29
www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Tutorial Fly Higher IVA CIÊNCIA DO VOO

Page 2: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Para que um avião consiga voar são necessárias duas coisas:

1) Tração (T)2) Sustentação (L)

Estas forças atuam inversamente a outras duas que desaceleram o avião e o mantêm no chão ou o puxam para baixo em direção ao chão:

3) Arrasto (D)4) Peso (W)

AerodinâmicaPrincípios elementares

Representação do equilíbrio de forças

Page 3: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Alguns dos termos que vamos falar de seguida já te devem ser familiares. Consegues lembrar-te do que significam?

Por palavras tuas, define os seguintes termos:

PesoSustentaçãoTraçãoArrasto

Todos representam as quatro FORÇAS.

Consegues definir o significado de FORÇA? Sabes como é que esta é medida? Qual a diferença entre peso e massa?

AerodinâmicaRelembrando os conceitos

Page 4: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

As três leis de NewtonRelembrando os conceitos

Sir I saac Newton (1643 – 1727)

Os próximos slides vão levar-nos até ao trabalho de Sir Isaac Newton e das suas Três Leis de Movimento.Estas leis são muito importantes para a Física. Consegues lembrar-

te o que diz cada lei?

Page 5: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

As três leis do Movimentode Newton

Terceira Lei de Newton

Primeira lei: Um objeto que está em repouso ficará em repouso e um objeto que está em movimento ficará em movimento a não ser que uma força aja sobre ele.

Segunda lei: A aceleração adquirida por um corpo é diretamente proporcional à intensidade resultante das forças que actuam sobre o corpo, em direcção e no sentido dessa força resultante e é inversamente proporcional à sua massa. força = massa x aceleração (f = ma)

Terceira lei: Para qualquer movimento, há uma reação igual e oposta.

Motor a jato

Motor empurrado para a frente

Fluxo empurrado para trás

Page 6: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

SUSTENTAÇÃO é a força aerodinâmica perpendicular à direção do fluxo de ar. É a presença da sustentação que sustem um avião no ar.

ARRASTO é a força aerodinâmica paralela à direção do fluxo de ar. O arrasto é o “inimigo” de qualquer voo e deve ser controlado para que todo e qualquer avião consiga voar.

SUSTENTAÇÃO

ARRASTO

AerodinâmicaSustentação e Arrasto

Page 7: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

TRAÇÃO é necessária para que qualquer veículo consiga ser empurrado para a frente (e é apenas possível graças aos motores). Esta força não só deve ser maior do que a resistência do próprio ar ou TRAÇÃO, mas também deve ser forte o suficiente para empurrar o avião para a frente com uma velocidade suficiente para que as asas provoquem SUSTENTAÇÃO.

PESO é a força total do avião incluindo todos os passageiros, tripulação, combustível e carga. A força SUSTENTAÇÃO deve ser compensada pela força PESO para que o avião consiga voar.

PESO

TRAÇÃO

AerodinâmicaTração e Peso

Page 8: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

No slide 2 vimos o diagrama de forças que atuam num avião, durante um voo (ou enquanto este está no ar).

Desenha um diagrama de forças que ilustre as seguintes situações:a) O avião está parado sem se

movimentar no chão.b) O avião está a movimentar-se na

pista, em taxying, sem levantar voo.O diagrama de forças

AerodinâmicaAs bases

Page 9: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Assim que o fluxo de ar passa na asa, a pressão exercida na superfície superior diminui, enquanto que a pressão na

superfície inferior da asa aumenta.

PRESSÃO BAIXA

PRESSÃO ALTA

AerodinâmicaA sustentação

Page 10: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Esta diferença de pressão resulta numa força que empurra a asa do avião para cima e para baixo com a mesma intensidade.

A força exercida para cima atua diretamente na direção do fluxo de ar – daí a SUSTENTAÇÃO!

PRESSÃO BAIXA

PRESSÃO ALTA

AerodinâmicaA sustentação

Page 11: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Os motores que nos empurram para a

frente!

