TEORIA DO VÔO

Por: Paulo Guilherme Diniz Salvado

"Tudo o que sobe tem que descer" diz o ditado popular, só que algumas coisas descem

depressa e outras demoram mais. Se jogarmos uma pedra para o alto, ela cai bem rápido;

mas se jogarmos uma folha de papel, ela demora a cair. Por que?

Bem, a diferença está no comportamento aerodinâmico. A Força da gravidade é inevitável e

atrai tudo para o centro da terra com a mesma força. Mas, tanto a pedra como a folha de

papel, ao caírem, têm de atravessar uma camada gasosa, o ar da atmosfera.

A pedra, mais densa, atravessa com facilidade o ar e cai ao chão com velocidade; já a folha

de papel, bem mais leve e pouco densa, desenvolve uma trajetória em ziguezague até o

chão, como se deslizasse suavemente sobre o ar.

Se não houvesse atmosfera, ambas cairiam na mesma velocidade, independentemente dos

seus pesos. Elas seriam aceleradas em 9,8 m/s2 (metros por segundo ao quadrado), que é a

aceleração da gravidade no equador terrestre. Está nos livros de física.

"Se tudo o que sobe tem de descer", por que uma aeronave fica voando sem cair?

Na verdade ela cai sim; é só desligarmos o motor dela e, sem a tração do motor para

impulsioná-la, ela passa a depender da força da gravidade para movimentar-se. Então, ela

desliza pelo ar, apoiada em suas asas até cair, ou melhor, até pousar, que é a melhor palavra

para expressar a volta de uma aeronave ao chão.

É exatamente isso que faz um planador. Ele depende de uma energia motriz, que pode ser

um avião-reboque ou um guincho, para levantar vôo e depois utiliza uma combinação entre

as forças da gravidade (que atua sobre a massa do planador) e da sustentação para voar

planando.

O avião depende da tração de seu motor para movimentar-se através da atmosfera; mas isso

basta para mantê-lo no ar? Claro que não! As asas desempenham um papel fundamental

nesse contexto! Elas, ao cortarem o ar, produzem a sustentação que opõe-se a massa (peso)

da aeronave gerando uma força de baixo para cima.

Isso acontece porque todas elas são dotadas de um perfil (também chamado de aerofólio)

que faz com que as camadas de ar que passam por cima da asa deslizem com maior

velocidade do que aquelas que passam por baixo. Essa maior velocidade faz com quer o ar

fique mais rarefeito formando um "vácuo parcial". Repare na ilustração que o ar percorre

um caminho maior e, por isso, tem de "correr" mais para que as moléculas se juntem

novamente, como estavam antes, no bordo-de-fuga da asa.

Essa "corrida" causa a rarefação que faz com que o ar com maior pressão embaixo da asa

empurre-a para cima gerando a sustentação. Faça uma experiência segurando uma

folha de cartolina entre os dedos e soprando sobre a parte de cima dela. Você verá que ela

se eleva devido à maior velocidade do ar que passa sobre ela devido ao sopro.

Vimos então que a sustentação opõe-se à massa da aeronave ("massa"é a maneira correta de

se referir ao "peso"). Mas há uma força que opõe-se também à tração.

Se não houvesse essa força opositora, poderíamos fazer voar um Boeing 747 com um motor

de "Paulistinha"!

Essa força é o arrasto, que é resultado da resistência que o ar oferece à passagem de

qualquer corpo que tente atravessá-lo; e ela não é pequena não! Ela freia tudo o que tenta

passar através da atmosfera e é por isso que os velozes e modernos aviões civis e militares

utilizam motores com milhares de cavalos de potência e procuram voar em cruzeiro o mais

alto possível onde o ar é mais rarefeito e, conseqüentemente, oferece um arrasto menor.

Vamos recapitular simulando o vôo de uma aeronave a partir do solo.

Quando o avião está parado no chão não há sustentação para opor-se à sua massa e também

não há tração (o motor está desligado).

Nessa condição, o atrito das rodas da aeronave é predominante (enquanto a aeronave estiver

em contato com o chão a resistência do atrito com o solo deverá ser considerada em vez do

arrasto).

O motor é ligado e a tração vai aumentando, à proporção que é acelerado, até superar a

força do atrito com o solo e a aeronave começa a ganhar velocidade sobre a pista.

Suas asas movimentam-se cada vez mais rápido e começam a gerar sustentação.

Mais velocidade, mais sustentação até que sua força seja maior do que a massa do avião.

A força da gravidade é vencida e a aeronave deixa o solo e passa a voar.

Aí, não há mais atrito com o solo e a tração passa a duelar como arrasto.

Quando a aeronave está nivelada, em vôo de cruzeiro, as forças oponentes estão

equilibradas, isto é, a tração é igual ao arrasto e a sustentação é igual à massa. Para retomar

ao chão (ou pousar), o motor é reduzido em potência, o que diminui a velocidade e,

conseqüentemente, a sustentação.

É lógico que as coisas, na verdade, não são assim tão simples. Existem outras forças

geradas pelas superfícies de controle e pelas atitudes de vôo da aeronave mas, de uma

forma bem sucinta, esse é o princípio básico da teoria do vôo.

Vamos então nos aprofundar um pouco mais nesta teoria.

Quando as asas de um avião são impulsionadas através do ar pela força do motor ou da sua

própria massa (que é ocaso dos planadores), o perfil da sua asa produz uma força

considerável de sustentação devido ao vácuo parcial causado pela rarefação do ar em seu

extradorso (parte superior). Esse efeito acontece mesmo no caso dos perfis simétricos cujos

abaulamentos (camber) são iguais tanto no extradorso como no intra-dorso (parte inferior).

Até uma asa de um pequeno aeromodelo planador, feita com uma chapa de madeira balsa

sem qualquer curvatura, gera uma razoável sustentação se for impulsionada a uma

velocidade correta através do ar.

Asas de todos os tipos, espessas ou finas, curtas ou de grande envergadura, com cordas

(larguras) grandes ou pequenas, gerarão sustentação se houver potência suficiente para

fazê-las atravessar o ar na devida velocidade. Já dizia um engenheiro da Embraer, também

aeromodelista: "Com um bom motor e o ângulo de ataque certo, qualquer coisa voa!".

Maior a superfície alar, ou seja, a área da asa, maior será o arrasto causado por elas e,

portanto, maior terá de ser a potência do motor para fazer com que elas atravessem o ar.

Um avião com asas muito grandes e pouca potência no motor terá dificuldades em levantar

vôo.

Outro exemplo, este no extremo oposto do confronto entre a superfície alar versus a

potência do motor (ou tração) está nas longas e afiladas as dos planadores ou aeromodelos

de vôo-livre.

Asas com grande envergadura e uma pequena corda minimiza o arrasto.

O ângulo com que a asa penetra no ar é chamado ângulo de ataque.

Esse ângulo pode ser modificado pela simples mudança do ângulo do estabilizador em

relação ao ângulo das asas (essa relação é chamada de decalagem).

Modelos de vôo-livre têm seus ângulos de ataque devidamente ajustados através de várias

tentativas de regulagem.

Já os de vôo circular controlado (VCC) e o radio-controlados podem alterar a decalagem

simplesmente movendo os respectivos profundores para levantar os narizes o suficiente

para obter a quantidade de sustentação necessária.

O ângulo de ataque é um elemento muito importante para fazer voar uma aeronave, seja ela

um avião de verdade ou um aeromodelo.

Um garoto que procura regular o cabresto da sua pipa está na verdade regulando o ângulo

de ataque do seu brinquedo para obter o máximo de sustentação com o vento disponível.

Uma pipa nada mais é que uma aeronave que fica parada aproveitando o sopro do vento,

que gera sustentação ao passar por ela.

Se não houver vento não há como empinar a pipa a não ser correndo com ela para servir de

"motor"!

A AERODINÂMICA DOS

AEROMODELOS

Por: Paulo Salvado

Um elemento aerodinâmico indispensável para que qualquer aeronave (o aeromodelo é uma

aeronave) mantenha seu vôo de forma estável e controlada, é a estabilidade inerente e suas

características. Os aeromodelos VCC (de vôo circular controlado ou "U-control") são talvez

as únicas aeronaves que não seguem todas essas regras porque é óbvio que um aparelho que

voa preso a cabos de controle tem um comportamento completamente diferente daqueles de

vôo-livre ou radio-controlados. Mas alguns itens são comuns a todas as aeronaves (e

aeromodelos).

