estabilidade e controle - faculdade de ciÊncias aeronÁuticas

8/14/2019 Estabilidade e controle - FACULDADE DE CINCIAS AERONUTICAS

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23 de Abril de 2012

TEORIA DO VOO I

MDULO 10

(Resumo para orientao do estudo)

ESTABILIDADE E CONTROLE

Professor: Marco Antonio Couto do Nascimento.

1. Objetivos:

. Diferenciar o conceito de estabilidade e de controle de aeronave e a importncia dos

conhecimentos relacionados a esses conceitos para o desempenho da atividade depilotagem.

. Descrever os recursos disponveis para o piloto na condio eventual de perda deestabilidade em voo.

. Preparar-se com vistas aos exames da ANAC para obteno de licena de PilotoPrivado e de Piloto Comercial.

2. Referncias.

1. Plano de Ensino na Disciplina Teoria do Voo I, primeiro semestre de 2011.

2. MCA 58-3 Manual do Curso Piloto Privado-Avio. Comando da Aeronutica /DAC, 2004.

3. TALAY, Theodore A. INTRODUCTION TO THE AERODYNAMICS OF FLIGHTS.NASA SP-367, Washington D.C., 1975 (o contedo desta publicao pode serencontrado no endereo: http://history.nasa.gov/SP-367/contents.htm).
http://history.nasa.gov/SP-367/contents.htm


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4. DOLE, Charles E. FLIGHT THEORY AND AERODYNAMICS. John Wiley and Sons,New York, 1981.

3. Conceito de equilbrio.

Entender (e utilizar) os conceitos de estabilidade e de controle pressupe odomnio do conceito de EQUILBRIO.

Uma aeronave estar em equilbrio, em cada condio particular de voo, se,simultaneamente, a resultante de todas as foras e a resultante de todos osmomentosque estiverem agindo na aeronave forem nulas.

FORA um conceito que j foi abordado nos Mdulos 1 (Mais leve que o ar) e2 Mais pesado que o ar), no sendo necessrio relembr-lo aqui.

MOMENTOtambm foi estudado no Mdulo 03 (O avio e suas partes), quandoforam analisados os comandos de voo. um conceito fundamental no apenas paracompreender ESTABILIDADE E CONTROLE, como tambm para realizar os clculosde PESO E BALANCEAMENTO.

Livremente falando, MOMENTO est associado a uma fora que tende a girarum corpo. Esta uma idia fsica bastante prtica. Por exemplo, MOMENTO explicaporque os ailerons esto colocados mais perto da ponta da asa do que da raiz.Explica, tambm, o porqu da existncia da cauda em avies (e, por extenso,acarreta muitas dvidas quando um piloto v uma asa voadora, como o bombardeironorte-americano B-2 Spirit, que no tem cauda).


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Figura 1 - Bombardeiro B-2 Spirit.

Matematicamente falando, MOMENTO o valor obtido quando se multiplica amagnitude de uma fora pela distncia entre o ponto de aplicao da fora e um pontode referncia, em relao ao qual se deseja avaliar o momento.

MA= F x rAO

onde

MA o valor do momento calculado em relao ao ponto O;

F a fora (de toro) aplicada no ponto A do cabo da chave de boca; e

rAO a distncia entre o ponto A (de aplicao da fora) e o ponto de giro O.

Comumente, a distncia AO (entre o ponto de aplicao da fora e o ponto degiro) chamado de BRAO.

Uma aeronave em voo est sujeita a momentos (Figura 2).

O peso W da aeronave est aplicado no ponto conhecido como CG (centro degravidade). A sustentao L est aplicada no ponto conhecido como CP (centro de


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presso). Dessa forma, a fora de sustentao L, atuando no CP, a uma distncia dwdo CG, gera um momento MLno sentido anti-horrio (convencionalmente, o momento

que tende a girar no sentido anti-horrio considerado negativo).

