Aerodinâmica do
X-31
Henrique Vitor Oliveira 033303
Henrique Manoel de Abreu 033290
Eveline Fachini Spada
João Baylon Dias
032522
033475
Antes de começar a apresentação sobre o caça vale deixar claro alguns termos
técnicos usados na aviação:
 Stall: ou Stol em português, é o termo utilizado para designar a condição do
avião ou da superfície de sustentação (no caso a asa) em que diminui a sustentação
e aumenta o arrasto devido a separação do fluxo de ar;
Canards: também chamado de profundor, no caso do X-31 é uma pequena asa
situada entre o bico e a linha das asas. Em aviões mais comuns vê-se essa peça na
parte traseira da aeronave;
Strakes: junto com os canards ajuda a manter o controle de passo nas manobras
arriscadas. Na aeronave estão situados na mesma linha de arrasto entre as asas e o
motor;
EFM: (Enhanced Fighter Maneuverability), ou Manobrilidade realçada do caça;
Guinada: leme traseiro responsável por direcionar o avião para a esquerda ou
direita.
Ilustração das partes que
compões o X-31, atentem
para os carnads na parte
frontal
A grande vitória no desenvolvimento do X-31 foi a descoberta da pressão de vetoração, que nada mais é
que um fluxo de ar direcionado na mesma linha central do avião. Essa pressão de vetoração dirige para o
nariz do avião toda a potência do motor, chamado de controle de passo, movendo o bico para cima ou
para baixo e a guinada para a esquerda e direita.
Para que essa pressão de vetoração fosse alcançada três pás defasadas de 120 º entre si foram instaladas
na boca do motor e exaustão de modo que todo o empuxo realizado pelo motor não se dispersasse. Veja a
ilustração abaixo:
Pás da pressão de
vetoração
As pás são feitas de uma fibra de carbono capaz de suportar temperaturas acima de 1500 ºC. Como o
controle de passo do avião foi todo jogado para o nariz da aeronave, os canards foram posicionados na
parte frontal e os Strakes eventualmente na traseira.
O X-31 opera com um sistema digital de vôo chamado fly-by-wire (“vôo por fio”) em que três
computadores (synchronous) centrais dirigem a superfície de vôo e quatros computadores restantes
servem de reserva caso os três principais entrem em conflitos. O interessante é que nada é mecânico ou
analógico, tudo digital.
Fase 1:
• Fase 2:
•Fase 3:
Essa fase é projeto conceitual. Durante essa fase a equipe do programa se preocupou em
esboçar o payoff esperado dos conceitos de manobrilidade realçada do caça (EFM) para
batalhas futuras no ar e definir as exigências técnicas do avião exigidas pelo demonstrador
(governo);
Foi realizado o projeto preliminar para o demonstrador e a aprovação para a manufatura do
avião. Três revisões do projeto governamental foram realizadas para estabelecer o projeto
proposto. Técnicos do U.S. Navy, Ministério Federal da Defesa da Alemanha e a NASA
contribuíram para examinar cuidadosamente todos os aspectos do projeto;
A fase 3 iniciou e completou os detalhes do projeto e fabricou dois aviões, que foram
montados na Rockwell Internacional (Boeing) na planta 42 em Palmdale, CA. Essa fase
requeriu dos dois aviões vôos de teste nos limites aos quais a aeronave foi projetada. O
primeiro avião ficou pronto em 1º de março de 1990, e seu primeiro vôo foi em 11 de outubro
de 1990 pilotado pelo piloto de teste da Rockewll Ken Dyson. O avião alcançou a velocidade
de 340 mph (547,162 km/h) e uma altitude de 10.000 pés (3048 m) nos iniciais 38 minutos de
vôo. O segundo avião fez seu primeiro vôo em 19 de janeiro de 1991, pilotado pelo suíço
Dietrich Seeck. Tirando o fato que externamente os dois aviões eram idênticos, o segundo
avião experimentou situações mais fortes assimétricas de guinada que o primeiro, por essa
razão os membros da equipe do X-31 passaram a chamar o número dois de “gêmeo
malvado”. A equipe testou o segundo variando a distância do strakes do nariz do jato, e
encontraram que os dois aviões poderiam voar do mesmo jeito com 8 ½ polegadas de
comprimento do strakes, deixando o gêmeo do mal não tão comprido, pois o seu
comprimento foi corrigido.
