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1 INTRODUO

O estudo da aerodinmica vem ajudando o homem em diversos fatores, como exemplos o avio a jato super potente e um menor consumo de combustvel em nossos carros. Vale lembrar que a aerodinmica est presente desde em um chute em uma bola at em uma espao nave. Nesta monografia estaro presentes as foras que exercem na aerodinmica mais focada aos avies e carros, pois eles so as bases mais complexas do estudo, podendo ser aplicadas a objetos mais simples como uma bola de futebol, barcos e etc., contm tambm explicaes para a quebra da barreira do som e um pouco da aerodinmica na histria.

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2 AERODINMICA

Aerodinmica o estudo das foras que atuam sobre algum objeto em movimento no ar que o envolve. As foras aerodinmicas agem sobre diversas coisas, entre elas, as aeronaves, os barcos, os automveis, ou qualquer outro objeto que se desloque no ar. Cientistas e engenheiros buscam estudar as foras aerodinmicas porque estas afetam o movimento dos objetos. Os engenheiros utilizam os princpios da aerodinmica ao projetarem avies e outros objetos afetados pelas foras aerodinmicas. O estudo da aerodinmica foi comeo para a construo dos primeiros avies. Nos dias de hoje, a indstria aeronutica usa os princpios aerodinmicos ao projetar qualquer tipo de avio. Mas estes princpios tambm se aplicam fora do ar que passa por edifcios ou pontes. Em conseqncia, os arquitetos tm que basear-se na aerodinmica para certificar-se que um arranha-cu poder suportar a fora do vento. Da mesma forma, a aerodinmica ajuda os desenhistas a melhorarem o desempenho dos automveis. Por extenso, os engenheiros utilizam os princpios da aerodinmica ao lidarem com as foras que atuam sobre objetos postos em fluidos que no sejam o ar. o caso, por exemplo, dos engenheiros que fazem o projeto de um submarino, e o dos que projetam bombas, carburadores de automveis e turbinas a gs e a gua. A aerodinmica parte de um ramo da engenharia e da fsica que estuda a dinmica dos fluidos. Algumas espcies de vos, no envolvem a aerodinmica. Uma espaonave que se desloca acima da atmosfera, no envolve a aerodinmica, porque ali no existe ar que produza foras aerodinmicas. Somente o vo na atmosfera terrestre ou de outros planetas implica a aerodinmica.

2.1 Foras referentes Aerodinmica

Estas foras so as que influenciam diretamente, podendo fazer um avio levantar vo ou fazer com que um carro gaste menos gasolina, aumentando o seu desempenho, tanto potencial como econmico. As foras que atuam sobre o objeto que desloca pelo ar so: trao, peso, sustentao com trs tipos de fora atuando diferentemente (curvatura, deflexo e ngulo de ataque), empuxo, ngulo de incidncia, e os diversos tipos de arrasto. (Roberto da Mota Girardi 2007)

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Figura 01 Esquema das quatro foras da aerodinmica, atuando na asa de um avio

Trao: a fora gerada pelo motor do carro, avio, barco, ou qualquer outro objeto se desloque pelo ar, que o empurra para frente. Peso: a resultante entre a massa do carro e a gravidade. Sustentao: uma fora aerodinmica produzida pelo movimento de um aeroflio (asa) atravs do ar. A sustentao d a um aeroplano a capacidade de subir no ar e a se manter durante o vo. Um aeroflio que se move no ar produz a sustentao porque exerce em sua superfcie inferior uma presso maior do que na superfcie superior. Um aeroflio cria essa diferena de presso por causa de sua forma especial, chamada curvatura, e da deflexo (desvio) do ar. A quantidade de sustentao produzida por uma asa depende em parte de seu ngulo de ataque e de seus dispositivos de alta sustentao. Curvatura. A maioria dos aeroflios tem uma superfcie superior curvada, e uma superfcie inferior plana ou menos curva. Diramos que sua forma arqueada ou abaulada. O ar que passa sobre a parte superior de uma asa arqueada tem de percorrer um caminho maior que o ar que flui por baixo dela. Pelo fato de o ar que passa por cima deslocar-se, no mesmo perodo de tempo, que o ar debaixo, o ar de cima flui mais depressa. Segundo um princpio descoberto pelo matemtico suo Daniel Bernoulli, a presso de um fluido diminui na razo do aumento de sua velocidade. Assim sendo, a presso do ar acima de uma asa arqueada

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menor que a presso abaixo dela. O resultado a fora de sustentao que impele a asa para cima. Deflexo. Um aeroflio tambm pode produzir sustentao pela deflexo do ar. Ele deflete o ar quando o encontra em ngulo. Portanto, de acordo com a terceira lei de Newton, que diz que toda reao corresponde a uma reao igual e contrria, se um aeroflio deflete o ar para baixo, a reao a esse movimento fora a asa para cima e produz sustentao. Alguns avies usam tanto a curvatura como a deflexo para produzir sustentao. ngulo de Ataque. o ngulo que uma asa forma com o ar que passa ao longo dela. Um piloto pode mudar esse ngulo, ao alterar a atitude do avio (posio do avio no espao). At certo ponto, o aumento de ngulo de ataque acresce a fora de sustentao produzida pela asa. Um aumento da sustentao significa que o aeroplano pode subir mais rapidamente ou voar com menor velocidade. O angulo de ataque um dos principais fatores que determinam a quantidade de sustentao (lift) e de atrito (drag) produzido pelo flap, que seria uma espcie de p localizada na asa. Empuxo Para superar o arrasto, a maioria de avies tem algum tipo de propulso para gerar uma fora chamada empuxo. A intensidade da fora de empuxo depende de muitos fatores associados com o sistema de propulso: O tipo de motor; O nmero de motores; O ajuste da acelerao; A velocidade;

Figura 02 Exemplo de localizao dos motores de um avio a jato.

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O sentido da fora de empuxo depende de como os motores esto colocados no avio. Na figura, dois motores a jato esto posicionados sob as asas, paralelos fuselagem, com a fora atuando ao longo da linha central da aeronave. Em alguns avies (tal como o Harrier) o sentido do impulso pode ser orientado para ajudar o avio a descolar numa distncia muito curta. Para os motores de jato, pode parecer confuso considerar que a presso do avio uma reao ao gs quente que se escapa da turbina. O gs quente expelido pela parte traseira, originando uma fora de reao em sentido contrrio: o empuxo. Esta ao-reao explicada pela terceira lei do movimento formulada por Newton. Os motores mais conhecidos so os motores de exploso(Ciclo Otto) e os motores a jato (Ciclo Brayton). Mas tambm se utilizam motores eltricos e motores de foguete. Os motores eltricos e de exploso atuam usualmente por intermdio de hlices. Os motores a jato e de foguete atuam pela fora da reao. Um planador um tipo especial de avio que no tem nenhum motor. Alguma fonte externa da potncia tem que ser aplicada para iniciar o movimento. Os avies de papel so um exemplo bvio, mas h muitos outros tipos de planadores. Alguns planadores so pilotados e rebocados para o alto por outro avio, e a seguir so deixados livres para deslizar em distncias longas antes de aterrar. Uma vez no alto, a energia cintica responsvel pelo impulso, mas ela para se manter gasta energia potencial. No entanto os planadores recorrem tambm a outra fonte de energia disponibilizada pela natureza: as correntes de ar ascendente que fazem o planador ou avio ganhar energia potencial sem perda de energia cintica e assim se manterem mais tempo no ar sem uso de motores.

Angulo de incidncia

O angulo de ataque no deve ser confundido com o de incidncia, que um angulo de passo. O angulo de incidncia o angulo entre a linha de corda e o eixo longitudinal. Corda a linha reta que liga o bordo de ataque ao bordo de fuga na asa do avio. (JORGE M. HOMA 2005)

Figura 03 Bordo de fuga e bordo de ataque localizados na asa do avio.