No havendo outro momento em sentido contrrio, o corpo da aeronave tendera girar no sentido anti-horrio. Para que isso no ocorra, a empenagem horizontal

(estabilizador mais profundor, localizados na cauda) gera uma fora de sustentao T,voltada para baixo (convencionalmente, as foras que apontam para baixo soconsideradas negativas; as que apontam para cima so positivas). Embora a fora desustentao negativa gerada pela empenagem horizontal seja bem menor que asustentao L gerada pela asa, o fato de estar aplicada a uma distncia bem maior emrelao ao Cg, faz com que o momento por ela gerado possa ser igual ou maior que ogerado em sentido contrrio pela sustentao L. Se os momentos se igualam, aaeronave est em equilbrio de momento. Se um dos momentos for maior que o outro,ento a aeronave estar em desequilbrio de momento e tender a girar nos sentido

do momento maior.

Figura 2: Aeronave em equilbrio de momento.

4. Conceito de estabilidade e de controle.

Imagine, agora, que, em uma particular condio de voo (por exemplo, em vooreto, nivelado e com velocidade constante), uma perturbao (que pode ser uma


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rajada vertical de vento, como a que ocorre em turbulncias) provoque ligeiraelevao do nariz da aeronave.

Qualquer aeronave estvel deve ter a capacidade de recuperar as condiesnormais de voo. Pode-se, assim, definir ESTABILIDADE como a tendncia daaeronave de manter a condio de voo em equilbrio quando da ocorrncia de

uma perturbao. Ou, dito de outra forma, ESTABILIDADE a resistncia daaeronave de ter alterada a condio de voo em equilbrio.

CONTROLE a resposta da aeronave ao comando do piloto, ou seja, acapacidade do piloto de alterar a condio de equilbrio de uma aeronave. Shaver resposta esperada ao comando do piloto (controle) se no houver problema deinstabilidade.

Constata-se, assim, que ESTABILIDADE e CONTROLE so conceitos de certaforma antagnicos. Como a estabilidade a capacidade da aeronave de resistir aalteraes das condies de voo provocadas por perturbaes (e o comando dadopelo piloto no deixa de ser uma perturbao das condies de voo), ento quantomais estvel for a aeronave menor ser o controle do piloto (pois controle definidocomo a resposta ao comando do piloto).

5. Eixos de referncia de uma aeronave.

A atuao do piloto sobre os comandos de voo ou o surgimento de umaperturbao fsica, como uma rajada, induzem foras e momentos sobre a aeronave,que se traduzem em movimentos.

No caso de aeronaves, trs planos de movimentos so possveis.

Para melhor compreender as foras e momentos que atuam em uma aeronave e,por extenso, o comportamento subseqente da aeronave, usualmente adotado osistema cartesiano de trs eixos mutuamente perpendiculares em torno dos quais osmovimentos ocorrem.


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Figura 5 Trs eixos cartesianos de referncia de movimento de uma aeronave.

O eixo que atravessa longitudinalmente o corpo do avio , naturalmente,chamado de EIXO LONGITUDINAL. O movimento possvel da aeronave em torno doEIXO LONGITUDINAL de rotao lateral, da ser ele batizado, no jargo aeronutico,de eixo de rolamento (roll).

O eixo que atravessa as asas, de ponta a ponta, o EIXO LATERAL (tambmchamado de TRANSVERSAL). O movimento possvel em torno desse eixo (para cimae para baixo) chamado de arfagem (pitch).

O terceiro eixo, que atravessa perpendicularmente o corpo da aeronave, oEIXO VERTICAL. O movimento possvel em torno desse eixo (para a direita e para aesquerda) chamado de guinada (yaw).

A simples observao da figura acima permite deduzir que os aspectos deestabilidade podem se manifestar em relao a qualquer dos trs eixos ou em umacombinao desses eixos. Em funo da complexidade dos movimentos possveis e

por razes de didtica, sero analisados os aspectos de estabilidade ao longo decada eixo, separadamente.


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6. Equilbrio estvel, instvel e neutro.

O conceito de equilbrio estvel, instvel ou neutro fica bem entendido com aanalogia feita com uma bola lisa em trs condies diferentes. Nas trs condies, abola lisa deslocada da posio de equilbrio inicial e solta em seguida.

Figura 6 Representao dos trs tipos de equilbrio.

