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Projeto Inicial
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Sergio Antonio de Oliveira Neto
Aviação Geral - Introdução ao Projeto de Aeronaves
Eu.S/AabnTEX2 v-1.0.0
Sergio Antonio de Oliveira Neto
Aviação Geral - Introdução ao Projeto de Aeronaves
Eu.S/AabnTEX2 v-1.0.0
© 2014 Sergio Antonio de Oliveira Neto & Eu.S/AabnTEX2 v-1.0.0
Qualquer parte desta publicação pode ser reproduzida, desde que citada a fonte.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (cip) Câmara Brasileira do Livro, sp, Brasil
Tal, Fulano de.Aviação Geral - Introdução ao Projeto de Aeronaves. / Sergio Antonio de Oliveira Neto. – São Josédos Campos: Eu.S/AabnTEX2 v-1.0.0Ltda., 2014.
Bibliografia.ISBN XXXX-XXXX-XX.
1. Programas de computador. 2. Tipografia. 3. Latex. 4. Normas ABNT.
Agradecimentos
Este trabalho é fruto da ação de membros da comunidade abnTEX2. Porém, ele não seria real senão fosse o trabalho e a dedicação incondicional de Youssef Cherem, a quem o responsável atualpelo projeto, Lauro César Araujo, agradece incondicionalmente.
Lista de ilustrações
Figura 1 – Lockheed SA-3 Viking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Figura 2 – De Havilland DHC-2 Beaver. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Figura 3 – Típica aeronave LSA/ALE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Figura 4 – Lockheed Martin X-35 à direita e Boeing X-32 à esquerda. . . . . . . . . . . . 17Figura 5 – Transavia PL-12 Airtruk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Figura 6 – Um esboço elementar do processo de projeto de aeronaves. . . . . . . . . . . . 23Figura 7 – Processo de projeto de aeronaves segundo Torenbeek. . . . . . . . . . . . . . . 24
Figura 8 – Pintassilgo (Carduelis magellanicus). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Figura 9 – Saíra-amarela (Tangara cayana). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Figura 10 –Bandeirinha (Chlorophonia cyanea). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Lista de tabelas
Tabela 1 – Pequeno vocabulário de design de livros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Tabela 2 – Exemplo de tabela utilizando o pacote booktabs. . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Sumário
Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1 Elementos Importantes do Projeto de Aeronaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.1 Definição da Missão: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.2 Requisitos de Desempenho e Sensibilidade: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3 Requisitos de Operação/Manuseio (Estabilidade e Controle): . . . . . . . . . . . . 121.4 Facilidade de Fabricação: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.5 Capacidade de ser Certificado: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.6 Recursos e Remodernização (Upgradability/Growth): . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.7 Estética: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.8 Capacidade de Manutenção (maintainability): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.9 Lean Engineering e Lean Manufacturing: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.10 Equipe Integrada de Produto (IPT – Integrated Product Team): . . . . . . . . . . 181.11 Fases Fundamentais do Processo de Projeto de Aeronaves . . . . . . . . . . . . . . 19
1.11.1 Fase de Requisitos: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.11.2 Fase de Projeto Conceitual: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.11.3 Fase de Projeto Preliminar: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.11.4 Fase de Projeto Detalhado: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.11.5 Fase de Construção de Aeronave Prova de Conceito e Testes: . . . . . . . . 21
1.12 Processo Geral do Projeto de Aeronaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2 Exemplos de imagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3 Exemplos de tabela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.1 Uma seção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Introdução
Este material tem como objetivo o auxílio no projeto conceitual e preliminar de aeronaves leves, deaplicação na aviação civil. Ele foi elaborado a partir de livros consagrados na área de projeto deaeronaves como os livros: Conceptual Aircraft Design do professor Raymer, Preliminary AircraftDesign do professor Jan Roskan, Synthesis of Aircraft Design do professor Egon Torenbeek e GeneralAviation Aircraft Design do professor Snorri Gudmundsson; Estes livros são usados como base parao desenvolvimento deste trabalho, porém uma breve revisão das referências bibliográficas mostraráque não, apenas, foram utilizados estes livros como fonte de informações, como muitos outros.Estes autores tem acumulado grande experiência em ministrar disciplinas de projeto em cursos degraduação e pós graduação em Engenharia Aeronáutica, assim contribuindo para o aperfeiçoamentode algumas metodologias propostas por reconhecidos autores internacionais bem como a elaboraçãode algumas outras.
Convém, aqui, antes mesmo de começarmos a tratar do projeto aeronáutico, responder a seguintepergunta: O que é projeto? O termo ”projeto” é comumente usado de forma errônea e isso, muitasvezes, confunde estudantes em formação, então é apropriado iniciar um livro de projeto discutindoo termo em si. Qualquer tentativa de definir a palavra corretamente exige uma visão de como océrebro percebe a geometria que nos rodeia. É importante distinguir padrões regulares de projeto,um padrão regular é uma combinação de geometria, física ou características matemáticas que podeou não ser aleatória, mas ”aparece” de forma repetitiva ou regular, através de alguma caracterização,tais como a aprendizagem.
Segundo o dicionário Aurélio: Projeto - o que se tem a intenção de fazer; desígnio; intento; planode realizar qualquer coisa. Logo, podemos entender que, um projeto exige um autor que tenha umapretenção de uso de um padrão que, de determinada maneira possa servir a sua finalidade proposta.Dessa forma, projeto é um subconjunto de padrões regulares que tem um objetivo pré concebido,exige ações planejadas para se preparar e serve à um propósito específico. Essa seria uma melhordefinição de ”Projeto”. Com a filosofia do conceito de projeto definida, podemos focar no intuitodeste livro.