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O eixo longitudinal uma linha de referncia, imaginria, do avio. estabelecida durante o projeto, e quase sempre coincide com a direo do vo horizontal. (JORGE M. HOMA 2005)

Figura 04 Visualizao da linha de corda e o eixo longitudinal.

O angulo de incidncia um angulo mecnico enquanto o angulo de ataque um angulo aerodinmico. Na ausncia de ar induzido, e/ou velocidade horizontal, o angulo de ataque e o angulo de incidncia so o mesmo. Sempre que o vento aparente modificado pelo fluxo de ar induzido ou pela deslocao do helicptero o angulo de ataque diferente do angulo de incidncia.

Arrasto

uma fora aerodinmica que ope resistncia ao movimento de um objeto para diante. A forma do objeto aumenta a fora de arrasto. Aos objetos fabricados com formas destinadas a produzir o mnimo possvel de arrasto damos o nome de aerodinmicos. Os projetistas da indstria aeronutica desenham os avies de modo a reduzir ao mnimo o arrasto. Os avies construdos segundo esses princpios precisam de motores menos potentes para voar, e a reduo do arrasto tambm melhora o desempenho do avio. Outros meios de transporte tambm esto sujeitos ao arrasto. Dois tipos de arrasto arrasto de atrito e arrasto de forma agem sobre todos os objetos em movimento. Um terceiro tipo, arrasto induzido, s afeta os avies. Existe ainda outra espcie de arrasto, que resulta quando um avio voa em velocidade superior do som. Arrasto de Atrito o que ocorre junto superfcie de um objeto. produzido numa fina camada de ar, chamada camada limite. O atrito resulta do deslizamento de uma camada

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de fluido sobre outra camada. As molculas de ar da camada limite movem-se em: Vias regulares paralelas superfcie; ou vias irregulares. Arrasto de Forma o que se observa quando o ar passa ao longo do objeto e em certo ponto, se afasta dele. Este tipo de arrasto produz turbilhes de ar que subtraem energia ao objeto e retardam seu movimento. O arrasto de forma pode ocorrer com objetos que no sejam aerodinmicos. Os engenheiros reduzem o arrasto de forma tornando o objeto aerodinmico. Eles tambm colocam geradores de vrtices nas asas dos avies. Estes dispositivos so pequenos aeroflios fixados em longas fileiras no ponto de uma asa principal. Os geradores produzem pequenos redemoinhos, para evitar que o ar se afaste da asa. Arrasto Induzido. A diferena de presso acima e abaixo de um aeroflio cria no ar uma tendncia a fluir em direes opostas ao longo das asas, segundo o comprimento dessas. O ar da face inferior das asas tende a fluir para fora, o ar do topo das asas tende a fluir para dentro. Os fsicos chamam a esse movimento de corrente de envergadura. Linhas Aerodinmicas. D-se esse nome s linhas com que se desenha um corpo ou sua conformao para que encontre um mnimo de resistncia ao se deslocar atravs de um fluido (lquido ou gs). A melhor forma aerodinmica para um corpo depende de sua velocidade atravs do fluido. Se for menor que a do som, convm que seja mais arredondado na frente e que se v afilando para trs. a forma com que observamos nos submarinos e nos avies supersnicos.

2.2 Teorema de Bernoulli

O Teorema de Bernoulli a principio da aerodinmica utilizada em carros, avies, barcos e entre outros objetos que necessite dela. A frase que caracteriza perfeitamente este efeito : Quanto maior for o fluxo de ar que passa por uma determinada superfcie, menor ser a presso a que essa estar submetida. (Cientista Bernoulli)

O Principio de Bernoulli tambm conhecido por Teorema de Bernoulli traduz o principio da conservao da energia. O teorema de Bernoulli aplicado a lquidos perfeitos (compressibilidade e viscosidade nulas) aplicado ao escoamento varivel dado pela seguinte expresso:

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Aplicado ao escoamento permanente as foras de inrcia (variao da quantidade de movimento) so nulas, logo,

Onde, Z a energia potencial de posio por unidade de peso de liquido (m); a energia potencial de presso por unidade de peso de liquido (m);

energia cintica por unidade de peso de liquido (m);

Corresponde variao da quantidade de movimento por unidade de peso de liquido (m); Para escoamentos permanentes e lquidos perfeitos a energia mecnica total do sistema constante ao longo da trajetria, H1 = H2 = Constante Para lquidos reais, isto , com a viscosidade diferente de zero, existe perda de energia no sistema. H1, no ponto inicial (1); e H2, no ponto final (2) e H a energia que se perde entre os dois. H1 = H2 + H

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Onde, Zx a altura do ponto x em relao ao PHR (Plano Horizontal de Referncia) (m); px a presso do fluido no ponto x (N / m2); o peso especfico do fluido (N / m3); vx a velocidade do fluido no ponto x (m / s); g a acelerao da gravidade (m / s2); H a perda de carga entre os pontos 1 e 2 (m).

Observao: as unidades entre parnteses so referidas ao sistema internacional (SI).

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3 AERODINMICA POR TRS DO VO

H alguns anos, ocorreu um desastre na Universidade de Campinas, um tornado com ventos de 180 km/h destruiu o telhado do ginsio de esportes da Unicamp, segundo engenheiros da universidade, o telhado pesava em torno de 250 toneladas. Neste dia ocorreu o seguinte: a velocidade em que os ventos batiam nos telhados era grande, e isso fez com que a presso de fora fosse menor do que a presso de dentro do ginsio, pois os ventos ao carregarem s massas de ar diminuram conseqentemente presso do telhado, deixando a presso de dentro maior do que a de fora, destruindo assim os telhados do ginsio.

Para podermos explicar como um avio voa, era necessrio entender o que Bernoulli dizia, pois o mesmo aplicado a um avio. De certa forma a aplicao usada no exemplo acima igual a que usaremos ao vo de uma aeronave. Antes de relacionar o levantamento de vo com Bernoulli, importante ressaltar como o formato da asa do avio e o porqu dela ser assim.

Figura 05 A trajetria do ar sob e sobre a asa do avio.

importante dizer que quanto maior a velocidade do ar sobre algo, menor a presso exercida sob ela. O ar que passa na parte mais encurvada tanto que passa na mais reta chega ao mesmo tempo no ponto final da asa. Visualizando, podemos notar que a parte de cima da asa, a mais encurvada, tem uma trajetria mais longa do que a parte de baixo, menos encurvada. Com essas observaes podemos afirmar que a velocidade que o ar percorre na parte de cima da

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asa maior do que na parte de baixo, fazendo com que a presso de baixo da asa seja maior do que a de cima. Analisando com o teorema de Bernoulli, podemos dizer que a presso de baixo empurrar a asa, conseqentemente o avio, para cima. Para um avio voar ele precisa no apenas ter asa e o motor, ele precisa fundamentalmente ser bem projetado para que as foras atuem corretamente sobre ele, fazendo com que ele consiga levantar vo. Em seguida, ser explicado qual a principal razo para que um avio consiga voar.

2.1.1 Desvio de fluxos de Ar

Como j foi explicado, o efeito traduzido por Bernoulli atua sobre a asa do avio da seguinte forma: Primeiro preciso ter trao. a fora que "puxa" o avio na direo da decolagem. O movimento da aeronave no ar cria a fora de sustentao nas asas, que vai se opor a gravidade representada pela fora peso, e que quando for maior que este, o avio sobe. O arrasto a fora que se ope trao e causada pela resistncia do ar. As foras peso, trao e arrasto so fceis de entender. Porm a sustentao aquela que causa mais controvrsia. Devido ao fato de que os mecanismos que envolvem sustentao so muito complexos, existem diversas teorias, derivadas de clculos e principalmente experimentos, destinadas a determinar esta fora, mesmo sem conseguir explicar completamente o fenmeno, conseguem determinar as foras envolvidas com muita exatido. Em suma, um avio voa, pois a interao asa-ar cria uma fora que empurra a aeronave para cima. Este fenmeno j foi explicado de vrias formas. Inclusive aquela que comumente ilustrada em livros didticos, onde mostra que o ar passa com mais velocidade na parte de cima e mais devagar na parte de baixo e a diferena de presses "chupa" o avio para cima. Esta no toda a verdade. O fato que existem outros fenmenos envolvidos. Uma das teorias mais aceitas hoje em dia deriva da teoria da circulao, onde durante as interaes da asa e o ar, devido aos efeitos provocados pelas diferenas de presso, aparecem vrtices, onde sua definio seria basicamente um escoamento giratrio onde as linhas de corrente apresentam um padro circular ou espiral. So movimentos espirais ao redor de um centro de rotao.Os vrtices induzem ao ar velocidades descendentes, e pelas leis de conservao de energia, o avio empurrado para cima (velocidade ascendente).