Aperfeiçoando
Foram ao todo 108 missões efetuadas pela Rockwell, que expandiu o ângulo de ataque para 40 º, antes dos testes
serem movidos para a Dryden em fevereiro de 1992. No caso do X-31 a pressão de vetoração compensa a perda do
controle por stall, essa conclusão foi encontrada pela Rockwell, que conseguiu ampliar o ângulo de ataque do avião
para mais de 30º.
Por causa da estabilidade básica do avião no alcance de ângulos elevados, exibiu tolerância baixa para guinadas
laterais. O que tornou um problema para elevados ângulos de ataques. O nariz do avião captava dados através da
Unidade de Navegação Inercial e após longos períodos de vôos a 30º os grandes valores calculados eram fictícios
devido a mudança da direção e magnitude do vento. O problema foi resolvido implantando uma ponta de prova
chamada de Kiel no nariz do avião, que ajudou o tubo piloto padrão da NASA a calcular o fluxo de ar. A ponta de prova
Kiel é curvada de 10º a baixo do padrão do piloto. As guinadas laterais foram curvadas de 20º para conter as oscilações
que ocorriam para ângulos acima de 62º. Assim os problemas de leituras falsas foram corrigidas. Logo as leituras
estavam sempre 10º abaixo da inclinação do avião.
A equipe da Nasa junto com outras empresas fizeram o teste de simulação de vôo do X-31 se comparado com outros
aviões e obtiveram resultados excelentes. Graças aos estudos sobre a aerodinâmica do X-31 a equipe foi capaz de
aprender mais sobre leis de controle pois a aerodinâmica atual do avião é um pouco diferente daquela estudada em
túneis de vento.
Só havia mais um problema: Quando os pilotos voavam acima de 50º (52º para ser mais preciso) eles sentiam forças
que os puxavam para os lados que chamaram de lurches (guinadas). A equipe de desenvolvimento então adicionou
tiras de ¼ de polegadas no nariz do avião afim de mudar os vórtices (redemoinhos) que fluiam dele. Conseguiram
reduzir os vórtices e o resultado foi um ângulo de ataque máximo de 70º.
Todos esses problemas foram provocados por assimetria na guinada do jato, pois a força de empuxo do motor era
muito forte. Esses estudos foram significativos para a aerodinâmica do X-31.
70 º
Em 29 de abril de 1993 conseguiu-se com o X-31 número 2 fazer uma manobra de 180º (meia volta) usando um
ângulo de ataque máximo de 70º, foi chamada de Manobra de Herbst.
O avião foi testado novamente junto com outros caças e seu resultado foi satisfatório conseguindo efetuar manobras
que os outros não fizeram. Enquanto isso o X-31 número 1 foi destruído em um teste feito no deserto ao norte de
Edwards, felizmente o piloto alemão Karl Heinz-Lang conseguiu ejetar. A queda doi ocasionada por um inesperado
ponto de falha no nariz do avião.
Ao todo foram 580 vôos durante o programa, 559 missões de pesquisa e 21 na Europa na demonstração em Paris.
Especificações do X-31:
- Projetado e construído por Rockwell International Corporation's North American
Aircraft and Deutsche Aerospace.
- Envergadura de 23.83 feet ( 7,818 m) e um comprimento de 43.33 feet ( 14,216 m).
- Motor único do tipo General Electric F404-GE-400 turbofan engine .
- Peso do avião 16,100 pounds ( 35.5 t ) incluindo 4,100 pounds ( 9 t ) de
combustível.
- Velocidade de projeto do X-31 era de Mach 0.9 alcançando uma altitude de 40,000
feet.
- Velocidade alcançada em teste da pressão de vetoração efetiva foi de Mach 1.28
numa altitude de 35,000 feet.
Bibliografia:
http://www1.dfrc.nasa.gov/Gallery/Photo/X-31/index.html