Há um bom tempo atrás voar era apenas um sonho, muitas pessoas acreditavam ser impossível eque voar era algo longe da capacidade humana, ainda sim o sonho permaneceu. Existem registros decivilizações antigas relatando histórias de humanos dotados de poderes divinos que lhes permitiamvoar, ou mesmo, pessoas levadas aos ares por animais alados. Um exemplo dessas histórias, omais conhecido, é a lenda de Dédalo e Ícaro. Dédalo, aprisionado na ilha de Minos, construiu asasfeitas com penas e cera para si próprio e seu filho. Porém Ícaro aproximou-se demais do Sol e acera das asas derreteu, fazendo ele cair no mar e morrer. Houveram muitas histórias como essas,elas vem alimentando a imaginação do homem ao longo dos séculos, fomentando os sonhos degrandes figuras da história como Leonardo Da Vinci, que ao longo de sua existência fez-se pinto,engenheiro, cientista, etc. Da Vinci projetou uma máquina voadora conhecida como Ornitópero, elaobtém tanto a sustentação como a propulsão por intermédio do movimento alternativo de suas asas,semelhante ao que ocorre em aves. Embora as máquinas projetadas tenham diferentes formas, elassão geralmente construídas nas proporções e formas dos pássaros. O projeto de Leonardo Da Vincifoi elaborado no século XV, constitui em um equipamento feito com asas acopladas aos braços.
Sabemos que um brasileiro determinado e sonhador colocou todo seu conhecimento em prática,
10 Introdução
cabi aqui ressaltar que além de suas famosas invenções, Alberto Santos Dumont foi o pioneiro doconceito ”knowledge open source”, pois nunca reclamou para si a propriedade intelectual de seusprojetos, alegando ser, não apenas dele, mas de toda humanidade o direito daquela tecnologia. EmParis, na França, no dia 23 de outubro de 1906, um dia de vento calmo no campo de Bagatelle, às16 horas e 45 minutos ele realizou seu sonho e deixou toda comunidade parisiense em estado dechoque, neste dia o homem se torna capaz de voar, através de uma máquina auto propulsionada.Este feito foi realizado diante do olhar da imprensa e pessoas influentes da época, que presenciaramo primeiro vôo de uma aeronave mais pesada que o ar com propulsão mecânica. Ao longo de 60metros e uma altura de 3 metros acima do solo, o brasileiro Alberto Santos Dumont escreveu maisuma página da história, atestando que o homem é capaz de voar e assinando com seu nome.
Não há como esgotar o assunto Projeto de Aeronaves devido sua grande extensão e, também, nãoé o objetivo deste livro explanar tudo o que há na engenharia aeronáutica, pois todo conhecimentona área está em constante mudança/atualização/aperfeiçoamento. A todo momento surge novastecnologias aplicadas ao projeto aeronáutico e, por isso, difícil desenvolver uma obra que venhaabranger todo o assunto.
Muitas aeronaves são projetadas para cumprir determinados padrões regulatórios estritos, noBrasil esses padrões normativos são gerenciados e regulamentados pela ANAC (Agência Nacional deAviação Civil) que, em muitos caso, usa como base as regulamentações da FAA (Federal AviationAdministration) que é a agência reguladora da aviação civil dos Estados Unidos da América.
CAPÍTULO 1Elementos Importantes do Projeto
de Aeronaves
Antes de seguir adiante, alguns tópicos específicos devem ser levados pelo líder de projeto que deveapresentar e discutir minuciosamente com o time de projeto. Entre eles estão:
1 Definição da missão;
2 Requisitos de desempenho e sensibilidade;
3 Requisitos de operação/manuseio (Estabilidade e Controle);
4 Facilidade de fabricação;
5 Capacidade de ser certificado;
6 Recursos e remodernização (Upgradability/Growth);
7 Estética;
8 Capacidade de manutenção (maintainability);
9 Conceitos de Lean Engineering and Lean Manufacturing.
1.1 Definição da Missão:
É imperativo que a missão de uma nova aeronave seja muito claramente definida. Ela é destinada aservir principalmente como um cruzeiro? Se sim, qual a velocidade e altitude de cruzeiro é maiscomum de ver durante sua operação? Ela é uma aeronave de transporte de cargas? Quanto pesoela deve carregar? Quanto rápida, distante e altitude ela deve voar? É uma aeronave de caça?Qual estado de energia ou capacidade de espera são requeridos? A missão deve ser claramentedefinida devido a aeronave ser dimensionada para aquela exata missão, em particular. Uma aeronaveprojetada desse modo será muito eficiente quando desempenhar sua missão. A clareza dessa naturezatambém tem um inesperado poder redentor para o projetista: É muito comum que durante odesenvolvimento de uma aeronave que modificações à capacidades são sugeridas por entidadesexternas. Apesar de ser bem intencionado, algumas tais sugestões estão, frequentemente, para odetrimento da missão. Uma missão claramente definida permite que o projetista possa recusar umasugestão desvantajosa, no sentido de comprometer a missão principal.
12 Capítulo 1. Elementos Importantes do Projeto de Aeronaves
1.2 Requisitos de Desempenho e Sensibilidade:
Requisitos de desempenho devem ser claramente definidos e são, normalmente, uma parte dadefinição da missão. É imperativo quantificar características, tais como distância de decolagem,tempo para altitude de cruzeiro, alcance de cruzeiro, e mesmo ruídos ambientais para alguns tiposde aeronaves. Mas é importante, também, entender como desvios do ponto de projeto afetam odesempenho. Isso é referido como sensibilidade de desempenho. Quão alta a altitude e um diaquente afetam a distância de decolagem? Como um teto de cruzeiro uns 5000 ft abaixo da altitudede projeto afeta o alcance? Claramente há muitos ”ângulos” de visão para projetar uma aeronave,mas ao invés de considerá-lo como um incômodo, o projetista deve transformá-lo em força no bomgerenciamento da equipe e marketing consciente das deficiências. E quem sabe - talvez uma novaaeronave seja menos sensível que a concorrência e isso poderia ser transformado em uma vantagemde marketing.
1.3 Requisitos de Operação/Manuseio (Estabilidade e Controle):
Quão importante é o manuseio da aeronave? Ela é uma aeronave pequena para ser operadamanualmente, representando forças no manche e capacidades de resposta imperativas? Ela é umaaeronave pesada com atuadores elétricos e/ou hidráulicos, e as forças no manche são um fed backpara o piloto eletronicamente e, assim, pode ser ajustada até que seja considerada boa?
