Capítulo I Ciências Aeronáuticas Prof. Elson Avallone

Apresentação em tema: "Capítulo I Ciências Aeronáuticas Prof. Elson Avallone"— Transcrição da apresentação:

1 Capítulo I Ciências Aeronáuticas Prof. Elson Avallone
Performance Capítulo I Ciências Aeronáuticas Prof. Elson Avallone

2 Velocidades Recordação do Funcionamento do Tubo de Pitot Estático
Pressão total dos filetes de ar: Soma da pressão dinâmica e a atmosférica. Furo “1” Dinâmica Furo “2” Estática

3 Da equação de Berloulli
Velocidades Essas duas pressões são levadas ao velocímetro que obtém a pressão dinâmica através da subtração das tomadas (1) e (2) calculando a velocidade empregando a fórmula: Da equação de Berloulli Vi – Velocidade lida no velocímetro V – Velocidade verdadeira do avião q – Pressão dinâmica Rho o – Densidade do ar nas condições ISA – nível do mar Rho – Densidade do ar no nível de vôo

4 Terminologia das Velocidades
Vi – Velocidade lida no velocímetro VI – Velocidade incidada (Indicated air speed – IAS): É a leitura do velocímetro corrigida para erros Nos aviões modernos ΔVi é pequena, podendo despresar. VI = Vi

5 Terminologia das Velocidades
Vc – Velocidade Calibrada (calibrated air Speed – CAS): É obtida a partir da VI corrigida para erros de posição: Em relação ao número Mach

6 Terminologia das Velocidades
VE – Velocidade Equivalente (equivalent air speed – EAS): É igual a velocidade calibrada corrigida para a compressibilidade do escoamento adiabático na altitude de vôo. A próxima figura dá as correções de compressibilidade em função da altitude, pressão e da velocidade calibrada.

7 Terminologia das Velocidades

8 Terminologia das Velocidades
Exemplo: Um avião voa na altitude pressão de pés, na velocidade calibrada de 300 kt, condições ISA. Qual a velocidade equivalente? Logo: Note que Delta Vc é menor que zero – Nas grandes altitudes e velocidades a indicação do velocímetro é sempre superior a velocidade equivalente devido aos erros causados pela compressibilidade

9 Terminologia das Velocidades
V – Velocidade Aerodinâmica ou Verdadeira (true air Speed – TAS): É relacionada com VE pela fórmula: Fórmula para o cálculo das velocidades do computador Não é necessário calcular – pode ser utilizado o computador de vôo.

10 Terminologia das Velocidades
Ao nível do mar, em condições ISA: A Velocidade Verdadeira é usada para o cálculo das forças aerodinâmicas e das velocidades em relação ao solo

11 Terminologia das Velocidades
Vs – Velocidade em Relação ao Solo (ground speed): É obtida somando a velocidade verdadeira com a componente do vento. A velocidade em relação ao solo é usada nos problemas de navegação e para calcular as distâncias de decolagem, aterragem e frenagem no solo.

12 Terminologia das Velocidades
Número de Mach – É a relação entre a velocidade aerodinâmica e a velocidade do som (a) no mesmo local. DEPENDE APENAS DA TEMPERATURA. M – Número Mach V – Velocidade Aerodinâmica a – Velocidade do som

13 Terminologia das Velocidades
Sumário das velocidades:

14 Limites de Vôo Os limites de vôo de qualquer avião podem ser definidos como os limites de velocidade – altitude – aceleração, dentro dos quais ele deve voar. Os fatores que determinam essas restrições são: limites aerodinâmicos de motores estruturais

15 Velocidade Mínima – Estol (Vs)
Velocidade mínima em vôo estável, quando o avião ainda é controlável. Quanto menor for essa velocidade – maiores serão as velocidades de decolagem e de aterragem e menores as pistas para a operação do avião.

16 Velocidade Mínima – Estol (Vs)
Quanto maior o coeficiente de sustentação (cl) – menor é a velocidade de estol. Para aumentar esse coeficiente e reduzir a velocidade são empregados dispositivos hipersustetadores: flaps e slats.

