores contra-rotativos e coaxiais o torque na

    fuselagem anulado pelo giro contrrio entre os dois rotores. Os rotores no precisam

    ter o mesmo dimetro e nem a mesma velocidade, porm devem produzir o mesmo

    torque.

    As desvantagens desta configurao so: cabeas dos rotores e controles mais

    complexos e peso significantemente maior dos componentes.

    Figura 2.42 Helicptero com rotor contra-rotativo (Kamov KA50)

    O rotor a jato seria a soluo mais simples para o problema de gerao de torque

    na fuselagem.

    No possui unidade anti-torque e as ps so acionadas por jatos instalados em suas

    pontas. A grande vantagem a simplicidade, porm possui alto consumo especfico de

    combustvel em relao s configuraes tradicionais alm do fato de depender do

    desenvolvimento de motores a jato especficos para essa utilizao.

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    46

    Figura 2.43 Helicptero com jatos na ponta do rotor (McDonnell XH-20)

    A principal vantagem da configurao de rotores em tandem a possibilidade de se ter

    uma grande rea disponvel para a fuselagem, aliada a uma grande possibilidade de variao

    do posicionamento do centro de gravidade do aparelho. A carga pode ser distribuda no

    aparelho entre os dois rotores.

    As desvantagens so: complexidade do sistema e baixa eficincia de sustentao no vo a

    frente.

    Os rotores trabalham de maneira independente e esta configurao permite variaes

    entre os dimetros dos rotores.

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    47

    Figura 2.44 Helicptero com rotores em tandem (Boeing CH-46 Sea Knight)

    O Tiltrotor Osprey V22 uma configurao projetada para combinar as

    funcionalidades de um helicptero e de um avio turbopropelido.

    Figura 2.45 Tiltrotor (Osprey V22)

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    48

    2.5. Configuraes de Cauda

    2.5.1. Introduo

    A cauda constituda por duas superfcies aerodinmicas menores que as asas

    conhecidas como empenagens. A empenagem vertical constituda pela deriva (parte

    fixa) e pelo leme de direo (parte mvel). A empenagem horizontal formada pelo

    estabilizador (parte fixa) e profundor (parte mvel).

    As empenagens tm a funo de ajuste, estabilizao e controle. Nos avies os

    movimentos de arfagem e guinada so comandados pelas empenagens.

    Nos helicpteros a cauda comanda o movimento em torno do eixo vertical.

    2.5.2. Configuraes entre Asa e Empenagem

    A configurao convencional utilizada pela grande maioria das aeronaves em

    operao. Neste tipo de configurao a asa posicionada frente das empenagens.

    Uma configurao diferente, que mostra uma pequena superfcie frente da asa

    principal que denominada canard. Essa superfcie pode ser utilizada tanto para

    controle de arfagem quanto para gerao de sustentao.

    Figura 2.46 Configurao com Canard de controle (VariEze)

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    49

    Na configurao de trs asas um carnard de sustentao adicionado para gerar

    auxiliar a asa principal, porm mantendo-se a cauda tradicional.

    Figura 2.47 Configurao Trs Asas (Piaggio Avanti P180)

    Aumentando-se a envergadura do canard de maneira que a sustentao gerada

    por essa superfcie seja praticamente igual gerada pela asa principal tem-se a

    configurao em tandem.

    Figura 2.48 Configurao Tandem (Scaled Composites Proteus)

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    50

    Uma soluo para reduzir tanto o peso quanto o arrasto a retirada total da

    empenagem vertical. A eliminao da deriva resulta na configurao asa voadora.

    Figura 2.49 Configurao Asa Voadora (Northrop-Crumman B2 Spirit)

    2.5.3. Tipos de Cauda em Aeronaves de Asa Fixa

    Cauda Convencional. utilizada na grande maioria dos projetos de aeronave.

    Nesta configurao a empenagem horizontal localizada na base da deriva. Como a

    deriva na suporta o peso do estabilizador, a estrutura desta configurao mais leve.