O Lockheed SA-3 Viking, uma aeronave de guerra anti-submarino, apresenta uma asa altacom dois poderosos turbofans montados nos pilones. Quando em subida, a aeronave experimentauma forte tendência de levantamento de nariz que é “aproveitado” pelo sistema de aumento deestabilidade (SAS) que não foi originalmente projetado no protótipo. Tópicos de manuseio dessanatureza devem ser antecipados e severamente resolvidos.
Figura 1 – Lockheed SA-3 Viking.
1.4 Facilidade de Fabricação:
É imperativo que a aeronave seja fácil de fabricar? Essa característica ”Fácil de Fabricar” terá umprofundo impacto na engenharia do produto e seu custo ao cliente. Uma asa reta de corda constantepode ser fabricada em um custo menor do que uma asa afunilada em sua planta e superfíciescompostas, mas será menos eficiente aerodinamicamente. Qual característica é mais importante? Oprojetista deve ter recursos para demonstrar porquê uma geometria particular ou matéria-primaé necessário para o projeto. Deve-se lembrar que o conceito de ”facilidade” do Marketing sempreparece bom no papel, mas isso não garante seu sucesso. Por exemplo, é simples selecionar materiaiscompósitos para um novo projeto de aeronave sob o fundamento de que isso fará essa aeronavemais fácil de fabricar suas superfícies compostas. Mas elas são realmente necessárias? Para algumasaeronaves a resposta é um ressonante sim, mas para outras um simples não.
1.5. Capacidade de ser Certificado: 13
Vejamos um exemplo, considere o de Havilland do Canadá, DHC-2 Beaver (veja fig.2). Aconcepção deste avião, de outra forma, usando componentes estruturais de material composto seriauma proposta econômica imprudente. No atual ambiente ele, simplesmente, seria mais caro paraconstruir usando compósitos e vendido no mesmo preço ou menor do que a versão em alumínio. Paracomeçar, não é fácil justificar a fabricação de uma fuselagem ”frustum-style” aerodinamicamenteineficiente e asas de cordas constantes e aerofólio de escoamento não-laminar com compósitos.Compósitos são primariamente justificáveis quando superfícies compostas ou asas de escoamentolaminar devem ser fabricadas. Esse tipo de material requer moldes caros para construir e manter, etambém, se a aeronave acaba sendo produzida em larga escala, os moldes têm que ser fabricados deacordo com; cada molde deve gerar entre 30 e 50 unidades de peças.
Figura 2 – De Havilland DHC-2 Beaver.
1.5 Capacidade de ser Certificado:
A aeronave será certificada? Se a resposta for sim, então o projetista deve explorar todas asrecomendações que este tipo de aeronave implica. Se não, o projetista carrega uma obrigaçãomoral de assegurar que a aeronave é segura de operar. Uma vez que, aeronaves não certificadas sãodestinadas a serem pequenas, isso pode ser conseguido projetando a aeronave de acordo com ospadrões de certificação, alguns como: 14 CFR Part 23 e/ou ASTM F2245 (LSA/ALE).
No Brasil, claro que é possível fazer regras tão rígidas que são capazes de sufocar a indústria,porém essa não é a intenção, tão pouco beneficiar alguém em especial. Essa prática é comumtanto na Europa como nos Estados Unidos, cuja intenção é a segurança do público. As aeronavesmodernas são máquinas muito complicadas, cuja falha pode ter efeitos catastróficos em pessoas epropriedades. A história recente da aviação está forjada com perdas de vidas que ressaltam esse fato.
Ao passar dos anos o número de pilotos amadores que voam sua própria máquina vem aumen-tando, isso não é diferente no resto do mundo. Com os encontros de aviadores e feiras que sãoorganizadas pelo país, a cultura aeronáutica vem sendo difundida cada vez mais, isso vem atraindomuito adeptos e, assim, o crescimento de aeronaves leves esportivas também. Esse processo alimentauma indústria crescente no país, mas ainda restringida pelas ações do governo e políticas adotadaspelos órgãos reguladores. Com o tempo, essas aeronaves leves vem passando por transformaçõesdevido aos desenvolvimentos para este nicho de mercado como aerodinâmica, estruturas, materiaisleves e resistentes, aviônica cada vez mais sofisticada, motores mais adequados, etc. Hoje já épossível vermos aeronaves assim que atingem uma velocidade igual ou maior que 200km/h e,
14 Capítulo 1. Elementos Importantes do Projeto de Aeronaves
surpreendentemente, oferecem grande conforto e outras qualidades, como capacidade de carregarbagagens, coisas que há pouco tempo atrás não era possível.
Segundo a regulamentação vigente, toda aeronave cujo emprego destina-se ao lazer, recreaçãoou transporte pessoal deve ser considerada como ”experimental”, exceto aquelas aeronaves daaviação comercial e modelos homologados dos quais enquadram-se nos requisitos do RBAC 21e RBAC 23 (aeronaves de asas fixas) e RBAC 27 (aeronaves de asas rotativas). Inseridos nacategoria ”experimental” estão aeronaves históricas, réplicas ou restauração, aeronaves de exibiçãoe de competição (planadores, principalmente), aeronaves de construção amadora e, recentementeinseridas no Brasil, aeronaves LSA (Light Sport Aircraft) definidas no Brasil como ALE (AeronavesLeves Esportivas), em substituição dos ultraleves atuais enquadrados no RBHA 103A.
Segundo a FAA (Federal Aviation Administration), Light Sport Aircraft, ou LSA, é definida comouma aeronave fácil de voar, de operação e manutenção simples e que respeita certas característicasconstrutivas e de desempenho, como a figura 3.
Figura 3 – Típica aeronave LSA/ALE.
