Física na Aviação Geral PDF

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Anotações das aulas de Física com foco no assunto sobre Aeronaves. Como a Geografia influencia na Aviação?...

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FÍSICA - CONHECIMENTOS GERAIS DE AERONAVES AERODINÂMICA A aerodinâmica é a ciência que estuda o movimento do ar ao redor dos corpos e viceversa, analisando o comportamento de ambos e buscando estudar as forças produzidas pelo movimento relativo entre o ar e os corpos. AERONAVE Aeronaves são todos aqueles veículos que conseguem se elevar e se deslocar pelo ar independente do processo utilizado para obter sua sustentação. Elas, por sua vez, são dividas em duas classes: aeróstatos (ou “mais leves que o ar”, como os balões e os dirigíveis, que seguem o princípio de Arquimedes, o qual diz que todo corpo mergulhado num fluído [líquido ou gás] sofre um esforço de baixo para cima) e aeródinos (ou “mais pesados que o ar”, como os aviões, helicópteros, planadores e autogiros, que seguem o teorema de Bernouilli e a 3ª lei de Newton, os quais consistem, respectivamente, que num fluído em movimento, quando a velocidade aumenta, a pressão diminui e vice-versa e na ideia de que toda ação tem sua respectiva reação). Lembrando-se que todo fluido não possui forma física definida. Os aeróstatos precisam se utilizar de ar quente para se locomover, sendo que os balões só conseguem voar de cima para baixo e vice-versa e os dirigíveis conseguem se locomover em todas as direções. AVIÃO O avião é dividido em cinco partes: asa, empenagem, trem de pouso, fuselagem e motores.

 Asa: as asas são responsáveis pela sustentação necessária ao voo para o avião e também servem para o alojamento do trem de pouso, tanque de combustível e é o berço dos motores. O conjunto de asas é um plano, sendo assim, é possível classificar os aviões quanto ao número de planos. Eles podem ter monoplano (um plano de asa), biplano (dois planos de asa), triplano (três planos de asa) e multiplano (quatro ou mais planos de asa). Atualmente nos deparamos com aviões monoplanos ou biplanos, os quais, por sua vez, são utilizados para acrobacias. Pode-se classificar também pela posição das asas em relação à fuselagem, dessa forma: asa baixa (parte inferior da fuselagem), asa média (na metade da fuselagem), asa alta (na parte superior da fuselagem) e asa parassol (acima da fuselagem, presa por montantes, tendo como nomenclatura para o conjunto estrutural que a separa do corpo do avião “cabana”). A última forma de classificação se refere ao tipo de fixação da asa na fuselagem, assim: asa cantilever (asa fixada sem suportes externos) e asa semi-cantilever (asa fixada com montantes ou suportes externos, sendo seu sistema característico de asas altas ou parassóis). o Elementos externos da asa: bordo de ataque (parte dianteira da asa), bordo de fuga (parte traseira da asa), extradorso ou dorso (parte superior da asa), intradorso ou ventre (parte inferior da asa), corda (linha imaginária que liga o bordo de ataque ao de fuga), ponta da asa (lateral externa da asa) e raiz da asa (parte interna da asa que é fixada na fuselagem). o Elementos internos da asa: longarinas (estruturas principais que sustentam outras partes e são presas à fuselagem, suportando os esforços de flexão), montantes (responsáveis por suportar os esforços de compressão), nervuras (dão o formato à asa, podendo ser verdadeiras [do bordo de ataque ao de fuga], falsas [apenas no bordo de ataque]

ou de compressão [localizadas próximas ao trem de pouso], absorvendo o esforço das longarinas) e tirantes ou cordas de piano (cabos de aço esticados em diagonal que suportam esforços de tração). o Revestimento da asa: tela (algodão mercerizado impermeabilizado com verniz), madeira (placas de madeira, pouco utilizadas, coladas e impermeabilizadas com verniz) e chapas de alumínio (revestimento mais utilizado e resistente, colocado através de rebites, podendo ser trabalhante quando contribui para o aumento da resistência da asa e nãotrabalhante quando não contribui).

Área da asa Alongamento Carga alar

Equações (b x c) (b / c) (W / S)