17 Velocidade Mínima – Estol (Vs)

18 Velocidade Mínima – Estol (Vs)
Determinação da Velocidade de Estol (power off) Pela regulamentação FAR25-103: Velocidade calibrada mínima em vôo estável, na qual o avião ainda é controlável, na configuração especificada, com tração nula ou com marcha lenta, e o CG na posição mais desfavorável (à frente).

19 Velocidade Mínima – Estol (Vs)
Abreveaturas utilizadas: Vso – Velocidade de estol na configuração de pouso-flapes e trem de pouso baixados. Vs1 – Velocidade de estol numa configuração desejada, que corresponde a diferentes casos particulares

20 Velocidade Mínima – Estol (Vs)
Se um avião pesa “W” podemos escrever: L – Força de sustentação n – Fator de carga Rho – Densidade do ar no nível de vôo Vs – Velocidade verdadeira de estol S – Área da asa CLmax – Coeficiente de sustentação máximo

21 Velocidade Mínima – Estol (Vs)
Da equação de sustentação pode-se tirar: Quando o vôo é reto horizontal, o fator de carga é igual a 1. Com isso a velocidade de estol fica:

22 Quanto maior o fator de carga – maior a velocidade de estol
Velocidade Mínima – Estol (Vs) Se o fator de carga for igual a “n”, pode-se escrever: Quanto maior o fator de carga – maior a velocidade de estol

23 Portanto, ao fazer uma curva de 75º31’ a velocidade de estol DOBRA
Velocidade Mínima – Estol (Vs) Exemplo: Em um vôo reto horizontal, um avião tem a velocidade de estol de 90kt. Determinar a nova velocidade de estol em uma curva padrão de 75º31’, quando o fator de carga atinge 4. Utilizando a equação (3) achamos: Portanto, ao fazer uma curva de 75º31’ a velocidade de estol DOBRA

24 Velocidades Máximas São determinadas a partir das curvas de arrasto e tração (tração = arrasto: em vôos horizontais). A tração cai com a altitude: Redução da densidade do ar mas o arrasto é praticamente constante.

25 Velocidades Máximas A velocidade equivalente é a velocidade máxima ao nível do mar. Com a altitude essa velocidade cai.

26 Velocidades Máximas Quanto maior a velocidade acima do Mach crítico – mais intensas são as ondas de choque e maior o deslocamento dos filetes . Buffering – Vibração provocada pelo deslocamento dos filetes (parecido com a vibração do pré-estol). Buffering muito intenso: Pode ser uma limitação aerodinâmica da velocidade máxima impedindo que o avião ultrapasse determinado número Mach, mesmo possuindo tração suficiente para isso.

27 Temperatura Durante todo o vôo, inclusive na decolagem e aterragem, a medição precisa da temperatura é muito importante (estamos tratando de um corpo submerso em um fluido). Ela é utilizada: Determinação dos pesos máximos de performance Cálculo da velocidade aerodinâmica (TAS) Regulagem da tração de decolagem de diversos segmentos No cálculo do consumo de combustível Etc

28 Temperatura Em condições estáticas é fácil medir a temperatura mas em condições de vôo a temperatura é aumentada pela compressão adiabática dos filetes de ar da camada limite que são retardados em relação ao avião. Essa compressão acarreta um aumento de temperatura – ram rise (acréscimo de impacto).

29 Temperatura Termos usados nos manuais de vôo:
SAT – static air temperature: temperatura do ar imóvel OAT – outside air temperature: temperatura do ar externo RAT – ram air temperature: temperatura do ar de impacto TAT – total air temperature: temperatura total do ar

30 Temperatura SAT – Representa a temperatura do ar ambiente, imóvel, ou seja, sem o ram rise. Podem também ser classificada como SAT e OAT. TAT – Temperatura do ar em movimento e se relaciona com a SAT pela fórmula

31 Temperatura Para medir a TAT é necessário determinar o ram rise.
- Para isso é necessário provocar uma parada do ar em contato com o instrumento para que a velocidade do ar seja transformada em pressão (princípio de Bernoulli) e então ocorrer um aumento de temperatura - Um dos aparelhos para medir a TAT é o rosemount probe.

