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Engenharia Mecânica
na Aviação
Aviões Supersónicos
Mestrado Integrado em
Engenharia Mecânica – 1ºano
Coordenador Geral: Prof. Lucas Filipe da Silva
Coordenadora de Curso: Prof.ª Teresa Duarte
- Trabalho realizado no âmbito da unidade
curricular de Projeto FEUP
Coordenadores:
Manuel Firmino da Silva Torres e Sara Marinho
Ferreira
Supervisor: Prof. José Duarte Ferreira
Monitor: Tiago Carvalho Leça
Equipa 1M01_1:
- up201707256 Cíntia Sofia Ribas Silva
- up201707391 José Lourenço Gomes
Milheiro Lowden da Silva
- up201705140 Luís Miguel da Rocha Mâncio
Côrte-Real
- up201703853 Ricardo Manuel Pinto Coelho
- up201705528 Rui Mendes Carneiro Gomes
Realizado entre 26 de setembro e 31 de
outubro de 2017
Entregue a 2 de novembro de 2017,
Porto
FEUP – MIEM 2017/2018 Página 2
Engenharia Mecânica na Aviação – Aviões Supersónicos
Resumo
Este trabalho, realizado no âmbito da unidade curricular de Projeto FEUP, tem como
objetivo principal retratar alguns dos aspetos da Engenharia Mecânica presentes na aviação
supersónica.
Assim, numa primeira fase, são apresentados os fundamentos teóricos inerentes ao
voo de um avião, com referência a conceitos fundamentais para a compreensão do restante
trabalho.
De seguida, serão expostas as características próprias de um avião supersónico ao
nível da aerodinâmica, dos motores e dos materiais utilizados no seu fabrico, sendo feitas
as comparações necessárias com a aviação subsónica.
Numa outra abordagem, apresentar-se-ão os prós e os contras associados a esta
categoria de aviões.
Por fim, é brevemente explicitada a história e evolução da aviação supersónica, com
uma pertinente referência a um dos mais icónicos aviões supersónicos: o Concorde.
Palavras - chave
● Aviação
● Aerodinâmica
● Materiais de Revestimento
● Ângulo de Ataque
● Fluxo de Ar
● Stall
● Velocidade Supersónica
● Número de Mach
● Barreira do Som
● Onda de Choque
● Concorde
● Motores
● Rácio Bypass
● Afterburn
● Arrasto
● Propulsão
● Sustentação
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Engenharia Mecânica na Aviação – Aviões Supersónicos
Agradecimentos
Gostaríamos, primeiramente, de agradecer ao nosso supervisor o professor José
Manuel Ferreira Duarte e ao nosso monitor Tiago Carvalho Leça que se mostraram sempre
disponíveis no seu auxílio e cuja ajuda constante foi fundamental para o desenvolvimento
deste projeto.
Em segundo lugar, não podemos deixar de agradecer a todos os palestrantes que, na
primeira semana de aulas, através de uma formação contínua, permitiram que
adquiríssemos um conjunto de competências essenciais à realização deste trabalho e que
constituem ferramentas importantes para nosso percurso académico e futuro profissional.
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Engenharia Mecânica na Aviação – Aviões Supersónicos
Índice
Resumo ............................................................................................................................................ 2
Palavras - chave ............................................................................................................................. 2
Agradecimentos ............................................................................................................................. 3
Glossário ......................................................................................................................................... 6
1. Introdução.................................................................................................................................. 7
2. Fundamentos Teóricos Associados ao Voo de um Avião .................................................... 8
3. Aviões Supersónicos ................................................................................................................. 9
3.1. Velocidade Supersónica ..................................................................................................... 9
4.1. Design ................................................................................................................................... 9
4.2. Motores dos Aviões Supersónicos .................................................................................... 10
4.3. Materiais de Revestimento .............................................................................................. 11
5. As Vantagens e Desvantagens dos Aviões Supersónicos .................................................. 14
5.1. Vantagens .......................................................................................................................... 14
5.2. Desvantagens ..................................................................................................................... 15
6. História ..................................................................................................................................... 15
6.1. Evolução ............................................................................................................................. 15
6.2. O Futuro da Aviação Executiva........................................................................................ 18
6.3. Principais Fabricantes de Aviões Supersónicos .............................................................. 20
7. Concorde - O Ícone da Aviação Supersónica ...................................................................... 20
7.1. Design e Materiais do Concorde ...................................................................................... 21
7.1.1. Asa ............................................................................................................................... 21
7.1.2. Nariz ............................................................................................................................ 21
7.1.3. Materiais ..................................................................................................................... 22
Notas Finais .................................................................................................................................. 23
Trabalhos Futuros ....................................................................................................................... 23
Referências Bibliográficas.......................................................................................................... 24
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Lista de Figuras
Fig. 1- As diferentes forças que atuam no avião ................................................................... 8
Fig. 3 - Pormenor de uma asa e as forças a que está sujeita .............................................. 10
Fig. 2 - Demonstração da deslocação do ar em materiais com diferentes formas. .............. 10
Fig. 4 - Motor de avião subsónico ....................................................................................... 11
Fig. 5 - Motor de avião supersónico .................................................................................... 11
Fig. 6 - Variação da resistência de diferentes matérias em função da temperatura ............. 12
Fig. 7 - Gráfico que compara a resistência de materiais ...................................................... 13
Fig. 8 - Avião em situação de stall....................................................................................... 14
Fig. 9 - Bell XS-1 – O primeiro avião supersónico ............................................................... 15
Fig. 10 - X-15 ...................................................................................................................... 16
Fig. 11 - Tupolev Tu-144 ..................................................................................................... 16
Fig. 12 - Concorde .............................................................................................................. 17
Fig. 13 - Boom .................................................................................................................... 18
Fig. 14 - NASA X-43............................................................................................................ 18
Fig. 15 - Avião AS2, da Aerion (protótipo) ........................................................................... 19
Fig. 16 - Jato Hypermach SonicStar .................................................................................... 19
Fig. 17 - Spike S-512 .......................................................................................................... 20
Fig. 18 – Concorde ............................................................................................................. 20
Fig. 19 - Várias posições do nariz do Concorde. ................................................................. 21
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Variação da temperatura da superfície do avião a diferentes velocidades. ........ 12
Tabela 2 - Principais comparações entre o Concorde e os aviões comerciais .................... 14
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Engenharia Mecânica na Aviação – Aviões Supersónicos
Glossário
Mach 1 – medida adimensional de velocidade. É definida como a razão entre a velocidade
de um determinado objeto e a velocidade do som, a uma dada altura e temperatura.