Qualquer aeromodelo cujos movimentos através do ar não está limitado por cabos de

controle, estará livre para subir ou descer, girar de um lado para outro e mudar de direção

para a esquerda ou direita; combinando e variando a intensidade destes três movimentos

para realizar um número infinito de manobras. Uma aeronave realiza seus movimentos em

torno de três diferentes eixos.

O primeiro é o eixo vertical em torno do qual a aeronave gira para mudar a direção do vôo.

Este eixo direcional atravessa o avião perpendicularmente, passando através de um ponto

imaginário chamado centro de gravidade ou, simplesmente, CG. Para estabilizar o aparelho

em torno do seu eixo direcional é empregada uma superfície na cauda, também vertical, que

conhecemos por deriva. Instalando-se um leme móvel nessa deriva, será possível comandar

a guinada da aeronave, ou seja, poderemos mudar a direção de vôo no plano horizontal para

a esquerda ou direita.

Um modelo de vôo-livre (lembre-se de que um aeromodelo de vôo-livre é aquele que voa

por si próprio, sem qualquer interferência do aeromodelista) sem deriva teria poucas

chances de manter a trajetória de vôo e, provavelmente, entraria facilmente em parafuso até

o solo.

O CG pode ser localizado de forma exata suspendendo-se o aeromodelo por um barbante,

etc., por um ponto qualquer como, por exemplo, o bordo-de-fuga da asa na altura da sua

junção com o bordo marginal (curvatura da ponta-de-asa) . Com o modelo estático e

utilizando um fio-de-prumo, estenda a linha direcionada pelo barbante e o prumo, com um

lápis macio ou caneta hidrográfica, até pouco depois desta atravessar a fuselagem. Repita a

operação, desta vez pendurando o aeromodelo por um outro ponto, que pode ser o bordo

marginal do estabilizador. O CG estará na intercessão das duas linhas.

Como os aeromodelos VCC são assimétricos e geralmente têm um contrapeso na asa direita

para compensar o peso dos cabos de controle, o CG deles estará localizado em um ponto

fora da fuselagem sobre a asa direita. Já os aeromodelos de vôo livre e radio-controlados

deverão ter seus CG’s rigorosamente sobre o eixo da fuselagem. Este é um método preciso

e complicado mas há um outro, bem mais simples, que pode ser praticado com precisão

bastante razoável: Levante o aeromodelo pelas asas usando os dedos indicadores até

equilibrá-lo na posição horizontal; o CG estará sobre a linha que une um dedo ao outro,

passando pela fuselagem.

O segundo eixo atravessa a aeronave na direção de uma ponta-de-asa à outra, passando

através do CG. O avião sobe ou desce em torno deste eixo chamado de eixo lateral. A

superfície responsável pela sua estabilização é o estabilizador, horizontalmente instalado na

cauda. Se instalarmos profundores no estabilizador, poderemos controlar a arfada do

aeromodelo, isto é, poderemos fazê-lo picar ou cabrar (descer ou subir, respectivamente).

O terceiro e último eixo atravessa a aeronave do nariz à cauda, também passando pelo CG,

e é conhecido por eixo longitudinal. O aparelho gira em tomo deste eixo como um

churrasco no espeto. A estabilização deste eixo é obtida levantando-se as pontas das asas

em relação à sua raiz ou centro, formando o que chamamos diedro. Mas se instalarmos

ailerons nos bordos de fuga da asa poderemos controlar a rolagem do aeromodelo, ou seja,

fazê-lo girar tanto no sentido horário como no anti-horário. Resumindo, os movimentos

básicos de uma aeronave são três: Guinada, arfada e rolagem e são efetuados

respectivamente em torno de três eixos imaginários existentes em todo avião: Eixo vertical,

eixo lateral e eixo longitudinal.

Não se pode ver ou sentir esses eixos mas eles são fatores muito importantes,

principalmente quando o aeromodelista, ao projetar seu aeromodelo, tem de enfrentar

problemas como limitar a movimentação exagerada ou indesejável em tomo deles.

Quais as principais atitudes a serem tomadas para a obtenção dessa tão desejada

estabilidade? Começando pelo eixo vertical, ele deverá utilizar um tamanho suficiente de

deriva e, possivelmente, desviar horizontalmente a linha-de-tração do motor para alguma

correção durante a fase motorizada do vôo. Um estabilizador de tamanho apropriado,

possivelmente auxiliado por um desvio vertical da linha-de-tração corrigirá mergulhos e

subidas indesejáveis em tomo do eixo lateral. Um apropriado diedro nas asas manterá o

modelo estável em tomo do eixo longitudinal.

O diedro funciona de forma bem simples. Quando a trajetória da aeronave for perturbada

(por uma rajada de vento lateral, por exemplo) ele faz com que a superfície alar (área da

asa) projetada da semi-asa que abaixa fique maior do que a da semi-asa que se eleva. Em

conseqüência, a semi-asa mais baixa passa a gerar mais sustentação que a outra,

provocando uma rolagem no sentido inverso da inclinação. Quando as semi-asas estiverem

novamente niveladas, suas sustentações voltam a ser iguais e o aparelho volta à sua atitude

nivelada. O diedro também auxilia a guinada inclinando as asas para que o avião não

"derrape" ao realizar uma curva, como faz uma bicicleta. Aviões VCC ou radio-controlados

de acrobacia, que necessitam ter características de vôo muito semelhantes quando voando

normalmente ou de dorso (invertido) geralmente não utilizam diedro em suas asas. Nestes

casos, os cabos de controle ou os ailerons ficam responsáveis pela estabilização da

aeronave em tomo do seu eixo longitudinal.

O CG do avião também produz um profundo efeito sobre a estabilidade do vôo. Se a

aeronave está mais pesada de um lado, ela tenderá a guinar para o seu lado mais pesado. A

estabilidade de um modelo VCC pode ser corrigida simplesmente adicionando-se peso à

asa externa ao círculo de vôo, o que faz também aumentar a força que mantém os cabos de

controle esticados.

De maneira geral, todo esforço deverá ser feito para que um aeromodelo de vôo-livre ou

radio-controlado não fique mais pesado de um lado. Para isso, equilibre lateralmente o

aparelho segurando-o com os dedos pelo nariz e pela cauda (em aeromodelos maiores, será

necessário um ajudante para isso), adicionando peso no lado mais leve ou aliviando o mais

pesado.

O CG é o ponto onde os eixos vertical, lateral e longitudinal da aeronave se cruzam. É também o ponto em torno do qual o avião realiza todos seus movimentos enquanto está

voando. Conseqüentemente, o CG exerce importante influência na estabilidade inerente do

aparelho. Um avião, para ser estável, deverá ter obrigatoriamente o seu CG a frente do

centro de pressão ou CP da asa. CP é o ponto imaginário por onde a asa exerce sua força de

sustentação e que se move para frente ou para trás na proporção que aumenta ou diminui o

ângulo de ataque da asa.

Um aparelho real, seja uma aeronave de passageiros ou um avião militar de treinamento,

deve ser projetado para voar de forma mais estável possível e, por isso, tem seus CG’s

localizados bem para frente do CP. Já um avião acrobático ou um caça militar tem o CG

mais próximo ao CP. Há uma particularidade nos aviões de combate da última geração:

Eles têm o seu CG atrás do CG. Isto torna o avião completamente instável a ponto de

apenas poderem ser controlados através de "caixas pretas" (computadores).

Essa característica faz com que possam assumir características de vôo peculiares como

manter uma trajetória reta de vôo com o nariz do avião apontado para um ponto fora desta

trajetória. Isto permite uma melhor pontaria das metralhadoras e canhões. Um jornalista

inglês disse que pilotar um avião desses sem o auxílio do computador seria como estar

sentado em um capô de uma automóvel rodando a 100 km/h, tentando manter uma bicicleta

em trajetória reta segurando-a pelo guidão. A bicicleta, neste caso, estaria rodando de

marcha a ré.

