estabilidade e controle

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Estabilidade e Controle Conceitos e Análise Básica Lucas Rubiano de Souza Cruz Maio de 2007

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Page 1: Estabilidade e controle

Estabilidade e ControleConceitos e Análise BásicaLucas Rubiano de Souza CruzMaio de 2007

Page 2: Estabilidade e controle

ObjetivoObjetivo

Apresentar conceitos básicos de estabilidade e controle de aeronaves;

Apresentar a relação destes conceitos com o projeto e a construção de aeromodelos para o Aerodesign.

Page 3: Estabilidade e controle

TópicosTópicos

Estabilidade Estabilidade Estática

Longitudinal Volume de Cauda da EH Balanceamento Estabilidade Estática

Látero-Direcional Volume de Cauda da EV Diedro e Posição da Asa Estabilidade Dinâmica

Controle Controle na Decolagem Controle em Manobra Controle em Falha de

Motor (OPEN) Volume de Controle

Page 4: Estabilidade e controle

EstabilidadeEstabilidade

Equilíbrio Estável

Equilíbrio Neutro

Equilíbrio Instável

Estabilidade: Tendência de sempre retornar a uma situação de equilíbrio.

Page 5: Estabilidade e controle

Est. Estática LongitudinalEst. Estática Longitudinal

Tendência de retornar ao equilíbrio após uma perturbação;

Indica também a consonância da variação de velocidade e de ângulo de ataque em regime com o movimento inicial do avião.

Page 6: Estabilidade e controle

EH/profundor a cabrar

Est. Estática LongitudinalEst. Estática Longitudinal

c.g. mais traseiro

Equilíbrio sem

estabilidade

dCm/dCL < 0

Cm > 0 para CL = 0

EH/profundor a picar

PontoNeutro

e = 0 e iht = 0

Page 7: Estabilidade e controle

Est. Estática LongitudinalEst. Estática Longitudinal

Estabilidade Estática pode ser medida pela distância entre o centro de gravidade e o ponto neutro, a chamada Margem Estática

c

Centro Aerodinâmico

(asa)

c.g.Ponto Neutro

(avião)

c/4 xc Hnc

Margem estática

Page 8: Estabilidade e controle

Est. Estática LongitudinalEst. Estática Longitudinal

Margem estática:Manche fixo (profundor fixo);Manche livre (“hinge moment” nulo);

Para aeromodelos, margem estática manche fixo é mais adequada (servo-mecanismo mantém profundor fixo);

LEM

BRAR QUE S

ERVO-MECANIS

MO

DEVE SER D

IMENSIO

NADO PARA

SUPORTAR OS H

INGES!!!

Page 9: Estabilidade e controle

Est. Estática LongitudinalEst. Estática Longitudinal

Margem Estática (manche fixo)

xka

a

C

CH T

htL

Mn 1

1

1

Margem estática Distância

do ponto neutro ao

c.a. da asa

Distância do c.g. ao c.a. da asa

Volume de cauda

Page 10: Estabilidade e controle

Volume de Cauda EHVolume de Cauda EH

cS

lS

W

HTHTht

Centro Aerodinâmico

(asa)

Ponto Neutro (avião)

Centro Aerodinâmico

(EH)

lht

Page 11: Estabilidade e controle

Est. Estática LongitudinalEst. Estática Longitudinal

Asa-fuselagem

Avião completo

Efeito da Empenagem Horizontal

Page 12: Estabilidade e controle

BalanceamentoBalanceamento

Ponto neutro não depende de c.g., porém margem estática depende;

Mudanças de Balanceamento alteram a estabilidade!

CARGAou

EQUIPAMENTOS

c.g.

NÃO BASTA “D

EFINIR

” A

POSIÇÃO D

O C.G

.