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Cada vetor representa a direo do ar se movimentando naquele local, e quanto maior for a seta, maior velocidade com que ele se movimenta. Os pontos representam, obviamente, ar parado. Para entender o conceito de vetores que iremos ver daqui para frente, tente visualizar o exemplo: Ao percorrer uma placa de madeira, por exemplo, pelo ar, as molculas vo se chocando na face frontal. O efeito destes choques se propaga nessa velocidade em todas as direes alterando as velocidades das partculas j antes que sejam atingidas pela placa. Estas molculas se acumulam na face dianteira aumentando a o nmero de molculas e de choques, e em conseqncia a presso, de modo especial no centro, onde ocorre o maior acmulo.

Figura 06 Velocidades do ar escoando em torno de uma placa fixa e perpendicular ao vento incidente da esquerda em mostrar os turbilhes (ou vrtices).

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Figura 07 Velocidades induzidas no ar por uma placa se deslocando a uma velocidade constante (direita para a esquerda), e perpendicular ao seu deslocamento.

Se pegarmos um aqurio e colocar algum p boiando na superfcie. Passe uma placa ou a mo perpendicularmente pela superfcie da gua e voc ver o padro da figura acima se repetir. Do centro da placa, as partculas se deslocam lateralmente escapando pelas bordas, e aquelas que adquiriro a velocidade da placa, so como que "arrastadas" por ela, e passam a acompanhar a face traseira, mantendo assim sobre esta, inalterados tanto o nmero de molculas como a presso. Na fronteira da regio contendo as partculas "arrastadas" e o fluxo externo formam-se redemoinhos (ou vrtices). Esta fora que sentimos se opondo ao movimento, e chamada de arrasto de presso, e decorre portanto, apenas do aumento de presso em sua face dianteira.A este arrasto tambm se soma o arrasto de frico devido a viscosidade natural do ar, que literalmente cola superfcie. Se a mesma coisa fizer com uma placa inclinada como uma asa, veremos que as direes do deslocamento do ar (velocidade relativa das molculas) formam desenhos circulares em torno da asa. Esta a chamada "circulao". Veja que as velocidades induzidas na parte frontal da asa (bordo de ataque) apontam para cima. Isto provoca um desvio do fluxo de ar conhecido como "upwash" (subida) e correspondentemente no bordo de fuga forma-se o "Downwash" (descida).

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Figura 08 Velocidade do ar, escoando em torno de uma placa fixa, e inclinada em relao ao vento incidente da esquerda, e sem se considerar o efeito da frico, que atua numa camada muito fina.

Figura 09 Velocidades induzidas no ar por uma placa se deslocando a uma velocidade constante, e inclinada em relao ao seu movimente (direita para esquerda) e tambm desprezando a frico.

3.2 O Padro Final de Escoamento

O padro final do escoamento resulta da unio de dois fenmenos que coexistem nas superfcies aerodinmicas que geram sustentao. Em [a] pode-se ver o comportamento conhecido como circulao (figura anterior). Em [b] est como seria o escoamento do ar desconsiderando a circulao. Mas note que no bordo de fuga o fluxo muda rapidamente de

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direo, teoricamente teria que atingir velocidade infinita neste ponto, algo impossvel, e por uma caracterstica dos fluidos, denominada efeito Coanda, estes tendem a acompanhar curvaturas suaves, e no pontiagudas como o bordo de fuga, logo uma incoerncia, no devendo ser assim que ocorre. E realmente no . O fluxo se desprende da superfcie aerodinmica prximo ao vrtice do bordo de fuga, onde o deixa suave e tangencialmente. Devido ao efeito da circulao, o escoamento assume a forma vista em [C]. O ar que chega na asa pelo bordo de ataque, incidindo ligeiramente para cima o "upwash" e analogamente no bordo de fuga, o "downwash" que acelerado para baixo e ser importante para a sustentao.

Figura 10 Somente circulao, escoamento sem circulao, circulao + escoamento, respectivamente.

3.3 Vrtice na Ponta da Asa

As figuras que foram mostradas, at ento, demonstravam somente o perfil da asa, tal como se a asa fosse infinitamente comprida, sem extremidades, ou seja, no sabemos o que ocorre como um todo numa asa que tem uma envergadura definida, uma ponta. Como a presso no extradorso da asa menor que no intradorso, o ar tende a fluir da parte de baixo da asa para a parte de cima. Este efeito ocorre com mais intensidade na ponta da asa, formando um turbilhonamento, chamado de vrtice de ponta de asa.

Figura 11 Ilustrao de turbilhonamento na ponta da asa.

Este turbilhonamento na ponta da asa (na verdade ocorre na asa inteira) to mais forte quanto maior for a sustentao, logo, aeronaves pesadas geram vrtices violentssimos, tanto que por isso o motivo da separao mnima de 2 minutos entre as aeronaves de carreira. Um vrtice destes pode fazer o piloto do avio que vem atrs perder o controle. Este

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rotacional responsvel tambm pelo arrasto induzido, que nada mais que a energia retirada do movimento do avio sendo usada para fazer girar esta grande massa de ar. (ver anexo 01 )

Figura 12 Ilustrao de uma vrtice na ponta de uma asa.

Este efeito do vrtice de ponta de asa, e consequentemente o arrasto induzido, podem ser minimizados com a adoo de asas com extremidades afiladas, com "winglets", ou com a adoo de asas longas e estreitas, como a dos planadores. O formato em planta da asa tambm pode contribuir para a reduo do arrasto induzido. As asas elpticas, como a do Spitfire so as ideais em reduo deste efeito, porm so de difcil construo, portanto os fabricantes tentam fazer uma aproximao com as asas de formato trapezoidal, como as do EMB-312 T27 Tucano do Esquadro de Demonstrao Area (Esquadrilha da Fumaa).

Figura 13 Asas no formato trapezoidal do Tucano

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Imaginando que a aeronave vem em nossa direo, o movimento do ar perturbado pela asa logo aps a passagem da aeronave.

Figura 14 Velocidades induzidas no ar por uma asa, num plano vertical localizado a uma distncia de 0,25 da envergadura atrs da mesma.

Figura 15 Componentes verticais das velocidades induzidas no ar por uma asa, no mesmo plano da figura anterior.

Os "componentes verticais das velocidades" apontam para baixo em toda a regio que a aeronave j deixou para trs. o downwash. Fazendo uma rpida anlise: Se minha aeronave conseguiu induzir uma velocidade para baixo em uma grande massa de ar, pelas leis de conservao da quantidade de movimento, esta aeronave tambm deve estar sendo empurrada para cima por alguma fora exercida por todo aquele ar. Esta fora a sustentao! Tal como em um furaco, o centro do vrtice possui muito baixa presso e pode ocorrer a condensao do vapor d'gua. Lembre-se que aquele fio que pode ser observado, como no anexo abaixo, indica s o "miolinho" do vrtice. ( ver anexo 02)

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3.4 Fatores que Determinam a Sustentao da Asa

A sustentao de uma asa depende tambm de outros fatores, como a velocidade e o ngulo de ataque da asa, que o angulo formado entre a inclinao do avio e o vento relativo:

Figura 16 Fatores, das quais a sustentao depende.