O mesmo acontece com os aeromodelos de treinamento e acrobáticos. Quanto mais para

trás se desloca o CG de um modelo VCC ou radio-controlado, mais sensível fica o

comando da arfada, até o ponto a partir do qual o modelo fica incontrolável. Se o

aeromodelo for construído a partir de um "kit", a localização correta do CG deverá estar

assinalada na planta. Se for um projeto original, com estabilizador não sustentável e com

área de 30% a 40% da superfície alar, comece por localizá-lo a um terço da corda da asa, a

partir do bordo-de-ataque e finalize o seu posicionamento através de testes de vôo.

Aeromodelos de vôo-livre são a exceção à essa regra. Como seus estabilizadores são

desenhados para produzirem sustentação junto com as asas, seus CG’s são deslocados para

trás. Aparelhos chamados não-convencionais, como os canards e as asas direita (ou asas

voadoras) têm seus CG’s localizados de forma bem peculiar (veja a ilustração). Para os

canards utiliza-se um artifício utilizando-se falsos vetores que representam as grandezas das

superfícies das asas e do estabilizador, aplicados sobre a vista de topo do aparelho. Na

ilustração, a divisão por 20 das grandezas das superfícies é aleatória e tem por finalidade

definir a proporcionalidade dos comprimentos dos vetores. As asas-delta têm seus CG’s

localizados na projeção, sobre o eixo longitudinal, da interseção da linha imaginária que se

desenvolve ao longo da envergadura, começando entre 15% a 20% da corda da raiz e

prolongando-se até a ponta-de-asa, com a linha que representa a corda média da asa. Essas

localizações de CG’s de aparelhos não-convencionais são apenas teóricas e servem de

ponto de partida para a localização definitiva através de testes de vôo.

Pose-se alterar o CG de um aeromodelo simplesmente adicionando-se peso (pedaços de

chumbo ou fio de solda) nos extremos máximos da fuselagem, isto é, no nariz ou na cauda.

Pode-se também, por exemplo, utilizar um “spinner” (ogiva sobre o cubo da hélice) mais

pesado ou colocar uma roda de bequilha mais pesada na cauda (se o modelo for dotado de

trem-de-pouso convencional). Se o modelo for radio-controlado, pode-se melhor posicionar

o CG apenas mudando a localização do receptor, servos e, principalmente, da bateria que é

o elemento mais pesado do sistema.. Alguns planadores ou modelos com motor a elástico

mais simples podem ser regulados deslocando-se a posição das asas para frente ou para

trás, prática impossível em modelos mais complexos.

Os aeromodelos VCC merecem um parágrafo especial por causa das suas características,

bastante diferentes daquelas dos aeromodelos de vôo-livre ou radio-controlados. Como

qualquer avião, o aeromodelo VCC tem os três eixos (vertical, lateral e longitudinal) mas,

entretanto, os cabos que mantêm o modelo cativo, limitam a trajetória do vôo a um círculo

em volta do piloto, obstruindo qualquer possibilidade de controle sobre a guinada e a

rolagem. Os cabos impedem que o aeromodelo ultrapasse os limites do círculo de vôo e,

assim, substituem a função do leme. A prova disso é que os modelos VCC de velocidade

não têm deriva. Essa superfície é suprimida para diminuir o arrasto.

Mas, apesar disso, os modelos VCC esportivos e de acrobacia têm deriva e sua principal

finalidade (deixando de lado a estética) é assegurar que o modelo tenha sempre a tendência

para guinar para fora do círculo de vôo, assim esticando os cabos de controle.

Algumas derivas têm leme permanentemente “fletido” para a direita e outras são

completamente fletidas, ou seja, têm seus bordos-de-fuga deslocados para a direita em

relação ao eixo longitudinal da fuselagem. Essas deflexões têm o mesmo efeito estando o

aeromodelo em vôo normal ou invertido.

O projetista de um aeromodelo VCC também não precisa esquentar a cabeça com o eixo

longitudinal do ser modelo. Os cabos de controle, em um sistema "U-control", estão presos

a um balancim no centro da fuselagem e na raiz das asas e se estendem em direção ao piloto

através de tubos-guia localizados na ponta da asa interna ao círculo de vôo.

Os cabos não permitem um desnivelamento exagerado das asas, o que leva a deduzir que,

quanto mais eles estiverem esticados, mais estável estará o aeromodelo. Os cabos também

tornam o diedro “inefectivo”.

Um aeromodelo VCC pode ser ou não provido de diedro que não fará diferença alguma.

Mas esse mesmo projetista terá de se preocupar, e muito, com o comportamento do

aeromodelo em torno do seu eixo lateral. O tamanho do estabilizador não é muito crítico, o

mesmo não acontecendo com o tamanho dos profundores, que são comandados através dos

cabos de controle e da manete na mão do piloto. Ao comandar os profundores, o piloto

pode modificar a trajetória do aeromodelo, fazendo-o picar ou cabrar e, assim, realizar

bonitas e arrojadas acrobacias.

O único requisito necessário para que um modelo VCC seja eficiente é que seja sempre

capaz de sustentar o vôo nivelado em trajetória estável e mantendo os cabos de controle

esticados, o que toma a correta localização do seu CG um fator muito importante.

Entretanto, se a estabilidade não é tão problemática nos aeromodelos VCC, ela é um dos

baluartes do desempenho de aeromodelos de vôo-livre (não-controlados). O CG é o ponto

imaginário prelo qual a força da gravidade exerce sua atração sobre a estrutura da aeronave

mas, como já citamos anteriormente, existe também o CP que é o ponto, também

imaginário, por onde as asas exercem sua força de sustentação, que se contrapõe à força da

gravidade.

O CP é um ponto móvel que se move para frente na proporção que aumenta o ângulo de

ataque da asa e vice-versa. Esse deslocamento é medido em porcentagem do comprimento

da corda da asa (vide ilustração).

Conseqüentemente, é fácil deduzir que asas com grande alongamento, isto é, com grande

envergadura e corda estreita proporcionam pequenos deslocamentos do CP.

Uma vez que o deslocamento do CP na direção do CG causa uma tendência para levantar o

nariz do avião até deteriorar sua estabilidade, é importante ter em mente diminuir ao

máximo a movimentação do CP com a variação do ângulo de ataque da asa.

Uma asa sozinha é por demais instável para sustentar vôo por si própria. A explicação

técnica para isto é que o CP se desloca para trás quando o ângulo de ataque diminui. O

deslocamento do CP também aumenta de acordo com a espessura do perfil; da asa. Perfis

espessos, de alta sustentação, apresentam um deslocamento do CP bem maior. Geralmente,

a um ângulo de ataque igual a zero, o CP se localiza entre 40% e 50% do comprimento da

corda, a partir do bordo-de-ataque. Como o CG não se movimenta e o CP se move de

acordo com o ângulo de ataque, torna fácil deduzir que, quando um estiver mais afastado

do outro, aumentará a força binária (conjunto de forças afastadas entre si que exercem um

movimento de rotação em um determinado corpo) que faz com que gire em tomo do seu

eixo lateral, o que torna necessária uma outra força que anule o efeito deste binário.

Esta força é provida pelo estabilizador que, não só mantém as asas no seu devido ângulo de

ataque como também faz com que ela retome a este ângulo quando a aeronave muda de

trajetória no plano vertical (para cima ou para baixo). A área, perfil, formato e ângulo de

ataque ou incidência do estabilizador, bem como seu posicionamento na fuselagem, varia

de acordo com cada projeto. Sua área (ou superfície), por exemplo, deverá ser maior quanto

menor for momento de cauda, que é a distância entre ele e as asas ("momento" é a distância

de um determinado ponto onde é exercida uma força, a outro ponto qualquer, como uma

alavanca). A área deverá ser menor se o momento de cauda for maior.

CARACTERÍSTICAS DO PROJETO DE UM

AEROMODELO

PRIMEIRA PARTE

Por: Paulo Salvado

É necessário conhecer as regras elementares de aerodinâmica antes de iniciar o

projeto de um aeromodelo ou mesmo construir um "kit". Essencialmente, uma

aeronave voa quando sua asa é impulsionada através do ar, o que faz com que ela

crie uma força de baixo para cima chamada sustentação. Além das asas, o aparelho

tem superfícies estabilizadoras na cauda que consistem de leme no plano vertical e

estabilizador no plano horizontal que exercem forças continuas para manter a

trajetória do vôo, como as penas na cauda de uma flecha. Há também o motor que

gira a hélice que penetra no ar desenvolvendo uma tração suficiente para vencer a

força do arrasto, que é a resistência criada pelo avanço da aeronave através da densa

camada gasosa da atmosfera. Um planador não tem motor e, por isso, ele voa graças

a uma massa de lastro colocada em seu nariz que faz com que a força da gravidade

substitua o motor.