No primeiro caso, a bola tende a voltar posio de equilbrio em que estava, naparte mais baixa da superfcie curva ( dita ser estaticamente estvel). No segundo,tende a afastar-se definitivamente da posio de equilbrio inicial ( dita, portanto, serestaticamente instvel). No terceiro, permanece na posio para a qual foi deslocada( dita ser estaticamente neutra).

Qualquer aeronave homologada estaticamente estvel, caso contrrio o pilototer grande dificuldade para pilot-la.

7. Estabilidade esttica e estabilidade dinmica.


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Dois tipos de estabilidade sero estudados: estabilidade esttica eestabilidade dinmica. Os dois conceitos sero discutidos a seguir.

8. Estabilidade esttica no eixo longitudinal.

Estabilidade longitudinal diz respeito ao movimento do EIXO LONGITUDINAL(para cima e para baixo), girando em torno do eixo lateral (tambm chamado de eixotransversal).

Como a estabilidade longitudinal pode ser considerada como independente das(no afetada pelas) estabilidades (ou falta de estabilidade) direcional e lateral, ela

ser abordada em primeiro lugar.

Um pouco acima, foi mencionado o exemplo em que, em uma particular condiode voo (por exemplo, em voo reto, nivelado e com velocidade constante) umaperturbao (que pode ser uma rajada vertical de vento, como a que ocorre emturbulncias) provoca ligeira elevao do nariz da aeronave.

Quando o equilbrio das condies de voo momentaneamente rompido por

ao da perturbao, trs situaes podem ocorrer:

- o desequilbrio momentneo das foras e momentos provoca a tendncia de elevar onariz da aeronave ainda mais (Figura 7).

Figura 7 Aeronave estaticamente instvel. ocorrendo uma perturbao que altere o ngulo eataque, a tendncia inicial da aeronave ser aumentar o efeito (no exemplo, aumentar ainda mais ongulo de ataque)..

- o desequilbrio momentneo das foras e momentos faz com que a aeronavemantenha a nova posio de voo (no exemplo, com o nariz ligeiramente elevado,decorrente da ao da rajada) (Figura 8).


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Figura 8 Aeronave estaticamente neutra tende a permanecer na posio em que ficou aps aperturbao.

- o desequilbrio das foras e momentos faz com que a aeronave tenha a tendncia aretornar condio de voo anterior perturbao (Figura 9).

Figura 9 Aeronave estaticamente estvel tende a retornar ao ngulo de ataque de antes daperturbao.

Se uma aeronave estaticamente estvel no sentido longitudinal e est voando

em condio de equilbrio de foras e momentos, ele tende a manter o ngulo deataque (aoa, sigla do Ingls para angle of attack) em voo. Se surgir umaperturbao momentnea, como uma rajada de ar, a aeronave tender a voltar aongulo de ataqueem que se encontrava antes da perturbao.

importante ter em mente que uma aeronave estaticamente estvel no sentidolongitudinal pode ser compensada (momentos equilibrados por ao docompensador) em qualquer velocidade de operao e tender a manter o ngulo deataque.

Resumindo: a estabilidade esttica est relacionada tendnciado movimento inicial da aeronave em resposta perturbao. Nocaso da estabilidade esttica no eixo longitudinal, diz respeito tendncia inicial de variao do ngulo de ataque em resposta perturbao.

Se a aeronave tem tendncia inicial de voltar condio de equilbrio e aongulo de ataque que mantinha antes da perturbao, ento ela estaticamente


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estvel no eixo longitudinal.

Se, inicialmente, tende a divergir da condio de equilbrio, ou seja, a continuarvariando o ngulo de ataque, ento ela estaticamente instvel no eixo longitudinal.

Se no apresenta qualquer tendncia, permanecendo na posio a que foilevada pela perturbao, ento ela estaticamente neutra no eixo longitudinal.

9. Influncia das caractersticas da aeronave na estabilidade longitudinal.

9.1 Influncia do centro de gravidade na estabilidade esttica longitudinal.

Como referncia, tome-se uma aeronave como a da Figura 10, que estejavoando reto, nivelado e com velocidade constante, totalmente em equilbrio. Diz-seque aeronave est totalmente compensada, por no apresentar qualquer tendncia asair dessa condio.

Figura 10 Aeronave P-40 Curtis Warshark em voo reto e nivelado..