3.4.1 ngulo de Ataque e Vento Relativo na Sustentao

Chama-se vento relativo, pois a aeronave que est em movimento. Mas para efeito de clculos considera-se o avio parado e o ar em movimento em relao a ele. O angulo de ataque pode ser reparado facilmente quando a aeronave est pousando. Podemos ver que a direo que ela segue no a mesma que ela aponta com o nariz, ou seja, a aeronave vem para o pouso ligeiramente "cabrada". O aumento do ngulo de ataque aumenta a sustentao somente at um determinado ponto. Aps este ngulo timo, acontece literalmente o descolamento do fluxo de ar e a aeronave perde a sustentao. o chamado estol, que se ocorrer em baixas altitudes pode levar a aeronave ao cho.

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Figura 17 Simulao de Estol, em uma asa.

A fora de sustentao de uma asa pode ser calculada por uma frmula simples:

Onde: FL= Fora de sustentao em Newtons (divida por 10 para saber em Kg) r = Densidade do ar (1.22 Kg/m ao nvel do mar) V = Velocidade do ar em metros por segundo S = rea da asa projetada em metros quadrados CL = Coeficiente de sustentao do aeroflio O CL pode ser obtido em funo do ngulo de ataque em grficos como o abaixo, onde se pode inclusive observar o estol aps o ngulo de ataque de 12 Note que se a asa estiver em angulo de ataque de -4, a sustentao ser nula, pois o CL ser 0.

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Figura 18 Grfico demonstrativo de um estol

Por exemplo, vamos supor que a aeronave A-10 Thunderbolt utilize este perfil acima em suas asas. Esta aeronave conhecida pela grande quantidade de armamento que ele pode carregar. A rea alar desta aeronave de 42m. Vamos calcular a fora de sustentao para o A10 voando a 320Km/h prximo ao nvel do mar, com ngulo de ataque 0. Ao nvel do mar a densidade do ar 1.22 Kg/m. Como estamos prximo ao nvel do mar, vamos usar este valor mesmo. A velocidade deve ser informada em metros por segundo, logo transformando Km/h para m/s, 320/3.6 = 88m/s. O CL a 0 pode ser obtido no grfico, e por volta de 0.5 Jogando os valores na frmula, fica: FL=1/2 x 1.22 x (88) x 42 x 0.5 = 101215N que o mesmo que 10121,5 Kg fora apesar de ter sido uma suposio, o resultado, est aceitvel, visto que o peso do A10 vazio por volta de 6000Kg, ou seja, existe uma fora de pouco mais de 4000Kg empurrando nosso avio para cima. Agora vamos fazer uma suposio diferente. Vamos dizer que o A10 no pode pousar a mais de 190Km/h, seno pode ocorrer um terrvel acidente. Vamos supor tambm que estamos prximos ao nvel do mar e que a aeronave est carregada, e o peso total 11000Kg. Qual o CL necessrio para que ele no caia antes de tocar a pista? Fazendo uma manipulao na frmula, verificamos que o valor de CL pode ser dado por:

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FL exatamente o peso da aeronave, pois no momento do pouso a aeronave toca o solo suavemente, quase em vo nivelado, e lembre-se que em vo nivelado as foras se equilibram. Jogando os valores: Cl = 2 x 11000/(1.22 x 53 x 42) = 1.55 Observando o grfico, veremos que este perfil no atinge o CL desejado. O CL mximo ocorre com ADA12 e no chega a 1.5, esta aeronave ir estolar, provocando um terrvel acidente se tentar manter esta velocidade to baixa. A soluo acrescentar nas asas dispositivos mveis chamados de "hipersustentadores". So os flaps e os Slats. Os flaps tm funo de aumentar a curvatura da asa, aumentando assim o CL, sem que seja necessrio atingir ngulos de ataque elevados, prximos ao estol. Deste modo a aeronave pode voar em velocidades muito baixas para realizar um pouso seguro. Os slats tm a funo de corrigir o escoamento sobre a asa, de modo que o fluxo volte a "colar" no aeroflio, permitindo a aeronave alcanar ngulos de ataque maiores. Em aeronaves grandes, comum que se use os dois componentes trabalhando juntos. So de grande utilidade em todas as operaes que envolvam baixa velocidade ou muito peso.

Figura 19 Superfcies de hiper-sustentao recolhidas

A figura a cima mostra uma asa com as superfcies de hiper-sustentao recolhidas ( esquerda) e atuadas ( direita). Note que em [a], ocorreu o descolamento do fluxo. O que ocorre que as molculas de ar j perderam muita energia devido ao alto ngulo de ataque e no conseguem permanecer acompanhando a curvatura da asa. Nem o uso do flap ajudaria agora, uma vez que o fluxo descolou. O slat usado para impedir que isso ocorra. Ao abrir uma fenda no bordo de ataque [b], faz com que uma parte do ar altamente energizado que iria

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passar por baixo da asa, agora passe por cima, energizando o fluxo no extradorso fazendo com que este permanea colado superfcie at o bordo de fuga. Os fenmenos que envolvem o vo de uma aeronave so complexos, por vezes difceis de entender, mas nem por isso deixam de ser belos. O objetivo deste artigo foi introduzir a noo de como ocorre o vo. No se esquea que existem muito mais coisas envolvidas, como as de natureza estrutural, de operao, controle, estabilidade, fisiolgicas dos pilotos e passageiros etc. Como dica, proponho que se voc puder adquirir um simulador de vo, destes que se joga no computador como a Microsoft Flight Simulator, ou o X-plane. Alguns so reais o suficiente para que voc possa ter uma noo exata de como funcionam as superfcies de comando, o estol, e efeito dos flaps etc. Acredito que so timas ferramentas complementares de aprendizagem, e claro, de diverso.

3.5 Cone da Velocidade do Som

O som uma onda mecnica, anloga s ondas que se formam na gua quando lhe arremessamos uma pedra. Como toda onda mecnica, o som necessita de um meio material para se propagar. Ou seja, o som no se propagar no vcuo. As ondas sonoras so sucessivas variaes de presso, que provocam uma depresso logo adiante e que por sua vez provoca outra variao de presso, que por sua vez provoca outra e por a vai. A velocidade com que esta onda vai se propagar pelo meio (no caso o ar), vai se chamar velocidade do som. A velocidade com que o som se propaga diretamente proporcional densidade do meio, ou seja, sua velocidade no ferro maior do que na gua, que por sua vez maior do que no ar. Nos gases, a velocidade do som diretamente proporcional raiz quadrada da temperatura. O ar a uma temperatura de 15C [288,15K], ao nvel do mar, considerando uma constante de proporcionalidade de 20.04, possui como sua velocidade, 340.2m/s [1224.7 Km/h]. Todos os dados so importantes, pois os valores de velocidade do som, s so interessantes, quando se descreve as condies do meio. Por exemplo, existem aeronaves que carregam passageiros que podem voar duas vezes mais rpido que som. S que para isto ocorrer tem que estar a 22000 ps de altitude [1 p = 3.33m], e que nestas condies a velocidade do som de aproximadamente 295m/s [Para comparar: uma bala de pistola 9mm faz 250m/s!]. Muitas vezes mesmo que se resulte em uma velocidade mais baixa, o paradoxo