A sustentação é gerada por dois fatores: o formato do perfil e o ângulo de ataque

(inclinação ou ajuste angular) da asa que deverá ser positivo, isto é, o bordo-de-ataque mais

elevado que o bordo-de-fuga, como o ajuste de uma pipa (papagaio, pandorga, quadrado,

etc.) que se mantém no ar devido ao seu elevado ângulo de ataque em relação à direção do

vento. Na asa, grande parte da sustentação é obtida pelo formato do perfil mas inclinando-

se positivamente a asa em relação ao fluxo de ar, aumenta-se seta sustentação, porém com

uma penalidade: o arrasto também aumenta até um ponto que, pelo excesso de ângulo de

ataque, a sustentação se degenera produzindo uma situação que denominamos estol.

Pode-se então afirmar que um setor entre 2 e 6 graus positivos é a melhor faixa para se

posicionar o ângulo de ataque da asa de um aeromodelo. Uma asa de um planador primário

(bem simples), feita de uma chapa de balsa, isto é, sem qualquer abaulamento em seu perfil,

necessita de um pequeno ângulo positivo para gerar sustentação (como a pipa), o mesmo

acontecendo com os perfis simétricos dos avançados modelos de acrobacia, tanto de VCC

como radio-controlados.

Como foi explicado no artigo "Teoria do Vôo" (Brasil Modelismo n.0 7, pág. 10), a

sustentação é criada pelo perfil. Aproximadamente, o extradorso de uma asa produz dois

terços do total da força de sustentação ficando o outro terço por conta do intradorso quando

o conjunto está posicionado em um ângulo de ataque correto. Os perfis variam muito

quanto às suas formas; todos são convexos na parte de cima mas alguns são chatos,

côncavos ou apresentam uma curvatura reversa na parte de baixo. Outros são

completamente chatos em cima e em baixo e não apresentam nenhuma curvatura. Falando-

se de forma genérica, quanto mais espesso for o perfil, maior será a sustentação e o arrasto

por ele gerados; quanto mais delgado, menor a sustentação e o arrasto, o que predispõe a

uma maior velocidade. Por causa disso é que os aviões cargueiros e bombardeiros têm

perfis espessos e aeronaves de corrida e caças militares têm asas com perfil delgado.

A mesma regra se aplica aos aeromodelos. Um modelo lento e de alta sustentação, como os

radio-controlados, quase sempre utilizam perfis espessos. Planadores lançados a mão, em

sua maioria, empregam perfis chatos, são muito leves e precisam voar bem rápido após o

lançamento para ganharem altura rapidamente. O perfil da asa de um aeromodelo deve ser

escolhido cuidadosamente, de acordo com o tipo, categoria e modalidade do aparelho. A

chave do problema da seleção de um perfil está no que chamamos de relação

sustentação/arrasto que nada mais é que a relação entre a quantidade de sustentação e a

quantidade de arrasto gerados por uma determinada área de asa a um dado ângulo de

ataque.

Esse número é geralmente obtido através de testes em túneis de vento. Naturalmente, o

perfil que apresentar maior relação sustentação-arrasto (20:1, por exemplo) deve ser

selecionado. Por sorte não é preciso pesquisar em túneis de vento para selecionar o perfil de

um aeromodelo. Isso já foi feito é apresentado através de gráficos. Entretanto, existem

centenas (ou até milhares) de perfis à disposição para seleção e a sua escolha deverá ser

feita através de tentativas e experiências. Aliás, é assim que o aeromodelista projeta

aeromodelos cada vez melhores!

É tentando, insistindo, observando resultados, tentando de novo... Paciência é a melhor das

virtudes de um bom praticante. Revistas e livros especializados publicam tabelas e gráficos

que ajudam a escolher o perfil ideal. Nessas publicações são plotadas curvas que indicam

os coeficientes de sustentação conforme o ângulo de ataque. Os gráficos também indicam o

arrasto, a relação sustentação/arrasto e são acompanhados de uma tabela de coordenadas

para serem utilizadas no desenho do perfil. Se o aeromodelista pretende projetar um modelo

de velocidade ele deverá selecionar um perfil que apresente arrasto mínimo em ângulos de

ataque bem próximos a zero graus. A velocidade produzirá uma boa sustentação mantendo

também boa a relação sustentação-arrasto. Um aeromodelo de vôo-livre necessitará de uma

alta relação sustentação-arrasto aliada a um perfeito ajuste do ângulo de ataque para

obtenção da tão desejada eficiência.

Mas ainda há um outro fator que dá para "esquentar a cabeça" de qualquer aeromodelista.

Trata-se do efeito escala, do qual falaremos mais especificamente na segunda parte deste

artigo. Alguns perfis que parecem ser o que melhor existe quando utilizados em aviões

reais mudam de características quando aplicados em aeromodelos.

Quanto menor for o aeromodelo, mais sensíveis serão as mudanças. Mas existem alguns

perfis que já comprovaram ser eficientes mesmo em asas de pequenas cordas e, por isso,

são bastante conhecidos pelos aeromodelistas e alguns deles estão aqui ilustrados.

Um dos perfis mais conhecidos é o Clark-Y Ele é ótimo para aeromodelos mas apresenta

algumas limitações quando empregado em aviões de grande porte (aqui o efeito escala

beneficiou o modelo). A sua espessura é moderada e não compromete a sustentação, o que

faz dele o favorito para aeromodelos de vôo-livre ou aparelhos radio-controlados para

treinamento. Perfis côncavo-convexos com curvatura reversa no intradorso, como o NACA

6409, o RAF 32, o Eiffel 400 e o NACA 4612 são excelentes para aparelhos de vôo-livre,

planadores ou motorizados. Perfis simétricos como o NACA 2415 e outros são largamente

empregados em aeromodelos acrobáticos VCC ou radio-controlados. Os delicados modelos

para interiores têm um perfil tão delgado que só o extradorso é plotado e, para finalizar, os

modelos de velocidade devem empregar perfis simétricos ou semi-simétricos bem

delgados.

A evolução dos microcomputadores veio beneficiar os aeromodelistas; hoje em dia pode-se

adquirir programas ("softers") que não só auxiliam o desenho de perfis como também

auxiliam no projeto estrutural da asa.

Os regulamentos que regem as competições de vôo-livre motorizado, como o Power-F.A.I.,

especificam uma determinada área máxima de asa, limitam a cilindrada do motor e

determinam o tempo máximo que o aeromodelo deve voar sob a potência do motor.

Modelos atuais de competição tendem a ganhar altura quase que verticalmente

impulsionados por motores super-potentes e, depois, devem voltar ao solo em vôo planado.

Uma vez que perfis espessos causam arrasto suficiente para retardar a subida motorizada, as

asas desses modelos estão se tomando cada vez mais delgadas. Muitos projetos bem

sucedidos empregam perfis plano-convexos mais afilados que o Clark-Y em vez dos

côncavo-convexos porque, apesar destes últimos tecnicamente apresentarem melhores

resultados de planeio, eles são sujeitos às deformações no intradorso causadas pela

entelagem (cobertura da célula do aeromodelo por papel, tecido ou plástico esticado sobre a

estrutura) que cria depressões e outras imperfeições sobre as nervuras, longarinas, etc. que

deformam o desenho do perfil. As nicas asas que mantém perfeitos os contornos do perfil

em toda a extensão da envergadura são aquelas totalmente chapeadas com balsa, o que as

toma mais pesadas do que as enteladas.

Aeromodelos radio-controlados geralmente empregam perfis plano-convexos (como o

Clark-Y, para treinamento), semi-simétricos (transição para acrobacia ou escala) e

simétricos (acrobacia ou velocidade). Os perfis simétricos são também utilizados em quase

a totalidade dos aeromodelos VCC onde podem ser espessos em modelos que vão dos

treinadores aos altamente acrobáticos ou delgados em modelos de velocidade. Uma

alternativa mais simples do que aquela de sair selecionando perfis através de tabelas e

gráficos seria consultar projetos semelhantes publicados em revistas especializadas ou

copiando da planta de um "kit" de modelo similar. Mas, de qualquer forma, procure

familiarizar-se com a nomenclatura dos perfis e procure entender o processo para desenhá-

los a partir de uma tabela de coordenadas.

