AERODINÂMICA E TEORIA DE VOO -> Capítulo VIII - Grupos Moto-Propulsores

CAPÍTULO 8 

GRUPOS 
MOTO-PROPULSORES

O Grupo moto-propulsor de um avião é o conjunto dos componentes que fornece a tração necessária ao voo.

Os tipos mais usados de grupos moto-propulsores são:

• Turbojato;
• Turbo-fan;
• Turboélice;
• Moto a Pistão e Hélice;

As seguintes definições de potência são necessárias no estudo dos grupos moto-propulsores:

1. Potência efetiva - é a potência medida no eixo da hélice.
2. Potência nominal - é a potência efetiva máxima para a qual  mtor foi projetado.
3. Potência útil - é a potência de tração desenvolvida pela hélice sobre o avião. Isso significa que a hélice converte a potência efetiva em potência de tração. A potência útil é as vezes chamada potência disponível, embora este termo indique, a rigor, a potência útil máxima.

NOTA:

Neste curso estudaremos principalmente os aspectos aerodinâmicos do funcionamento das hélices. os aspectos construtivos são estudados no curso de Conhecimento Técnicos.

Nos Aviões de pequeno porte, o grupo moto-propulsor é geralmente constituído por um motor a pistão e uma hélice. 

As hélices podem ser feitas de diversos materiais. Para os motores de baixa potência podem ser de madeira.

Entretanto, a maioria dos aviões modernos usam hélices de metal, principalmente ligas de alumínio ou aço.

A hélice é um aerofólio rotativo que produz uma força de tração sobre o avião.

A figura abaixo mostra uma hélice (cortada, para maior clareza), girando em um avião parado.

A seção cortada está movimentando-se para baixo.

A torção das pás faz com que o perfil forma um ângulo (alfa) com a direção do vento relativo.

Podemos notar que o aerofólio da hélice funciona exatamente como a asa de um avião, criando uma força de sustentação (ou melhor, tração) dirigida para a frente do avião.

PASSO (Rotação)

Como a hélice possui pás torcidas, ela deveria funcionar como se fosse um parafuso, avançando uma determinada distância a cada rotação completa,

Essa distância chama-se passo teórico. Entretanto, como o ar é fluido, a distância que a hélice realmente avança é menor, e recebe o nome de passo efetivo ou avanço.

A distância que a hélice deixou de percorrer é o recuo, que é igual à diferença entre o passo teórico e o passo efetivo da hélice.

Sabemos que as pás da hélice são torcidas, porém, qual será o melhor ângulo de torção? Ele depende da velocidade do avião e da rotação do motor.

Como a hélice gira e ao mesmo tempo avança para frente, o vento relativo que incide sobre a pá é inclinado, conforme mostra a figura abaixo.

A pá deve ter uma inclinação um pouco maior, de modo a formar um ângulo de ataque "alfa" com o vento relativo.

Esse ângulo é determinado pelo fabricante, de modo a obter o máximo de rendimento da hélice.

Se a velocidade do avião aumentar, o vento relativo que atinge a pá ficará mais inclinado, conforme mostra a figura abaixo.

Para que seja mantido no mesmo ângulo de ataque "alfa" ideal para a hélice, é preciso que suas pás sejam mais torcidas.

Do que acabamos de ver, podemos concluir imediatamente que não existe um passo ou torção da pá que sirva bem para todas as condições de voo.

Uma hélice com pequena torção seria boa para decolagens e subidas, mas ineficiente para vôos de cruzeiro em alta velocidade. Uma hélice muito torcida funcionaria bem em voo de cruzeiro, mas teria muita dificuldade para fazer o avião decolar e subir.

HÉLICE DE PASSO FIXO

É aquela que foi fabricada com um determinado passo, o qual não pode ser modificado.

Essa hélice só funciona bem numa determinada RPM(*) e velocidade de voo para quais foi construída.

HÉLICE DE PASSO AJUSTÁVEL

É aquela cujo passo pode ser modificado no solo, com uso de ferramentas apropriadas.

Essas hélices só funciona bem na RPM e velocidade de voo para as quais foi ajustada.

HÉLICE DE PASSO CONTROLÁVEL (VARIÁVEL)

É aquela cujo passo pode ser modificado durante o voo. Essa funciona bem em qualquer condição de voo. 

O passo pode ser modificado durante o voo através de :

• Comando Manual - o piloto é o responsável pelo controle correto do passo.

• Contrapesos - o passo é automaticamente ajustado por contrapesos que funcionam por ação centrífuga.

• Governador - o passo controlado automaticamente por um sistema elétrico ou hidráulico denominado governador.

As hélices de passo controlado por contrapesos ou governador são chamadas hélices de RPM constante ou hélices de velocidade constante(**).

(*) - RPM significa "Rotação por Minuto" e indica a velocidade de rotação do motor.

(**) - Isso significa que a velocidade de rotação do motor permanece fixa durante todo o voo e somente o passo ajustado é ajustado de acordo com a necessidade.

AERODINÂMICA E TEORIA DE VOO -> Capítulo VII - Dispositivos Hipersustentadores

CAPÍTULO 7 

DISPOSITIVOS HIPERSUSTENTADORES

Já vimos que todo perfil tem um coeficiente de sustentação máximo, o qual não pode ser ultrapassado, devido ao aparecimento de um turbilhonamento no extradorso da asa quando esta atinge o ângulo de ataque crítico.

