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TEORIA DE VÔO

TEORIA DE VÔO. ALTA VELOCIDADE. Aerodinâmica de Alta Velocidade. 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;

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TEORIA DE VÔO

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Presentation Transcript

  1. TEORIA DE VÔO ALTA VELOCIDADE

  2. Aerodinâmica de Alta Velocidade

  3. 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.

  4. 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.

  5. Compressibilidade Substância Compressível

  6. 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.

  7. 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.

  8. 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

  9. Compressibilidade Se a aeronave ultrapassar a velocidade do som, os impulsos de pressão viajarão atrás da aeronave e não afetarão o ar à frente. Fluxo Supersônico Onda de Proa

  10. Compressibilidade 0.82 0.78 0.78 0.74 0.74 0.70 0.70 1.00 0.95 0.95 0.90 0.90 0.85 0. 85

  11. 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)

  12. 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.

  13. Compressibilidade Onda de Choque Normal fluxo supersônico 0.88 Turbilhonamento

  14. Compressibilidade fluxo supersônico 0.98 0.98 0.94 0.94 0.90 0.90

  15. Compressibilidade • As características da onda de choque normal são: • Só ocorre quando o escoamento passa do fluxo supersônico para o subsônico; • A direção dos filetes de ar não é modificada; • Ocorre aumento de pressão, temperatura e densidade, reduzindo o número de mach dos filetes; • Ocorre redução da energia dos filetes de ar.

  16. Consequências das Ondas de Choque • 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.

  17. Consequências das Ondas de Choque • Estol de compressibilidade. Fluxo Subsônico Fluxo Transônico

  18. Conseqüênciasdas Ondas de Choque • 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”.

  19. Conseqüências das Ondas de Choque • 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.

  20. CD – Coeficiente de Arrasto Mach de Divergência Mach Crítico Número de Mach 0.6 0.7 1.0 Conseqüências das Ondas de Choque ARRASTO DE COMPRESSIBILIDADE Asa com enflechamento nulo

  21. Conseqüências das Ondas de Choque • 3. Variação da posição do CP.

  22. Conseqüências das Ondas de Choque • Redução do Downwash Up Wash Down Wash ASA PROFUNDOR

  23. Conseqüências das Ondas de Choque • Redução do Downwash Up Wash Down Wash

  24. Conseqüências das Ondas de Choque • 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.

  25. 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.

  26. Conseqüências das Ondas de Choque 7. Vibrações na cauda ou em todo o avião Causados pelo descolamento dos filetes provocados pelas ondas de choque.

  27. 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.

  28. 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.

  29. Vôo Transônico Transônico Subsônico Arrasto Predominante: compressibilidade Arrasto Predominante: induzido

  30. Vôo Transônico • As técnicas empregadas para reduzir o arrasto de compressibilidade são: • Enflechamento • Aerofólio de pequena espessura ou curvatura • Projeto com base na regra da área. • Geradores de vórtices • Estabilizadores com incidência variável • Mach trimmer

  31. Vôo Transônico • Enflechamento

  32. Vôo Transônico • 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”.

  33. Vôo Transônico • Aerofólio e pequena curvatura ou espessura Perfil Supercrítico Perfil Assimétrico

  34. Vôo Transônico • Regra da Área Área Nariz  Cauda

  35. Vôo Transônico • Regra da Área

  36. Vôo Transônico • 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.

  37. Vôo Transônico • 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.

  38. Vôo Transônico • Geradores de Vórtices (Vortex Generators)

  39. Vôo Transônico • Geradores de Vórtices (Vortex Generators)

  40. Vôo Transônico • Geradores de Vórtices (Vortex Generators)

  41. Vôo Transônico • Estabilizador Horizontal com Incidência Variável

  42. Vôo Transônico • Mach Trimmer • Dispositivo sensível ao número de mach, tem como objetivo manter a estabilidade longitudinal da aeronave, evitando o “tuck under”.

  43. Conseqüências do Enflechamento • Redução da sustentação • Tendência de “passeio” dos filetes de ar • Tendência de estol nas pontas das asas • Dutch Roll

  44. Conseqüências do Enflechamento • Redução da sustentação • A asa é somente sensível ao componente perpendicular ao bordo de ataque. • Necessita ângulos de ataques maiores que as asas não enflechadas. • Estola com ângulos de ataque maiores e com coeficientes menores. • Proporcionam um vôo mais confortável em tubulências.

  45. Conseqüências do Enflechamento • Tendência de “passeio” dos filetes de ar

  46. Conseqüências do Enflechamento • Tendência de “passeio” dos filetes de ar

  47. Conseqüências do Enflechamento • 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”

  48. Conseqüências do Enflechamento • 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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