Entretanto, aeronaves com essas características estão, apenas, pertecentes à categoria ALE/LSA.Este tipo de aeronave, para receber a certificação referente à categoria LSA/ALE, deve ter cumprido,em seu projeto e fabricação, com os requisitos exigidos pelo regulamento da categoria, emitidospelo órgão regulador (ANAC), que solicita que esta seja submetida a ensaios e aprovada de acordosnormas ASTM aplicáveis ao tipo de aeronave, além disso o fabricante deve garantir os seguintesitens para estar de acordo com o RBAC 21:
• Equipamento requeridos para a operação e instalados na aeronave;
• Um sistema de garantia de qualidade na produção da aeronave;
• Testes de aceitação pós-produção executados em cada aeronave;
1.5. Capacidade de ser Certificado: 15
• Instruções de operações da aeronave (geralmente descritos no Manual de Voo fornecido pelofabricante);
• Procedimentos de inspeção e manutenção, descritos em um manual;
• Identificação e registros de grandes modificações ou reparos;
• istema de aeronavegabilidade continuada (garantir meios para que o operador da aeronave amantenha, durante sua vida operativa, sempre de acordo com as características do projetoaprovado, por meio de manutenção adequada, cumprimento de boletins, etc.);
• Instruções de montagem emitidas pelo fabricante (somente para os kits de ALE/LSA experi-mentais).
Dentro da categoria LSA/ALE, ainda há divisões: o Special LSA (S-LSA) e o Experimental LSA(E-LSA), aqui no Brasil fica conhecido como ALE Especial e ALE Experimental. No caso do ALEEspecial, é a aeronave entregue ao operador já pronta, configurada e que pode ser utilizada por algu-mas atividades remuneradas (reboques de planadores, instrução de voo em escolas de aviação, voospanorâmicos, etc), essa atividades serão detalhadas pela ANAC no momento da emissão do RBAC91. Sua manutenção deve ser feita em oficinas homologadas ou mecânicos independentes habili-tados, e não podem sofrer qualquer modificação sem a autorização prévia do fabricante ou da ANAC.
O ALE Experimental é uma aeronave experimental construída por amador (ou especialistacontratado, ou a própria empresa fabricante do kit) a partir de um kit originário do projeto de umALE Especial com a vantagem de não se aplicar a regra de construção de, pelo menos, 51% daaeronave, ou seja, o fabricante pode entregar a aeronave pronta ou parcialmente pronta ao constru-tor/operador, ficando para ele decidir a forma do acabamento e instalação de equipamentos, umavez que estas tarefas estejam previstas no manual de construção da aeronave. Para que o fabricantepossa comercializar um kit, este deve ter, pelo menos, uma aeronave com certificado de ALE Especial.
No Brasil, deve-se destacar aqui, o construtor amador, entusiasta da aviação, não goza deuma estrutura apropriada para o desenvolvimento da aviação experimental. Os órgãos reguladores,diferente da FAA, não fomentam a categoria que, por muitas vezes, é marginalizada de forma geraldevido alguns clandestinos. Não havendo disponibilidade de material no mercado e sim, grandesdificuldade de importação de peças e materiais devido restrições, além disso a falta de auxílio naconstrução e informações fatalmente leva o construtor amador a abandonar seu projeto de aeronaveexperimental semiconstruídos em suas garagens e hangares.
Aeronaves de categoria ALE-E (construção amadora), como na regra antiga, não podem serempregadas em atividades remuneradas, exploradas comercialmente, porém sua manutenção podeser realizada pelo próprio construtor e, até mesmo, alterações podem ser realizadas durante ouapós a sua construção, uma vez que essas alterações respeitem as limitações e regulamentaçõesda categoria. Ainda, nessa categoria, nos Estados Unidos da América engloba os paraquedasmotorizados (para motor), aeronaves pendulares (trikes), balões de ar quente, dirigíveis, planadorese autogiros.
As aeronaves de categoria ALE/LSA tem como base de certificação as normas da ASTM(AmericamSociety for Testing and Materials). Apesar dessas normas não serem desenvolvidas poruma autoridade aeronáutica, essas normas são bem aceitas em todo planeta, fomentando a produçãoseriada e comercialização desse tipo de aeronave. Tal processo de certificação, utilizando as normasda ASTM para esse tipo de aeronave, habilita o fabricante, após o projeto, construção de protótipos,efetuar os ensaios necessários e desenvolver uma linha de produção atendendo todos requisitosexigidos, a emitir o Manufacturer Statement of Compliance (MSoC), ou seja, a Declaração deConformidade, não necessitando a submissão de aprovação da FAA. Esse procedimento vem sendo
16 Capítulo 1. Elementos Importantes do Projeto de Aeronaves
aceito há anos nos Estados Unidos, isso implica na economia de tempo e dinheiro aos fabricantes,evitando, então, onerosos e lentos trâmites inerentes a uma certificação aeronáutica padrão. No Bra-sil, esse processo demorou pra chegar, recentemente está sendo implantando essa filosofia de trabalho.
1.6 Recursos e Remodernização (Upgradability/Growth):
O peso de muitas aeronaves civis e militares aumentam com o tempo. Não é uma questão de ”se”,mas quando e quanto. Requisitos para aumentar a capacidade da aeronave e sistemas elevam o pesoe, normalmente, exige mudanças substanciais tais como a introdução de um motor mais potente,e mesmo ampliação nas asas. Adicionalmente, é comum descobrir, durante a fase de protótipo,que o material selecionado e a metodologia de produção leva à uma aeronave mais pesada do queinicialmente pensada. Um projetista cuidadoso dimensiona a aeronave para um peso que está entre5% à 10% maior do que o peso total projetado.