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economia-desempenho obriga a aeronave a escolher a altitude e regime de cruzeiro mais condizente com a situao. Em condies atmosfricas apropriadas, o cone de Mach se torna visvel. Na verdade o que se v umidade do ar condensada pela ao da onda de choque e variao de presso. Da mesma forma que nos vrtices de ponta de asa. O problema nem sempre atingir a velocidade do som, mas sim, conseguir uma forma que seja economicamente vivel e segura para se viajar. Muitas atrocidades foram cometidas na tentativa de quebrar a barreira. Pilotos de teste que poderiam ser chamados de verdadeiras cobaias deram suas vidas para alcanar a marca do 1,0 Mach. [o filme "Os Eleitos" de 1992 narra a histria dos sete primeiros astronautas americanos, passando pelo drama dos pilotos de testes ditos anteriormente, a quebra da barreira do som por Chuck Yeager, sem contar que este foi o primeiro filme que se tem notcias da utilizao de aeromodelos para as cenas de vo]. O rpido progresso aeronutico permitiu que 14 anos mais tarde, Novembro de 1961, o Major Bob White [USAF], alcanasse 6.04 Mach a 101700 ps de altitude, com o North American X-15A. No ano seguinte, atingiu 315000 ps de altitude, e foi considerado o primeiro homem a experimentar o vo espacial. Foi condecorado com asas de astronauta antes dos sete pilotos designados para o programa espacial. At o final do programa do X-15, este j tinha estendido as suas possibilidades de vo controlado a 350000 ps de altitude. Acredita-se que a estas altitudes tenha-se alcanado nmeros de Mach entre 6.7 e 8, porm, a esta altitude a atmosfera no se trata de um meio contnuo, onde o som praticamente impedido de se propagar. Deste modo, no coerente usar a velocidade do som para este fim especfico. No necessrio dizer que o projeto aerodinmico muito importante. Nem sempre o coeficiente de penetrao no ar ser o problema. Deve-se notar que formas aerodinmicas que levem a formao de turbulncias, podem literalmente desprender da superfcie da aeronave aquela camada de ar que responsvel pela sustentao. Isto mesmo. A aeronave pode perder a sustentao por excesso de velocidade tambm. Em 1870, Ernst Mach, fsico austraco, introduziu o conceito de N de Mach. O n de Mach adimensional e expressa frao da velocidade do som. Onde V a velocidade do objeto [m/s], e C a velocidade do som [m/s]. Se a fonte sonora se desloca a uma velocidade j prxima de 1.0 Mach, forma-se a frente desta, uma camada densa que a popular barreira do som [que na verdade no atravessada, mas acompanha a aeronave enquanto durar o regime supersnico]. a resultante

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parcial das ondas que foram comprimidas pela fonte at agora. caracterizada por uma forte flutuao de presso, densidade e temperatura. medida que a velocidade aumenta, esta camada comea a se dobrar em torno de uma linha mdia, formando um cone, que quanto menor seu ngulo, maior ser a velocidade, maior a energia contida em sua superfcie. Esta onda de choque, Ao passar pela superfcie da terra, alm do conhecido estrondo, produz um aprecivel impacto em tudo que se justapor a seu caminho. Mas vlido lembrar que depende da altitude e tamanho da aeronave. Manter um regime supersnico requer muita energia, pois a onda de choque representa muito arrasto aerodinmico. Algumas [poucas] aeronaves militares conseguem reduzir muito deste arrasto se utilizando de asas enflechadas negativamente, induzindo as ondas a "escorregarem" para a fuselagem criando uma sustentao adicional e no para a ponta das asas, onde causariam turbulncias.

4 TOMADA DE AR NACA

uma tomada de ar* de alta eficincia com baixo arrasto aerodinmico desenvolvida, a principio, para os avies pela National Advisory Commitee for Aeronautics** (NACA). A tomada NACA muito utilizada em carros de corrida e de rua pelas vantagens que oferece. Exemplo: F40 (Ferrari) tem tomada em diversos pontos.

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Figura 20 Ferrari, modelo F40 com a tomada de ar em diversos pontos.

*Tomada de ar abertura em algum painel da carroceria (cap e nas laterais do carro) usada para levar ar externo destinado a ventilao de cabine, ventilando motor, freios, radiador de leo e a prpria admisso ao motor. ** National Advisory Commitee for Aeronautics Comit consultor nacional para aeronutica, mais conhecida como NACA era uma agncia federal dos EUA, criada em 1915, sucedida pela NASA em 1958, tendo objetivo de promover pesquisas aeronuticas.

5 AERODINMICA PRESENTE NOS CARROS

A maioria dos motoristas j ouviu falar no Cx, conhecido como coeficiente de resistncia aerodinmica ou de arrasto, mas poucos sabem exatamente o que e como atua no veculo. Resumidamente e sem entrar no terreno tcnico propriamente dito, todo veculo enfrenta resistncia para atravessar o vento. Alguns tm mais dificuldade, outros menos,

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dependendo exatamente de seu Cx. Um objeto com Cx igual a 1 pode, entretanto, ter o valor aumentado para 1,2 em razo da turbulncia que se forma ao seu redor.

5.1 Definindo o que Cx Na indstria automotiva, o Cx desafio constante para os engenheiros, em especial das reas de design e rudo, porque o coeficiente de resistncia aerodinmica est relacionado diretamente com desempenho, consumo e estabilidade do carro. Para determinar com exatido absoluta como o ar se desloca pela carroceria, as montadoras usam tneis de vento de ltima gerao. So cmaras com potentes ventiladores computadorizados que, no caso dos automveis, no consideram a medida da rea frontal, mas sim a maneira e com que suavidade o ar se desloca ao longo da carroceria.

5.1.1 Funcionamento do Cx nos carros No clculo usado pela engenharia automotiva para definir a eficincia aerodinmica, considerada a rea frontal corrigida multiplica-se a sua rea frontal pelo Cx obtido no tnel de vento. Explicando melhor: um Cx de 0,20, por exemplo, com rea frontal de 2 m, resulta em 0,40 nos automveis produzidos atualmente o Cx fica, em mdia, em 0,30. Obter uma reduo de apenas 0,002 pode parecer, num primeiro momento, algo sem a menor importncia, mas para a engenharia automotiva representa um grande avano. Um dos exemplos mais recentes neste sentido tem como personagem o Astra, da General Motors, que substituiu o modelo at ento importado. De acordo com a prpria GMB, a meta inicial era chegar ao Cx 0,32 difcil, porque o novo Astra 22 mm mais largo e 14 mm mais alto do que o anterior, tanto por razes de proteo contra impactos laterais como de conforto interno para os trs passageiros traseiros. O Cx baixo visava reduzir ao mximo o consumo de combustvel e realar o desempenho e o comportamento dinmico, exigncias tpicas do continente sul-americano. Surpreendentemente, chegou-se ao Cx de 0,29, o que posicionou o Astra entre os melhores da sua categoria nesse item. Mas, para chegar a isso, a equipe do Centro de Desenvolvimento Tcnico (TDC) da Opel, brao alemo da General Motors Corporation, trabalhou intensamente. Foram 1,9 mil horas no tnel de vento. Esse tnel de vento uma

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instalao que tem por objetivo simular e estudar o efeito do movimento de ar sobre ou ao redor de objetos slidos. muito utilizado em laboratrios (modelos fsicos) para a determinao de parmetros nos projetos de avies, automveis, cpsulas espaciais, edifcios, pontes, antenas e outras estruturas de construes civis. A construo de modelos fsicos, em escalas reduzidas, embora tentada anteriormente por Arquimedes, Leonardo Da Vinci e outros estudiosos s foi possvel aps a descoberta da Teoria da Semelhana Mecnica por Isaac Newton e do Teorema de Bridgman. Nos modelos aerodinmicos a semelhana mecnica aplicada a de Mach, nos modelos hidrodinmicos de escoamentos em condutos forados utiliza-se a chamada semelhana de Reynolds e nos condutos livres ( canais, usinas hidreltricas, vertedores utilizam-se a chamada semelhana mecnica de Froude. Em So Paulo, no IPT (Instituto de Pesquisa Tecnolgica) existe o maior tnel de vento da Amrica Latina, que permite aos meteorologistas, repetir catstrofes como o furaco Catarina e, observar como uma construo reage no quesito de aerodinmica. Desde o incio, o desenvolvimento do Astra contou com a participao permanente de designers brasileiros que, com os colegas europeus do TDC, conceberam o projeto dentro conceito de carro mundial. Alis, a integrao entre os centros de design da GM e da Opel no algo recente. Comeou com a linha Chevette, em 1973, o primeiro carro mundial da montadora. Desafio evitar a turbulncia - Quanto mais comprida a carroceria, mais aerodinmico ser o carro. Esta realidade muitas vezes se transforma em problema para os projetistas, se considerarmos que os chamados compactos mdios atualmente a tendncia na maioria dos mercados tm em torno 4,10 m de comprimento, portanto, uma carroceria relativamente reduzida se comparada de veculos de uma ou duas dcadas atrs. O desafio neste caso impe aos projetistas a tarefa de fazer com que o fluxo de ar seja orientado pela superfcie, longe o suficiente para no se interromper no final do teto e causar turbulncia. Recessos na parte traseira e um teto ligeiramente curvo tm sido a alternativa para que os tcnicos em aerodinmica consigam evitar o efeito. Devido ao fluxo colado do ar, a gua da chuva varrida do vidro do vigia com tanta eficincia que um spoiler traseiro normalmente suprfluo. Essas solues produziram uma reduo de 20 pontos (0,020) no Cx e progresso na misso estabelecida nos pressupostos do novo Astra.

