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UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ Emerson Gil Treméa
Adir de Jesus Barbosa Regis Rosa Ferreira Junior
MODELO DE AVIÃO PEDAGÓGICO COM ÊNFASE NOS COMANDO PRINCIPAIS DE VÔO, FLAPES E PERFIS AERODINÂMICOS.
CURITIBA 2008
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Emerson Gil Treméa
Adir de Jesus Barbosa Regis Rosa Ferreira Junior
MODELO DE AVIÃO PEDAGÓGICO COM ÊNFASE NOS COMANDOS PRINCIPAIS DE VÔO, FLAPES E PERFIS AERODINÂMICOS.
Projeto de pesquisa apresentado ao Curso Superior de Tecnologia em Manutenção de Aeronaves da Faculdade de Ciências Aeronáuticas como requisito para obtenção de grau. Orientador: José Marcos Pinto
CURITIBA 2008
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RESUMO
Descreve a montagem e funcionamento de um modelo didático de avião, portátil e robusto que permite seu simples deslocamento para dentro de sala de aula. Com ênfase nas superfícies principais de comando de vôo, flapes e superfícies aerodinâmicas, tem o intuito de elucidar o funcionamento mecânico das superfícies de comando de vôo e flapes, bem como as atitudes assimiladas pelo avião em vôo quando tais superfícies são comandadas.
Palavras chave: modelo didático; superfícies de comando; superfícies aerodinâmicas.
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ABSTRACT
It describes an airplane didactic model, how it works and how it's assembled. Strong and portable, it's easy to transport into the classroom. Emphasizing the main flight command, flaps and aerodynamic surfaces, it aims to elucidate the mechanical functioning of flight command surfaces and flaps, as well as the airplane assimilated attitudes during the flight when such surfaces are commanded.
Key-words: didactic model; command surfaces; aerodynamics surfaces.
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LISTA DE FIGURAS
DIAGRAMA 1 – TRÊS FACES .............................................................................72 DIAGRAMA 2 – DESENHO ESQUEMÁTICO DO MANCHE, AILERONS E PRO-FUNDOR ......................................................................................................................73 DIAGRAMA 3 – DESENHO ESQUEMÁTICO DO MECANISMO DE COMANDO DOS FLAPES ...............................................................................................................74 DIAGRAMA 4 – DESENHO ESQUEMÁTICO DO LEME ..................................75 DIAGRAMA 5 – ESQUEMA ELÉTRICO .................................................................76
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LISTA DE FOTOS
Foto 1 – Montagem do cock pit em semi cubo. ....................................................... 12 Foto 2 – Nacele do motor ........................................................................................ 14 Foto 3 – Novo nariz ................................................................................................. 15 Foto 4 – Cone de cauda ............................................................................................ 16 Foto 5 – Fixação do cone de cauda com a empenagem. ......................................... 17 Foto 6 – Nervuras das asas .......................................................................................18 Foto 7 – Face da nervura. ........................................................................................ 18 Foto 8 – Seqüência de testes de nervuras .................................................................19 Foto 9 – Suporte da bellcrank do aileron .................................................................19 Foto 10 – Desenho das nervuras ...............................................................................21 Foto 11 – Nervuras do estabilizador horizontal ........................................................21 Foto 12 – Pré moldagem do estabilizador horizontal ...............................................22 Foto 13 – Estrutura formada por tubos .....................................................................22 Foto 14 – Estabilizador horizontal ............................................................................23 Foto 15 – Deriva .......................................................................................................24 Foto 16 – Trem de pouso ..........................................................................................29 Foto 17 – Primeiros estágios da hélice .....................................................................31 Foto 18 – Hélice no formato final ...........................................................................31 Foto 19 – Sistema de fixação da hélice ...................................................................32 Foto 20 – Bucha de latão ..........................................................................................32 Foto 22 – Bellcrank no cone de cauda ..................................................................... 35 Foto 23 – Orelhas de fixação ....................................................................................36 Foto 24 – Mecânica de articulação do estabilizador horizontal ................................38 Foto 25 – Bucha de nylon do flape ............................................................................. 41 Foto 26 – Eixo, embuchamento e swits ................................................................... 43 Foto 27 – Motor acionador do flape .........................................................................44 Foto 28 – Switchs do flap .........................................................................................46 Foto 29 – Buchas de articulação do flape e aileron ................................................47 Foto 30 – Barbatana do aileron .................................................................................48 Foto 31 – Bellcrank do aileron .................................................................................49 Foto 32 – Manche .....................................................................................................52 Foto 33 – Rolamento do eixo do motor ................................................................ 58 Foto 34 – Ligações elétricas .....................................................................................60 Foto 35 – Painel ........................................................................................................61 Foto 36 – Três faces ..................................................................................................68 Foto 37 – Vista geral do modelo final ......................................................................69 Foto 38 – Painel final ...................................................................................................69
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SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 7 2 O PROJETO ......................................................................................................................... 8 3 MATERIAIS UTILIZADOS ............................................................................................... 9 4 MONTAGEM ESTRUTURAL ....................................................................................... 10 4.1 – COCK PIT ...................................................................................................................... 11 4.2 – NACELE DO MOTOR .................................................................................................. 13 4.3 – CONE DE CAUDA ........................................................................................................ 15 4.4 – ASAS ............................................................................................................................... 17 4.5 – ESTABILIZADOR HORIZONTAL ............................................................................. 20 4.6 – ESTABILIZADOR VERTICAL OU DERIVA ........................................................... 23 4.7 – LEME ............................................................................................................................ 24 4.8 – PROFUNDOR ............................................................................................................... 25 4.9 – FLAPES ........................................................................................................................... 25 4.10 – AILERONS ...................................................................................................................... 26 4.11 – TREM DE POUSO ......................................................................................................... 26 4.12 – FUSELAGEM ................................................................................................................. 29 4.13 – HÉLICE ............................................................................................................................30 5 MONTAGEM MECÂNICA .............................................................................................. 33 5.1 – COCK PIT ........................................................................................................................ 33 5.2 – CONE DE CAUDA ......................................................................................................... 34 5.3 – ASAS ................................................................................................................................ 35 5.4 – ESTABILIZADOR HORIZONTAL ............................................................................... 36 5.5 – ESTABILIZADOR VERTICAL OU DERIVA ............................................................ 37 5.6 – LEME ............................................................................................................................... 37 5.7 – PROFUNDOR ................................................................................................................. 39 5.8 – FLAPES ........................................................................................................................... 40 5.9 – AILERONS ...................................................................................................................... 46 5.10 – MANCHE ....................................................................................................................... 50 5.11 – PEDAIS .......................................................................................................................... 55 5.12 – MORTOR DA HÉLICE ..................................................................................................57 6 MONTAGEM ELÉTRICA ............................................................................................... 59 6.1 – SISTEMA ELÉTRICO ..................................................................................................... 59 6.2 – COCK PIT ........................................................................................................................ 60 6.3 – FLAPES ............................................................................................................................ 61 6.4 – HÉLICE ............................................................................................................................ 62 7 MANUTENÇÃO DOS SISTEMAS ................................................................................. 63 7.1 – FLAPES ............................................................................................................................ 63 7.2 – AILERONS ....................................................................................................................... 64 7.3 – MANCHE ......................................................................................................................... 64 8 PINTURA ............................................................................................................................ 65 9 FERRAMENTAS UTILIZADAS ..................................................................................... 66 CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 67 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 70 GLOSSÁRIO .......................................................................................................................... 71 ANEXOS ................................................................................................................................72
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1 INTRODUÇÃO A idéia original que concebeu a elaboração do projeto surgiu pela observação
de que grande parte dos alunos ingresso no curso de Tecnologia em Manutenção de
Aeronaves não conhece os mecanismos que acionam as superfícies principais de vôo,
e muitas vezes sequer sabem da sua existência. Para muitos o uso de pedais para o
controle da aeronave em vôo é uma surpresa.
Se é verdade que uma imagem vale por mil palavras, esse objeto valerá por um
milhão, pois é palpável, funcional e todos os sistemas estão à mostra do observador.
Como a instituição não dispõe de aeronaves reais que possibilitariam o
manuseio e observação dos sistemas de controle de vôo, o presente trabalho virá a
suprir esta carência, pois quando finalizado e entregue, será tão somente um avião real,
em tamanho reduzido.
Visto que a instituição também oferece outros cursos referentes à aviação, e é
notada a necessidade de um maior contato físico com aeronaves em todos os cursos
oferecidos, esse modelo didático poderá fazer parte do conteúdo programático em
todos os cursos oferecidos.
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2 O PROJETO
O projeto foi elaborado sem a principal preocupação estética ou de
proporcionalidade, mas sim de que o modelo tivesse os formatos básicos de uma
aeronave real, que fosse resistente, leve, portátil, e que permitisse o manuseio e a
observação tanto das superfícies de vôo como o funcionamento dos seus comandos.
Em termos gerais o projeto gráfico limitou-se a:
- dimensionar a aeronave, bem como suas partes, estabelecer curvaturas de
perfis, aerofólios e superfícies de comando;
- esboçar o funcionamento básico dos sistemas através dos diagramas;
- esboçar o funcionamento do sistema elétrico;
Como o projeto gráfico não foi fundado em um projeto real consagrado, muitos
detalhes tiveram que ser resolvidos no decorrer da montagem.
