Aerodinâmica
Princípio de Bernouli
O princípio de Bernouli estabelece que, qunado um fluido (ar), passando por um tubo, atinge uma restrição ou estreitamento deste tubo, a velocidade do fluido que passa por essa restrição aumenta e sua pressão diminui.
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Existe uma área de maior pressão na superfície inferior do aerofólio (asa), e essa pressão maior tende a mover a asa para cima. Essa diiferença de pressão entre as superfícies superior e inferior da asa é denominada sustentação.
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Uma aeronave em vôo está sob a ação de quatro forças:
Gravidade ou peso, que puxa a aeronave para baixo;
Sustentação, força que empurra a aeronave para cima;
Empuxo (tração), força que move a aeronave para frente;
Arrasto, a força que exerce a ação de um freio, puxando a aeronave para trás;
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Vento relativo
O fluxo de ar em volta de um objeto, ou de ambos, é chamado vento relativo
Vento relativo
O fluxo de ar em volta de um objeto, ou de ambos, é chamado vento relativo
Leis de Newton
A primeira lei de Newton é normalmente conhecida como lei da inércia. Ela quer dizer simplesmenteque um corpo em repouso não se moverá, a menos que uma força seja aplicada a ele.
A segunda lei de Newton, àquela da força, também se aplica aos objetos. Essa lei estabelece que, se uma força externa age sobre um corpo, que se move com velocidade constante, a alteração do movimento ocorrerá na direção da força. Essa lei pode ser representada matematicamente da seguinte forma:
Força = Massa X Aceleração
(F = M x A)
(F = M x A)
A terceira lei de Newton, é a lei da ação e reação. Essa lei estabelece que para toda ação (força) existe uma reação (força) igual e contrária.
Aerofólios
Um aerofólio é uma superfície projetada para obter uma reação desejável do ar, através do qual esse aerofólio se move. Assim, podemos dizer que, qualquer peça de uma aeronave, que converta a resistência o ar em força útil ao vôo, é um aerofólio.
As pás de uma hélice são então projetadas, de forma que, quando elas giram, suas formas e posições criam uma alta pressão, maior na sua parte traseira que na parte frontal, de forma a impulsionar a aeronave para frente.
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O ar que flui na superfície da asasuperior tem que alcançar o bordo de fuga da asa no mesmo tempo em que o fluxo na superfície inferior o alcança.Para isso o ar que passa sobre a superfície superior move-se com maior velocidade que o ar que passa por baixo da asa,devido à maior distância que ele tem que percorrer.
Esse aumento de velocidade,de acordo com o princípio de Bernouli,significa a correspondente redução de pressão sobre a superfície.Assim uma pressão diferêncial é criada entre as superfícies superior e inferior da asa, forçando a subida da asa na direção da pressão mais baixa.
Forma do Aerofólio
A forma do aerofólio determina a quantidade de turbulência ou atrito de superfície que será produzido. Consequentemente, a forma da asa afeta sua eficiência.
As propriedades da seção de aerofólio diferem das propriedades da asa, ou da aeronave, devido à forma plana da asa. Uma asa pode ter diversas seções de aerofólios, desde a raiz até a ponta, com diminuição gradual da espessura, torção e enflechamento. As propriedades aerodinâmicas resultantes da asa são determinadas pela ação de cada seção ao longo da envergadura
A turbulência e o atrito de superfície são controlados , principalmente, pela relação de alongamento, a qula é definido como a razão entre a corda do aerofólio e a expessura máxima.
Se a asa for muito longa ela será muito fina, se ela tiver baixa razão de fineza, será espessa. Uma asa com alta razão de fineza, produz maior atrito, com baixa razão de fineza produz mais turbulência.
A sustentação produzida por um aerofólio aumentará com o aumento da cambra da asa.
É sabido que, quanto maior a envrgadura da asa quando comparada com a corda, maior é a sustentação obtida. Essa comparação é chamada de alongamento. Quanto maior o alongamento, maior a sustentação.