A quantidade de sustentação produzida por uma asa é afetada pelo seu formato e pelo seu

alongamento que é a relação entre seu comprimento (ou envergadura) e a sua largura (ou

corda). Calcula-se o alongamento dividindo-se a envergadura pela corda média. Por

exemplo, uma asa com 98cm de envergadura e 18cm de corda média teria um alongamento

igual a 6:1 (98÷18= 6). Os formatos poderão ser vários (veja a ilustração) mas os mais

comuns são os retangulares, trapezoidais, elípticos (ou parabólicos que são muito

semelhantes) ou combinações destes três. Teoricamente, nos aeromodelos, devido ao efeito

escala, as asas elípticas são consideradas as mais eficientes seguidas pelas trapezoidais. Na

prática, como em várias categorias e modalidades há modelos vencedores que utilizam asas

com formato retangular não se sabe se vale realmente a pena plotar e cortar nervuras para

asas elípticas ou trapezoidais.

Entretanto, o alongamento é mais determinante que o formato. Maiores alongamentos

realmente aumentam a eficiência das asas de aviões reais e aeromodelos porque quanto

menor for a corda, menor será o arrasto induzido (resistência produzida pelo movimento da

aeronave através do ar). Ao cortar a atmosfera a asa causa perturbações no ar ao seu redor.

Uma maneira simples de visualizar o aumento de arrasto induzido em proporção ao

crescimento da corda é imaginarmos um círculo tendo como raio a largura da corda. A área

do círculo represente a quantidade de arrasto induzido. Observe na ilustração como cresce o

arrasto quando a corda é dobrada de largura. Planadores de alto desempenho apresentam

asas com grandes alongamentos, algumas vezes excedendo à 20:1. Por razões estruturais

aviões de carga ou bombardeiros quase nunca ultrapassam a relação 20:1. Aeronaves de

corrida ou caças militares geralmente têm asas com 6:1. Conforme suas categorias e

modalidades, os aeromodelos apresentam variações típicas nos alongamentos de suas asas

(vide ilustração).

Vimos que a sustentação é gerada pelo perfil que causa um vácuo parcial no extradorso da

asa ao atravessar a atmosfera em velocidade suficiente. O ar, com mais pressão no

intradorso, empurra a asa para cima como se esta fosse um pistão dentro de um cilindro.

Mas nas pontas o diferencial de pressão faz com que o ar em baixo flua rapidamente para

cima contornando o bordo marginal (ponta da asa).

Como a asa está em movimento para frente, o ar não passa para o extradorso e sim vai

ficando para trás criando um movimento circular que causa um redemoinho que chamamos

de vórtice. Esta perda de energia é uma grande causadora do arrasto induzido e a forma de

minimizá-lo é justamente diminuir a corda nas pontas.

Este é um dos motivos porque as asas elípticas são mais eficientes que as outras. Outra

maneira de reduzir o vórtice é a incorporação de winglets que são pequenas superfícies

verticais instaladas nas pontas das asas mas este é um recurso cuja eficiência ainda não está

definitivamente comprovada em aeromodelos.

Há também o arrasto parasita produzido por componentes da aeronave expostos ao fluxo

de ar como rodas, montantes, cabeças de rebites, etc.

Faz parte do arrasto parasita o atrito com o ar causado pela fricção do ar atmosférico com a

superfície do avião. Isso explica a utilização de filetes e carenagens formando curvas

elaboradas para melhorar as características aerodinâmicas do aparelho e conseqüentemente

reduzir o arrasto parasita.

No próximo número falaremos sobre o efeito escala, características dos estabilizadores e

estol.

CARACTERÍSTICAS

DE UM PROJETO

DE UM AEROMODELO

SEGUNDA PARTE

Por: Paulo Salvado

Infelizmente, não se pode aplicar em aeromodelos os mesmos requisitos dos aviões reais

devido ao efeito escala. Uma asa de aeromodelo com 15cm de corda movendo-se à 25 km/h

não tem uma sustentação proporcionalmente igual a de um avião real com alguns metros de

corda e voando à 400 km/h ou mais. Isto acontece porque um número infinitamente menor

de moléculas passam por uma asa de aeromodelo, se comparado com uma asa de uma

grande aeronave. Um fator baseado na viscosidade de fluidos (neste caso o ar), chamado

número de Reynolds, é utilizado para expressar as diferenças de reações entre, por

exemplo, os comportamentos de um perfil de asa de um avião real e de um mesmo perfil de

tamanho reduzido aplicado em uma asa de aeromodelo. Existe uma grande diferença em

desempenho entre os dois com tendência para tomar tudo mais crítico no lado da

miniaturização. E por isso que um aeromodelo em escala exata e reduzida de um

"Supermarine Spitfire", que foi um dos melhores aparelhos de caça da Segunda Guerra

Mundial, não voa tão bem como o original. Por causa desta parte negativa do efeito escala é

que está crescendo cada vez mais o número de adeptos da modalidade "escala gigante" com

aeromodelos com tamanho reduzido apenas para 1/4, 1/3 ou menos do tamanho do

protótipo. Quanto maior for a corda do aeromodelo, mais o comportamento da sua asa se

aproxima daquela de um avião real. Devido a isto, apesar de que. teoricamente, grandes

alongamentos possam melhorar a eficiência de uma asa, aeromodelistas mais experientes

muitas vezes preferem utilizar uma corda maior e pequeno alongamento para tirar proveito

de uma possível minimização do efeito escala. Em conseqüência, é comum encontrar-se

aeromodelos, alguns deles detentores de recordes em suas modalidades, com alongamentos

variando entre 18:1 e 4:1, com média de 10:1 para aeromodelos com motor a elástico e 7:1

para modelos motorizados de vôo-livre, utilizando vários formatos de asas e diferentes

perfis.

A obtenção de perfis com máxima eficiência já não é tão importante para os aeromodelos

VCC, com exceção daqueles para provas de velocidade. Geralmente, os modelos VCC

apresentam pequenos alongamentos. Projetos de modelos acrobáticos requerem o máximo

possível de superfície alar, o que faz com que suas asas se pareçam com verdadeiras

pranchas de surf. Em um esforço para dotar de boa aparência essas asas tão

desproporcionais, os projetistas as desenham com contornos de linhas agradáveis à visão

que transformam os atuais VCC acrobáticos em máquinas extremamente estéticas. Asas de

modelos VCC de acrobacia têm alongamentos variando entre 3:1 e 5:1 e são geralmente

trapezoidais ou elípticas.

Alguns aeromodelos de vôo-livre com longos momentos de cauda apresentam

estabilizadores de grande superfície, o que contradiz a regra citada no último parágrafo do

artigo "A Aerodinâmica dos Aeromodelos" (Brasil Modelismo nY 8, pág. 19). Esta exceção

é encontrada em aeromodelos de vôo-livre motorizados que têm suas asas montadas em

pilones sobre a fuselagem. A alta potência dos seus motores faz com que eles voem em

grande velocidade, mesmo em subida. Para suportar de forma eficiente a fase planada do

vôo esses aparelhos são dotados de grande superfície alar. Uma vez que a sustentação é

diretamente influenciada pela área da asa e pelo quadrado da velocidade, um tremendo

excesso de sustentação é gerado durante a fase motorizada do vôo. Por causa disto é que o

projetista utiliza um estabilizador de grande tamanho e auto-sustentável que não só aumenta

a sustentação em vôo planado como também previne que a asa faça o aeromodelo realizar

um "looping" (uma trajetória circular no plano vertical) quando sob potência do motor. Mas

porque então um aeromodelo com estas características não tende a mergulhar durante o

planeio? A resposta está no posicionamento do CG que fica localizado entre 70% e 100%

da corda medido a partir do bordo-de-ataque. Sem o estabilizador auto-sustentável, o CG

teria de ficar bem mais a frente e provocaria um "looping" sob potência.