 Empenagem: mais conhecida como cauda do avião, onde se localizam o estabilizador vertical (proporcionador de estabilidade direcional) com o leme de direção e seu compensador e o estabilizador horizontal (proporcionador de estabilidade longitudinal) com o profundor e seu compensador, servindo para a estabilidade do avião, podendo ser este conjunto classificado como convencional quando o profundor está fixo na parte inferior do leme de direção ou cauda em “T” em que o profundor está fixo na parte superior do leme de direção.  Trem de pouso: é o órgão que serve para amortecimento do pouso, deslocamento no solo, água ou neve e como absorvente do peso. Os aviões podem pousar ou decolar de superfícies sólidas ( litoplano), líquidas (hidroplano) ou ambas ( anfíbio). O trem de pouso em si pode ser classificado com relação ao seu recolhimento para causar menor atrito com o ar, são eles, trem fixo (não se recolhem), trem retrátil (se recolhem parcialmente) e trem escamoteável (se recolhem completamente em compartimentos que evitam o atrito com o ar no voo). A parte do trem de pouso que está normalmente localizada abaixo das asas é chamada principal e a outra, roda direcional, sendo que quando essa roda está localizada à frente do trem principal ela é denominada trem de nariz e a aeronave, triciclo. Já quando a roda está atrás do trem principal ela é denominada bequilha e a aeronave, convencional.  Fuselagem: é a parte destinada à acomodação dos passageiros, tripulação e carga, tendo formato cilíndrico e serve, além de tudo, para a fixação de asas, empenagem e motores (se for o caso). A fuselagem, como algo destinado à acomodação, pode ser classificada por monoplace (apenas um lugar), biplace (dois lugares), triplace (três lugares), multiplace (quatro ou mais lugares) e cabine (compartimento das aeronaves comerciais, destinado à acomodação de passageiros). A estrutura da fuselagem pode ter como nomenclaturas tubular (constituída por tubos de aço), monocoque (constituída de anéis metálicos, que formam cavernas, e o revestimento que dá resistência ao conjunto) e semimonocoque (constituída de anéis, revestimento e longarinas, que suportam a resistência do conjunto). SUPERFÍCIES DE COMANDO DE VOO As superfícies de comando do avião são partes móveis que dão ao piloto o controle de voo, permitindo que a aeronave suba, incline, faça curvas e outros. Elas se dividem em dois grupos: primárias (aileron, profundor [ou leme de profundidade] e leme de direção) e secundárias (compensadores). Os compensadores são destinados a aliviar a pressão dos comandos de voo, podendo ser fixos, comandáveis ou automáticos e são localizados em suas respectivas superfícies primárias.

Aileron

Leme de direção

Localizado no bordo de fuga próximo às pontas das asas, funcionando alternadamente (se um está para cima, o outro está para baixo). São comandados pelo manche (para direita e para esquerda).

Fixado no estabilizador vertical, podendo ser acionado por pedais. É responsável pelo movimento de guinada.

Profundor ou Leme de Profundidade Fixado no estabilizador horizontal, sendo acionado pelo manche (para frente e para trás). Ao puxar o manche para trás o nariz do avião sobe (cabrar); Ao empurrar o manche para frente o nariz do avião desce (picar).

AEROFÓLIOS O aerofólio é uma superfície que possui um formato específico, destinado a produzir reações úteis ao voo e uma baixa resistência ao avanço, escoando o movimento do ar e produzindo força útil. Podem-se construir aerofólios simétricos e assimétricos. Aqueles têm a curvatura do extradorso igual à do intradorso, utilizados geralmente nas partes da empenagem, pois horizontalmente não produzem força de sustentação e estes têm a curvatura do extradorso maior que a do intradorso, sendo utilizados nas asas, pois horizontalmente produzem força de sustentação. SUPERFÍCIE AERODINÂMICA As partes do avião que possuem um formato aerodinâmico para permitir uma melhor passagem do ar são as superfícies aerodinâmicas, as quais não produzem força útil, mas melhoram o escoamento do ar. CENTRO DE GRAVIDADE E CENTRO DE PRESSÃO O CG é o ponto de equilíbrio do avião, um local que, se por acaso for suspenso por um cabo de aço, não penderá para lado algum. Ele é o ponto de aplicação da força peso onde se encontram os três eixos imaginários. O deslocamento do centro de gravidade terá o nome de passeio do CG. Caso haja mau balanceamento à frente da aeronave o aumento do consumo de combustível será maior, a cauda baixa no pouso será dificilmente possível, a roda de nariz terá sobrecarga e os comandos estarão pesados na decolagem, já atrás da aeronave haverá instabilidade após a decolagem. O CP é o ponto do aerofólio onde atua a força de sustentação. FORÇAS QUE ATUAM SOBRE A AERONAVE EM VOO O movimento do ar é chamado de “escoamento” (termo utilizado para fluídos), podendo ocorrer de duas maneiras: laminar, lamelar ou uniforme quando o fluído se desloca de forma regular e em determinada direção sem alterações e turbulento ou turbilhonado quando o movimento é irregular, variando de direções. Ainda com relação ao ar podemos dizer que compõe dois tipos de pressão (força aplicada em um corpo): estática (pressão do ar sobre um corpo parado na atmosfera) e dinâmica (pressão do ar sobre um corpo em movimento), sendo inversamente proporcionais. A seguir as forças que atuam sobre a aeronave em movimento (voo):

 Sustentação (L): a componente da resultante aerodinâmica perpendicular à direção do vento relativo. É esta força que sustenta a aeronave.  Peso (W): força que depende da ação da gravidade.  Tração (T) ou avanço: um avião em voo está sendo tracionado pelo motor.  Arrasto (D) ou resistência ao avanço : ela é prejudicial e por isso deve ser minimizada. Observação: à noite, os aviões em curso acendem uma luz vermelha na asa esquerda e uma luz verde na asa direita para melhor localização. SUPERFÍCIES HIPERSUSTENTADORAS

 Flaps: localizam-se no bordo de fuga, próximo à raiz da asa.  Slats e slots: localizam-se no bordo de ataque.  Spoilers: são freios aerodinâmicos. Localizam-se no extradorso da asa.  Reversores ou reversos: são, também, freios aerodinâmicos, localizados no motor e quando acionados direcionam o fluxo de ar no sentido inverso. Observação: a sustentação se opõe ao peso (gravidade); a tração se opõe ao arrasto; em voo reto nivelado (voo de cruzeiro, numa velocidade constante) L=W e T=D; avião em atitude de subida L>W; e avião em atitude de descida L 5)...