1.7 Estética:
Sob a luz deste tópico, a aparência pode parecer uma preocupação secundária. Mas é aquela quenunca deve ser subestimada. Enquanto a beleza está nos olhos de quem vê, é um fato dos negóciosque aeronaves que têm um certo apelo visual para uma maior população de potenciais compradorese, portanto, melhores vendas, mesmo que seu desempenho seja menor do que aquele de competição.O então chamado programa ”Joint Strike Fighter” é um grande exemplo de tal apelo (mesmo,ainda que diferenças no desempenho não seja a questão). A proposta do programa foi oferecer umaaeronave para as forças armadas Norte Americanas que, simultaneamente, realocou as aeronaves decaça tática F-16, A-10, F/A-18 e AV-8B. Três versões da aeronave foram planejadas de forma amanter os custos de desenvolvimento, produção e operação baixos, uma forma comum foi propostapara que 80% das partes fossem intercambiáveis. Havia dois participantes da licitação de contrato;Lockheed Martin e a Boeing. A Lockheed ofereceu o X-35 e a Boeing o X-32 (veja figura 4). Ambasas aeronaves foram pensadas para serem candidatas dignas, mas em 26 de outubro de 2001, oprojeto da Lockheed foi anunciado como o vencedor.
OBS: O X-35 da Lockheed Martin foi escolhido em detrimento do concorrente daBoeing, X-32, principalmente por causa da tecnologia de lift-fan empregada no X-35da Lockheed Martin, denominado STOVL (Short Take Off Vertical Landing), que semostrou superior à abordagem de empuxo vetorado do X-32 da Boeing.
Aparentemente, em voo pairado, o escape do motor do X-32 voltaria para a tomada de ar, oque diminuiria seu empuxo. No entanto, pouco tempo depois, os boatos correram solto relatandoque a real razão da perda da concorrência foi a aparência em relação ao concorrente, informa-ção negada pelo, então, secretário da Força Aérea Americana. Rumores afirmavam que pilotosmilitares não gostaram da aparência da proposta da Boeing, alguns supostamente referindo-se aele como ”o linguado”. Este boato não pode ser confirmado, mas talvez o leitor tem uma opiniãoa respeito da aparência dos dois aviões e se isso poderia ter tido algum impacto sobre a sua aceitação.
Outro exemplo é o Transavia PL-12 Airtruk, mostrado na Figura 5, Ele foi originalmentedesenvolvido na Nova Zelândia como o Bennett Airtruk (mais tarde Waitomo Airtruk). Ele éuma aeronave agrícola de configuração ”sesquiplane” cuja a construção é toda em metal. Entremuitas características incomuns ele tem seu cockpit montado sobre o motor, dois tail booms queestão lincados apenas pela asa, projetado para permitir que um caminhão de fertilizantes possarecarregá-lo, a configuração ”sesquiplane” gera quatro vórtices de ponta de asa que ajudam aespalhar melhor o fertilizante. Essa é uma aeronave capaz de carregar, aproximadamente, 900kg de
1.8. Capacidade de Manutenção (maintainability): 17
Figura 4 – Lockheed Martin X-35 à direita e Boeing X-32 à esquerda.
fertilizante e pode ser usada como aeronave de carga, ambulância ou aeronave de reconhecimento.Mas é uma aeronave de, no mínimo, aparência muito estranha.
Figura 5 – Transavia PL-12 Airtruk.
1.8 Capacidade de Manutenção (maintainability):
A capacidade de manutenção de uma aeronave é a facilidade com que se pode manter a aerona-vegabilidade do avião pelo operador. A manutenção está diretamente relacionada à facilidade defabricação da aeronave. Processos de fabricação mais complicados podem resultar em uma aeronavede manutenção difícil e de alto custo. Uma das vantagens do alumínio é o quanto relativamentefácil ele é para reparar. Materiais compósitos, por outro lado, podem ser bem difícil de reparar. Acapacidade de manutenção também se estende à ergonomia de reparação.As ferramentas neces-sárias para a manutenção são caras? O mecânico precisará se contorcer como um acrobata paratrocar/acessar alguma peça/parte da aeronave? Ele levará 10hs de trabalho para acessar uma parteque levará 5 min para ser trocada? Essas são questões afetam a capacidade de manutenção. Elanão pode ser acentuada de mais para que um engenheiro novato deva consultar um mecânico de
18 Capítulo 1. Elementos Importantes do Projeto de Aeronaves
célula/GMP e tentar entender seu ponto de vista. Muitas lições valiosas são aprendidas dos técnicosque, hoje, tem que fazer o trabalho de fabricação, montagem e manutenção.
1.9 Lean Engineering e Lean Manufacturing:
Os conceitos de lean engineering e lean manufacturing refere-se à práticas de projeto e produçãocujo objetivo é minimizar o desperdício e passos de produção desnecessários. Por um instante,considere a produção de uma hipotética cadeira de cozinha feita em madeira. Suponha que ofabricante tem o orgulho de anexar uma placa de metal banhada a ouro à superfície inferior doassento com a seguinte escritura: A melhor cadeira de cozinha do mundo, desde 1889. Suponhaque ele passe por 5 passos separados para fixar a placa: duas operações de perfuração dos furospilotos, uma operação de alinhamento e duas operações na qual a placa é parafusada à superfícieinferior do assento. Não só a placa tem que ser anexada, mas uma carga a mais de trabalho énecessária para encomendá-la de um fornecedor externo, transportar ela até o fabricante, manterestoque e assim por diante. Falando rigorosamente, a proposta de uma cadeira é permitir quealguém sente-se nela e, então, a infeliz placa não fica visível. Pode-se argumentar que a placanão tem qualquer serventia que não seja para o fabricante se gabar, e como tal, ela não adicionaqualquer valor ao cliente. Na verdade, isso só eleva o custo de produção; obviamente isso não tornamais prazerosa a experiência de sentar nesta cadeira. A placa é, portanto, um simples desper-dício e, do ponto de vista de uma produção enxuta (lean production) deve ser eliminada do processo.
A proposta da fabricação enxuta (lean manufacturing) é refinar o processo de produção paragarantir o mínimo desperdício. Isso aumenta a rentabilidade de um negócio através da eficiência.Uma vez que os processos de produção ou agregam valor ao produto final ou desperdício, a propostada engenharia enxuta (lean engineering) é refinar o projeto de um produto até que um processo deprodução simples, efetivo e não dispendioso seja empregado. O escopo do lean manufacturing égrande e pode vincular tópicos tais como optimização do layout de gabaritos para corte de materialde revestimento e minimizar a quantidade de material perdido; para operação de estoque, ondepartes são pedidas de fornecedores antes que elas sejam necessárias na montagem (a tão chamadafilosofia “just in time”), então o montador não terá que manter capital em partes no inventário.A consequência global de tais práticas é uma produção muito mais eficiente, e portanto, menosprodutos caros, para ambos cliente e a Mãe Terra.