Falamos do momento de cauda mas nada dissemos ainda sobre o momento de nariz que é a

distância entre a asa e o nariz do avião medida na fuselagem. Teoricamente, quanto menor

for o momento de nariz mais estável será a aeronave. Mas isso tem suas limitações porque

com um nariz muito curto é quase impossível localizar corretamente o CG do aeromodelo a

não ser com o emprego de muito chumbo, o que comprometeria o desempenho do aparelho.

Aeromodelos de vôo-livre com motor a elástico têm um momento de nariz correspondente

a aproximadamente 50% do momento de cauda; aeromodelos de vôo livre motorizados tem

momentos de nariz variando entre 5% a 10% do momento de cauda; aeromodelos VCC têm

de 40% a 60% e os radio-controlados entre 35% e 45%. Mede-se o momento de cauda entre

os pontos intermediários das cordas da asa e do estabilizador e o momento de nariz entre o

ponto intermediário da corda da asa e a extremidade máxima do nariz do aparelho. Na

maioria dos aeromodelos, o momento de cauda é igual à metade da envergadura das asas,

com exceção de alguns aparelhos de vôo-livre motorizados de competição. Muitos modelos

VCC e radio-controlados de acrobacia são "quadrados", isto é, têm comprimentos iguais ou

quase iguais às suas envergaduras.

Os perfis dos estabilizadores podem ser chatos, simétricos ou plano-convexos para gerar

sustentação. Os chatos são utilizados pela grande maioria dos aeromodelos, desde simples

planadores lançados a mão (feitos de uma fina chapa de balsa) até complexos aparelhos

radio-controlados. Perfis simétricos são utilizados em estabilizadores cujas estruturas estão

sujeitas a grandes esforços, como em aeromodelos radio-controlados de acrobacia.

Estabilizadores chatos ou simétricos não têm nenhum compromisso em ajudar na

sustentação da aeronave e por isso não são utilizados em modelos de vôo-livre

principalmente aqueles com asas montadas sobre pilones. Estabilizadores auto-sustentáveis,

com perfis plano-convexo, são uma necessidade em projetos de aeromodelos cujas asas

estejam montadas muito altas sobre a fuselagem ou em qualquer outro em que o CG esteja

localizado a mais de 50% da corda a partir do bordo-de-ataque. Estabilizadores auto-

sustentáveis também são necessários em modelos com motor a elástico de alto-desempenho

(como os da modalidade "Wakefield") devido à grande potência do motor a elástico no

início do vôo (situação muito parecida com aquela dos modelos de vôo-livre com motor a

explosão) e da localização bem para trás do CG. O próprio peso do volumoso elástico

dentro da fuselagem força uma transferência de parte da responsabilidade da sustentação do

aeromodelo para o estabilizador.

Para melhor obtenção da estabilidade, as asas de um aeromodelo deverão ser instaladas

com um ângulo de ataque maior que o ângulo de ataque do estabilizador. A diferença varia

entre 20 a 40 positivos. Isso é necessário porque em moderados ângulos de ataque o fluxo

de ar sobre o extradorso da asa é suave e sem distúrbios de maior importância. Mas se o

ângulo de ataque for aumentado em demasia, o fluxo de ar passa a não mais seguir o

contorno do perfil e passa a se desgarrar até deteriorar completamente a sustentação. Esta

situação ocorre quando a asa atinge um ângulo de ataque de geralmente 160 para um perfil

"Clark-Y" (veja ilustração) criando o fenômeno que chamamos de estol. Mas se o

estabilizador do aparelho estiver ajustado em um ângulo menor do que o da asa, ele

continua efetivo mesmo depois da asa ter estolado e empurra a cauda para cima fazendo

diminuir o ângulo de ataque da asa e, conseqüentemente, eliminando os efeitos do estol. O

arranjo mais utilizado é ajustar o estabilizador a zero graus e a asa no ângulo de ataque

positivo desejado, mantendo a diferença angular entre os já citados 20 a 40 porque, senão, a

alta potência do motor, seja ele de combustão interna ou a elástico, fará com que o

aeromodelo execute "loopings" ou uma trajetória de consecutivas estoladas. O termo

ângulo de incidência é utilizado para definir o ajuste angular da asa ou do estabilizador em

relação a alguma linha arbitrária que passa através do sentido longitudinal da fuselagem.

Em alguns casos esta linha pode ser representada pela linha de tração (linha sobre a qual

está o eixo do motor) e em outros por uma linha qualquer traçada na planta do projeto

como, por exemplo, uma linha auxiliar do desenho da fuselagem. Não se deve confundir o

ângulo de incidência com o ângulo de ataque que é o ângulo em que a asa corta o ar

atmosférico; se bem que, em alguns casos, eles podem ser o mesmo.

Aeromodelos também podem voar sem qualquer diferença angular entre a asa e o

estabilizador. De fato, essa regulagem é muito comum em quase todos os aparelhos VCC

(para vôo circular controlado, ou "U control") e na maioria dos radio-controlados. Modelos

VCC, principalmente os de acrobacia, são projetados para manter suas características

quando voando de forma normal ou de dorso (de cabeça para baixo), o mesmo acontecendo

com os radio-controlados de acrobacia. Mas estes últimos não mais precisam apresentar

estabilidade inerente em torno do seu eixo longitudinal (têm pouco ou nenhum diedro) e

não precisam dela porque os equipamentos de rádio atuais são de tal forma precisos que

estes aparelhos voam todo o tempo tendo sua trajetória corrigida pelos comandos enviados

pelo piloto. Se o rádio falhar o modelo acaba mergulhando para o chão (este tipo de

desastre está cada mais sendo evitado pela eletrônica dos equipamentos). Mas isto não

significa que o piloto tenha de travar uma árdua batalha com seu aeromodelo para mantê-lo

nivelado. Aparelhos deste tipo têm o que chamamos de estabilidade neutra, que significa

que eles tendem a se manter na trajetória definida pelo último comando dado pelo piloto.

Uma vez que os aeromodelos de vôo-livre não são controlados pelo aeromodelista após o

lançamento ou decolagem, eles precisam possuir estabilidade inerente incorporada aos seus

projetos; assim como os radio-controlados de treinamento que têm diferenças angulares

entre a asa e o estabilizador suficientes para trazerem o modelo de volta a uma trajetória

reta e nivelada quando o comando de arfada for neutralizado após uma cabrada ou picada.

Algumas vezes o termo decalagem é empregado para definir de forma mais simples a

diferença angular entre a asa e o estabilizador de uma aeronave.

Um recurso muito utilizado pelos aeromodelistas experientes para minimizar os efeitos do

estol é o "washout". Esta palavra complicada, que se pronuncia uachaut, significa a

incorporação de um ângulo de incidência progressivo às semi-asas, isto é, variando da raiz

para as pontas. Nas asas com washout o ângulo de incidência das pontas é de 10 a 50 graus

menor que na raiz. Isto faz com que a asa, se entrar numa situação de estol, entre em perda

na raiz antes do que nas pontas, evitando a súbita diminuição da sustentação e diminuindo

sensivelmente a velocidade da entrada em mergulho. O washout é muito útil em

aeromodelos radio-controlados de treinamento ou em aparelhos de grande carga alar como

os modelos em escala e é imprescindível nas asas-voadoras que apresentam um acentuado

enflechamento (os planos alares são inclinados para trás em relação à raiz) e incidência

negativa nas pontas para manter a estabilidade em torno do eixo lateral compensando o

efeito binário causado pelo CG e pelo CP (vide a primeira parte desta matéria na Brasil

Modelismo n.0 9). As asas delta, que são asas-voadoras de formato triangular, não têm

washout e sua estabilidade longitudinal é obtida pela deflexão do bordo-de-fuga para cima.

O contrário do washout é o "washin" ("uachin") que é muito utilizado em aeromodelos de

vôo-livre para forçá-los a realizar curvas para um determinado lado quando sob potência ou

planando. O washin seria então a incorporação de uma incidência positiva nas pontas da asa

em relação à sua raiz.

Os estabilizadores, como as asas, também apresentam formatos típicos. Os alongamentos

em quase todos os tipos de aeromodelos variam ao redor de 4:1 com superfícies geralmente

entre 30% e 40% da superfície alar e formatos semelhantes ao das asas. Os bordos

marginais (pontas) são geralmente arredondados dando um toque de estética e

individualidade aos projetos. Estabilizadores estão pouco sujeitos à formação de vórtices

em suas pontas com exceção dos estabilizadores-sustentadores, o que faz com que tipos

retangulares sejam tão eficientes como os trapezoidais ou elípticos.