Ângulo de ataque
A corda de um aerofólio ou seção da asa é uma linha imaginária que passa do bordo de ataque para o bordo de fuga, conforme figura abaixo:
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Quando o ângulo de ataque aumenta para o ângulo de máxima sustentação, o ponto crítico é atingido. Isto é conhecido como ângulo crítico. Quando este ângulo é atingido, o ar cessa de fluir suavemente na suprefície superior do aerofólio, começando a turbulência ou turbilhonamento. Isto significa que o ar se desprende da cambra superior da asa. O que outrora era uma área de baixa pressão, está cheia de ar turbulento. Quando isto ocorre, a sustentação diminui e o arrasto torna-se excessivo. A força da gravidade empenha-se em jogar o nariz de para baixo. Assim vemos que o ponto de turbulência é o ângulo de estolagem.
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Ângulo de incidência
O ângulo que a corda da asa forma com o eixo longitudinal da aeronave é chamado de ângulo de incidência.
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Legenda:
λ = Ângulo de incidêcia
α = Ângulo de ataque
Φ = Ângulo da trajetória de vôo
θ = Atitude
Área da asa
A área da asa é medida em pés quadrado, e inclui parte bloqueada pela fuselagem.
Testes mostram que as forças de sustentação e arrasto que agem sobre a asa, são proporcionais à sua área. Isso significa que, se a área da asa for duplicada, todas as outras variáveis permanecem as mesma, enquanto a sustentação e o arrasto criados pela asa são duplicados.
Centro de gravidade
Gravidade é a força que tende a puxar todos os corpos da esfera terrestre para o centro da terra.
O centro de graviadde pode ser considerado como um ponto no qual todo o peso de uma aeronave está concentrado.
Empuxo e arrasto
Uma aeronave em vôo é o centro de uma continua batalha de forças. As direções nas quais elas agem, podem ser calculadas, e uma aeronave é projetada para tirar vantagem de cada uma delas. Em todos os tipos de vôo os cálculos estão baseados na amplitude e direção de quatro forças: peso, sustentação, arrasto e empuxo.
O peso é a força de gravidade agindo para baixo, sobre o que está na aeronave, tal como a aeronave em si, tripulação, combustível e carga;
A sustentação age verticalmente contrariando o efeito peso.
Arrasto é uma força em direção à ré, causada pelo rompimento do fluxo de ar na asa, fuselagem e objetos salientes;
Empuxo produzido pelo motor, é a força para frente que se sobrepõe à força de arrasto.
A força de sustentação sempre age perpendicularmente ao vento relativo e a força de arrasto, sempre paralela a este e na mesma direção. Elas são, geralmente, os componentes que produzem uma força de sustentação resultante sobre as asas.
O peso tem uma relação definida com a sustentação, e o empuxo com o arrasto.
O empuxo é tirado da propulsão, ou da combinação motor e hélice. A teoria da propulsão está baseada na terceira lei de Newton (ação e reação).
O motor à turbina provoca o movimento da massa de ar para trás à alta velocidade, causando uma reação para frente que movimenta a aeronave. Num combinação motor/hélice, a hélice tem e fato, dois ou mais aerofólios girando, montados num eixo horizontal. O movimento das pás através do ar produz uma sustentação similar à sustentação sobre a asa, porém age em uma direção horizontal, empurrando a aeronave para frente.
O arrasto total sobre a aeronave é proporcionado por muitas forças de arrasto, porém para nosssos propósitos, consideramos apenas três: arrasto parasita, arrasto do perfil e arrasto induzido.
O arrasto parasita é produzido pela combinação de diferentes forças de arrasto. Qualquer objeto exposto numa aeronave oferece a mesma resistência ao ar, e quanto mais objetos no fluxo de ar, maior é o arrasto parasita.
O arrasto de perfil pode ser considerado como um arrasto parasita do aerofólio. Os diversos componentes do arrasto parasita são da mesma natureza que o arrasto d eperfil.
A ação do aerofólio, que nos dá sustentação, causa o arrasto induzido (vortex de ponta da asa).
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