As foras atuantes so: o peso W (weight), que igual em valor sustentao

L (lift), a ustentao negativa ldo profundor e a trao T (thrust) que igual ao

arrasto D (drag)(Figura 11).


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Figura 11 Diagrama de foras em uma aeronave em voo reto, nivelado e com velocidadeconstante.

Note, porm, que essas foras no necessariamente esto aplicadas no mesmoponto. O peso W est no centro de gravidade (CG); a sustentao L, no centroaerodinmico (CA) da aeronave (que, normalmente, est muito prximo do centro

aerodinmico da asa propriamente dita); a sustentao negativa lest no profundor; e

a propulso T no eixo de propulso.

A guisa de lembrete, conveniente comentar que a sustentao L atua

efetivamente no centro de presso (CP). Todavia, como o centro aerodinmico , pordefinio, ponto no qual o momento de arfagem permanece constante, a despeito davariao do ngulo de ataque, costuma-se representar o sistema de esforoscolocando a sustentao no centro aerodinmico e nele aplicando o momento dearfagem (que o produzido, efetivamente, pela sustentao aplicada no centro depresso).

A Figura 12 mostra o diagrama de momentos devido s foras atuantes na

aeronave.


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Figura 12 Diagrama de momentos atuantes sobre a aeronave.

Observando a Figura 12, possvel concluir que a trao T e a sustentao Lprovocam um momento no sentido de forar o nariz para baixo. Como esses doismomentos no se cancelam, at ao contrrio, atuam no mesmo sentido, o sistemaestar intrinsecamente em desequilbrio. O equilbrio advm das superfcieshorizontais da cauda: pequenas em rea, mas afastadas de uma longa distncia emrelao ao CG. Ou seja, uma pequena fora negativa necessria (segunda parte da

figura abaixo).

As superfcies horizontais da cauda so compostas, geralmente, de uma partefixa (estabilizador horizontal/horizontall stabilizer) e outra mvel(profundor/elevator). Portanto, o piloto consegue levar a aeronave para o equilbrioou tir-la do equilbrio atuando no profundor. Resumindo: o equilbrio obtido com umngulo de profundor especfico para cada condio (que corresponde tambm a umparticular ngulo de ataque da aeronave, como um todo).

Quando uma aeronave estaticamente estvel submetida a uma perturbao,so gerados momentos que a faro retornar condio inicial to logo a perturbaocesse, ou seja, ao mesmo ngulo de ataque e do profundor, como j discutido


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anteriormente.

Para entender o equilibro esttico longitudinal, consideraes sobre a posio doCG so importantes e devem ser levadas em considerao:

- a posio horizontal do CG tem grande efeito na estabilidade esttica. Se o CG estsuficientemente frente do CA, ento a aeronave estaticamente estvel.

- por outro lado, se o CG movido em direo cauda, ou seja, em direo ao CA,haver uma posio em que a aeronave ser estaticamente neutra. Essa posio oPONTO NEUTRO.

- se for movido mais para trs, alm desse ponto, a aeronave ser estaticamenteinstvel. Todavia, preciso ter em mente que uma posio do CG muito frente poderesultar em uma condio em que a fora gerada pelo profundor no seja suficientepara contrabalanar o momento gerado pela sustentao. Em outras palavras: o pilotopode no ter comando suficiente (neste caso a estabilidade ficou excessiva).

Traduzindo para uma linguagem mais voltada para a operao da aeronave: huma faixa de passeio do CG, sem que comprometa a estabilidade e o controle(Figura 13).

So conhecidos casos em que a carga no interior da aeronave deslocou-se e

levou o CG para fora da faixa de passeio, comprometendo a estabilidade daaeronave.

Figura 13 Faixa de passeio do CG com o motor em funcionamento.



Como o profundor gera o principal momento de controle do equilbrio esttico,aeronaves cujo profundor esteja mais afastado do CG e/ou cujas superfcies deprofundor tenham grandes reas tendem a serem mais estveis. A eficincia doprofundor alterada se ele submetido a fluxo de ar perturbado aps ter passadopelas asas (down wash e turbulncia) ou at por emisses do motor.