32 Temperatura Rosemount Probe Para Aviação

33 A RAT pode ser medida por um lewis flush bulb
Temperatura Nem sempre é possível medir todo o ram rise. Neste caso a temperatura medida é chamada RAT. K – fator de recuperação do ram rise e varia de 0,75 a 0,90 A RAT pode ser medida por um lewis flush bulb

34 Temperatura Conclusão: A TAT será sempre maior que a RAT.
Obtenção da SAT de um avião em movimento: Utilização de aparelhos (muito caros de difícil utilização) Utilização de tabelas (confeccionadas a partir dos instrumentos acima para facilitar o trabalho do piloto).

35 A tabela funciona somente para M>0,3
Tabela do Boeng

36 SAT varia de 47ºC (M=0,6) a 27ºC (M=0,84)
Temperatura Exemplo: TAT = 70ºC SAT varia de 47ºC (M=0,6) a 27ºC (M=0,84)

37 Temperatura Como o ram rise é proporcional ao Mach, ele pode acarretar problemas de creep (estalos) nas estruturas dos aviões supersônicos e hipersônicos. Ex: O nariz do Concorde voando a Mach 2, altitude de ft, pode atingir 127ºC de temperatura, o que corresponde a um ram rise de 127-(-56,5) = 183,5ºC. Quando a temperatura ultrapassa esse limite o piloto deve reduzir a velocidade.

38 Temperatura

39 Temperatura Tabela para estimativa rápida da temperatura da superfície em relação a altitude e número Mach

40 Temperatura Atualmente são utilizados equipamentos mais sofisticados que fornecem dados aos pilotos. CADS (Central Air Data System) – Recebe informações do ar externo e permite maior precisão nas leituras de diversos instrumentos.

41 Altitudes Medição – Feita por instrumentos manométricos.
Na aproximação – Necessidade de maior precisão, por isso é utilizado o RÁDIO ALTÍMETRO. A medição barométrica é simplesmente a medição da pressão atmosférica. A relação entre a pressão atmosférica e a altitude é dada pela atmosfera padrão ICAO. A medição é tirada do tubo de Pitot estático mas as diferentes pressões provocam erros.

42 Altitudes Esse erro é provocado pelas diferentes posições do fluxo de ar que passa pelo medidor. hp – Altitude pressão hpi – Altitude pressão indicada (lida no altímetro) Delta hp – erro de posição Nos aviões modernos esse erro é compensado com um air data computer que tem interface com o instrumento.

43 Altitudes Calibração: Regulagem básica:
Escala principal – Calibrada em pés e a sub-escala indica a pressão atmosférica (hPa ou polegadas de mercúrio). Regulagem básica: Sub-escala – pressão de 1013,25 hPa ou 29,92 polegadas de mercúrio (ao nível do mar com atmosfera padrão). Com esse ajuste: A altitude obtida pelo altímetro será a ALTITUDE PRESSÃO que corresponde a altitude real com 29,92 pol de mercúrio e 15ºC. Essa altitude é sempre expressa por nível de vôo: pés = FL 400

44 Altitudes Altitude Densidade – Tem como referência não uma pressão mas a densidade do ar na atmosfera padrão. Como o avião não possui nenhum instrumento que meça a densidade do ar, a altitude deve ser calculada a partir da altitude pressão e da temperatura do ar atmosférico com o auxílio de um computador de vôo. É muito importante: Na determinação das pistas (aeroporto local) Razão e ângulo de subida Teto prático e absoluto Tração do motor Consumo de combustível etc