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A maneira intensa com que os engenheiros GMB e Opel perseguiram o ambicioso objetivo evidenciou-se no apenas na ateno aos detalhes, mas tambm na investigao meticulosa. Alm de mais de 350 horas gastas no modelo 1:1 do Astra no tnel em Stuttgart, houve outras 50 horas no tnel DNW, em Emmeloord, na Holanda. Neste tnel, o modelo no fica estacionrio e exposto corrente de ar, mas pendurado por uma barra enquanto as rodas giram sobre uma esteira mvel, mtodo que reproduz fielmente as condies sob o automvel. O cap, por sua vez, recebeu inclinao para cima, como se fosse um spoiler, para dirigir o ar para uma regio acima das palhetas do limpador. Apenas esse melhoramento produziu reduo do Cx em dois pontos (0,002), fez diminuir o rudo de vento e evitou vibrao das palhetas em altas velocidades, com limpador desligado. Idias e mtodos de testes novos foram aplicados tambm na rea ao redor dos espelhos retrovisores. No s podem levar a incmodos silvos, como contribuir para sujar os vidros laterais em tempo chuvoso. Foi utilizado um tnel de vento especial na cidade sua de Emmen, onde gua e p de giz so adicionados corrente de ar, de maneira a dar melhor viso de como se verifica o acmulo nas janelas. As medidas de otimizao nos espelhos trouxe mais melhora para o Cx: dois pontos (0,002). Foi assim, de ponto em ponto, o Cx de 0,29 do Astra tornou-se referncia em aerodinmica. Velocidade aumenta resistncia - Quanto menor a rea frontal corrigida, menor ser o esforo necessrio para o veculo vencer a resistncia do vento esta a matemtica do Cx. No uso urbano, o coeficiente de arrasto pouco representa, mas na estrada, ocorre o oposto, pois a resistncia aerodinmica cresce ao quadrado da velocidade. Da a importncia do trabalho dos designers em aplicar s carrocerias formas e superfcies mais arredondadas possveis. A busca por solues neste aspecto tambm constante. No caso da GM, o pra-brisa deslocado 120 mm frente em relao ao Astra anterior foi um dos elementos da melhor aerodinmica e interior mais amplo, transmitindo aos ocupantes a sensao de conforto e segurana. Mesmo antes do desenho do carro estar claramente definido, foram feitos modelos de argila em escala 1:5, com os quais os especialistas em aerodinmica gastaram 900 horas no tnel de vento, em Stuttgart, na Alemanha, para modelos em escala reduzida, num amplo estudo das caractersticas de fluxo de ar.

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Os modelos de 80 cm de comprimento comportaram-se de maneira realista nos testes. Ao final da fase 1:5, cerca de 60% do projeto de aerodinmica estava terminado, disse na poca Michael Kaufmann, responsvel da rea no projeto Astra. De fato, a simulao foi to realista que os dados obtidos diferiram em no mais que 1,5% em relao ao que foi medido mais tarde nos prottipos. A confiana aumentou quando o modelo em tamanho real foi ao tnel pela primeira vez. Construdo em plstico reforado com fibra de vidro sobre a plataforma do Astra anterior, o modelo apresentava todas as superfcies relevantes quanto aerodinmica, como pra-choques, espelhos retrovisores, soleiras das portas e parte inferior do veculo. Alm dos tcnicos da rea, outros especialistas, como em acstica, realizaram cuidadosamente o trabalho de apurar fontes de rudo em pontos crticos (colunas e espelhos retrovisores), para manter a estabilidade do projeto do novo veculo como um todo. Hoje todos os construtores lutam pelo mais baixo coeficiente de forma, o famoso Cx, e o objetivo ultrapassar a mtica barreira dos 0.30, o que alguns j conseguiram. Chegar a um Cx consideravelmente baixo significa duas coisas: por um lado, possvel obter um escoamento correto com menor resistncia aerodinmica, logo, maior velocidade e menor consumo, entre outras coisas; por outro lado, um excelente argumento de marketing, evidenciando ao consumidor um enorme potencial tcnico.

5.2 Cx alto de um Frmula 1

Um Formula 1 no se pode gabar destes argumentos, porque o seu Cx medocre, em mdia o dobro do de um automvel de srie. Isto se deve em grande parte presena das rodas no exterior, portanto no carenadas, o que gera turbulncias, em particular pelo chamado efeito de Magnus, o que disturba o escoamento. O "efeito Magnus" acontece quando a roda est girando pelo ar, rapidamente. O efeito depende da velocidade de rotao da roda e tambm da quantidade de ar que a roda arrasta quando gira. Quanto menos lisa for a roda, mais ar ela arrasta, mais atrito e maior o efeito. Uma propriedade dos fluidos que, quando a velocidade aumenta, a presso diminui (Princpio de Bernoulli). Agora acompanhando uma roda em seu movimento: O ar est passando pela roda. Enquanto ela se move, um pouco de ar tambm arrastado por ela durante os giros. O ar arrastado pela roda se move em direo contrria ao ar que passa pela roda, a velocidade

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menor e, conseqentemente, a presso maior. Essa diferena de presso faz com que a roda segure o carro, pois o ar impedido de fluir com facilidade, produzindo o efeito Magnus. Mas claro que os objetivos de um Formula 1 so completamente diferentes dos de um automvel do dia-a-dia. Do ponto de vista aerodinmico, um Formula 1 constitudo por um corpo central, que o chassis incorporando a carroaria, ou funo dela, como acontece nas modernas estruturas monobloco em fibra de carbono e kevlar; pelos flancos, que incorporam os radiadores e os permutadores de calor e se destinam formao do efeito de solo; por uma aleta traseira de grandes dimenses e por uma aleta dianteira mais pequena, vulgarmente conhecida por "spoiler". Uma aleta , na sua essncia, um perfil de asa como a de um avio, s que invertida. Uma asa, seja qual for, trabalha sempre pela diferena de presso entre a parte superior e inferior. Essa diferena de presso geradora de uma fora a que se d o nome de sustentao e que no caso dos avies est dirigida verticalmente de baixo para cima e que permite aos avies levantarem e manterem-se no ar. No caso de um Formula 1 a asa funciona ao contrrio e o efeito de sustentao est dirigido para baixo (sustentao negativa), comprimindo o carro contra o solo, com notvel aumento de aderncia e de motricidade. Uma aleta caracteriza-se por duas cotas fundamentais: a largura (A) e o comprimento (B),designado vulgarmente por corda. Se multiplicarmos as cotas temos, naturalmente, a rea da aleta determinante para a fora total de sustentao. Quanto maior for a rea, maior ser a sustentao negativa. Se dividirmos a largura pelo comprimento, temos a chamada relao de aspecto A \ B da aleta, que d uma idia da sua eficincia. Quanto maior for esse quociente mais eficiente ser a aleta. Mas, a verdadeira eficincia de uma aleta dada pelo quociente entre a fora de sustentao, dirigida verticalmente de cima para baixo e a resistncia aerodinmica, dirigida horizontalmente da frente para trs. O objetivo ser, portanto, dispor da maior eficincia possvel, ou seja, aumentar a sustentao e diminuir a resistncia. Mas a questo muito complicada, porque uma asa funciona sempre segundo um determinado ngulo com a horizontal, chamado ngulo de ataque (C) e ambas as foras crescem com o aumento desse ngulo. Ao desenhar a asa, o projetista tem que lhe conferir, desde logo, a melhor relao de aspecto possvel e, depois, na pista, ser a vez de ensaiar o ngulo de ataque mais conveniente de acordo com o traado da pista. Se for uma pista lenta ou est chovendo, o ngulo de ataque