ARRASTO é a força resistente que empurra para trás fazendo um movimento contrário à direção do avião. O ar resiste ao movimento do avião, e esta força de resistência é denominada arrasto (ou atrito). Há ainda um arrasto adicional provocado pela fricção entre o ar e o avião.

AerodinâmicaE o que dizer relativamente ao ARRASTO?

Arrasto

SUSTENTAÇÃOFORÇA RESULTANTE

Page 12: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

A forma e o tamanho da asa são muito importantes! A forma mais básica é chamada de PERFIL ALAR.

Qualquer variação no perfil alar (ajustando a espessura, linha média e o acorde) provocará resultados totalmente diferentes. O contributo principal dos irmãos Wright foi a descoberta da forma (ótima) da asa do avião capaz de suportar o peso e a velocidade do avião e capaz de o controlar através do uso de flaps que podem ser ajustados à forma da asa de acordo com as diferentes fases do voo.

A forma da asaO perfil alar

Linha média

Espessura

Acorde

Page 13: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Qualquer asa de avião pode ser testada num túnel de vento, testando assim a respetiva eficiência de sustentação através do Coeficiente de Sustentação. A sustentação resultante pode ser calculada através de uma fórmula que tem em consideração o

tamanho do perfil alar e a velocidade do avião.

CL = coeficiente de sustentaçãop = densidade do arS = área da superfície da asav = velocidade da aeronaveL = força de sustentação (Lift)

L = ½ ρ V2S CL

O Coeficiente de Sustentação

Page 14: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

De realçar que a sustentação depende muito significativamente da VELOCIDADE (na fórmula representado por V2) com a qual o avião se desloca. Isto é muito importante antes do avião levantar voo, isto é, quando está a circular no chão e enfrenta forças resistentes adicionais.

De que força é que estamos a falar?

Uma vez que a sustentação depende tanto da velocidade, como do peso (em parte) do

combustível e dos motores, a TECNOLOGIA DOS MOTORES

assume uma enorme importância para a indústria

aeronáutica.

AerodinâmicaOutros fatores

Page 15: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Reduzir as forças opostas – mais obviamente o PESO – é muito importante, também. Então, embora os materiais com os quais o avião é construído

tenham de ser extremamente fortes, não podem ser pesados. Peso leve, mas materiais super fortes (como ligas de alumínio) têm sido cruciais para o

desenvolvimento de aviões modernos.

AerodinâmicaOutros fatores

Fibras de carbono

Camadas de carbono

Fibras de vidro

Alumínio

Pilares de Alumínio/aço/titânio

OutrosAço

Titânio

Alumínio

Compósitos

Page 16: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

AerodinâmicaDensidade do Ar

De notar que a fórmua do Coeficiente de Sustentação incluiu algo que provavelmente nunca tinhas pensado anteriormente:

DENSIDADE DO AR.

O que é que isto significa?

A densidade do ar é simbolizada na fórmula pela letra grega ρ e, em praticamente todos os países Europeus a pressão ao nível do mar é ρ = 1.225 kg/m³.

Debate:Achas que seria mais fácil ou mais difícil para um avião decolar de um aeroporto localizado numa

altitude elevada (por exemplo o aeroporto Daocheng na China que se localiza a 648m de

altitude) se comparado com um aeroporto localizado ao nível do mar, tal como o Schiphol

na Holanda?

Page 17: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Também podemos ter maior SUSTENTAÇÃO de uma asa alterando o ângulo que é atingido pelo fluxo de ar.

A isto chamamos AdA – Ângulo de Ataque.

FLUXO DE AR

16˚10˚6˚

AerodinâmicaDe que outra forma podemos aumentar a SUSTENTAÇÃO?

Page 18: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Aqui encontramos um gráfico de valores da ELEVAÇÃO gerada por uma asa em diferentes ângulos de ataque (AdA’s).

Pode verificar pela linha azul que a ELEVAÇÃO aumenta proporcionalmente em relação ao AdA – até que, de repente, desce.

Isto tem grandes implicações na decolagem de um avião. Porquê?

AerodinâmicaAumentar a SUSTENTAÇÃO

Page 19: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Mas, como te recordas, existem DUAS forças criadas pelo aerofólio à medida que passa através do ar.