1.10 Equipe Integrada de Produto (IPT – Integrated Product Team):
Um IPT é um grupo de pessoas com uma vasta faixa de conhecimentos que estão responsáveispelo desenvolvimento de um produto ou alguma característica. A formação de IPT’s é muitocomum na indústria aeronáutica, como os modernos aviões são um compromisso entre um númerode disciplinas. Para melhor entender como IPT’s trabalham, considere o desenvolvimento de umsistema de pressurização para uma aeronave. Um exemplo de IPT pode consistir dos seguintesmembros:
• Um analista estrutural, cuja tarefa é determinar as tensões da pressurização na estrutura daaeronave e sugerir as modificações necessárias na mesma;
• Um analista de desempenho, cuja responsabilidade é a avaliação das características do tipode aeronave em desenvolvimento;
• Um expert em sistemas propulsivos que solucione problemas relacionados ao motor, tais comoaqueles associados com entrada de ar, trocadores de calor e as ligações do motor com amontagem da estrutura;
1.11. Fases Fundamentais do Processo de Projeto de Aeronaves 19
• Um expert em interiores que avalie o impacto do sistema de pressurização (casa haja um) nadecoração interior, estética interna da aeronave e seus requisitos;
• Um analista em sistemas elétricos que avalie o trabalho elétrico necessário para permitir aopiloto a completa operação da aeronave;
• Um expert em engenharia de sistemas para estudar e desenvolver o sistema de pressurização(casa haja um), o sistema de estabilização eletrônico (caso haja um), todo aviônico (senecessário) e assim por diante;
Essa equipe necessitaria, talvez, se encontrar e uma semana para discutir questões do projeto esugerir soluções, juntamente com representantes do setor de fabricação dos vários sistemas.
1.11 Fases Fundamentais do Processo de Projeto de Aeronaves
Em geral, o processo de projeto de aeronaves envolve várias fases distintas. Essas fases são:
1. Fase de requisitos;
2. Fase de projeto conceitual;
3. Fase de projeto preliminar;
4. Fase de projeto detalhado;
5. Construção de aeronave prova de conceito e fase de testes.
Todos esses tópicos serão discutidos em profundidade. É importante ressaltar que esses tópicosdiferem em detalhes de empresa para empresa, de acordo com a filosofia de trabalho. Algumastarefas apresentas na fase de projeto conceitual podem ser uma parte da fase de projeto preliminarem uma empresa e uma parte de differentes fases em outra. A ordem exata das tarefas não éimportante, sua realização sim.
1.11.1 Fase de Requisitos:
A partir de um certo ponto de vista, requisitos são semelhantes a lista de desejos. É uma lista deexpectativas que o projeto deve atender. Especifica as capacidades da aeronave, tal como, quãorápido, quão distante, quão alto, quantos ocupantes, qual carga paga, e assim por diante (em outraspalavras, sua missão). Os requisitos podem ser tão simples como poucas linhas de capacidadesesperadas (ex: alcance, velocidade de cruzeiro, altitude de cruzeiro e número de ocupantes) ou tãocomplexo como documentos contendo milhares de páginas, estipulando impacto ambiental, custode operação, manutenção, hardware e aviônicos, só pra listar alguns poucos tópicos possíveis. Éresponsabilidade do líder do projeto assegurar que a aeronave tenha chances de atender os requisitose isso é normalmente demonstrado na próxima fase, a fase de projeto conceitual.
1.11.2 Fase de Projeto Conceitual:
Essa fase tem como objetivo estabelecer a ideia inicial, ela absorve da equipe de engenharia apenaso suficiente para fornecer uma gestão com uma avaliação confiável do possível desempenho doprojeto, mais possível que pareça, entendimento básico do escopo dos esforços de desenvolvimento,incluindo habilidades de negociação, requisitos de tarefa e custos esperados. Tipicamente, asseguintes características são definidas nesta fase:
• Tipo de aeronave (pistão, turbohélice, turbojato/fan, helicóptero,...);
• Missão (a proposta do projeto);
20 Capítulo 1. Elementos Importantes do Projeto de Aeronaves
• Tecnologia (aviônicos, materiais, motor);
• Estética (a importância de uma boa aparência);
• Requisitos do conforto dos ocupantes (pressurização, espaço nas poltronas, ...);
• Ergonomia;
• Características especiais aerodinâmicas (flaps/slats, configuração geométrica de asa, ...);
• Base de certificação (LSA, Part 23, Part 25, Militar);
• Facilidade de fabricação (quanto será produzido);
• Capacidade de manutenção (ferramentas, trabalho e requisitos para manter a aeronave);
• Estimativa de custo inicial;
• Avaliação de negociabilidade.
A conclusão dessa fase é uma generalização do projeto como um todo e uma avaliação doprojeto conceitual, que permite o gerenciamento para fazer uma chamada bem fundamentada paraa possibilidade de prosseguir com o projeto, entrando na fase de projeto preliminar.
1.11.3 Fase de Projeto Preliminar:
O projeto preliminar responde se a ideia é viável. Ele não apenas expõe problemas potenciais, bemcomo soluções possíveis para esses problemas, mas dá uma ”polida” em todo o contexto que permiteque um protótipo seja construído. Algumas tarefas específicas que estão realizadas durante estafase são:
• Desenvolvimento detalhado da geometria;
• Layout dos grandes percursos de carga;
• Estimativa de peso;
• Detalhes da missão;
• Desempenho;
• Estabilidade e controle;
• Avaliação das características especiais aerodinâmicas;
• Avaliação da Certificabilidade;
• Avaliação da capacidade da missão;
• Refinamento da produtibilidade;
• A capacidade de manutenção é definida;
• Estimativa do custo de produção preliminar.