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ser maior, pois o que lhe interessa prioritariamente, a aderncia e a motricidade em detrimento da velocidade. Numa pista veloz, a questo mais complicada, pois, se certo, que as grandes retas permitem velocidades mais elevadas, logo menores ngulos de ataque ou de incidncia da aleta, tambm verdade que as curvas rpidas exigem uma maior aderncia. H, pois, que encontrar o melhor compromisso. A aleta dianteira ou "spoiler" tem como funo contrabalanar o efeito da aleta traseira, cuja fora nela exercida tem tendncia a aliviar a frente, provocando o seu levantamento. Por isso, o "spoiler" carrega a frente, restabelecendo o equilbrio. Tanto uma aleta como a outra possuem em cada um dos extremos uma folha de alumnio em posio vertical, a que se d o nome de deriva. A vantagem das derivas verticais de melhorarem a eficincia das aletas, dirigindo melhor o fluxo de ar e de aumentarem a estabilidade direcional.

Figura 21 Exemplo de Spoiler em um Frmula 1.

O pior coeficiente possvel, equivalente a uma chapa plana em p enfrentando o ar, igual a 2,0. O Cx de um nibus fica em 0,60; o dos carros modernos varia entre 0,35 e 0,30. Nada, porm, comparvel ao Cx de um avio: 0,015. Como as aeronaves comuns rasgam o cu a mais de 900 km/h, situao em que h enorme resistncia do ar, a eficincia aerodinmica tem que ser excelente. E a questo no pra por a. Os avies s voam por que interagem muito bem com o ar de outras formas. O melhor exemplo est nas asas. Elas empurram o vento para baixo e este reage impulsionando a aeronave para cima. isso que mantm a mquina voando. 6 ESTABILIZADORES VERTICAIS E HORIZONTAIS DOS AVIES

O avio utiliza-se de outras superfcies fixas alm das asas para manter o vo, sendo elas, os estabilizadores horizontais e verticais localizados na cauda do aparelho. O estabilizador horizontal tem a funo de evitar que o avio gire em torno do eixo das asas, nem baixando,

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nem levantando o nariz do avio. J o vertical tem a funo de evitar a guinada do aparelho, giro em torno de seu eixo vertical. Alm das superfcies fixas, a aeronave possui tambm as mveis, chamadas superfcies de comando que iro dominar o avio em vo como os ailerons, leme de direo e profundores. Os primeiros ailerons (referente cor laranja no avio) tm a funo de girar o avio em torno do nariz, proporcionando a aeronave executar curvas de maneira correta auxiliada do leme de direo.

Figura 22 O funcionamento dos ailerons.

J os profundores (referente cor azul no avio), so responsveis por baixar ou subir o nariz da aeronave, como mostra a figura abaixo.

Figura 23 O funcionamento dos profundores.

A outra superfcie mvel, tambm localizada na cauda do avio o leme de direo (referente cor laranja no avio), que controla o movimento em torno do eixo vertical, sendo mostrado abaixo.

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Figura 24 O funcionamento dos leme.

Existem tambm as superfcies que auxiliam em vo e em terra (decolagem e aterrissagem da aeronave). Estas so os flaps ou slats e spoilers que tem as suas finalidades especficas. Primeiramente, os flaps ou slats, localizados no bordo de fuga da asa, acionados para baixo, com a funo de aumentar a rea de superfcie da mesma.

Figura 25 Flaps e Slats acionados em vo

Os flaps aumentam a sustentao e o arrasto, diminuindo a velocidade. Estas superfcies so normalmente usadas em baixa velocidade, originando o chamado vo reduzido ou nos procedimento de aproximao e pouso. s vezes, os flaps so utilizados em decolagens, em pistas curtas, originando uma rea de asa maior, possibilitando menor velocidade para sair do solo. Eles podem tambm atuar como freios usados pela aerodinmica, pois colaboram com

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a maior desacelerao, novamente entrando em ao o Efeito Magnus. Em um avio em vo, o ar passa pelo flap (quando est ativado). Enquanto o avio se move, um pouco de ar tambm arrastado por ele durante o vo. O ar arrastado pelo avio vem em direo contrria ao ar que passa pelo flap, a velocidade menor e, ento, a presso maior. Essa diferena de presso faz com que o flap segure o carro, pois o ar impedido de fluir com facilidade, produzindo o efeito Magnus. Afigura abaixo mostra o flap de perfil, mostrando sua atuao no ar.

Atuao do ar Flap

Figura 26 Flap atuando e aumentando a rea de contato de asa com o ar.

J os spoilers, pertencentes aos grandes jatos, localizados na parte superior da asa e no bordo de fuga, acionados para cima, atuam em conjunto com os ailerons na execuo das curvas em algumas aeronaves. Funcionam na perda de sustentao, quando necessrio e na reduo de velocidade, acionada normalmente nas descidas e nas aterrissagens. Finalmente, os slots, so fendas localizadas no bordo de ataque, que aumentam a curvatura, sem aumento de rea, possibilitando uma maior fora de sustentao.

Spoilers

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Figura 27 Localizao de Spoilers.

6.1 Efeito da Altitude

sabido que a densidade do ar diretamente proporcional a fora de sustentao e inversamente com o aumento da altitude, onde o ar mais rarefeito (menos partculas de ar em um determinado volume), gerando uma presso menor. Ento a aeronave tem que compensar este problema com uma velocidade aerodinmica maior. Por exemplo, quando temos dez partculas de ar prximo ao solo, numa altitude muito maior, elas estaro mais separadas, fazendo com que a aeronave se desloque mais. Por isso que a preferncia para os jatos so as grandes altitudes, para viajarem, proporcionando economia de tempo e combustvel.

6.2 Avies Militares e Comerciais

Vamos citar as diferenas da aerodinmica aplicada aos avies militares e civis, ressaltando a importncia e o motivo do aprofundamento.

Avies militares:

A maioria dos avies so jatos supersnicos, que podem voar a velocidades maiores que a do som, por isso precisa caractersticas aerodinmicas que diminuam o arrasto, sem perda de sustentao. Estas aeronaves possuem normalmente um formato de flecha, que ir diminuir a rea de resistncia aerodinmica, tambm possuem o perfil da asa com pequena espessura, precisando de maior velocidade para manter a sustentao. Devido a tudo isto, eles so munidos de motores a reao (turbinas) muito potentes. (ver anexo 03)

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Aviao comercial:

A aviao comercial teve grande impulso a partir dos avies que foram construdos na segunda guerra mundial, como o famoso DC-3, feito para o transporte de soldados. Nesta poca, ele foi construdo em grande quantidade. Aps este tempo, foi feita a adaptao para o transporte de civis. Com o avano da tecnologia e a necessidade de aproximar os continentes, grandes empresas aeronuticas, principalmente americanas e europias, como a Boeing e a Airbus, comearam a desenvolver grandes avies com motores a reao para o transporte de passageiros. Graas a tudo isto ficou mais fcil atravessar os oceanos e os continentes. Estes avies voam a grandes altitudes para economizar tempo e combustvel atingindo velocidades que se aproximam a do som ( 80% a 90% da velocidade do som).