Alguns aeromodelos de vôo-livre motorizados têm seus estabilizadores ajustados em um

ângulo diferente da horizontal. Em outras palavras, eles têm uma das pontas mais elevada

do que a outra. Apesar de que isto pareça um erro de construção ou um atentado à simetria

do aparelho, este ajuste tem uma forte razão: o estabilizador inclinado controla a direção da

curva na fase planada do vôo. Aeromodelos de vôo-livre, com motores de combustão

interna ou a elástico, sobem muito depressa e quase na vertical. Sob esta condição, o

estabilizador tem pouco efeito mas, quando o aparelho nivela e inicia o planeio, ele é

forçado a realizar uma curva pela inclinação do estabilizador. O modelo tente a guinar para

o lado em que está a ponta mais alta. O ângulo de inclinação dever ser ajustado através de

testes de vôo mas varia ao redor de 20 a 60. Modelos que são impulsionados em alta

velocidade por seus motores mas têm de voltar ao chão planando em círculos de forma

suave devem empregar este tipo de regulagem. Isto inclui até os pequenos planadores

lançados à mão que são "motorizados" pelo tremendo impulso dado pelo braço do

aeromodelista.

O termo "leme" é comumente empregado para classificar toda a superfície vertical de

estabilização, inclusive a parte móvel ou defletida. Mas, tecnicamente, deriva é a parte fixa

enquanto que a parte móvel ou defletida é chamada leme. O leme móvel é encontrado em

aeromodelos radio-controlados e o defletido, que é fixo porém em um ângulo diferente da

deriva, em aparelhos VCC (defletidos de modo a forçar o modelo para fora do círculo de

vôo para manter os cabos bem esticados). As derivas e lemes variam demais em formato

mas geralmente têm alongamentos entre 1:1 e 2:1. Pode ser que haja um formato ideal de

deriva/leme para cada categoria ou modalidade mas é na estética que o projetista revela sua

preferência (ou bom gosto) e, portanto, não se prende à regras predeterminadas. A

ilustração apenas mostra algumas tendências mais marcantes. As áreas das derivas de

aeromodelos motorizados ou planadores de vôo livre ou radio-controlados (inclusive leme)

variam entre 4% e 10% da área da asa. Os modelos com motor a elástico têm geralmente

derivas grandes, entre 16% e 18%. Quanto mais perto das asas estiver a deriva, maior terá

de ser a sua área e vice-versa. Em alguns casos são utilizadas derivas duplas presas às

pontas do estabilizador. Neste caso elas deverão ser projetadas cada uma com uma área

igual a 65% da superfície requerida para uma só deriva.

Como vimos na matéria Aerodinâmica dos Aeromodelos (Brasil Modelismo n. 8, pág. 15),

o diedro é responsável pela estabilidade inerente de uma aeronave em torno do seu eixo

longitudinal. Quando as asas ficam desniveladas, o diedro gera forças aerodinâmicas que

fazem com que elas voltem à posição nivelada. Os diedros dos aeromodelos apresentam

formas típicas e atípicas. As atípicas ou não-convencionais não são muito eficientes e são

apenas empregadas em modelos em escala que têm de seguir, da forma mais precisa

possível, as linhas do avião real que está reproduzindo. Os típicos podem ser diedro simples

(ou diedro em "V"), quando apresenta apenas um ângulo na raiz da asa; diedro nas pontas,

quando apresenta dois ângulos próximos às pontas das asas; polidiedro, quando tem três

ângulos sendo um na raiz e os outros dois nas semi-asas e diedro elíptico, quando é

formado por uma curvatura em elipse ou parábola até cada ponta-de-asa (vide a matéria

"Sua Excelência o Aeromodelo" na Brasil Modelismo n. 6, pág. 12). O diedro elíptico é o

mais eficiente de todos e, ao mesmo tempo, o mais difícil de ser incorporado ao

aeromodelo. Alguns projetistas de planadores de vôo-livre e para interiores com motor a

elástico gostam de utilizar este tipo de diedro, mas ele torna complicada a construção da

asa. Planadores e modelos de vôo-livre com motor de combustão interna ou elástico

geralmente utilizam o polidiedro ou diedro nas pontas. O diedro simples é mais utilizado

em aparelhos radio-controlados. A elevação nas pontas das asas em relação à raiz pode

variar de zero até 11% da envergadura. Aeromodelos de acrobacia VCC e alguns radio-

controlados de competição utilizam asas sem qualquer diedro. Os VCC não necessitam ter

estabilidade em tomo do seu eixo longitudinal enquanto que os radio-controlados utilizam

os comandos irradiados pelo piloto para manter as asas na posição desejada através dos

ailerons.

A tração exerce um efeito sobre a estabilidade da aeronave em torno do seu eixo

longitudinal. A hélice nada mais é do que uma asa rotativa que, em vez de produzir

sustentação, produz tração ou empuxo. As pás de uma hélice criam sua própria resistência

ao avanço e o arrasto resultante causa o efeito do torque, uma força que tende a girar todo o

avião na direção oposta à da hélice. Se a hélice gira no sentido anti-horário, o torque faz a

aeronave girar no sentido horário. Quanto maior for a potência do motor, maior será o

efeito do torque. A maioria dos aeromodelos utilizam hélices que giram para a direita, o

que faz com que eles apresentem tendência para guinar para a esquerda quando sob

potência do motor. Como o diedro evita que uma semi-asa voe em nível mais baixo ou mais

alto que a outra, deve-se então supor que quanto mais potente for o motor, maior deverá ser

o ângulo do diedro. Os maiores ângulos de diedro são aqueles empregados pelos

aeromodelos com motor a elástico para competições que utilizam hélices de grande

diâmetro, que geram torques terríveis e requerem grandes efeitos compensatórios. Outro

recurso é o desvio da linha de tração do motor que pode ser de 10 a 30 para o sentido

oposto ao da tendência de guinada causado pelo torque, ou seja, se o torque da hélice tende

a guinar o modelo para a esquerda, deve-se desviar a linha de tração para a direita e vice-

versa.

Aeromodelos de asa-baixa precisam ter mais diedro do que os de asa-alta. Isto se deve ao

que chamamos de efeito pendular que é resultado das localizações do CP e do CG. O ideal,

para obtenção da estabilidade em torno dos eixos lateral e longitudinal, é que o CG (centro

de concentração da massa do aeromodelo) fique abaixo do CP (centro da força de

sustentação). Quanto mais para baixo o CG estiver em relação ao CP mais estável é a

aeronave. Para explicar a ação do efeito pendular vamos supor que um aeromodelo com asa

parassol (asa-alta localizada acima da fuselagem sobre um pilone ou estrutura) assuma uma

posição com uma ponta-de-asa mais baixa que a outra. Imediatamente sua massa, atuando

através do CG, tende a trazer o modelo de volta à posição nivelada, alinhando o CG na

mesma vertical que o CP, exatamente como faz um pêndulo. É por essa razão que a maioria

dos modelos de vôo-livre são dotados de asas-altas. Dá então para deduzir que um aparelho

com o CG acima do CP não apresentará estabilidade inerente e é por isso que aeromodelos

de asa-baixa têm de ter mais diedro do que os de asas alta ou média; é para trazer o CG o

mais próximo possível do CP e, se possível, ultrapassá-lo. Mas esta regra também tem sua

exceção: o piloto e seus comandos substituem o diedro nos aeromodelos radio-controlados

de acrobacia e os cabos de controle dos VCC’s dispensam o emprego de qualquer coisa

para melhorar a estabilidade em torno do eixo longitudinal.