De forma ideal, a conclusão dessa fase é um pacote de desenhos e uma avaliação de projetopreliminar. Se essa avaliação for negativa, isso normalmente implica em uma mudança maior no, senão seu cancelamento, programa. Se positivo, a decisão de ir em frente com a fabricação de umaaeronave de prova de conceito (POC) é tomada.
1.11. Fases Fundamentais do Processo de Projeto de Aeronaves 21
1.11.4 Fase de Projeto Detalhado:
O processo de detalhamento de projeto, primariamente envolve a conversão de toda informaçãoobtida com o projeto preliminar em algo que possa ser construido e voado. É claro que é muitomais complicado do que isso, uma descrição limitada do trabalho é listado abaixo:
• Trabalho de detalhamento de projeto (estruturas, sistemas, aviônicos, etc...);
• Estudo de tecnologias (fornecedores, cooperações com empresas, etc...);
• Negociações com subcontratados e fornecedores;
• Projeto de ”limitados” (tempo de uso) de ferramentas (equipamentos e gabaritos);
• Projeto estrutural detalhado;
• Projeto mecânico detalhado;
• Projeto de aviônicos e eletrônicos detalhado;
• Projeto ergonômico detalhado;
• Fabricação de Mock-up;
• Planejamento de procedimentos de manutenção;
• Logística de equipamentos e materiais.
A conclusão desta fase é o molde final da linha de saída e estrutura interna para o POC. Isto é,genericamente, o início dos planos de construção, embora ela quase sempre inicia muito antes dafase de projeto detalhado estar completa.
1.11.5 Fase de Construção de Aeronave Prova de Conceito e Testes:
A construção da aeronave POC ou protótipo inicia-se durante a fase de projeto detalhado. Paraas empresas estabelecidas que pretendem produzir o projeto, este é um processo muito envolvido,como o processo de produção, com toda sua papelada e protocolos de garantia de qualidade, a serpreparada ao mesmo tempo. Algumas das tarefas que são realizadas estão listadas abaixo:
• Revisões do projeto detalhado (estruturas, sistemas, aviônicos, etc);
• Aplicação das tecnologias selecionadas;
• Projeto de ferramental e fabricação;
• Fabricação e montagem;
• Ensaio estrutural;
• Ensaio aeroelástico (fundamentação do ensaio de vibração);
• Ensaios mecânicos;
• Ensaio de aviônicos;
• Procedimentos de manutenção e refinamento da capacidade de manutenção.
A culminação dessa fase é o voo inalgural do POC. Seguido pelo desenvolvimento do ensaio emvoo, como discutido abaixo.
22 Capítulo 1. Elementos Importantes do Projeto de Aeronaves
Fase do Programa de Desenvolvimento:
Um programa de desenvolvimento segue uma conclusão bem sucedida do projeto preliminar. Odesenvolvimento dessa fase, normalmente, começa muito antes do voo inaugural e é, geralmente,conduzido pelo engenheiro de ensaio em voo, piloto de prova e gerente do projeto.
• Estabelecer as limitações operacionais da aeronave (AOL);
• Estabelecer o manual de operações do piloto (POH);
• Preparar um programa de ensaios em voo mestre (MFTS);
• Cronograma de expansão de envelope (ou Matrix);
• Aquisição de equioamentos de teste;
• Treinamento da equipe de apoio ao voo;
• As funções do grupo devem ser treinadas antes do voo, não durante ele;
• Estabelecer os procedimentos de emergência;
• Estabelecer as responsabilidades do grupo;
• Revisão do AOL, POH, MFTS;
• Revisão de prontidão do voo.
A conclusão dessa fase é uma aeronave certificável. Isso significa que a organização entendeos riscos e o alcance do esforço de certificação exigido e está convencido de que o programa decertificação pode ser concluído com êxito.
Programas de Pós Desenvolvimento:
Ainda há muito trabalho à ser feito, mesmo que o programa de desenvolvimento chegue ao fim deforma bem sucedida. Um projeto de aeronave viável continua em desenvolvimento quando clientesiniciam sua operação e descobrem características que beneficiariam muito o projeto. Há o avançodos aviônicos. Novos equipamentos devem ser instalados e esses remodelados.Uma ampla gama devários programas de pós desenvolvimento está listado abaixo:
• Desenvolvimento dos programas de ensaio em voo, estrutural, de sistemas, de aviônicos;
• Programa de certificação do ensaio em voo, do estrutural, sistemas, de aviônicos;
• A aeronave é premiada com um tipo de certificado;
• Projeto do processo de produção;
• Projeto de ferramental de produção e fabricação;
• Entrega da aeronave produzida;
• Eventual recebimento de certificado de produção.
1.12 Processo Geral do Projeto de Aeronaves
Essa seção apresenta vários pontos de vista do processo geral do projeto de aeronaves, da introduçãode um pedido de proposta (RFP - Request for Proposal) à um produto certificado. Uma vez que háum grande esforço exercido na concepção do avião para cumprir com os regulamentos da aviaçãocivil, uma breve introdução à um número de muitos conceitos regulatórios importantes também édado.
1.12. Processo Geral do Projeto de Aeronaves 23
Esboço Elementar do Processo de Projeto
Uma descrição geral do processo de projeto é provido por vários livros de projeto de aeronaves,planejados para estudantes universitários de engenharia aeroespacial. Entender esse processo é degrande importância para o projetista de aeronaves, em particular, o líder da equipe de projeto. Umarepresentação elementar do processo de projeto é apresentada na figura (6). Enquanto o diagramadescreve corretamente a ordem cronológica de etapas que devem ser cumpridas antes que o POCseja construído, é um pouco enganador como a sobreposição de fases que não é apresentada. Emum ambiente industrial real realmente não há uma data definida para que o projeto conceitual eprojeto preliminar termina começa. Em vez disso, há uma sobreposição substancial entre as fases,pois isso permite uma utilização mais eficiente da força de trabalho. Em vez disso, a fase de projetoconceitual é lenta e seguramente reduz gradualmente.