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7 AERODINMICA NA HISTRIA

O uso de avies durante a Primeira Guerra Mundial e Segunda Guerra Mundial, levou a extensas pesquisas no campo da aerodinmica. Aps o desenvolvimento dos avies a jato na dcada de 1940, os engenheiros passaram a estudar o vo supersnico. Em 1947, um aeroplano com propulso a foguete tornou-se a primeira aeronave a voar com velocidade superior do som.

7.1 Ar armas secretas de Hitler

Durante a dcada de 1950, os engenheiros aeronuticos desenvolveram avies com nariz em bico e asas projetadas para trs a fim de reduzir o arrasto. No incio da dcada de 1960, os engenheiros criaram asas que podem se deslocar com suas pontas para frente e para trs durante o vo, e que com essa variao permitem tanto o vo em alta velocidade como o pouso seguro com velocidade reduzida. No incio da dcada de 1960, Frana, Inglaterra trabalhando em conjunto com diversos pases, construram grandes avies supersnicos (Concorde e Tupolev). Ainda restam problemas aerodinmicos de vulto a serem resolvidos. Entre eles, novos desenhos de avies supersnicos que reduzam ao mnimo os estrondos snicos, desenvolvimento de aeroplanos com reduo da fora de arrasto, para vos mais econmicos e aperfeioamento do motor a reao (jato) para diminuir o rudo dos avies. Como a tecnologia blica nazista ultrapassou barreiras ao tentar programar as mais perfeitas mquinas de guerra, assunto que ainda motivo de controvrsias em pleno sculo XXI. Foguetes V2, Tecnologia infravermelha, caas com designs aerodinmicos e tanques gigantescos. Esses so meros exemplos das tecnologias criadas por cientistas nazistas durante a Segunda Guerra Mundial, cujas intenes eram a aniquilao rpida dos adversrios do 3 Reich e a supremacia militar de um imprio motivado por dio e rancor. Os inmeros inventos dos alemes chegam at espantar cientistas contemporneos, vo desde os primeiros prottipos de uma tecnologia infra-vermelha a ser utilizada em rifles e veculos, submarinos gigantescos, tanques em pequena escala controladas por controle remoto e avies com uma aerodinmica estranhssima e inovadora para a dcada de 40 , como os caas delta dos irmos Horten. Partes dessas tecnologias foram usurpadas e roubadas pelos aliados em 1945,

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cujas intenes eram o roubo de novas tecnologias para um futuro e suposto uso, sem perceberem o mal que tinham em mos. Para entendermos a febre da evoluo blica, devemos voltar para o sculo XIX. O ferro e o ao, diferentemente do ouro e de outras commodities dos sculos XVIII e XVII, eram fatores determinantes de um pas desenvolvido. Pases cujos setores secundrios eram altamente evoludos, superando o setor agrcola em termos de produo, possuam indstrias siderrgicas de ponta. Assim sendo, quando em tempos de paz, a rea de pesquisa era totalmente voltada ao setor blico e afins. Caso que exemplifica a Prssia. Desde a unificao alem (1862-1870), o pas investiu no setor blico desde o incio, por ter uma indstria altamente desenvolvida e sem dependncias de capital externo. De 1870 at 1930, a Alemanha Unificada teve um setor blico de ponta, superando pases como Frana e Inglaterra em termos de quantidade de produo. A Corrida Armamentista da Blle poque (1875-1914) foi motivada por diversos fatores, entre eles estava o medo da supremacia alem em seu exrcito e a necessidade de armar-se contra uma suposta nova guerra. No caso seria a grande guerra. A Era dos fascismos (1918-1945) foi o perodo em que a tecnologia blica saltou de 2 para 100. A Alemanha arrasada pelo tratado de Versalhes, procurou em pouco tempo pesquisar novas tticas de guerra, empreendimento de novas tecnologias em guerra e uma remilitarizao em etapas. Apesar de estar derrotada, a Alemanha parecia preparar-se para uma grande revanche contra os seus rivais da Entente Cordialle. Em 1933, Adolf Hitler assume o poder, e a partir de ento promete que o expansionismo militar era necessrio para reconquistar a glria perdida do povo alemo e a supremacia ariana. Estava dada a largada para o incentivo macio nos setores blicos. Hitler sabia que, para ter o maior exrcito da Europa, seria necessrio as melhores tecnologias. Durante a Repblica de Weimar (1919-1933), diversos cientistas e pesquisadores alemes surgiam em cada ponto da Alemanha. Durante essa poca, a Fsica evoluia em exponencial, a Qumica descobria as foras atmicas e a Biologia tratava da gentica. Exemplos de cientistas famosos foram os irmos Horten. Os irmos desenhavam avies em formas de Delta (Asa-Delta). Seus desenhos consistiam de avies com uma aerodinmica bastante incrvel. A brincadeira comeou a ficar sria quando eles entraram para a Luftwaffe, fora area alem, como projetistas de avies. A seriedade plena e desenvolvimento de seus avies de turbina a jato s comeou a ser feita em 1945 com a aprovao de Hermann Goring (Chefe da Luftwaffe). Porm, com o fim da guerra, parte dos avies ficaram

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abandonados em Hangares e depois roubados pelos americanos. Caso o projeto fosse aceito antes de 45, o destino de algumas batalhas provavelmente seriam outras.

7.2 Formula 1 nos dias atuais

De acordo com o jornal AS, a Renault quer revolucionar a aerodinmica na Frmula 1 na temporada de 2008. A escuderia francesa quer se transformar na pioneira em uma nova tecnologia que seria um software informtico conhecido como Clculo de Dinmica de Fludos (CFD, em ingls). A novidade permite conhecer a incidncia do fluxo de ar na carroceria quando o carro se encontra em movimento sem necessidade de precisar do tnel de vento. Com essa tecnologia, a Renault pretende sair na frente em relao s outras escuderias. O diretor tcnico da equipe, Bob Bell, disse que os profissionais no pouparam esforos por essa novidade. "Todos os nossos rivais trabalham com um segundo tnel de vento, mas ns decidimos dedicar nosso esforo e dinheiro no CFD, que pode nos proporcionar grandes resultados pela metade do preo"

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8 CONCLUSO

Com este trabalho pude perceber o quo importante o estudo e a aplicao da aerodinmica nos carros e avies, principalmente. Alm disso, consegui perceber como ter o trabalho de se fazer uma pesquisa que envolve vrias fontes e vrios dias de estudo para se realiz-lo. Esta monografia foi algo interessante de se fazer, no foi um trabalho chato, porm precisou de bastante suor, pois no um tema fcil e sempre encontrava dificuldade em compreender intuitivamente os assuntos abordados, devido aos tratamentos muito matemticos dados pelos livros tradicionais. Concluindo, esse trabalho foi adicionado em meu aprendizado e ser mais fcil quando eu for fazer a monografia na faculdade, atingindo meus objetivos iniciais.

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REFERNCIAS

HOMA, Jorge. Aerodinmica e Teoria de Vo. 23 Edio. So Paulo, 2005 SOARES, Ademir Silva. AeroDinmica Projetos e Desenvolvimentos Tcnicos de Produtos. 34 Edio. Rio de Janeiro, 2004. DUPIM, Thiago e OLIVER Santiago. Avio Revue. 15 Edio. So Paulo, 2008 SOLLA, Marcelo. Instituto de Fsica da USP e professor do colgio ETAPA SAMMET, Richard. Aviation Maintenance. 29 Edio. Washington, 2008 Ncleo de Pesquisas Aeronaticas, So Carlos, 2008

49

ANEXO 01 - Condensao da turbina se enrolando em funo do vrtice de ponta de asa.

ANEXO 02 Miolinho da vrtice.

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ANEXO 03 Dois potentes caas F-16.