Da mesma forma, como a trao nem sempre est aplicada no CG, a condiode estabilidade com e sem motor tambm pode ser diferente. O mesmo acontecequando a configurao alterada (trem, flapes e outras superfcies baixadas).

Na Figura 14 so mostradas duas situaes. Na figura identificada pela letra (a)

mostrada a faixa de passeio do CG na condio de motor em funcionamento. Nafigura (b) pode ser observado que a faixa de passeio ficou mais estreita devido pane do motor.

A reduo da faixa deve-se ao fato de que, sem propulso, deixa de haver omomento para baixo devido ao fato do eixo de propulso estar acima do CG.



Figura 14 Reduo da faixa de passeio do CG devido ao motor ter ficado inoperante.

9.2 Influncia da posio da asa na estabilidade longitudinal esttica.

A influncia da posio da asa na a estabilidade longitudinal da aeronave

funo da posio do centro aerodinmico (CA) (pode-se raciocinar tambm com ocentro de presso - CP) em relao posio do centro de gravidade (CG) daaeronave. Quanto mais prximas da cauda estiverem as asas, mais tendncia aaeronave ter de ser menos estvel longitudinalmente. O raciocnio o mesmo feitoacima em relao ao CG. Asas mais prximas da cauda significam que pequena sera diferena entre os braos de momento da sustentao gerada pela asa e o demomento de sustentao negativa gerada pelo profundor. Em outras palavras: oprofundor no gerar momento expressivamente superior ao gerado em sentidocontrrio pela asa, o que se traduz em menor margem de passeio do CG.

9.3 Influncia da fuselagem na estabilidade longitudinal esttica.


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Normalmente, os projetistas procuram configurar a fuselagem de aeronaves deforma a dar-lhes formas aerodinmicas e simtricas, o mais possvel. A simetria total,entretanto, quase impossvel e disso resulta um algum momento de arfagem mesmona condio de voo nivelado.

Adicionalmente, como o ngulo de ataque da aeronave varia freqentementedurante o voo, o ar enxerga a fuselagem de forma ainda mais assimtrica e, aocontornar a fuselagem, produz reas de baixa presso onde a velocidade doescoamento maior, semelhana do que ocorre em relao a um perfilaerodinmico. De uma maneira geral, ngulos de ataque positivos produzemmomentos picadores na fuselagem e vice-versa.

9.4 Influncia da nacele do motor na estabilidade longitudinal esttica.

Quando o eixo da nacele do motor (alternativo com hlice ou a reao) estalinhado com o vento relativo, no produzida deflexo do escoamento de ar.Todavia, quando h algum desalinhamento, o escoamento de ar sofre um desvio emdireo ao eixo do motor. Se o motor dotado de hlice, o plano de giro da hliceestar formando um ngulo com o vento relativo, o que se traduz em uma fora lateralno corpo da hlice. Pela simetria em relao ao vento relativo, nenhuma resultante de

fora aparece no plano horizontal. Todavia, no plano vertical, surge uma resultanteque produz um momento cabrador (que desestabilizador). Se o motor a reao, amesma deflexo ocorre na entrada de ar, produzindo o mesmo momento cabrador edesestabilizador.

9.5 influncia do regime de voo.

No caso da transio para voo supersnico, o efeito de compressibilidade tendea levar o CP para trs, provocando uma tendncia de girar o nariz da aeronave parabaixo (conhecido como tuck under), que pode levar a aeronave para um mergulhoacentuado e estvel.

Uma forma de evitar esse problema mover o CG tambm para trs, pelatransferncia de combustvel para tanques suplementares, convenientementeposicionados na fase de projeto. Outra soluo utilizar canard prximo ao nariz daaeronave, para fornecer sustentao adicional, e por extenso momento cabrador

adicional.10 Estabilidade dinmica no eixo longitudinal.


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Mesmo aeronaves estaticamente estveis podem apresentar comportamentodiverso aps a tendncia inicial de retorno ao equilbrio, em resposta perturbao.

essa forma, define-se estabilidade dinmica em termos do movimento daaeronave ao longo do tempo, aps o movimento inicial em resposta perturbao.