45 Altitudes Influência da Meteorologia sobre o Altímetro
Mudança de Pressão – Quando o avião voa de uma área de alta pressão para uma de baixa, o altímetro “pensará” que está subindo, indicando aumento de altitude. Quando ocorre o contrário: o altímetro “pensará” que está descendo. Mudança de Temperatura – É o mesmo: com uma temperatura inferior a ISA indicará altitude superior à real. Quando a temperatura é superior à ISA, uma altitude inferir à real. Situação Crítica: Quando ocorrerem baixas temperaturas e baixas pressões. EX: Sobreviventes dos Andes

46 Decolagem Forças que agem sobre o avião durante a decolagem:

47 Decolagem Além das 4 forças existentes em vôo existem:
Forças entre as rodas e a pista (Ff) Componente devido a inclinação da pista (W.senΦ)

48 Decolagem Força de Atrito
É a normal agindo sobre o avião (W-L) vezes o coeficiente de atrito (µ) que depende das duas superfícies. Para pista de concreto seco: µ = 0,015, ou seja, 1,5% da carga sobre os pneus

49 Ângulo da Pista com a Horizontal
Decolagem No início da decolagem a velocidade é nula, portanto “L” e “D” também são. Neste instante a força líquida que provoca a aceleração é: Ângulo da Pista com a Horizontal

50 Decolagem Se o avião decolar no sentido contrário ao da figura (descendo a ladeira), a força será: Como o máximo de inclinação permissível para a pista é 2%, o valor máximo de WsenΦ será 0,02W

51 Componente: inclinação da pista
Decolagem Logo que começa a decolagem, são criadas as forças de sustentação e arrasto. A força que produz aceleração passa a ser: Tração Arrasto Componente: inclinação da pista Força de Atrito

52 Decolagem À medida que aumenta a velocidade, também aumenta a sustentação e o arrasto, a tração atinge o máximo e depois cai ligeiramente, de modo que a força líquida e a aceleração variam.

53 Velocidades associadas à decolagem
VEF – Velocidade de falha do motor crítico (engine fail airspeed) – É a velocidade que se considera que o motor crítico falhou. Motor Crítico: É o que tem o maior impacto na performance e controle do avião.

54 Velocidades associadas à decolagem
VMCG – Velocidade mínima de controle no solo (minimum control speed on the ground) – É a menor velocidade calibrada na qual é possível retomar o controle do avião apenas com o uso de recursos aerodinâmicos (leme de direção), após o motor crítico ter falhado subitamente, enquanto os outros continuam com potência de decolagem.

55 Velocidades associadas à decolagem
A força no leme pode ser maior que 150 libras (680N ou 68kgf). Para haver equilíbrio (avião mantendo a proa) o momento produzido pela tração do motor oposto ao motor parado deve ser igual ao momento produzido pelo leme de direção/deriva: Fr x lr = T x le

56 Velocidades associadas à decolagem
Essa velocidade é função da tração do motor, que por sua vez depende da altitude pressão e da temperatura, e também da posição do centro de gravidade do avião.

57 Velocidades associadas à decolagem
Quanto maior o momento, maior a força necessária no leme de direção, portanto, a VMCG. Essa velocidade é maior nas baixas altitudes e baixas temperaturas – A TRAÇÃO É MÁXIMA. A posição do CG também influi na VMCG: Quanto mais à frente, maior o braço de alavanca e menores: A força no leme de direção VMCG

58 Velocidades associadas à decolagem
Na determinação da VMCG, emprega-se o CG na posição mais desfavorável (limite traseiro).

59 Aviões com posições de CG diferentes
Velocidades associadas à decolagem Também por segurança, é considerado o STEERING (direção) da roda do nariz. Quanto maior a distância do motor ao plano do simetria do avião, maior a VMCG. É por esse motivo que, apesar de empregarem o mesmo motor (JT8D17), em condições ISA-nível do mar: ADV: VMCG = 105 kt : VMCG = 60 kt Aviões com posições de CG diferentes

60 Velocidades associadas à decolagem
VMCA – Velocidade mínima de controle no ar (air minimum control speed) – É a menor velocidade na qual o controle direcional pode ser recuperado e mantido em vôo, após a parada do motor crítico. Nesse caso, é possível empregar uma inclinação lateral de até 5º.