A finalidade do projeto gráfico foi muito mais de servir como referência para os
passos de montagem do que ser seguido fielmente como um projeto rígido e acabado.
Uma vez que o projeto não previu emendas, distâncias entre rebites, curvaturas
adequadas, dobras, posição real de furação e muitos outros detalhes, esses pormenores
foram verificados e resolvidos na seqüência de montagem.
O projeto gráfico do sistema pode ser visto nos diagramas de 1 a 5, anexos.
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3 MATERIAIS UTILIZADOS
Para a montagem do modelo foram utilizados diversos tipos de material da
mesma forma que ocorre na montagem de um aeroplano real, cada qual analisado
especificamente para cada situação. Essa análise consistiu em verificações adequação,
observação, consulta à especialistas, consulta em material escrito, disponibilidade e
viabilidade econômica.
O material mais utilizado para confecção do modelo foi o alumínio, contudo
não foi adquirido o material aeronáutico por inviabilidade econômica, para essa
escolha foi considerado o resultado final do trabalho e a especificação do alumínio não
alterou em nada esse resultado. Se fosse optado pelo alumínio aeronáutico o projeto
teria uma acréscimo de 800% em seu valor, portanto a melhor escolha foi o alumínio
comum de igual espessura.
Além das chapas de alumínio de 0,7mm foram utilizados também chapas de
alumínio de 2,0mm, chapas de alumínio de 4,0mm, chapas de aço inox de 0,5mm,
tubos de alumínio de diversos diâmetros e espessuras de parede, cabos de aço e
conduítes, rebites diversos, barras e placas de nylon, perfis de alumínio, tubos de aço
inox, gromets, cabos elétricos, chaves elétricas, micros switch, motores, solda em
estanho, silicone, dobradiça, mola, buchas em latão e uma grande variedade de
parafusos, arruelas, cada qual minuciosamente estudado e selecionado conforme as
necessidades surgidas.
A seguir serão descritas as fases de montagem do modelo, sendo a descrição
dividida em três sub-itens, cada qual descreverá sua especialidade; “montagem
estrutural”, “montagem mecânica” e “montagem elétrica”, como segue.
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4 MONTAGEM ESTRUTURAL
O início da montagem estrutural do projeto deu-se baseado no diagrama 1 em
anexo.
Uma vez tendo o projeto esboçado e o material já estabelecido, foi iniciada a
faze de montagem. Toda a parte estrutural foi feita em chapas de alumínio não
necessariamente aeronáutico. Na maioria das partes a estrutura do modelo foi dada
pela moldagem das chapas de alumínio 0,7mm que dão formato e estrutura ao mesmo
tempo. Esse tipo de montagem pode ser denominada monocoque ou semi-monocoque,
sendo que o termo monocoque refere-se á estruturas tubulares, ovais ou de alguma
forma cilíndricas, formadas sem nenhum tipo de longarinas, cavernas ou nervuras, e o
semi-monocoque não possui longarinas mas dispõe de nervuras ou cavernas.
Essa chapas de 0,7mm também puderam ser utilizadas em elementos de função
mecânica como os suportes dos bellcranks (guinhois) dos ailerons e o próprio cock pit
que é feito destas chapas, que por si só, receber todos os componentes de comando do
modelo diretamente nas chapas.
Em todos os bordos de fuga foram utilizados rebites maciços, pois além de
darem um melhor acabamento e formato aerodinâmico, são passíveis de achatamento
por martelada, pois são transpassados nas chapas e ficam com suas pontas em posição
cômoda para o martelamento.
Já os rebites pop, por sua vez, permitem a instalação sem que haja acesso à sua
ponta, o que facilita em muito a sua instalação em locais onde o acesso é difícil ou
impossível.
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Como na maioria das vezes o aspecto interno do rebite não é prioritário e o
acesso à sua ponta é difícil, optou-se pelo rebite pop devido à sua facilidade de
instalação, exceto como já vimos, nos bordos de fuga das superfícies de comando e
hiper-sustentação.
Na seqüência será descrita a construção de cada parte da aeronave, enfatizando-
se basicamente a utilização das chapas de alumínio 0,7mm como fator estrutural.
Para visualizar as dimensões e proporções da montagem do modelo, consulte o
diagrama número 1.
4.1 COCK PIT
Foi a primeira peça a ser moldada em chapa de alumínio 0.7mm sendo uma
peça quase cúbica onde ficarão abrigados todos os comandos do modelo, o cock pit foi
dimensionado em 250x250x150mm, sendo moldado em uma peça única as soleiras, as
laterais e o fundo que ficou em forma de “U”, nessa peça foi feita uma dobra de 15
mm em todo o seu contorno para possibilitar a rebitagem à parede de fogo e à parede
traseira.
A parede de fogo e a parede traseira forma feitas com duas chapas cortadas em
formato semicirculares e de forma espelhada, que futuramente darão formato à
fuselagem, cone de cauda e nacele do motor. A parede de fogo e a parede traseira
foram rebitadas à parte central do cock pit em “U” formando o semi cubo, como
podemos ver na foto 1, a seguir.
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Foto 1 – Montagem do cock pit em semi cubo.
Os rebites foram dispostos ao longo de toda a linha de encontro entre as chapas
da parede de fogo, traseira e perfil em “U” com espaçamento médio de 40 mm entre si.
Na parede de fogo e na parede traseira, foi dado um ângulo de
aproximadamente 25º que possibilitou a formação do painel do cock pit e uma espécie
de soleira traseira. Esse ângulo foi dado logo acima da linha dos 150 mm, o que
também possibilitou uma melhor visualização e manipulação dos comandos e sistemas
além de conferir uma melhor harmonia visual ao modelo.
Nas bordas externas da parede de fogo e do e parede traseira foram feitas dobras
90º de 15 mm com pequenos cortes em V para possibilitar a rebitagem das demais
peças adjacentes como cone de cauda, nacele do motor, e fuselagem.
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Na parte inferior das laterais do cock pit, foram feitos dois cortes no mesmo
formato aerodinâmico das asas, com bordas de 15 mm que foram dobradas para fora
como espera para a fixação das asas. Esses cortes possibilitarão também a passagem
dos tubos de comando dos ailerons futuramente.
4.2 NACELE DO MOTOR
Embora em aviões monomotores a nacele do motor faça parte da fuselagem,
descriminaremos desta forma para melhor entendimento da montagem.
Feita em três chapas de alumínio 0,7 mm rebitadas, em formato cônico, sendo
que a parte frontal ficou em formato oval com 160 x 140 mm, e na parte posterior com
270 x 350 mm, que coincide com o formato da parede de fogo.
Essa peça foi feita em duas chapas rebitadas entre si e nessa peça foi deixada
uma janela de inspeção que possibilita a visualização e eventual manutenção ao
aparelho. A nacele ficou em formato cônico excêntrico de modo que não foi
necessário fazer cortes em V para a moldagem na parte superior, acima da nacele, o
que possibilitou o avanço da peça sobre o painel, criando uma proteção para o mesmo
e dando harmonia ao desenho do aparelho, como vemos na foto 2 a seguir.
Foto 2 – Nacele do motor
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Já na parte inferior, foram necessários cortes em V intermitentes para
possibilitar a moldagem da peça às demais partes posteriormente instaladas.
Na extremidade mais estreita do cone foi colocada a terceira peça em formato
oval com as bordas dobradas e com cortes intermitentes em V para a moldagem e
rebitagem, essa peça servirá para a posterior fixação do motor da hélice.
Embora essa primeira montagem tenha ficado mecanicamente aceitável, sua
parte estética deixou a desejar, pois, a sua face ficou torcida devido ao formato
moldado sem uma ferramenta adequada. Por esse motivo foi confeccionado um sobre
nariz em fibra de vidro, que foi colocado sobre esse, deslocando o motor mas para
frente e dando melhor estética, como vemos na foto 3 a seguir. Para dar esse formato
ao nariz, foi necessário primeiramente criar um molde em argila, para depois, sobre
esse, depositar a fibra de vidro, a respectiva resina para. Após a polimerização dos
produtos, o novo nariz foi destacado do molde e finalizado com fundo para preparo do
acabamento final.
Foto 3 – Novo nariz.
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4.3 CONE DE CAUDA
Feito em uma única chapa de alumínio de 0,7 mm em formato cônico com a
parte anterior com 270 x 350 que coincide com a parte posterior do cock pit e a outra
extremidade tendendo a 0 (zero). A única emenda desta chapa ficou na parte superior e
foi fechada com rebites, na parte superior também ficou a janela de inspeção e
visualização. Como esse cone também é excêntrico, foi possível fixá-lo à parede
posterior do cock pit sem a necessidade de cortes em V na borda da parte superior, que
fica visível. Já na parte inferior, foram feitos os cortes em V que possibilitaram a
moldagem da peça às demais, como vemos na foto 4 a seguir.
Foto 4 – Cone de cauda.
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Na extremidade final do cone, foram feitos os cortes para a introdução do
estabilizador horizontal e da deriva, ainda aproveitando o corte foram deixadas abas
para a rebitagem dos mesmos, aproveitando a estrutura monocoque do cone como
parte estrutural da deriva. Na extremidade desses cortes foi feito o recorte no formato
do perfil aerodinâmico do estabilizador horizontal e deriva, dando um acabamento
agradável ao modelo como vemos na foto 5 a seguir.
Foto 5 – Fixação do cone de cauda com a empenagem.