Tambm aqui, trs situaes podem ocorrer:

- a posio do nariz oscila para baixo e para cima diversas vezes, mas segundo ummovimento oscilatrio dito amortecido, com a aeronave retornando condio deequilbrio anterior perturbao. Neste caso, a aeronave dita ser dinamicamenteestvel(Figura 15).

Figura 15 Aeronave estaticamente estvel e tambm dinamicamente estvel.

- a posio do nariz oscila para baixo e para cima indefinidamente, sem aumentar oudiminuir a amplitude da oscilao (Figura 16). A aeronave dita ser dinamicamenteneutra.

Figura 16 Aeronave estaticamente estvel, mas dinamicamente neutra.

- a posio da aeronave oscila para baixo e para cima, mas aumentando

continuamente a amplitude da oscilao. A aeronave dita ser dinamicamenteestvel(Figura 17).


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Figura 17 Aeronave estaticamente estvel, mas dinamicamente instvel.

Portanto, e para fixar o conceito de estabilidade, s possvel falar emestabilidadedinmicase a aeronave for, antes, estaticamente estvel.

Uma aeronave que , ao mesmo tempo, esttica e dinamicamente estvel podeser voada praticamente sem que o piloto mantenha as mos nos comandos de voo,exceto quando desejar modificar a condio de equilbrio, ou seja, modificar para outracondio de voo.

Mesmo uma aeronave dinamicamente instvel pode, em certas condies, servoada, desde que o piloto atue nos controles de forma apropriada.

Embora o comportamento dinmico de aeronaves dinamicamente estveis sejaassunto complexo e amplo, difcil de ser esgotado em pouco tempo, como o tempodisponvel para este curso, podem-se identificar duas formas fundamentais de

oscilaes longitudinais resultantes de uma perturbao sobre uma aeronave queestava em equilbrio:

- modo de oscilao vertical de longo perodo, com baixo amortecimento, conhecidocomo fugide (phugoide). A altitude e a velocidade da aeronave variamconsideravelmente, mas o ngulo de ataque permanece constante, em um processoem que ocorre troca contnua entre energia cintica e energia potencial (Figura 18).


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Figura 18 Comportamento tpico de uma aeronave em fugide.

- modo de oscilao de curto perodo, geralmente muito amortecida. O anglo deatitude e o ngulo de ataque oscilam rapidamente (Figura 19). O problema aqui queas oscilaes podem ser agravadas pela tentativa do piloto em contrari-las. Isso podeacontecer porque o curto perodo das oscilaes muito prximo do tempo normal dereao dos pilotos. Assim, na tentativa controlar as oscilaes, o piloto poderealiment-las inadvertidamente, podendo provocar a destruio da aeronave em

poucos segundos.

Figura 19 Aeronave submetida a oscilao de curto perodo.

11. Estabilidade lateral.

Diz respeito ao giro em torno do eixo longitudinal.

Quando uma perturbao lateral atua sobre uma aeronave, trs situaes podem

ocorrer (Figura 20):


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Figura 20 (a) Aeronave estaticamente estvel lateralmente. A aeronave retorna posio deequilbrio uma vez cessada a perturbao.

Figura 20 (b) Aeronave estaticamente neutra lateralmente. A aeronave permanece na posio emque a deixou a perturbao.


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Figura 20 (c) Aeronave estaticamente instvel lateralmente. A aeronave continua a girarlateralmente no sentido em que a perturbao a conduziu.

Para que uma aeronave seja lateralmente estvel, preciso que suas asasdesenvolvam um momento contrrio ao causado pela perturbao.

11.1 Influncia do diedro da asa

Diedro o ngulo formado pela inclinao da asa em relao ao plano horizontal(Figura 21).


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Figura 21 Aeronave com diedro dito positivo (ngulo para cima).

Na Figura 20, uma perturbao levantou a asa esquerda da aeronave. Aaeronave tender a deslizar para a sua direita e para baixo. Nessa situao, o ventorelativo sopra inclinado para o lado da asa que levantou e, ao mesmo tempo, paratrs. Em conseqncia, o ngulo de ataque da asa esquerda maior que o da asa

direita e tender a levant-la, recuperando a posio de voo de asas niveladas.