Entretanto, usando os chamados dispositivos hipersustentadores, é possível aumentar consideravelmente o coeficiente de sustentação.

A figura abaixo mostra os tipos de dispositivos hipersustentadores mais utilizados em aviões: o flape e o slot.

FLAPE 

É um dispositivo hipersustentador que serve para aumentar a curvatura ou arqueamento do perfil, aumentando dessa forma o seu coeficiente de sustentação. 

O ângulo crítico do aerofólio diminui um pouco, pois o flape produz uma perturbação no escoamento de influencia o fluxo do no extradorso da asa.

Alguns dos tipos mais comuns estão mostrados abaixo:

NOTA: O Flape do tipo FOWLER é o mais utilizado atualmente em aviões de grande porte.

Os flapes funcionam também como freio aerodinâmico, por que aumentam o arrasto do aerofólio.

O flape tipo "Fowler" é o que proporciona o maior aumento no coeficiente de sustentação, mas não é muito utilizado em aviões leves, devido ao maior custo e complexidade mecânica.

SLOT

O slot (também denominado fenda ou ranhura) é um dispositivo hipersustentador que aumenta o ângulo de ataque crítico do aerofólio.

Consiste numa fenda que suaviza o escoamento no extradorso da asa, evitando o turbilhonamento. Isso faz com que a asa possa atingir ângulos de ataque mais elevados, isto é, produzir mais sustentação.

ATENÇÃO: Ambos os aerofólios acima ilustrados estão deslocando-se horizontalmente, embora possa parecer subindo.

Existe um tipo especial de slot que fica recolhido durante  voo normal, só entrando em funcionamento quando é necessário.

Esses slots móveis são denominados slats. Em alguns aviões leves, o slat fica normalmente estendido (na posição funcionamento) por ação de molas.

Em voo nivelado, o impacto do ar obriga o slat a recolher-se junto ao bordo de ataque da asa.

Quando o ângulo de ataque aumenta, a mola consegue empurrar o slat para fora, fazendo-o entrar em ação. conforme mostra a figura abaixo.

NOTA: 

Tanto os slots como os slats têm uma desvantagem sobre os flapes; embora permita aumentar o coeficiente de sustentação, obrigam  avião a erguer demasiadamente o nariz (principalmente durante o pouso), prejudicando a visibilidade do piloto.

Os slots têm ainda uma outra utilidade, que será descrita a seguir.

As asas de muitos aviões entram em estol iniciando pelas pontas.

Isso torna o voo mais inseguro, pois o avião perde o controle dos ailerons aos primeiros sintomas do estol.

Para evitar esse inconveniente, alguns aviões têm o ângulo de incidência reduzido nas pontas (a asa é portanto torcida).

Todavia, essa torção, que pode aumentar o arrasto da asa, pode ser evitada através de slots nas pontas das asas.

AERODINÂMICA E TEORIA DE VOO -> Capítulo VI - Forças Aerodinâmicas (Parte 2/3)

CAPÍTULO 6 

FORÇAS AERODINÂMICAS

Parte 2/3

SUSTENTAÇÃO

A seguir faremos um estudo especial da força de sustentação.

Dependendo do ângulo de ataque (ALFA), a sustentação (L) assumirá diversos valores conforme o tipo de perfil.

Isso deve ser estudado cuidadosamente nos itens abaixo.

Quando o ângulo de ataque é positivo, a sustentação será também positiva, qualquer que seja o tipo de perfil. 

A sustentação é positiva quando ela é dirigida do intradorso para o extradorso.

O ângulo de ataque é nulo quando o vento relativo sopra na mesma direção da corda do aerofólio.

A sustentação poderá ser nula ou positiva, dependendo do tipo de perfil, conforme mostra a figura ao abaixo.

Existe um ângulo de ataque no qual a asa não produz sustentação. Esse ângulo chama-se Ângulo de Ataque de Sustentação Nula. 

O ângulo de sustentação nula é sempre igual a zero nos perfis simétricos e negativos nos perfis assimétricos.

Quando o ângulo de ataque é menor que o ângulo de sustentação nula, a sustentação do aerofólio torna-se negativa. 

A sustentação negativa é usada em acrobacia aérea, principalmente para voo invertido.

Quando o ângulo de ataque é aumentado, a sustentação também aumenta, até atingir um certo valor máximo, o qual é atingido no instante em que o turbilhonamento está prestes a se iniciar no extradorso.

Isso ocorre quando o perfil atinge o ângulo crítico (também denominado ângulo de estol ou ângulo de sustentação máxima ou ângulo de perda).

Ultrapassado esse ângulo crítico, os filetes de ar não conseguem mais acompanhar a curvatura do extradorso, e começa a se formar um turbilhonamento, diminuindo bruscamente a sustentação e aumentando rapidamente o arrasto.

Embora a Matemática não seja essencial para compreender os princípios básicos do voo, é interessante memorizar a seguinte fórmula (Fórmula de Sustentação):

O coeficiente de sustentação é um número determinado experimentalmente, que depende do ângulo de ataque e do formato do aerofólio. Ele é tanto maior quanto maiores forem:

• O ângulo de ataque;
• A espessura do aerofólio;
• A curvatura do aerofólio;

A fórmula acima leva-nos às seguintes conclusões:

• A sustentação depende de:
• Coeficiente de sustentação;
• Densidade do ar;
• Área da asa;
• Velocidade;

• A sustentação é proporcional a:
• Coeficiente de sustentação;
• Densidade do ar;
• Área da asa;
• Velocidade;