Page 13: Estabilidade e controle

Estab. Estát. Látero-DirecionalEstab. Estát. Látero-Direcional

A estabilidade estática látero-direcional é avaliada em função de dois parâmetros adimensionais, Cn e Cl;

V

Cn

Cl

Page 14: Estabilidade e controle

Estab. Estát. Látero-DirecionalEstab. Estát. Látero-Direcional

Estabilidade direcional (Cn > 0) – aeronave aproa o vento sob rajada, contribui para estabilidade dinâmica e garante consonância entre movimento inicial e regime;

Estabilidade lateral (Cl < 0) – comportamento convencional para controle em derrapagem;

V

Cn > 0 Cl < 0

Page 15: Estabilidade e controle

Volume de Cauda EVVolume de Cauda EV

Principal contribuição para Cn é a força normal na empenagem vertical;

Daí a importância do volume de cauda da empenagem vertical;

bS

lS

w

vtvtvt

V

Cn

lvt

Page 16: Estabilidade e controle

Diedro e Posição da AsaDiedro e Posição da Asa

Os principais fatores que afetam Cl são:Posição da asa (mais alta aumenta estabilidade);Diedro (maior aumenta estabilidade);Enflechamento (maior aumenta estabilidade);Empenagem (maior aumenta estabilidade);

V

Cl < 0

Page 17: Estabilidade e controle

Est. Dinâmica LongitudinalEst. Dinâmica Longitudinal

Período curto:Oscilação primariamente em velocidade de arfagem e ângulo de ataque;Velocidade e trajetória praticamente constantes;Movimento rápido, deve ser estável!

Page 18: Estabilidade e controle

Est. Dinâmica LongitudinalEst. Dinâmica Longitudinal

Fugóide:Oscilação primariamente em velocidade e trajetória (energia cinética e energia potencial);Ângulo de ataque praticamente constante;Movimento lento, mas amplo, em geral pouco amortecido, mas desejável estável;

Page 19: Estabilidade e controle

Estab. Din. Látero-DirecionalEstab. Din. Látero-Direcional

Modo de rolamento: inércia até atingir taxa de rolamento constante, é rápido e, em geral, estável;

Page 20: Estabilidade e controle

Estab. Din. Látero-DirecionalEstab. Din. Látero-Direcional

“Dutch-roll”: oscilação conjunta em guinada e rolamento. Dinâmica rápida, deve ser estável!

Page 21: Estabilidade e controle

Estab. Din. Látero-DirecionalEstab. Din. Látero-Direcional

Modo espiral: lentíssimo movimento em rolamento e guinada, em geral está próximo do neutro, ligeira instabilidade é tolerável;

Instável

Estável

Page 22: Estabilidade e controle

Estabilidade DinâmicaEstabilidade Dinâmica

Em geral, características adequadas de estabilidade estática (longitudinal e látero-direcional) produzem características aceitáveis de estabilidade dinâmica para configurações convencionais!!!

Page 23: Estabilidade e controle

ControleControle

Controle: Capacidade de manobrar a aeronave para uma condição desejada ou mantê-la nesta condição.

NÃO BASTA S

ER ESTÁVEL!

EXCESSO DE E

STABILID

ADE

PODE PREJU

DICAR O

CONTROLE!!!

Page 24: Estabilidade e controle

Controle na DecolagemControle na Decolagem

Aeronave deve ter controle suficiente para rotação em torno DO TREM DE POUSO na decolagem;

Page 25: Estabilidade e controle

Controle em ManobraControle em Manobra

Aeronave deve ser capaz de manobra com velocidade de arfagem constante (o que implica em fator de carga e ângulo de ataque constante);

V

Delta profundor

qDeltaV na EH devido a q

Page 26: Estabilidade e controle

Controle em Falha de MotorControle em Falha de Motor

Leme suficiente para compensar momento do motor ainda em funcionamento (em solo) e derrapagem (no ar);

Aileron suficiente para controlar rolamento; Ângulo de rolamento pode ser usado para

diminuir derrapagem;

V

OPEN

Page 27: Estabilidade e controle

Volume de controleVolume de controle

De forma semelhante à estabilidade, volume de controle pode ser usado como referência de capacidade de controle;

lrud

lelev

lail

cS

lS

W

elevelevelev

bS

lS

W

rudrudrud

bS

lS

W

ailailail

Page 28: Estabilidade e controle

Discussões