Diedro para cima dito positivo, porque implica em melhor estabilidade lateral.Para baixo, dito negativo, porque torna a aeronave lateralmente menos estvel.

11.2 Influncia da posio da asa (em baixo, no meio ou em cima)

A asa em cima faz com que o CG fique abaixo dela. A componente do pesoparalela s asas induz um momento de giro contrrio ao da perturbao. Em


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aeronaves de asas baixas o efeito contrrio, ou seja, asas baixas sodesestabilizantes (Figura 22).

Figura 22 Asa alta lateralmente estabilizante. Asa mdia de estabilidade lateral neutra. asabaixa lateralmente desestabilizante.

11.3 Guinada adversa

Quando comandado o abaixamento de uma das asas, em uma curva, o aileronda asa que baixa defletido para cima e o aileron oposto para baixo. A asa cujoaileron defletido para baixo (lado oposto da curva) tem a sustentao aumentada. Ooposto acontece com a asa do outro lado.

Todavia, no s a sustentao alterada pela movimentao dos ailerons. Oarrasto tambm. O arrasto parasita (de forma e de atrito) aumentado de formaidntica nas duas asas. O mesmo no acontece com o arrasto induzido. A asa que

teve o aileron baixado, por ter tido a sustentao aumentada, tem aumentado tambmo arrasto induzido (que o arrasto que advm da sustentao). A outra asa, aocontrrio, tem o arrasto induzido diminudo. Resumindo: a asa cujo aileron foi baixadotem mais arrasto que a outra. Como a asa que teve o aileron baixado a contrria aolado da curva, o arrasto maior a puxa para trs, trazendo consigo o nariz da aeronavepara o lado de fora da curva.

Para melhor visualizar o efeito de guinada adversa, imagine que o piloto inclina aaeronave para a direita. Com isso, a asa direita tem a sustentao diminuda,enquanto a esquerda aumentada. Aumentando a sustentao da asa esquerda,aumenta o seu arrasto induzido, puxando a asa esquerda para trs, fazendo umaguinada do nariz da aeronave para o lado contrrio ao da curva.


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Esse efeito pode ser minimizado de diversas maneiras, entre elas com o uso deailerons especiais, como:

- aileron tipo FRISE (Figura 23) o aileron que baixa projeta uma protuberncia quefaz aumentar seu arrasto parasita (no caso aumentando o arrasto de forma),

compensando o aumento do arrasto induzido da outra asa. sua efetividade dependedas condies de voo.

Figura 23 Aileron tipo frise.

aileron tipo DIFERENCIAL (Figura 24) como o nome deixa claro, os ailerons sodefletidos de forma assimtrica. O aileron que baixa o faz em um ngulo bemmenor do que o aileron que sobe. dito de outra forma, o maior ngulo do aileronque sobe apresenta arrasto parasita bem maior do que o aileron que baixa,compensando o efeito da guinada adversa.


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Figura 24 Aileron diferencial.

12. Estabilidade direcional.

relacionada ao giro em torno do eixo vertical da aeronave.

Uma aeronave dita ser estvel no sentido direcional (ou ter umaestabilidade longitudinal positiva) se ela reage a uma perturbao lateral com umaguinada na direo do vento relativo da perturbao (diz-se que aproa o ventorelativo). Na Figura 25, uma perturbao vinda da direita faz com que o eixolongitudinal da aeronave seja deslocado do ngulo de deriva . A aeronaveestaticamente estvel reage com um momento em sentido contrrio, fazendo com que

a aeronave tenda a aproar o vento relativo da perturbao.


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Figura 25 Aeronave direcionalmente estvel tende a aproar o vento relativo da perturbao.

Se, por outro lado, a aeronave apresenta a tendncia a continuar guinando(aumento do ngulo ), aps ser perturbada lateralmente, ela estaticamenteinstvel no sentido direcional (ou ter uma estabilidade direcional negativa)

(Figura 26).

Caso a aeronave no apresente tendncia a divergir ou a aproar a direo dovento relativo da perturbao, ou seja, permanea na posio para a qual foideslocada, a aeronave dita ser estaticamente neutra no sentido direcional.