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4.4 ASAS
Confeccionadas totalmente em chapas de alumínio 0,7mm, foram concebidas
em formato aerodinâmico assimétrico acentuado, baseado no modelo NACA 4424
(National Advisory Comettee for Aeronautics - Comissão Nacional de Assessoria
Aeronáutica) para melhor ilustrar os efeitos aerodinâmicos que incidem sobre as
mesmas.
Cada asa consiste em uma chapa plana de 380 x 380, duas nervuras, uma
interna com furo de passagem para o tubo de comando do aileron, e outra externa lisa,
sem furos, um perfil em U 380x30x15 mm para o acabamento posterior, uma estrutura
para apoio do comando do aileron.
As nervuras que foram feitas sob a orientação do senhor Wilian do Aeroclube
do Paraná, foram estampadas utilizando-se de um molde em madeira especialmente
desenvolvido para esse fim, sendo que em suas extremidades foram dispostos cortes
em V com respectivos furos de parada, estrategicamente posicionados para dar à
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nervura o formato desejado sem deformara a sua face, como vemos na foto 6 e 7 a
seguir.
Foto 6 – Nervuras das asas
Foto 7 – Face da nervura.
Para se chegar a esse resultado foram necessários outros testes de material e
deformação, somente daí, foi possível chegar a um resultado aceitável, como vemos na
foto 8 na seqüência.
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Foto 8 – Seqüência de testes de nervuras.
Depois das nervuras prontas, foi desenvolvido o suporte para o bellcrank dos
ailerons. Esse consiste em plataformas estampadas em chapas de alumínio e dispostas
de forma a possibilitar o melhor funcionamento do sistema que controla os ailerons
como vemos na foto 9 a seguir.
Foto 9 – Suporte do bellcrank do aileron.
Para o funcionamento desse sistema foi necessário um furo na nervura interna
para permitir a passagem do tubo que transmitirá o movimento do manche para o
bellcrank do aileron. Ou seja, as hastes de comando dos ailerons.
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Para dar estrutura de longarina à asa e possibilitar a instalação futura dos
ailerons e flapes, sua parte posterior, próximo ao bordo de fuga foi feito um perfil em
“U”, onde haverá a junção entre a asa e os comandos de vôo.
Feito isso, as nervuras foram recobertas com uma chapa única de alumínio que,
devido às suas características, deram excelente estrutura mecânica às asas.
A fixação das partes foi feita com rebites de alumínio tipo pop com
espaçamento de 40 mm entre si sobre as nervuras e sobre o perfil em U o que sozinho
já deu estrutura e formato para a asa.
Sobre cada asa foi deixada uma janela circular de inspeção para a visualização e
manutenção do sistema de bellcranks que acionam os ailerons.
As asas foram fixadas por meio de rebites nas paredes laterais do cock pit e na
fuselagem. Somente essa rebitagem foi suficiente para a fixação das asas, dando
estrutura ao modelo sem utilização de outros recursos. Para chegar à possibilidade de
fixação somente por esse meio, foi estudada a tensão entre as partes do modelo e o
formato das paredes internas do cock pit e externa da fuselagem, sendo que o formato
retilíneo interno do cock pit e do formato cilíndrico da fuselagem foram cruciais para
se atingir esse resultado, pois dão a rigidez necessária à estrutura.
Para cada asa formam usados 60 rebites sem incluir os das superfícies de
comando ou mecanismos das superfícies de comando.
4.5 ESTABILIZADOR HORIZONTAL
Feito em par, com perfil aerodinâmico simétrico, baseado no modelo NACA
0018.
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Foram utilizados para cada um uma chapa inteiriça de 200 x 240mm, duas
nervuras e um perfil em U de 15 x 12 mm e um tubo de alumínio de 25mm de
diâmetro externo, mas com comprimento de 440mm que unirá ambos os
estabilizadores e dará estrutura à toda a empenagem.
Primeiramente foram desenhadas as nervuras como vemos na foto 10 a seguir.
Foto 10 – Desenho das nervuras.
Depois foram cortadas e dobradas, como vemos na foto 11 a seguir.
Foto 11 – Nervuras do estabilizador horizontal
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Essa disposição foi necessária para dar forma e acabamento ao tubo que
moldará o bordo de ataque da peça, como observamos na foto 12 a seguir.
Foto 12 – pré moldagem do estabilizador horizontal
O tubo recebeu um furo no meio do seu comprimento como espera para o tubo
que formará a deriva. Esse modelo de fixação permitirá grande rigidez estrutural ao
modelo como vemos na foto 13 a seguir.
Foto 13 – Estrutura formada por tubos
O perfil em U forma a parte posterior do aerofólio dará fixação à chapa de
cobertura e também servirá como espera para as orelhas de articulação dos
profundores.
Quando pronta a peça fica a espera para os demais componentes que comporão
o perfil final com vemos na foto 14 a seguir.
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Foto 14 – Estabilizador horizontal.
A fixação entre o estabilizador horizontal e o cone de cauda é feita através de
rebites nas abas que haviam sido deixadas para esse fim como vimos anteriormente na
foto 5.
4.6 ESTABILIZADOR VERTICAL OU DERIVA
Feito exatamente da mesma forma que o estabilizador horizontal, contudo o
tubo mais curto tem o comprimento necessário para ser inserido perpendicularmente
no furo de espera deixado na parte central do tubo do estabilizador horizontal.
Suas nervuras formam ângulos de 75º com o bordo de ataque, devido
exatamente ao fato da deriva ficar com 15º de inclinação à linha perpendicular ao solo
(foto 15). Essa inclinação conferiu ao modelo um visual muito mais agradável e maior
fidelidade com relação aos aparelhos funcionais como se observa na foto 15 a seguir.
Foto 15 – Deriva.
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4.7 LEME
Para a montagem do leme forma utilizadas duas nervuras que deram formato e
acabamento nas extremidades, uma chapa 150 x 250 mm, uma tira de alumínio de 0,7
x 250 x 10mm, um tubo de alumínio de parede muito fina de 250mm de comprimento,
rebites pop para fixação das nervuras e rebites maciços para fixação com melhor
acabamento no bordo de fuga.
Para a moldagem das nervuras foi necessária a utilização de um molde
confeccionado em madeira dura, pois suas pequenas dimensões assim exigiram.
Com as nervuras preparadas, o tubo foi disposto em sua extremidade mais larga
e a chapa maior foi dobrada sobre o conjunto, deixando seu bordo de ataque em
formato arredondado e o bordo de fuga tendendo a zero.
A tira estreita foi rebitada entre as bordas da chapa maior que formam o bordo
de fuga para aumentar sua resistência mecânica.
As extremidades do leme forma feitas em ângulos, sendo que a extremidade
superior adotou o mesmo ângulo superior da deriva, mantendo a linha e dando
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harmonia visual e a extremidade inferior sofreu um corte com ângulo muito mais
acentuado que permite a livre movimentação do profundor.
As extremidades do tubo interno, que dá formato ao bordo de ataque ficaram
vazadas, isso possibilitará a fixação do dispositivo de articulação futuramente.
4.8 PROFUNDOR
Para a montagem do profundor foram utilizadas duas nervuras, uma chapa de
430 x 150mm, uma tira de 430 x 10 e um tubo de alumínio com parede muito fina de
430mm de comprimento rebites pop para fixação das nervuras e rebites maciços para a
fixação e melhor acabamento nos bordo de fuga.
A montagem do profundor deu-se de forma idêntica à montagem do leme, com
a diferença entre seus tamanhos e pelo fato das extremidades estarem em ângulos retos
de 90º com o bordo de ataque.
4.9 FLAPES
Para a montagem de cada flape foram utilizadas duas nervuras, uma chapa de
alumínio de 170 x 180mm, uma tira de 170 x 10, tubo de alumínio de 25mm de
diâmetro externo x 170mm de comprimento, rebites pop para a fixação das nervuras e
rebites maciços para a fixação da chapa no bordo de fuga com melhor acabamento.
Antes do começo da montagem foi necessária a moldagem das nervuras, para
que essas fossem feitas de formato padrão, sem alterações de tamanho, foi
desenvolvida um molde em madeira dura que possibilitou essa padronização.
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As nervuras foram feitas com a sua extremidade mais grossa em formato de
semi-círculo para encaixe perpendicular ao tubo e a outra extremidade tendendo a
zero, que formou um encaixe perfeito para o tubo, e permitiu moldar a chapa estrutural
sobre o conjunto dando formato ao aerofólio, depois a chapa estrutural foi fixada por
rebites consolidando a peça.
Como o tubo ficou no bordo de ataque e a chapa foi repuxada sobre esse, o
bordo de ataque tomou formado do tubo.
A tira estreita de alumínio foi inserida entre as bordas posteriores da chapa
maior para dar melhor resistência mecânica à peça.
Dessa forma cada flape atingiu seu formato final sendo que as extremidades do
tubo interno do bordo de ataque ficaram vazadas, ou seja o buraco do tubo ficou à
mostra. Isso possibilitará a fixação do dispositivo de articulação.
4.10 AILERONS
Os ailerons foram feitos exatamente no mesmo formato que os flapes com a
única diferença em seu tamanho, pois esses ficaram com 150mm de comprimento
contra 170mm dos flapes.
4.11 TREM DE POUSO
O trem de pouso é responsável pelo apoio e movimentação do modelo , e foi
desenvolvido de forma a tornar fácil a manipulação do avião sem contudo, distanciar a
sua aparência de um trem original.