Por simples questão da obtenção da máxima estabilidade é desejável que a massa do

aeromodelo esteja o mais que possível concentrada em torno do CG. Um objeto de 30

gramas de peso que esteja a 15cm do CG tem o dobro do efeito de um outro com o mesmo

peso porém situado a 7,5cm do CG. Qualquer componente como, por exemplo o motor,

exerce uma certa resistência para iniciar um movimento e também adquire uma inércia que

tende a manter o movimento depois de iniciado (Isaac Newtow enunciou isto em uma das

suas famosas leis). É como pegar um alteres com os pesos nas pontas e tentar girá-lo na

mão. Vamos ter de fazer um bocado de força para fazê-lo iniciar o movimento de rotação e

depois despender um outro esforço para fazê-lo parar. Mas, se deslizarmos os pesos para o

centro da barra, isto é, para junto do CG do alteres, ficará mais fácil girá-lo e depois pará-

lo. Por causa disso, se um modelo é forçado a mudar de direção de forma imprevista, como

resultado de uma rajada de vento, por exemplo, o peso do motor tende a manter o

movimento indesejado causando instabilidade. Caudas muito pesadas são desvantajosas

bem como asas com excesso de peso, especialmente quando suas pontas estão muito longe

do CG. Fuselagens extremamente longas ou asas com grandes alongamentos tendem a

afastar as massas do CG. Aeromodelistas experientes sabem que o nariz de um modelo de

vôo-livre motorizado tem de ser bem curto. Em alguns casos eles chegam a posicionar o

motor logo abaixo do bordo-de-ataque da asa (asa-alta, é lógico). Só há uma exceção para

esta regra de concentração de massa: é a necessidade do posicionamento de objetos

pesados, como o equipamento de rádio, o mais baixo possível na fuselagem. Isto faz com

que o CG se desloque para baixo e, como já vimos, isto faz aumentar a estabilidade graças

ao efeito pendular.

CARACTERÍSTICAS DO PROJETO

DE UM AEROMODELO

PARTE 3

Por: Paulo Salvado

Vamos agora abordar o que chamamos de instabilidade espiral, que se considera ser

causada por uma combinação de erros no projeto de um aeromodelo de vôo-livre, que

levam o aparelho a executar um mergulho em espiral. Alguns aeromodelistas confundem o

mergulho espiral com o parafuso, mas eles são diferentes. Em um parafuso as superfícies de

sustentação estão completamente estoladas e o aparelho gira em torno de um eixo que, mais

ou menos, atravessa verticalmente a fuselagem através de um ponto situado próximo ao

nariz. Em um mergulho em espiral a aeronave ainda está voando, isto é, suas asas ainda

geram sustentação. Mas os fatores dos quais resulta a estabilidade não foram totalmente

restabelecidos após algum acontecimento que os tenha perturbado. Somente erros de

desenho levam a essa condição tais como pouco diedro, excesso de área de deriva, excesso

de área lateral da fuselagem logo atrás das asas, etc.. Logo que o aeromodelo inclina suas

asas, devido talvez a uma rajada de vento, ele começa a "derrapar" lateralmente. Enquanto

ele desliza, a deriva (talvez com excesso de superfície) tenta desviar a cauda de maneira a

apertar o raio da curva. Esses efeitos se auto-alimentam e crescem cada vez mais,

reforçados pela crescente velocidade do modelo em mergulho. Assim, o aparelho tende a

diminuir o raio da curva em mergulho cada vez mais e aumentar a velocidade ate...

Há também o sopro de hélice. A hélice, ao girar, não gera um sopro retilíneo mas sim em

espiral, no mesmo sentido da rotação do motor, que envolve a fuselagem deslizando em

direção à cauda, chocando-se com as laterais da fuselagem, com a deriva e outras

superfícies. O efeito do sopro de hélice pode ser suficiente para estimular a instabilidade

espiral (vide ilustração). Para diminuir a influencia do sopro, a área do pilone das asas (no

caso de um aeromodelo de vôo-livre com asa-alta sobre um pilone), as áreas do pilone e da

deriva devem ser reduzidas (ou a deriva única pode ser substituída por dupla com áreas

menores e montadas nas pontas do estabilizador) ou pode-se mudar a posição da deriva

baixando-a e fazendo com que parte dela fique por baixo da fuselagem. O desvio da linha

de tração para a direita, no caso de hélices que girem no sentido convencional (anti-horário

quando observado de frente) também reduz o efeito do sopro de hélice.

O movimento de rotação da hélice causa mais um efeito, só que para este não há remédio.

Trata-se do efeito giroscópico. Giroscópio é um aparelho muito simples, composto de um

volante (uma roda pesada) que gira em alta rotação ao redor de seu eixo. Baseado em leis

específicas da física, o volante ao girar tende a manter seu eixo rigorosamente apontado

para uma direção. Os giroscópios são empregados em pilotos automáticos de aeromodelos e

aviões reais e em sistemas de direção e guiagem de foguetes e mísseis. Pois bem, ao girar a

hélice se transforma em um giroscópio e tende a manter o eixo do motor constantemente

apontado para uma determinada posição... Segure um giroscópio de brinquedo (um volante

instalado em um eixo onde de enrola um barbante; ao puxar o barbante, o conjunto passa a

girar em velocidade suficiente para produzir o efeito) com o eixo apontado para a sua

frente. Tente movê-lo de um lado parta outro e descobrirá que, toda vez que tentar deslocá-

lo para a direita ele forçará sua mão para baixo ou para cima, conforme a direção de rotação

do volante. A hélice faz a mesma coisa com o nariz do aeromodelo toda vez que houver

uma mudança de trajetória. A única maneira de minimizar o efeito giroscópico é manter o

momento de nariz o mais curto possível.

Os aeromodelos com características aerodinâmicas mais simples são, sem dúvida, os VCC.

Ao projetá-los o aeromodelista não precisa se preocupar com dois dos três eixos de

estabilidade, com escolha minuciosa de perfis (escolha qualquer perfil simétrico e pronto!),

com instabilidade espiral, etc..

É por isso que essa categoria é muito recomendada para aqueles que gostam do

aeromodelismo mas não têm intenção de gastar muito e de ter preocupações com o esporte.

Modelos radio-controlados devem atender a todas as regras que asseguram a instabilidade

inerente aos aparelhos de vôo-livre mas há uma liberdade muito grande quanto aos ângulos

de incidência, decalagem, diedro e formato das asas, superfícies da cauda etc., devido aos

modernos aparelhos de radio comando que permitem ajustes finos ("trimagem") através das

superfícies de controle (ailerons, leme e profundor). Os aparelhos de vôo-livre são

limitados por regulamentos de concursos que determinam o tamanho dos motores e o seu

tempo de funcionamento em vôo, restringem a superfície ou carga alar, etc. Dentro das

limitações o projetista terá de definir se desenha um aeromodelo com as dimensões

mínimas, sacrificando o planeio em prol de uma subida rápida, ou se faz o contrário para

ganhar um planeio de alta performance (que tal um meio termo?).

Planadores de vôo-livre sofrem as mesmas limitações, apesar de não terem motores. Neste

caso, o comprimento do cabo de reboque é o fator limitador. O negócio é procurar projetar

uma máquina de alto desempenho e que plane melhor que um urubu (nada na natureza

plana melhor que um urubu!). Aeromodelos de vôo-livre com motor a elástico diferem em

desenho em relação aos seus parceiros com motores de combustão interna, começando pelo

momento de nariz que é mais longo em conseqüência do comprimento do motor, que

também é o componente mais pesado do aparelho, que faz com que a asa seja localizada

mais ou menos na metade do comprimento das tiras de borracha do motor para um

balanceamento satisfatório. As hélices são de grande diâmetro para aumentar a eficiência

do motor e reduzir os efeitos do sopro de hélice (algumas são monopás para aumentar ainda

mais seus diâmetros) chegando a medir até um terço da envergadura. A área da deriva

também é maior por causa do grande diâmetro da hélice e do longo momento de nariz. Há

duas maneiras de encarar tudo o que foi acima explicado sobre a aerodinâmica aplicada aos

projetos de aeromodelos.

Alguns leitores, decididamente uma minoria, aderirão aos métodos estritamente

matemáticos e surgirão com várias fórmulas, cada uma relativa aos tamanhos, formatos e

superfícies de cada componente do modelo. Outros preferirão deixar a matemática de lado e

adotarão a tentativa e erro como principal critério.

O fato é que todo método matemático traz consigo tolerâncias para mais ou para menos

em cada aplicação. Essas tolerâncias aumentam bastante com a miniaturização devido ao

efeito escala. O método matemático pode então dar um trabalhão danado para depois o

projetista verificar que o seu resultado não é melhor do que outro obtido "a olho". Se a

experiência indica quer a superfície do estabilizador de um aeromodelo com motor a

elástico deve ser aproximadamente igual a um terço da área da asa, por que preocupar-se

com fórmulas exatas?