Qual é a outra?

Na tua opinião qual será o seu efeito à medida que o ângulo de ataque aumenta ?

AerodinâmicaÂngulo de Ataque

Page 20: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

ARRASTO!

O inimigo dos voos!

Se criarmos demasiado arrasto ao aumentar o AdA, criamos novos problemas.

Podemos observar isto ao examinar gráficos experimentais que indicam o ARRASTO gerado a

diferentes AdAs…

AerodinâmicaÂngulo de Ataque

Page 21: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Aqui é-nos apresentado outro gráfico de valores que apresenta o ARRASTO gerado por uma asa em ângulos de ataque crescentes.

Podes verificar pela linha vermelha que o ARRASTO cresce exponencialmente à medida que o AdA aumenta.

AerodinâmicaAumentar o ARRASTO

Page 22: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Ao sobrepormos estes dois gráficos de valores verificamos que numa determinada altura o ARRASTO ultrapassará a ELEVAÇÃO a certos ângulos de ataque.

A isto chamamos PONTO DE ESTAGNAÇÃO.

O que pensas que acontecerá a um avião que alcança este

ponto?

AerodinâmicaDemasiado ARRASTO?

Page 23: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

O aerofólio básico pode ser visto na construção de uma asa.

Embora a parte central da asa esteja fixa, as bordas dianteiras e traseiras movem-se.

Porquê?

AerodinâmicaTudo na Conceção

Page 24: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

1.

2.

3.

As partes móveis estão fixas na asa de modo a ajudar a manobra do avião ao alterar a forma da asa do aerofólio, como apresentado.

Consegues identificar qual a forma adequada para a aterragem, para a viagem e para levantar voo? Consegues imaginar porque é que têm de ter essa forma?

AerodinâmicaTudo na Conceção

Page 25: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

É a combinação destas “superfícies de controlo” que permite que o avião mude de direção através do ar. Existem três formas de mover um avião para alterar a sua posição…

Rolar – é quando o avião pode rolar o eixo central do seu corpo no ar.Desvio de Inclinação – é quando o avião se inclina para cima ou para baixo para se elevar ou descer no ar. Isto também afeta o AdA.Desvio de direção – Isto permite que o avião se mova para a esquerda ou para a direita apenas num eixo horizontal.

AerodinâmicaManobrar o Avião

Page 26: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Rolar – isto é controlado na superfície traseira das asas e pode mover-se para cima e para baixo na direção oposta para rolar o avião.Desvio de inclinação – Controlado pela pala área da cauda que se move para cima e para baixo (de novo na borda traseira).Desvio de direção – Esta é a “direção” (esquerda ou direita) e é uma superfície horizontal na zona traseira da secção da cauda.

AerodinâmicaManobrar o Avião

Page 27: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

ROLAR = Os ailerons movem-se para cima ou para baixo em direções opostas

DESVIO DE DIREÇÃO = Movimento do leme de direção para a esquerda ou direita

DESVIO DE INCLINAÇÃO = Os elevadores movem-

se para cima ou para baixo ao mesmo tempo

Que parte do avião se move, que eixo do avião?

AerodinâmicaManobrar o Avião

Page 28: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

A Aeronáutica é um estudo complexo, mas fascinante. Esta apresentação é apenas uma breve abordagem ao tópico. Todavia, os princípios básicos aqui delineados aplicam-se a todos os aviões de asas fixas e são o fundamento d’ “A Ciência do Voo”. Estes princípios básicos encontram-se, como vimos, na ciência que se estuda na escola.

Esperamos que queiras aprender mais e que procures mais informação na Internet – existe muita informação

disponível a diferentes níveis de compreensão científica.

Talvez no futuro possas vir a ser um engenheiro de Aeronáutica!

E finalmente...

Page 29: Www.flyhigher.eu Tutorial Fly Higher IV A CIÊNCIA DO VOO

www.flyhigher.eu

Parceria

/groups/Fly-Higher-Project-4737756

/flyhigherproject

www.flyhigher.eu

Segue-nos em

www.flyhigher.eu For further information [email protected]