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Nesse modelo foi utilizado o modelo triciclo, pois o trem de pouso tipo
convencional é cada vez mais raro e só utilizado em aeronaves de porte muito
pequeno.
O trem principal tem seu suporte feito com chapas estruturais de alumínio
aeronáutico, cada um feito com duas chapas dobradas em L e dispostas em triângulo
sendo unidas na extremidade inferior e separadas na extremidade superior que permite
grande rigidez ao sistema.
A fixação superior é feita através de quatro rebites e a fixação inferior é feita
através do parafuso do eixo da roda.
As rodas do trem principal foram torneadas a partir de rodas rolamentadas
utilizadas em patinetes, mas que antes de torneadas mostravam-se muito grandes e
pesadas para o objetivo.
No trem do nariz foi utilizado um rodízio auto-rotativo, similar aos utilizados
em cadeiras de escritório. Isso visa facilitar a movimentação do modelo, pois ela gira
sobre o seu eixo vertical que ajudará na movimentação e na explanação dos sistemas
embarcados no modelo pelo professor em sala de aula.
Com o término da montagem do modelo, foi verificado um grave problema com
relação ao trem principal. Esse ficou muito próximo ao centro de gravidade do avião, o
que dificultava a manipulação dos sistemas. Uma vez que se puxasse o manche para
trás (movimento de cabrar), ocorria o tail strike (queda de cauda).
Para se solucionar esse problema, havia duas maneiras viáveis, a primeira e
mais fácil, era colocar um lastro de peso adequado na nacele do motor, contudo, isso
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iria contra o preceito básico do projeto, que é de construir uma avião com a maior
portabilidade possível, e o lastro aumentaria consideravelmente o peso do aparelho.
A segunda maneira de resolver o impasse, seria substituir o trem de pouso por
outro situado mais posteriormente ao CG (centro de gravidade). Essa solução, embora
mais complexa, foi vista como mais adequada e, portanto foi a executada.
Para a construção do novo modelo de trem de pouso, foi necessário antes de
tudo retirar o trem anterior, o que exigiu a desmontagem total da barriga do modelo.
A construção do novo trem foi realizada com duas chapas de alumínio naval
com 3,0mm de espessura com 95 x 190mm que foi cortada deixando uma grande área
para a fixação no piso do cock pit, na raiz das asas e por último na borda deixada na
barriga do modelo. A chapa foi dobrada em “L”, com um lado para a fixação à
aeronave e o outro para a fixação da rodas como vemos na foto número 16 a seguir.
Foto 16 – Trem de pouso.
29
Essa disposição deslocou para trás o trem principal em aproximadamente 4 cm,
e permitiu um ótimo equilíbrio do aparelho e excelente rigidez para o sistema,
tornando-o ainda mais resistente do que o modelo de trem de pouso anterior, além de
permitir o livre manuseio dos sistemas do modelo.
4.12 FUSELAGEM
É considerada fuselagem nesse modelo apenas a parte que circunda o cock pit, é
a parte que dá o formato cilíndrico à aeronave. A fuselagem foi feita em chapas de
alumínio de modo a dar estrutura, fixar as asas e também servir de acabamento ao
modelo.
30
As partes laterais, foram dispostas de forma semi-cilíndrica, com a parte
superior dobrada sobre a borda do cock pit para formar a soleira com excelente
acabamento e proteção contra cantos vivos.
Suas laterais semi-cilíndricas dão estrutura mecânica a toda a estrutura, e na
parte inferior da lateral foi recortado o perfil da asa, sendo deixada uma aba de 15mm
dobrada sobre o extradorso da asa, que permite a fixação por rebite entre as partes e dá
rigidez à estrutura.
As bordas anterior e posterior da fuselagem avançam sobre a emenda entre o
cone de cauda com a fuselagem, e a nacele do motor com a fuselagem, esse avanço
sobre essas partes permitiu encobrir os cortes em V feitos nas bordas dessas peças com
a finalidade de fixação, o que deu o acabamento esperado e proteção contra qualquer
canto vivo que pudesse comprometer a segurança de quem manusear o modelo.
A barriga do avião, também considerada fuselagem, deu seguimento ao
acabamento entre as emendas de peças onde foram necessários cortes em V para
fixação. Nas extremidades laterais foi ainda possível deixar abas para uma, ainda
melhor, rigidez estrutural entre as asas e a fuselagem.
4.13 HÉLICE
Embora pareça uma parte simples, a hélice do modelo foi uma das partes que
exigiu mais atenção, pois foi esculpida em uma peça única de imbuia.
Não tentando enfatizar o formato helicoidal, mas sim enfatizar que a hélice se
trata de um aerofólio aerodinâmico de perfil assimétrico, na peça foram esculpidas
duas pás retas, não helicoidais.
31
Por esse motivo a hélice não é exatamente uma hélice, mas dois aerofólios
dispostos em sentido contrário em um eixo, mas de fácil observação de seu perfil, pois
essa é a intenção dessa representação de hélice.
As foto 17 e 18 a seguir mostram os estágios da confecção da hélice.
Foto 17 – Primeiros estágios da hélice.
foto 18 – Hélice no formato final.
A fixação da hélice é feita em um eixo torneado em latão, fixo por pressão ao
eixo do motor, e roscado na extremidade anterior. Na parte posterior da hélice há uma
bucha de latão transpassada por um parafuso perpendicular ao furo do eixo que
possibilita a sua fixação e impede a rotação com ralação ao mesmo. Nesse bucha
existem ainda dois pinos axiais ao eixo que se encaixam à hélice e provê fixação entre
a mesma e o eixo. A rosca na extremidade anterior mantém a hélice presa à bucha,
tornando o sistema rígido, como vemos na foto 19 e 20 a seguir.
Foto 19 – Sistema de fixação da hélice.
32
Foto 20 – Bucha de latão
33
5 MONTAGEM MECÂNICA
A montagem mecânica aqui compreendida trata de todo e qualquer dispositivo
que tenha atrelado à sua função alguma função mecânica, mesmo que o elemento
possa parecer exclusivamente estrutural.
Essa descrição ajudará a analisar e avaliar o trabalho desenvolvido em todos os
seus aspectos de concepção e construção, e certamente acrescerá nos conceitos
avaliativos do projeto.
Trataremos da montagem mecânica individualmente de cada elemento que
contenha em seu desenvolvimento algum critério referente.
5.1 COCK PIT
A montagem mecânica do cock pit consistiu em sua perfeita perfuração para a
disposição de todos os sistemas nele contidos.
Dentro do cock pit, encontram-se o pedal, o manche, o comando elétrico dos
flapes, todos os controles elétricos de ligação, verificação de voltagem, acionamento
do motor da hélice, acionamento dos flapes elétricos, fusíveis, furação para a
passagem dos cabos de comando, furação para a passagem das hastes de comando,
furação para o eixo dos flapes, furação para os terminais de cabos e passagem de
conduítes, fixação de batentes, entre outros, como se pode ver na foto 21 a seguir.
34
Foto 21 – Detalhes do cock pit.
5.2 CONE DE CAUDA
No cone de cauda existe a estrutura de fixação para as bellcranks que
comandam o profundor e o leme. Trata-se de uma estrutura em alumínio estrutural de
2 mm disposta em plano horizontal, paralelo ao solo, fixada por quatro rebites ao
fundo do cone de cauda, que suporta o pino dos bellcranks do profundor e do leme
como vemos na foto 22 na seqüência.
35
Foto 22 – Bellcranks no cone de cauda.
5.3 ASAS
Nas assa existem as estruturas de fixação para os bellcranks que comandam os
ailerons. Essas estruturas consistem em plataformas instaladas no interior da asa,
moldadas em chapa de alumínio 0,7mm com uma distância de 15mm da parte interna
do intradorso da asa que permitem o acesso às porcas de nylon que fixam os eixos
onde atuam esses bellcranks.
Para que possa existir movimento em qualquer superfície, é necessário que haja
uma articulação, no caso das asas do estabilizador vertical e do estabilizador
horizontal, esse contém as guias de fixação que permitem a articulação das superfícies
de comando e do flap.
36
Para a fixação e movimentação, tanto dos flapes quanto dos ailerons existem em
cada asa dois perfis em L de alumínio aeronáutico estrutural de 2,0mm, cortados em
perfis estreitos e fixados por rebites em seu lado maior, dentro do perfil em U no bordo
de fuga das asas, de modo que fica uma “orelha” para fora do perfil em U. Nessa
orelha encontram-se os orifícios que serão transpassados pelos eixos de articulação,
tanto dos ailerons, quanto dos flapes como observamos na foto 23 a seguir.
Foto 23 – Orelhas de fixação.
5.4 ESTABILIZADOR HORIZONTAL
Para a fixação e movimentação do profundor existem dois perfis em L de
alumínio aeronáutico estrutural de 2,0mm, cortados em perfis estreitos e fixados por
rebites em seu lado maior, dentro do perfil em U no bordo de fuga do estabilizador
horizontal, de modo que fica uma “orelha” para fora do perfil em U. Nessas orelhas
encontram-se os orifícios que serão transpassados pelos eixos de articulação do
profundor.