Figura 6 – Um esboço elementar do processo de projeto de aeronaves.
Como um exemplo, na forma com que o processo é apresentado na figura (6), os engenheirosresponsáveis pelo projeto detalhado seriam lentos de mais até alcançarem a fase de concepção dedetalhes do projeto, efetivamente. Isso representaria uma situação onerosa para qualquer negócio.Em vez disso, o projeto preliminar tem seu lugar em várias fases paralelas à fase de projetodetalhado. O projeto preliminar da fuselagem pode ter inínico após o projeto das asas, enquantoque, o projeto detalhado da asa pode ocorrer simultaneamente com a fuselagem.
24 Capítulo 1. Elementos Importantes do Projeto de Aeronaves
Processo de Projeto segundo Torenbeek
Em seu livro clássico, Torenbeek [1] discute o processo em detalhes e apresenta um diagrama,reproduzido na figura (7). Esse diagrama apresenta o processo de uma maneira mais realística,mostrando as atividades que se sobrepõe. Não há, de fato, uma data específica além da quala fase anterior termina e a nova fase começa, ela também mostra marcos importantes, como ocongelamento da configuração, aprovação e aceitação do tipo de certificado.
ConfigurationDevelopment Detail Design Service
Engineering
ConceptualDesign
Preliminary Design
Configuration Frozen
DetailDesign
Manufacturing
Testing (Strux & Flight)
Go-aheadApproval
Support Design
TypeCertificate
InitialDelivery
Figura 7 – Processo de projeto de aeronaves segundo Torenbeek.
Um congelamento de configuração é uma data específica na qual, após essa data, nenhumamudança na geometria externa é permitida, mesmo se uma forma geométrica melhor for descoberta.Isso marca a data para o grupo de aerodinâmica cessar a otimização geométrica. O quanto aconfiguração ”congelada” está de acordo com os requisitos. O ”go-ahead approval” é a data na qualos gerentes superiores dão o sinal verde para a equipe de projeto proceder com a configuraçãoselecionada e desenvolver um protótipo. Em outras palavras, isso marca a prontidão da organizaçãopara financiar o projeto. O diagrama mostra corretamente que o projeto preliminar começa antesdo projeto conceitual ser concluído. É claro que, a maioria das características geométricas (asas,fuselagem, empenagem, etc.) já foram dimensionadas por ela, mas muitas outras permanecem emcurso. A avalização da efetividade dos winglets, dimensionamento das superfícies de controle eestimativa do momento de arfagem, mecanismo de recolhimento do trem de pouso e muitos outrossão exemplos de tais tarefas. O diagrama de Torenbeek também mostra que, o projeto detalhadocomeça durante a fase de projeto preliminar e, mesmo a fase de fabricação se sobrepõe às duasfases anteriores. A fase de fabricação inclui o projeto e construção do ferramental de produção,estabelecimento de relações de fornecedores e outras tarefas preparatórias.
CAPÍTULO 2Exemplos de imagens
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Figura 8 – Pintassilgo (Carduelis magellanicus).
26 Capítulo 2. Exemplos de imagens
Figura 9 – Saíra-amarela (Tangara cayana).
Figura 10 – Bandeirinha (Chlorophonia cyanea).
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CAPÍTULO 3Exemplos de tabela
3.1 Uma seção
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28 Capítulo 3. Exemplos de tabela
Tabela 1 – Pequeno vocabulário de design de livros
Termo em inglês Termo em português
title page folha de rosto.cover capaback cover quarta capa ou contra-capa ou
verso da capabastard title ou half title falsa folha de rosto. Tem só o
título do livro.table of contents sumáriotext block ou book block mioloprint space (alemão: Satzspie-gel)
mancha gráfica
section, gathering, quire (espe-cialmente se não impresso), sig-nature
caderno
leaf = folio (latim) folha, composta de recto (lat.)(anverso/frente) e verso (lat.)(verso). Geralmente o recto épágina ímpar, e verso é páginapar.
hardcover capa dura.endpaper/endsheet folha de guarda. Folha de papel
para prender o miolo do livrona capa dura.
dust jacket, dust cover, bookjacket, dust wrapper
sobrecapa. Geralmente de pa-pel, para cobrir capas duras.
front matter parte pré-textual.main matter parte textualback matter parte pós-textual. Composta
por epílogo, posfácio, apêndice,glossário, bibliografia, índice re-missivo (inglês: index), colofãoetc.
colophon colofão. Breve descrição sobreaspectos da publicação do livro.
running headers títulos correntesvolume volume. Conjunto de páginas
encadernadas.
Fontes:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Design_de_livroshttp://en.wikipedia.org/wiki/Book_designhttp://static.lexicool.com/dictionary/RX7KW614433.pdf
Tabela 2 – Exemplo de tabela utilizando o pacote booktabs.
Item
Animal Description Price ($)
Gnat per gram 13.65each 0.01
Gnu stuffed 92.50Emu stuffed 33.33Armadillo frozen 8.99Fonte: http://en.wikibooks.org/wiki/LaTeX/Tables
Sinta-se convidado a participar do projeto abnTEX2! Acesse o site do projeto em http://abntex2.googlecode.com/. Também fique livre para conhecer, estudar, alterar e redistribuir o trabalho doABNTEX, desde que os arquivos modificados tenham seus nomes alterados e que os créditos sejamdados aos autores originais, nos termos da “The LATEX Project Public License”1.
Encorajamos que sejam realizadas customizações específicas deste documento. Porém, recomen-damos que ao invés de se alterar diretamente os arquivos do abnTEX2, distribua-se arquivos com asrespectivas customizações. Isso permite que futuras versões do abnTEX2 não se tornem automatica-mente incompatíveis com as customizações promovidas. Consulte ??) par mais informações.
Este texto foi composto em Utopia, de Robert Slimbach, através do pacote fournier.
1 http://www.latex-project.org/lppl.txt