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Figura 26 Aeronave lateralmente estvel ( esquerda), neutra (ao centro) e instvel ( direita).

12.1 Influncia dA POSIO DO CG na estabilidade direcional.

Quando a rea lateral da aeronave frente do CG maior que atrs, a aeronavetende a ser direcionalmente instvel. Se as reas so iguais, tende a serdirecionalmente neutra. Se for maior, tende a ser direcionalmente estvel (Figura 27).


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figura 27 Influncia da posio do Cg na estabilidade direcional.

12.2 Influncia do enflechamento das asas na estabilidade direcional.

A influncia das asas na estabilidade direcional usualmente pequena, mas melhorada quando asas tm enflechamento positivo (para trs) (Figura 28).


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Figura 18 Influncia do enflechamento das asas na estabilidade direcional.

Em funo da deriva imposta por uma perturbao que desloque o nariz daaeronave para a esquerda, por exemplo, a asa esquerda move-se para trs, enquantoa direita move-se para frente. Em consequncia, a asa direita tem o vento relativoaumentado e, em conseqncia, seu arrasto tambm aumentado. O aumento doarrasto contribui para trazer o nariz de volta para a posio original de equilbrio. Coma asa esquerda ocorre o inverso. O aumento do arrasto na asa direita e a diminuio

na asa esquerda provocam um movimento de reao do eixo da fuselagem na direode onde proveio a perturbao.

Assim, enflechamento para trs dito positivo porque contribui para aestabilidade direcional. Enflechamento para frente dito negativo porque desestabilizante.

13.Efeito do a acoplamento direcional e lateral (dutch roll)

Quando foi analisado a estabilidade direcional, foi dito que aeronaves com asa


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enflechada tendem a aproar o vento relativo da perturbao. Dessa forma, a asa dolado oposto da perturbao avana, ganhando velocidade.

Todavia, quando a asa do lado oposto da perturbaoavana, em funo de umaperturbao lateral, ela tem no apenas seu arrasto aumentado, mas tambm suasustentao. De forma anloga, a asa que se move para trs tem sua sustentao

diminuda. Com isso, surge uma tendncia ao giro de asa.Resumindo: o aumento do arrasto em uma das asas contribui para trazer o nariz

de volta para a posio original de equilbrio. J o aumento da sustentao implica emuma tendncia ao rolamento.

Essas duas tendncias, agindo em conjunto, ou seja, acopladas, pode darorigem a um movimento chamado de dutch roll (Figura 29).

Figura 29 Esboo do dutch roll.

O dutch roll naturalmente amortecido na maioria das aeronaves, embora

possa ocorrer degradao do amortecimento em condies de mais alta velocidade eem altitude.

Aeronaves com pouca estabilidade direcional so propensas ao dutch roll.Aeronaves com asas enflechadas tm tendncia ao dutch roll devido aoacoplamento dos movimentos.

Uma forma de atenuar o problema do dutch roll utilizar yaw dumpers(amortecedores de guinagem), que so dispositivos eletromecnicos ativados porsensores de razo de guinagem. Detectada a guinagem, os sensores enviam um sinal

para atuadores do leme direcional, que trabalha para amortecer o movimento.


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13.1 Influncia da fuselagem e do estabilizador vertical.

A fuselagem, dependendo da posio do CG, pode ter uma contribuio negativaem relao estabilidade direcional, enquanto o estabilizador sempre tem influnciapositiva.

Para perceber o efeito da fuselagem e do estabilizador vertical, referir-e figuraabaixo. Note que o giro se d em torno do CG,


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Figura 30 - Bombardeiro B-17. Imagem superior mostra o desenho original. O inferior a alteraofeita (aumento do estabilizador vertical) para corrigir problemas de estabilidade direcional.

13.2 Efeito das naceles dos motores.

O efeito idntico ao discutido na estabilidade longitudinal. Agora, a componentedo vento relativo provoca uma fora lateral. Aeronaves com motores frente do CGtm diminuda a estabilidade direcional. O inverso ocorre se os motores estoposicionados atrs do CG.

Figura 31- Efeito da nacele dos motores na estabilidade direcional.

estabilidade e controle - faculdade de ciÊncias aeronÁuticas

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