37
5.5 ESTABILIZADOR VERITCAL OU DERIVA
Para a fixação e movimentação do leme existem dois perfis de alumínio em L
aeronáutico estrutural de 2,0mm, cortados em perfis estreitos e fixados por rebites em
seu lado maior, dentro do perfil em U no bordo de fuga da deriva, de modo que fica
uma “orelha” para fora do perfil em U. Nessas orelhas encontram-se os orifícios que
serão transpassados pelos eixos de articulação do leme.
5.6 LEME
Para visualizar o mecanismo de funcionamento do leme, consulte o diagrama
número 4.
Para o movimento do leme foi desenvolvido um sistema de articulação simples,
robusto e funcional, trata-se de uma bucha de nylon inserida nos orifícios do tubo
aparente nas extremidades do bordo de ataque do leme. Essas buchas de nylon são
transpassadas perpendicularmente nas suas extremidades internas por pequenos
parafusos que cumprem a função dupla de fixar o tubo à estrutura do leme, e a bucha
ao tubo, impedindo qualquer movimentação indesejada. A própria bucha serve de
porca frenante para esse pequeno parafuso como mostra a foto 24 na seqüência.
38
Foto 24 – Mecânica de articulação do estabilizador horizontal.
..
Fixadas as buchas ao resto da estrutura, o leme pode ser posicionado em seu
lugar e inseridos os parafusos de fixação e articulação em seu orifício original, que
passam antes pelos orifícios das orelhas fixadas na deriva.
Para impedir a movimentação pendular do parafuso, foram torneadas buchas
metálicas que ficam entre a bucha de nylon e a orelha, e que guiam eficientemente o
parafuso, dando livre movimentação ao leme sem apresentar folgas ou deslocamentos
indesejados.
Os parafusos servem também como eixo, pois tem uma de suas extremidades
roscada e corpo liso próximo à cabeça permitindo a dupla função.
A ligação da haste de comando ao leme é feita por uma barbatana fixa por dois
rebites no lado direito da extremidade inferior do leme. Essa barbatana tem um orifício
na sua extremidade onde é inserida a haste de comando, transmitindo o movimento
linear da haste e transformando-o em movimento abano para a superfície de comando.
39
5.7 PROFUNDOR
Para visualizar o mecanismo de funcionamento do profundor, consulte o
diagrama número 2.
Para o movimento do profundor foi utilizado e mesmo processo do leme, um
sistema de articulação simples, robusto e funcional, trata-se de uma bucha de nylon
inserida nos orifícios do tubo aparente nas extremidades do bordo de ataque do
profundor. Essas buchas de nylon são transpassadas perpendicularmente nas suas
extremidades internas por pequenos parafusos que cumprem a função dupla de fixar o
tubo à estrutura do leme, e a bucha ao tubo, impedindo qualquer movimentação
indesejada. A própria bucha serve de porca frenante para esse pequeno parafuso.
Fixadas as buchas ao resto da estrutura, o profundor pode ser posicionado em
seu lugar e depois inseridos os parafusos de fixação e articulação em seu orifício
original, que passam antes pelos orifícios das orelhas fixadas no estabilizador
horizontal.
Para impedir a movimentação pendular do parafuso, foram torneadas buchas
metálicas que ficam entre a bucha de nylon e a orelha, e que guiam eficientemente o
parafuso, dando livre movimentação ao leme sem apresentar folgas ou deslocamentos
indesejados.
Os parafusos servem também como eixo, pois tem uma de suas extremidades
roscada e corpo liso próximo à cabeça permitindo a dupla função.
A ligação da haste de comando ao profundor é feita por uma barbatana fixa por
dois rebites na sua parte inferior. Essa barbatana tem um orifício na sua extremidade
40
onde é inserida a haste de comando, transmitindo o movimento linear da haste e
transformando-o em movimento de abano para a superfície de comando.
5.8 FLAPES
Para visualizar o mecanismo de funcionamento dos flapes, consulte o diagrama
número 3.
Os flapes são as únicas superfícies acionadas eletro-mecanicamente,
conseqüentemente exigiram grandiosos esforços tanto para a sua concepção quanto
para a sua confecção.
Para melhor entendimento, os componentes desse sistema são:
- flapes, referem-se unicamente às superfícies aerodinâmicas;
- eixo de comando, tubo que atravessa o cock pit e liga ambos os flapes, serve
de eixo de rotação e transmite o movimento de rotação para o acionamento do
sistema;
- braço de comando, é o componente que transforma o movimento linear da
porca da rosca sem fim, em movimento de rotação para o eixo de comando,
- rosca sem fim, é uma rosca conectada diretamente ao eixo do redutor do motor
e que ao girar, desloca a porca do braço de comando de uma extremidade à
outra, dependendo do sentido de rotação,
- motor com redutor, elemento que transforma a energia elétrica em movimento
de rotação para acionamento do sistema todo.
- micro switch, interruptores elétricos de acionamento mecânico.
41
Uma vez estando com a estrutura dos flapes montadas, foram torneadas e
fixadas buchas de nylon nos orifícios dos tubos internos do bordo de ataque dos
mesmos. Sendo que as buchas diferem entre si em função e formato.
As buchas de nylon internas situadas mais próximo à raiz das asas, tem 23mm
de diâmetro externo, que coincide com o diâmetro interno do tubo do bordo de ataque
do flape, e em seu centro um orifício de 5mm que será transpassado pelo eixo de
comando conforme a foto número 25 a seguir.
Foto 25 – Bucha de nylon do flape.
Já a bucha externa tem 23mm de diâmetro externo com a mesma função de
fixação à parte interna do tubo, tem em sua extremidade externa um eixo torneado com
10mm de diâmetro por 20mm de comprimento. Esse eixo, que fica ressaltado à peça,
serve para dar articulação tanto ao flape quanto ao aileron.
42
Para evitar qualquer movimentação indesejada entre as buchas, os tubos e as
estruturas, foram feitos furos transversais ao conjunto, roscados internamente com
machos de rosca e aparafusados, dando a rigidez desejada.
Nessa configuração os flapes já podem ser encaixados pelo seu pino externo às
orelhas internas das asas. A fixação próxima à raiz será feita pelo próprio eixo de
comando. Para a fixação do sentido rotacional entre o eixo de comando e flapes, foi
efeito mais um furo roscado transpassando o conjunto “estrutura, tubo, bucha e eixo.
Esse furo ficou em local acessível para facilitar a montagem e eventual
desmontagem”.
Tais os furos ficam no final da curvatura do bordo de ataque transpassando a
bucha interna. Para melhor acabamento foram usados parafusos escareados que
ficaram rentes à estrutura dos flapes.
Quando o flape estiver posicionado o eixo da bucha externa terá transpassado
bastante a orelha de fixação, e esse remanescente servirá de eixo para a movimentação
dos ailerons.
Como o eixo de comando é um tubo de aço inox, não foi possível roscá-lo com
a ferramenta macho de rosca, ficando como única opção simplesmente perfurá-lo na
mesma linha do parafuso de fixação e transpassá-lo. Isso resultou em uma pequena
folga no sistema, mas não houve maiores prejuízos.
O eixo de comando vai de um flape a outro, fixado a estes pelas suas
extremidades e sua parte central atravessa o cock pit, onde é ligado ao sistema eletro-
mecânico de comando, também no cock pit estão seus limitadores e embuchamento
como se pode observar na foto número 26 a seguir.
43
Foto 26 – Eixo, embuchamento e switchs.
.
O embuchamento foi concebido em duas sapatas de nylon perfurada para
permitir a passagem e rotação livre do eixo de comando. Em cada um há dois orifícios
roscados para a sua fixação às paredes do cock pit. Os embuchamentos são fixados às
paredes cock pit por dois parafusos inseridos pelo lado externo dessas paredes. Os
furos nas paredes foram super dimensionados tanto para os parafusos de fixação
quanto para a passagem do eixo de comando, isso permite uma pequena regulagem na
posição do sistema.
Como na aviação, consideremos o lado esquerdo e direito da aeronave como
quem encontra-se dentro do cock pit na posição do piloto.
Na passagem do tubo pelo cock pit, no lado direito encostado ao
embuchamento, foi feito um friso no eixo de comando para receber uma arruela de
pressão que limita o deslizamento do mesmo para a direita.
44
No lado esquerdo foi fixado o braço de comando, e entre a fixação do braço e o
embuchamento esquerdo há uma arruela de distanciamento que impede que haja o
deslizamento do tubo para a esquerda.
O braço de comando é responsável pela transmissão e conversão do movimento
linear da rosca sem fim, em movimento rotacional do eixo de comando, para isso ele é
fixado rigidamente ao eixo de comando em sua extremidade inferior e em sua
extremidade superior há uma porca articulada. A porca é articulada para compensar o
movimento angular do braço de comando quando acionado. A esta porca é inserida a
rosca sem fim que é ligada ao eixo do redutor do motor atuador.
A fixação do motor também teve que ser articulada para compensar o
movimento angular gerado pelo acionamento, e devido a essa articulação o peso do
motor teve de ser compensado por uma mola que empurra o motor para cima como
observa-se na foto número 27 a seguir.
Foto 27 – Motor acionador do flape
.
45
Uma vez o motor acionado no sentido horário a porca mover-se-á em uma
direção sobre o parafuso, e quando acionado no sentido anti-horário a porca move-se
na direção oposta.
Essa movimentação da porca é transferida para o braço que move o eixo, dando
funcionalidade ao sistema.
