TEORIA DE VÔO
ALTA VELOCIDADE
Aerodinâmica de Alta Velocidade
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À medida que as aeronaves foram adquirindo a
capacidade de atingir velocidades maiores,
surgiram reações aerodinâmicas inesperadas
como:
• Tendência a picar;
• Vibrações em toda a aeronave;
• Comandos pesados, invertidos ou até inoperantes.
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Os problemas da alta velocidade começavam a
surgir quando as aeronaves se aproximavam da
velocidade do som, daí surge a conhecida
“barreira do som”.
Estudos da época concluíram que os problemas
da alta velocidade tinham relação com a
compressibilidade do ar.
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Compressibilidade
Substância Compressível
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Compressibilidade
Aerodinâmica de Baixa Velocidade:
• Baixas pressões que podem ser desprezadas;
• Apenas pequenas variações de volume e densidade;
• Estudo simplificado
Aerodinâmica de Alta Velocidade:
• Altas pressões que afetam as propriedades do ar;
• Não existe fronteira nítida entre alta e baixa velocidade;
• Considerar o início da “alta velocidade” a 250kts ou M 0,4.
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Compressibilidade
• O som é uma série de
IMPULSOS DE PRESSÃO.
• Para que o som se propague
TEM QUE EXISTIR MATÉRIA.
• A velocidade de propagação depende
SOMENTE DA TEMPERATURA.
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Compressibilidade
Durante o vôo, as partes da aeronave emitem ondas de
pressão que afetam o ar a sua frente, estas ondas se
propagam a velocidade do som.
Upwash
Fluxo Subsônico
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Compressibilidade
Se a aeronave ultrapassar a velocidade do som, os
impulsos de pressão viajarão atrás da aeronave e não
afetarão o ar à frente.
Onda de Proa
Fluxo Supersônico
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Compressibilidade
0.78 0.82
0.78
0.74
0.74
0.70
0.70
0.95 1.00
0.90
0.85
0.95
0.90
0. 85
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Compressibilidade
Os efeitos de compressibilidade não estão limitados às
velocidades superiores à do som.
• Subsônicos (Somente fluxos subsônicos)
• Transônicos (Fluxos subsônicos e supersônicos)
• Supersônicos (Somente fluxos supersônicos)
• Hipersônicos ( 5 vezes a velocidade so som)
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Compressibilidade
A velocidade na qual o primeiro ponto da aeronave atinge
a velocidade do som é denominada Mach Crítico.
A passagem do fluxo subsônico para supersônico é
suave, porém a transição do fluxo supersônico para
subsônico é sempre acompanhada de uma onda de
choque.
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Compressibilidade
Onda de Choque
Normal
fluxo
supersônico
0.88
Turbilhonamento
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Compressibilidade
0.98
0.94
fluxo
supersônico
0.98
0.94
0.90
0.90
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Compressibilidade
As características da onda de choque normal são:
1. Só ocorre quando o escoamento passa do fluxo
supersônico para o subsônico;
2. A direção dos filetes de ar não é modificada;
3. Ocorre aumento de pressão, temperatura e densidade,
reduzindo o número de mach dos filetes;
4. Ocorre redução da energia dos filetes de ar.
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Consequências das Ondas de Choque
1. Estol de compressibilidade.
O estol de um aerofólio ocorre porque os filetes de ar,
na camada limite, perdem energia cinética devido a
viscosidade, reduzindo a sustentação e aumentando o
arrasto.
O mesmo ocorre com a onda de choque que interage
com a camada limite, aumentando sua espessura.
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Consequências das Ondas de Choque
1. Estol de compressibilidade.
Fluxo Subsônico
Fluxo Transônico
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Conseqüências das Ondas de Choque
1. Estol de compressibilidade.
• A velocidade do estol subsônico aumenta com a
altitude.
• A velocidade do estol de mach diminui com a altitude.
• O ponto onde estas duas velocidades se encontram
denomina-se “coffin corner” ou “canto do caixão”.
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Conseqüências das Ondas de Choque
2. Aumento do Arrasto
O surgimento da onda de choque faz com que se crie
uma nova parcela de arrasto, denominada arrasto de
onda ou arrasto de compressibilidade.
Quando as ondas de choque produzem o
descolamento da camada limite, o arrasto é
aumentado rapidamente , até atingir o mach de
divergência de arrasto.
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Conseqüências das Ondas de Choque
CD – Coeficiente de Arrasto
ARRASTO DE COMPRESSIBILIDADE
Asa com enflechamento nulo
Mach de Divergência
Mach Crítico
Número de Mach
0.6 0.7
1.0
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Conseqüências das Ondas de Choque
3. Variação da posição do CP.
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Conseqüências das Ondas de Choque
4. Redução do Downwash
Up Wash
Down Wash
ASA
PROFUNDOR
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Conseqüências das Ondas de Choque
4. Redução do Downwash
Up Wash
Down Wash
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Conseqüências das Ondas de Choque
5. Rolloff
Voando próximo ao mach crítico, uma aeronave ao
guinar poderá entrar em estol de choque na asa
externa à guinada, ocasionando um rolamento no
sentido oposto à guinada.