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    51

    Figura 2.50 Cauda Convencional (AirBus A340)

    Cauda em T. Tambm largamente utilizada mais pesada que a convencional

    devido necessidade de se reforar a empenagem vertical. Tem as vantagens de ter

    leme direcional mais eficiente e de permitir a instalao de propulsores na sua parte

    inferior. Por possuir um efeito semelhante ao do endplate na ponta da asa que a

    empenagem vertical seja menor. Mesmo com a reduo do tamanho da deriva, esta

    estrutura ainda mais pesada que a convencional.

    Figura 2.51 Cauda em T (Embraer Legacy 650)

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    52

    Cauda Cruciforme. uma configurao intermediria entre as duas primeiras.

    Como a Cauda em T tambm permite a instalao de propulsores na sua parte inferior

    e evitam interferncias dos gases de exausto na empenagem horizontal. Tm a

    vantagem de permitir um menor aumento de peso. No possui o mesmo efeito de

    endplate que a anterior.

    Figura 2.52 Cauda Cruciforme (Grumman P16 Tracker)

    Cauda em V. Nesta configurao as superfcies das empenagens so combinadas

    em apenas duas superfcies em forma de um V. A fuso entre as palavras rudder

    (leme) e elevator (profundor) as empenagens dessa configurao so chamadas de

    ruddervators. H reduo no arrasto da aeronave, porm exige um sistema de

    comandos mais complexo.

    Figura 2.53 Cauda em T (Arospatiale Fouga Magister)

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    53

    Cauda em Y. bastante parecida com a Cauda em V e tm o ngulo de diedro

    reduzido. A terceira superfcie contm o Leme enquanto o V s possuem controle de

    arfagem . Este arranjo evita a complexidade dos Ruddervators enquanto reduzem o

    arrasto induzido em relao Convencional. Tambm j foram utilizados Y Invertidos

    com a finalidade de tirar a superfcie horizontal do rastro das asas em altos ngulos de

    ataque.

    Figura 2.54 Cauda em Y (NASA Ikhana)

    Figura 2.55 Cauda em Y Invertido (McDonell Douglas F-4 Phantom)

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    54

    Cauda em V Invertido. A Cauda em V Invertido evita o problema de Rolagem-

    Glissagem negativa e ainda cria uma Rolagem- Glissagem positiva. O V invertido ainda

    reduz tendncias de parafuso, porem cria dificuldades de pouso.

    Figura 2.56 Cauda em V invertido (NASA Predator)

    Cauda em H. Usada para posicionar as empenagens verticais em uma rea de

    menor distrbio do fluxo de ar em altos ngulos de ataque ou para manter os lemes na

    direo do fluxo em avies multimotores para aumentar o controle com motores

    desligados. mais pesado que a convencional, mas tambm possui efeito de endplate,

    permitindo uma menor rea da empenagem horizontal. Outra vantagem que o

    tamanho da empenagem vertical dividido entre as duas derivas posicionadas nas

    extremidades do estabilizador, reduzindo-se a altura da aeronave.

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    55

    Figura 2.57 Cauda em H (Fairchild A10 Thunderbolt)

    Cauda Dupla. Podem manter os Lemes fora da linha de centro do avio, que

    eventualmente poderiam estar anulados pela Asa ou pela Fuselagem frontal em altos

    ngulos de ataque. Tambm so utilizadas para reduzir o peso em relao

    Convencional. Apesar de reduzir a rea se mostram mais efetivas;

    Figura 2.58 Cauda Dupla (Grumman F-14 TomCat)

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    56

    Cauda Tripla. Usada para diminuir o peso da cauda e para permitir que certos

    avies caibam em hangares existentes;

    Figura 2.59 Cauda Tripla (Lockheed Constellation)

    A cauda bifurcada formada por duas lanas unidas pela empenagem horizontal.

    Figura 2.60 Configurao Cauda Bifurcada (Lockheed P38- Lightning)

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    57

    Cauda em Anel. Inicialmente projetada para atender todas as contribuies das

    outras Caudas com um aeroflio em forma de anel. Conceitualmente aprovada

    mostrou-se ineficiente em condies prticas.

    Figura 2.61 Cauda em Anel (Miller JM-2)

    2.5.4. Ti