Uma vez atingido o ângulo ideal de flap, é necessário desligar o sistema, caso
isso não ocorra, a porca continuará correndo pela rosca sem fim e poderá escapar pela
extremidade livre ou travar ao chocar-se com a fixação que liga a rosca ao eixo do
redutor.
Para evitar equívocos e incômodos, foram instaladas switchs como batentes de
máximo e mínimo. As switchs foram instaladas como sensores de posição do braço de
comando. Uma vez que o braço tenha atingido a posição desejada, automaticamente
ele irá acionar a switch que desligará o sistema, e esse passará a funcionar apenas no
sentido contrário. Quando acionada no outro sentido, o sistema somente irá se desligar
quanto acionar a switch no outro batente, como pode-se observar na foto número 28, a
seguir.
46
Foto 28 – Switchs do flape
Assim o sistema torna-se autônomo em relação às posições pré-estabelecidas
para os ângulos do flap.
5.9 AILERONS
Para visualizar o mecanismo de funcionamento dos ailerons, consulte o
diagrama número 2.
Os ailerons, da mesma forma que os flapes, receberam buchas torneadas de
nylon, sendo que as internas possuem 23mm de diâmetro externo para encaixe no
interior do tubo que dá forma ao bordo de ataque do aileron, e um orifício centrado de
10mm, onde é introduzido o eixo, que nada mais é do que o pino remanescente da
bucha dos flapes, como se pode observar na foto número 29 a seguir.
47
Foto 29 – Buchas de articulação do flape e aileron.
Da mesma forma que as buchas internas, as bucha externas também tem 23mm
de diâmetro para encaixe no interior do tubo e um pequeno eixo sobressaltado de
10mm de diâmetro por 4mm de comprimento que será introduzido na orelha situada na
parte posterior da ponta da asa que possibilita a livre articulação.
Para evitar movimentações indesejadas entre as buchas, os tubos e as estruturas,
foram feitos furos roscados que atingem todos os elementos do sistema, sem, contudo,
atravessá-los para não prejudicar a sua funcionalidade.
Nesses furos foram introduzidos pequenos parafusos que fixam todos os
componentes e dão a rigidez desejada às peças.
Uma vez o aileron encaixado no lugar, desliza-se o flape para a sua posição,
fazendo com que seu pino da bucha externa passe primeiro pela orelha da asa e depois
seja introduzido no orifício da bucha interna do aileron. Isso fixa o dispositivo no
lugar, permitindo sua livre mobilidade de acionamento que será feita através da haste.
48
A ligação da haste de comando ao aileron é feita por uma barbatana fixa por
dois rebites na sua parte inferior. Essa barbatana tem um orifício na sua extremidade
onde é inserida a haste de comando, transmitindo o movimento linear da haste e
transformando-o em movimento abano para a superfície de comando como mostra a
foto número 30 a seguir.
Foto 30 – Barbatana do aileron.
A haste é ligada em uma ponta à barbatana e a outra ao bellcrank de comando
do aileron.
Como o bellcrank fica dentro da asa e a barbatana fora, foi necessário fazer um
corte no intradorso da asa para a passagem e movimentação da haste.
Bellcrank é uma estrutura em L, com orifícios de fixação das hastes em suas
extremidades e eixo rotacional no seu ângulo. É responsável pela conversão dos
movimentos lineares transversais em movimentos lineares longitudinais, que são
gerados pela movimentação lateral do manche com a finalidade movimentar os flapes
para cima e para baixo, e conseqüentemente inclinar a aeronave em seu eixo
longitudinal como mostra a foto número 31 a seguir.
49
Foto 31 – Bellcrank do aileron.
A haste da barbatana é composta de uma barra fina e rígida de aço inox curvada
de forma a possibilitar os movimento desejados. É fixada ao bellcrank através do
orifício calibrado e possui nesse ponto uma arruela de borracha que ajusta sua posição
e evita ruídos de funcionamento.
Já a haste de comando ligada ao manche, é feita em um tubo longo de alumínio
de parede muito fina, que ajuda a reduzir o peso.
Esse tubo foi escolhido pela sua similaridade a tubos utilizados em sistema
idênticos, e pelo fato desse sistema não requerer esforço algum para seu
funcionamento. Para ser instalado, esse tubo necessitou ser curvado cuidadosamente
em S, utilizando-se a técnica de preenchimento maciço para evitar quaisquer danos,
mossas, trincas ou enrugamentos nas curvas. Suas extremidades foram achatadas
sistematicamente, fornecendo uma superfície funcional e suficientemente rígida que
possibilitou a sua utilização. Nos furos das extremidades achatadas foram dispostos
anéis especiais de borracha, com sessão em “U” (U ring), com a abertura para fora, de
50
forma a proteger os orifícios contra fricção contra os eixos, tanto do manche,quanto do
bellcrank.
5.10 MANCHE
Para visualizar o mecanismo de funcionamento do manche, consulte o diagrama
número 2.
Essa é a peça mais articulada do modelo, e exigiu grande esmero em sua
concepção e manufatura.
Para a confecção do manche foram usados tubos de alumínio de diâmetro
externo de 25mm, de 23mm, de 12mm e tubos de aço inox com diâmetro externa de
5mm. Buchas de nylon para fixação de parafusos, suportes de nylon para a
movimentação longitudinal do eixo, parafusos diversos e buchas de latão.
Para facilitar o entendimento, o tubo de 25mm que fica na posição horizontal
será denominado eixo. O tubo de 23mm que terá movimentos longitudinais e laterais,
será denominado alavanca e os demais tubos serão denominados pinos.
Para montagem foram dispostos primeiramente o eixo que serve de suporte à
todo o sistema e que possui movimento de rotação longitudinal, e em posição
perpendicular a ele, a alavanca, sendo que para a fixação entre ambos foi necessário
fazer um corte no centro do eixo de forma a permitir o encaixe perpendicular da ponta
da alavanca mantendo o movimento de cabrar e picar da alavanca.
A ligação e articulação foi feito através de duas buchas de latão roscadas
internamente em um parafuso de aço inox. Foi feito um furo transpassando o eixo, e
51
por dentro desse a alavanca. Tudo foi fixado pelas buchas de latão permitindo a
articulação da alavanca.
Para limitar o movimento de alavanca, inibindo quaisquer possibilidades de
danos ao sistema, foi disposto um batente sobre o eixo que impede excessos na
movimentação da alavanca.
Nessa forma de montagem a alavanca pode ser movimentada tanto para frente e
para trás quanto para os lados.
Sobre o eixo foram ainda instalados três pinos. Dois pinos servem guiar o cabo
de aço de um lado e de fixar os conduítes do outro, sendo que o pino dianteiro ainda
tem a função de fixar os tubos de comando dos ailerons. O terceiro pino, feito de aço,
tem a função de limitar o movimento lateral do conjunto através de batentes de nylon
instalados no cock pit.
Para movimentação longitudinal do eixo foram torneados em peça única de
nylon dois suportes que ficarão instalados nas extremidades do eixo. Cada suporte tem
em um lado uma sapata retangular que possibilita sua fixação no cock pit por
parafusos, e no outro lado buchas foram torneadas pequenos sobressaltos no diâmetro
interno do eixo que possibilitam o seu giro. Para a fixação ficar “limpa” na sapata
retangular foram feitos quatro furos com roscas internas, de forma a permitir sua
fixação por parafusos pelo outro lado da parede de fogo e da parede posterior do cock
pit sem o uso de porcas.
Os dois pinos foram dispostos em linha com a alavanca sobre o eixo de forma a
possibilitar a passagem do cabo de aço por entre os três. Dessa forma o cabo de aço
52
passa livre e transversalmente pelo centro dos dois pinos e é preso ao passar pela
alavanca, assimilando o movimento da mesma.
Além da função de guiar o cabo de aço, os pinos também servem como suporte
para os conduítes do cabo, dessa forma no lado do pino voltado para a alavanca o cabo
aparece desencapado e do outro lado do pino, o cabo segue por dentro do conduíte, o
que é indispensável para o funcionamento do sistema. Esse sistema é responsável pela
movimentação do profundor.
O conduíte fixo ao pino anterior do manche, passa para dentro da nacele do
motor por uma fenda especialmente feita pra isso na parede de fogo, curva-se
novamente na direção dessa parede e acaba no terminal do conduíte. Esse terminal é
fixo na própria parede de fogo que tem sua ponta transpassada e roscada pela parte
interna do cock pit.
O conduíte fixo ao pino posterior do manche, acaba na parede posterior do cock
pit no terminal de conduíte, deixando a sua saída voltada para dentro do cone de cauda
do modelo. Todo o sistema descrito pode ser visto na foto número 32 a seguir.
Foto 32 – Manche.
.
53
O cabo de aço que aciona o profundor pode ter o seu trajeto descrito da seguinte
forma: o cabo de aço começa no dado esquerdo do bellcrank de comando do
profundor, e é fixo a essa por um pequeno parafuso travador. Estende-se até a parede
posterior do cock pit onde é introduzido no orifício pequeno do terminal de cabo que
atravessa essa parede, pelo outro lado é conduzido pelo conduíte até o pino posterior
do eixo, onde o conduíte é fixo e o cabo de aço segue novamente desencapado. Na
seqüência passa por dentro da alavanca onde é preso, impedindo que deslize por dentro
dessa e dessa forma assimila os seus movimentos longitudinais.