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Conseqüências das Ondas de Choque
6. Tuck Under
Tuck Under é a tendência que a aeronave apresenta
de picar. Surge da interação dos dois fenômenos
vistos anteriormente, a redução do downwash e o
deslocamento do CP para trás, que aumenta o
momento no sentido de picar na asa e reduz a
capacidade do profundor de cabrar.
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Conseqüências das Ondas de Choque
7. Vibrações na cauda ou em todo o avião
Causados pelo descolamento dos filetes provocados
pelas ondas de choque.
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Conseqüências das Ondas de Choque
8. Comandos duros ou Inoperantes
• Todos os sinais produzidos pelo comando ficam
acumulados na onda de choque.
• O comando atua diretamente nos filetes de ar
descolados da superfície.
• O deslocamento do CP para trás faz com que a força
necessária para movimentar os comandos aumente.
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Conseqüências das Ondas de Choque
9. Problemas de Mergulho
Todos
os
problemas
vistos
anteriormente
desaparecem subitamente após um mergulho pois ao
descer na atmosfera a temperatura do ar aumenta,
elevando a velocidade do som, portanto reduzindo o
número de mach da aeronave, suficiente para reduzir
abaixo do mach crítico.
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Vôo Transônico
Transônico
Arrasto Predominante: compressibilidade
Subsônico
Arrasto Predominante: induzido
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Vôo Transônico
• As técnicas empregadas para reduzir o arrasto de
compressibilidade são:
1. Enflechamento
2. Aerofólio de pequena espessura ou curvatura
3. Projeto com base na regra da área.
4. Geradores de vórtices
5. Estabilizadores com incidência variável
6. Mach trimmer
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Vôo Transônico
1. Enflechamento
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Vôo Transônico
1. Enflechamento
• A asa enflechada tem como objetivo reduzir o mach
crítico.
• A asa enflechada tem a tendência de estolar de ponta
de asa.
• A asa enflechada produz menor sustentação.
• Na asa enflechada existe a possibilidade de ocorrer
um “pitch up”.
• A asa enflechada pode agravar o “tuck under”.
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Vôo Transônico
2. Aerofólio e pequena curvatura ou espessura
Perfil Supercrítico
Perfil Assimétrico
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Vôo Transônico
Área
3. Regra da Área
Nariz  Cauda
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Vôo Transônico
3. Regra da Área
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Vôo Transônico
4. Geradores de Vórtices (Vortex Generators)
Os geradores de vortex são dispositivos feitos de uma
asa de pequeno alongamento colocada em um local
que se beneficiará com os vórtices.
São asas em miniatura que como subproduto da
sustentação, são criados vórtices que influenciam os
filetes de ar.
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Vôo Transônico
4. Geradores de Vórtices (Vortex Generators)
Os vórtices captam ar fora da camada limite, que
possuem mais energia cinética e o misturam com a
camada limite que possui menos energia cinética.
Os geradores de vórtice são posicionados para
redirecionar os filetes de ar de modo a prevenir
reações adversas, desse modo aumentando a
sustentação e reduzindo o arrasto.
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Vôo Transônico
4. Geradores de Vórtices (Vortex Generators)
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Vôo Transônico
4. Geradores de Vórtices (Vortex Generators)
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Vôo Transônico
4. Geradores de Vórtices (Vortex Generators)
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Vôo Transônico
5. Estabilizador Horizontal com Incidência Variável
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Vôo Transônico
6. Mach Trimmer
Dispositivo sensível ao número de mach, tem como
objetivo manter a estabilidade longitudinal da
aeronave, evitando o “tuck under”.
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Conseqüências do Enflechamento
1. Redução da sustentação
2. Tendência de “passeio” dos filetes de ar
3. Tendência de estol nas pontas das asas
4. Dutch Roll
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Conseqüências do Enflechamento
1. Redução da sustentação
• A asa é somente sensível
perpendicular ao bordo de ataque.
ao
componente
• Necessita ângulos de ataques maiores que as asas
não enflechadas.
• Estola com ângulos de ataque maiores e com
coeficientes menores.
• Proporcionam
tubulências.
um
vôo
mais
confortável
em
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Conseqüências do Enflechamento
2. Tendência de “passeio” dos filetes de ar
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Conseqüências do Enflechamento
2. Tendência de “passeio” dos filetes de ar
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Conseqüências do Enflechamento
3. Tendência de estol nas pontas das asas.
• Ocorre devido a componente paralela ao bordo de
ataque.
• Desloca o Cp para frente.
• Provoca o “Pitch Up”
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Conseqüências do Enflechamento
4. Dutch Roll
É a tendência de instabilidade apresentada pelas asas
enflechadas, ocorre no início de uma guinada, como a
asa que avança produzirá mais sustentação, esta asa
subirá, no entanto como também produzirá maior
arrasto iniciará uma guinada no sentido oposto,
reiniciando o ciclo.
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