Após passar pela alavanca, vai em direção ao pino anterior, onde passa a ser
guiado novamente por um conduíte, esse passa pela parede de fogo e forma um U ao
encontrar outro terminal situado na parede de fogo com a outra extremidade voltada
para dentro do cock pit.
Saindo pelo orifício desse terminal, cruza novamente o cock pit, passando por
debaixo do eixo de comando de flape e posteriormente pelo orifício da parede
posterior do cock pit entrando novamente no cone de acuda, chegando e sendo fixado
ao lado direito do bellcrank de comando do profundor.
A fenda na parede de fogo foi protegida por grommet para evitar desgastes ao
conduíte.
Para a fixação do cabo de aço à alavanca é utilizada uma peça semi-cilíndrica
fixada por dois parafusos à alavanca. Uma vez retirada essa peça, surgirá um corte na
alavanca que permite a remoção do cabo pela sua lateral. Uma vez passado o cabo de
aço por esse corte, basta posicionar novamente a peça semi-cilíndrica no lugar e
54
apertar os parafusos. Para a fixação dos parafusos de fixação do cabo, foram feitas
roscas na própria alavanca.
O pino dianteiro também é transpassado por um outro pino estreito com
extremidade roscada que transmite o movimento lateral do sistema para as hastes de
comando dos ailerons.
A articulação entre essas hastes pode ser feita simultaneamente à movimentação
dos cabos sem haver qualquer interferência entre os sistemas.
Dessa forma, esse conjunto, denominado manche transmitirá dois movimento
para a aeronave, o movimento transversal do manche, que faz o avião girar sobre o seu
eixo transversal dado pelos ailerons, e o movimento que faz o avião subir e descer pelo
comando do profundor, .
Assim sendo, quando se empurra o manche para o painel, o cabo atuará sobre o
bellcrank do profundor, e esse bellcrank comandará o profundor através de uma haste
movimentando o profundor para baixo e isso provocará a queda do nariz da aeronave.
Por outro lado, se puxarmos o manche, através do mesmo mecanismo, mas de
forma inversa, o profundor será movimentado pra cima e o nariz o avião subirá.
Caso o comando do manche seja lateral para a direita, o manche empurrará a
haste direita e puxará a haste esquerda de forma a levantar o aileron direito e abaixar o
aileron esquerdo, fazendo com que o avião se incline para a direita, e
conseqüentemente, atuará de forma inversa se comandado para o lado esquerdo.
Como o movimento lateral está ligado ao eixo do manche e o movimento
transversal está ligado à alavanca, mas através de cabos e conduítes flexíveis, é
55
possível realizar ambos os movimentos simultaneamente de forma autônoma, sem que
haja qualquer interferência entre eles.
5.11 PEDAIS
Para visualizar o mecanismo de funcionamento dos pedais, consulte o diagrama
número 4.
Os pedais são responsáveis pela movimentação do leme da aeronave,
normalmente em aviões reais, controla-se o leme pelo movimento dos pedais
pressionando-os como um todo e aciona-se os freios individualmente de cada roda
com o movimento apenas da sua parte superior de cada pedal.
Como o objetivo desse modelo é estudar as superfícies aerodinâmicas e seus
comandos, não há a função de freios.
Os pedais do leme quando acionados, movimentam-se de forma paralela ao
eixo longitudinal do avião devido aos dois eixos distintos fixados ao piso o cock pit e
ligados, a cada um, uma das hastes que suportam os pedais, como há também
articulação nos pedais esse movimento paralelo torna-se natural.
Os eixos que suportam as hastes dos pedais foram frisados para assimilar
arruelas de pressão e embuchamento de bronze para melhorar suas características
funcionais.
Os pedais têm sapatas de nylon instaladas nas hastes que deslizam sobre o piso
do cock pit e impedem a raspagem das hastes sobre o piso, e um batente limitador
instalado entre as hastes que limitam os movimentos dos pedais para impedir
quaisquer danos ao sistema por uso indevido ou excesso de curso.
56
Com a movimentação dos pedais seu movimento é transmitido por meio de
cabos de aço até o bellcrank do leme, que está situada no cone de cauda, no mesmo
eixo que fixa o bellcrank do profundor. Os bellcranks agem de forma independente,
devido à espaçadores de bronze dispostos entre si, que além de cumprir a função de
distanciar os bellcranks ainda ajuda no leve deslizamento dos sistemas, diminuindo o
atrito e conseqüentemente o desgaste.
O percurso do cabo de aço dos pedais pode ser facilmente seguido mesmo
visualmente, pois é disposto de forma retilínea e sem a necessidade de conduítes.
O cabo é fixo primeiramente na barra posterior dos pedais, sua fixação é por
meio de um pequeno parafuso situado sobre essa barra.
Para a fixação basta introduzir o cabo em um pequeno orifício na parte posterior
da barra e apertar o parafuso no orifício perpendicular que é roscado, logo acima do
furo do cabo.
O cabo é estendido então, passando sob o eixo de comando dos flapes e logo
depois transpassa um buraco na parede posterior do cock pit, passando assim para o
cone de cauda e chegando ao bellcrank de comando do leme.
Nesse bellcrank há dois furos para a fixação dos cabos, um em cada
extremidade, semelhantes ao descrito acima. Pode-se fixar os cabos de aço da mesma
forma em todos os ofícios.
Do outro lado do bellcrank há o outro orifício para a fixação do cabo de retorno,
que é disposto similarmente ao anterior, só que do outro lado.
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Uma vez que se aciona o pedal direito, por efeito gangorra o esquerdo recua na
mesma proporção e vice versa. Esse movimento é transferido para o bellcrank através
dos cabos de aço.
No bellcrank há um orifício na extremidade esquerda onde é fixada a haste que
transmite esse movimento de forma longitudinal até a barbatana do leme que o
transforma em movimento de abano.
5.12 MOTOR DA HÉLICE
O motor da hélice foi fixado ao novo nariz por meio de uma chapa de alumínio
de 2,0mm, dobrado em suas extremidades em formato adequado para ser encaixado à
parte de fibra de vidro dando rigidez ao sistema. Essa chapa de alumínio está fixa à
fibra de vidro por meio de 4 parafusos com porcas e o motor está fixo ao alumínio. Foi
necessário confeccionar-se 4 buchas em ângulo, que colocadas nos parafusos de
fixação do motor, retificam o ângulo de saída do eixo do motor à estrutura do avião.
Na transposição do eixo pelo nariz do avião foi instalado um rolamento calçado por
uma bucha de borracha fixa por uma armação de aço inox. Esse implemento garantiu
grande rigidez para o sistema e excelente fixação para a hélice como vemos na foto 33
a seguir.
Foto 33 – Rolamento do eixo do motor.
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6 MONTAGEM ELÉTRICA
Para visualizar a montagem do sistema elétrico, consulte o diagrama número 5.
6.1 SISTEMA ELÉTRICO
O sistema elétrico foi concebido e desenvolvido para possibilitar movimentos
automáticos ao modelo, dando realismo ao seu funcionamento.
O sistema elétrico pode ser descrito apenas por chaves de acionamento,
motores, fiação, fusível, um transformador de tensão retificado e estabilizado, e um
voltímetro.
As funções desenvolvidas são: o acionamento do voltímetro, o acionamento do
motor da hélice e o acionamento do motor dos flapes.
O acesso à quase todo o sistema elétrico é pela nacele do motor, mas existe
também o motor de acionamento dos flapes que encontra-se no cone de cauda, as
switchs no cock pit e logicamente a fiação que liga tudo que passa pela fuselagem do
modelo.
A foto número 34 mostra as ligações feitas dentro da nacele do motor.
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Foto 34 – Ligações elétricas.
Na parte direita externa da nacele do nariz encontra-se o rabicho elétrico
110VAC para a conexão do modelo à rede elétrica.
6.2 COCK PIT
O sistema elétrico do cock pit está localizado em dois locais, no painel onde
encontra-se todos os controles do sistema e o fusível, e no lado esquerdo onde
encontram-se as switchs batentes dos flapes.
Como vemos na foto 35 a seguir, no painel da esquerda para a direita,
encontram-se:
1- O acionador dos flapes
2- O Voltímetro
3- O acionador do motor da hélice
4- O máster
5- O compartimento do fusível.
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foto 35 – Painel
O compartimento do fusível é acessível pelo painel, e sua troca é feita apenas
desroscando-se a sua tampa e substituindo o fusível interno.
O máster tem a função de energizar a linha, uma vez acionado todo o sistema
elétrico é acionado ou fica em stand by. Uma vez acionado o máster, simultaneamente
o ponteiro do voltímetro indica que há tensão na linha. Logicamente isso dependerá de
estar ligado o cabo de força á tomada.
Acionando-se a tecla da hélice, o motor da mesma entra em movimento.
A tecla do flape tem duas posições UP e DOWN, sendo que na posição UP o
flape permanecerá recolhido ou subirá para a posição 0º, e na posição DOWN ele
descerá em aproximadamente 20º.
6.3 FLAPES
São acionados por um micro-motor de 7,2 VCC, com redutor 1:60 mecânico.
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Por essa característica pode ter sua rotação invertida pela simples inversão de
pólos. Sua ligação é feita por tecla multipolar que permite a inversão dos pólos e
seleção da switch que fará a parte de batente, desconectando o sistema quando esse
atingir os limites pré-estipulados. Quando isso acontece, a única forma de religar o
sistema é invertendo a posição da tecla, que inverterá a polaridade do motor fazendo o
movimento oposto até atingir o batente contrário.
Sua alimentação é feita por uma fonte estabilizada com entrada 110VAC e saída
7,2 VCC.
Esse motor encontra-se situado no cone de cauda e as switchs estão dentro do
cock pit.
Seu funcionamento depende da energização do sistema pela rede 110 VAC.
6.4 HÉLICE
A hélice é acionada por um pequeno motor 110 VAC de indução por freqüência
(50~60 Hz) situado no nariz do avião.
A hélice é ligada diretamente no eixo desse pequeno motor, que por ter potência
mínima (< 1/20 CV) que não é passível de causar acidentes, sequer moderados.
Para acionar a hélice basta ligar a tecla respectiva no painel.
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7 MANUTENÇAO DOS SISTEMAS
Aqui serão abordadas desmontagens de sistemas que não parecem óbvias. As
desmontagens comuns não serão abordadas.
No modelo apresentado, os parafusos de difícil acesso foram fixados com fixa
rosca o que praticamente elimina a necessidade de re-apertos. Os parafusos colados
são os de fixação dos eixos dos pedais, o parafuso do batente do pedal, o parafuso do
eixo dos bellcranks do profundor e do cone de cauda e o parafuso do separador de
cabos instalado no piso do cock pit. Se houver a necessidade de acesso a esses
parafusos, isso só será possível pela retirada dos rebites de algumas estruturas.
As porcas dos parafusos dos eixos dos bellcranks dos ailerons são de nylon, o
que dá excelente fixação, contudo se houver necessidade de desmonte ou re-aperto, é
possível acessá-las através da janela de inspeção das asas. Para o aperto desses
parafusos foi desenvolvida uma ferramenta especial que acompanhará o modelo
quando esse for entregue à instituição.
7.1 FLAPES
Para a remoção dos flapes é necessário que se retire os parafusos dos flapes
situados próximos à raiz das asas, retira-se a arruela de pressão do eixo de comando de
flapes situada no lado direito do interior do cock pit, afrouxa-se os parafusos que unem
o braço de comando ao eixo de comando dos flapes.
Então desliza-se o eixo de comando para a esquerda ou direita, fazendo com
que o mesmo entre no flape deste lado até que o flape oposto fique solto deste eixo,
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então é só deslocar o flape solto para fora, depois deslocando-se o tubo para o outro
lado, solta-se também o outro flape.
7.2 AILERON
Para deslocar os ailerons é necessário antes deslocar os flapes. Fazendo isso,
automaticamente os ailerons se soltarão.
7.3 MANCHE
Para remover o manche, primeiramente retire o cabo de aço, desconecte as
hastes de comando dos ailerons, depois retire os quatro parafusos que prendem a
sapata anterior do eixo. Para isso basta retirá-los com uma chave Philips nº 1 através
da janela de inspeção da nacele do motor.
Depois dos parafusos soltos deslize o manche juntamente com a sapata para
cima até o manche soltar-se.
Caso espanem as roscas dos parafusos de fixação do cabo de aço, que foram
feitas na parede do tubo de alumínio da alavanca do manche, podem ser feitas novas
roscas em bitola maior, ou mesmo substituir os parafusos por parafusos passantes, e
atarraxá-los com porcas pelo outro lado do manche.
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8 PINTURA
Para a pintura foi usada tina de poliuretano, similar à comumente utilizada em
aeronaves.
O processo de pintura consistiu em primeiramente preparar a peça, fechando as
pequenas frestas remanescentes com silicone, ou massa conforme o caso, depois
devidamente lixado onde foi aplicada a massa.
Posteriormente foi dado o fundo (primer) deixando as superfícies prontas para
receberem a tinta.
A tinta foi aplicada por processo de pulverização, o que deu excelente
acabamento ao modelo, semelhante às aeronaves reais.
A tinta escolhida foi de poliuretano por apresentar características químicas de
maior resistência ao intemperismo e abrasão, pois é formuladas com resinas de
poliésteres ou acrílicas "catalisadas" com agentes de cura a base de isocianatos
alifáticos.
As cores utilizadas para o processo de acabamento são verde e branca, tal qual
as cores da instituição e o prefixo escolhido para a aeronave foi PR – UTP, que em
fonia aeronáutica diz-se “Papa Romeu, Uniform Tango Papa”, referindo-se à sigla do
estado do Paraná e a sigla da Universidade Tuiuti do Paraná.
Os detalhes decorativos da pintura consistiram em linhas curvas, sendo a parte
superior da fuselagem e a deriva verdes, e o restante branco, com uma pequena linha
em dourado próximo a intercessão das cores verde e branca.
Após a conclusão dessa etapa da pintura, o modelo foi completamente recoberto
com verniz para proporcionar maior durabilidade ao acabamento.
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9 FERRAMENTAS UTILIZADAS
Cada material tem a sua forma de ser trabalhado, isso requereu uma grande
quantidade e variedade de ferramentas para a confecção do modelo, algumas dessas
ferramentas tiveram que ser adaptadas e em alguns casos até mesmo formuladas e
confeccionadas conforme a necessidade, como no caso das nervuras das asas, flapes,
ailerons, profundor, leme, deriva e estabilizador horizontal, cada qual tem seu perfil
distinto, o que exigiu diversos tipos de moldes para a confecção de suas nervuras de
maneira uniforme.
Outras ferramentas comuns, mas que se tornaram indispensáveis foram:
Alicates universais, alicates de pressão, alicates de bico, alicates de corte,
alicates ajustáveis, martelos, brocas, furadeiras, bigornas, morsa, esmeril, chaves de
fenda, chaves Philips, furadores, sargentos, marcadores, compasso, esquadros, canetas,
lápis, réguas, escalímetro, paquímetro, ferro de solda, diversos tipos de lima, lixas,
rebitadeira, macho de rosca, vira macho (suporte para o macho de rosca), serra
circular, serra de arco, torno de madeira e um torno mecânico para a confecção das
buchas de nylon e metal.
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10 CONCLUSÃO
A conclusão do trabalho, especificamente neste caso, não se trata de definir qual
é a utilidade ou o que foi constatado sobre uma pesquisa qualquer, mas sim a
conclusão da confecção do modelo e a entrega do produto acabado à Universidade
Tuiuti do Paraná.
O resultado final pode ser demonstrado pela foto de número 36 das três faces,
na seqüência, onde mostra a similaridade do produto final com o diagrama das três
faces, apresentado no início desse escrito.
A entrega do modelo à Universidade Tuiuti do Paraná acontecerá juntamente
com a entrega e aprovação deste TCC.
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Foto 36 – Três faces
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Foto 37 – Vista geral do modelo final
Foto 38 – Painel final
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REFERÊNCIAS
ABBOTT, Ira H; DOENHOFF, Albert E. Von. Theory of wing sections. New York: Dover, 1959. CIPELLI, Mario; MARKUS, Otávio. Eletricidade – Circuitos em corrente contínua. 4 ed. São Paulo: Érica, 1998. Instituto de Aviação Civil, DIVISÃO DE INSTRUÇÃO PROFISSIONAL - Mecânico de Manutenção Aeronáutica – MATÉRIAS BÁSICAS: Edição Revisada 23 de Outubro de 2002 Instituto de Aviação Civil, DIVISÃO DE INSTRUÇÃO PROFISSIONAL - Mecânico de Manutenção Aeronáutica – CÉLULAS DE AERONAVES: Edição Revisada 23 de Outubro de 2002 Instituto de Aviação Civil, DIVISÃO DE INSTRUÇÃO PROFISSIONAL - Mecânico de Manutenção Aeronáutica – AVIÔNICOS II, ELETRÔNICA: 1º Edição 23 de Outubro de 2003
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GLOSSÁRIO
Aileron – superfície de comando de vôo que possibilita girar a aeronave em seu eixo longitudinal. Bellcrank – Guinhol. 1 – suporte articulado similar a uma gangorra, que em suas extremidades recebe cabos de aço e transfere o movimento dos cabos para uma haste rígida. 2 – Suporte articulado em formato de “L” conectado a duas hastes nas extremidades e a um eixo no ponto em que faz a curva. Transforma movimentos lineares de uma haste em movimentos lineares perpendiculares à mesma. Cabrar – Puxar o manche para si de forma a elevar o nariz do avião quando em vôo. Cock pit – Cabine Conduíte – Capa flexível resistente á compressão destinada conduzir o cabo de aço mantendo a função mecânica de tensão do cabo. Flape – Superfície de hiper-sustentação. Fuselagem – carcaça do avião, não inclui as asas ou empenagem. Leme – Superfície de comando de vôo que possibilita girar a aeronave em seu eixo vertical. Naca – (National Advisory Committee for Aeronautics – Comissão Nacional de Acessoria Aeronáutica) precursora da Nasa (National Aeronautics and Space Adminstration – Adminstração Nacional Aeronáutica e espacial) realizou estudos referentes a perfis aerodinâmicos para asas de aeronaves e possui catalogado grande acervo de diferentes perfis e seus efeitos aerodinâmicos. Parede de fogo – Parede situada logo atrás do motor do avião. Tem a finalidade de impedir propagação de chamas caso ocorra. Picar – Empurrar o manche em direção ao painel de forma a baixar o nariz do avião quando em vôo. Profundor – Superfície de comando de vôo que possibilita girar a aeronave em seu eixo transversal TCC – Trabalho de conclusão de curso.
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