Afterburn 2 – é um recurso de que dispõem alguns aviões para aumentar rapidamente a
sua velocidade, tornando possível a velocidade supersónica.
Rácio bypass 3 – é a razão entre o fluxo de massa de ar que passa pelo duto e o fluxo de
massa de ar que passa pelo centro do motor. Quanto maior for essa razão, mais económico
e silencioso é o motor, no entanto, também mais lento é o avião. Os aviões supersónicos,
com a sua razão muito baixa, comprometem o consumo de combustível e o barulho em
troca de alta velocidade.
Expansão ou Dilatação Térmica 4 – aumento de volume de um corpo devido à elevação
da temperatura. Depende da propriedade física de cada material (do seu coeficiente de
expansão térmica).
Stall 5 – redução na força de sustentação devido a um grande ângulo de ataque da asa ao
ar, que resulta na perda de velocidade e consequente queda do avião. Para recuperar de
uma situação de stall, o avião deve voar em direção ao solo para ganhar velocidade o mais
rapidamente possível para evitar a queda.
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Engenharia Mecânica na Aviação – Aviões Supersónicos
1. Introdução
No âmbito da unidade curricular de Projeto FEUP, inserida no Mestrado Integrado de
Engenharia Mecânica (MIEM), foi proposto à Turma 1M01 o tema “Engenharia Mecânica na
Aviação”. O Grupo 1 decidiu, então, centrar-se no tema “Aviões Supersónicos”.
Desde que o Homem tomou consciência do seu lugar no meio ambiente que o rodeava
e começou a observar, em particular, a incrível capacidade de voo das aves, ultrapassando
as dificuldades dos terrenos irregulares de acesso limitado e conseguindo, assim, percorrer
grandes distâncias rapidamente, que sentiu o desejo de conseguir o mesmo feito. Tentou,
inicialmente, acrescentar elementos ao seu corpo que não possuía, como asas, e, mais
tarde, através do desenvolvimento de diferentes tipos de máquinas que lhe permitissem
atingir esse objetivo.
Desta forma, o aparecimento dos primeiros aviões foram apenas a materialização de
um sonho já antigo do Homem. Contudo, para que esta concretização fosse possível foram
necessários ter em consideração diversos problemas, como encontrar um meio de
propulsão no aparelho, um método que possibilitasse o equilíbrio e controlo durante o voo e
estudar a aerodinâmica da máquina com vista à criação de estruturas (asas) que
permitissem a sustentação do aparelho.
Após a resolução dos problemas técnicos mais básicos da aeronáutica, no início do
século XX, a aviação civil e militar desenvolveu-se rapidamente, tratando-se esta conquista
de uma evolução tecnológica muito significativa para toda a humanidade.
O surgimento da aviação supersónica deu-se no pós Segunda Guerra Mundial, com a
crescente necessidade de criar aeronaves mais rápidas e, por isso, mais eficazes em
combate. No entanto, este propósito só foi possível alcançar com o desenvolvimento de
tecnologias que permitissem, por exemplo, a diminuição do arrasto e uma maior propulsão
por parte dos motores. Posteriormente tentou aliar-se a velocidade supersónica ao domínio
comercial, sem grande sucesso, pelo que esta ideia foi descontinuada.
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Engenharia Mecânica na Aviação – Aviões Supersónicos
2. Fundamentos Teóricos Associados ao Voo de um Avião
De forma sucinta, o que permite um avião manter-se no ar é, essencialmente um
equilíbrio de quatro forças que atuam sobre o mesmo: a propulsão, o arrasto, a sustentação
e o peso.
Por um lado, numa componente horizontal, existe a propulsão, assegurada pelos
motores. Estes, por sua vez, servem-se da terceira lei de Newton, acelerando um fluxo de
ar no sentido oposto ao do movimento, fazendo com que se crie uma força no sentido do
movimento: a propulsão [3].
O arrasto é a força que se opõe à propulsão. Esta força desempenha um papel
bastante relevante nos aviões supersónicos, já que o seu aumento é proporcional ao
quadrado da velocidade, sendo que quanto maior a velocidade, maior será o arrasto. É, no
fundo, uma força que resulta da resistência do ar, dependendo de aspetos tais como a
forma do avião e também da altitude a que viaja [3].
Na componente vertical lidamos, inevitavelmente, com o peso, força gravítica
responsável pela atração dos corpos no campo gravitacional da Terra. Assim, esta é a única
força que se revela impossível de alterar [4].
Para combater o peso, recorre-se à sustentação, que é proporcionada pelo formato do
perfil das asas. Tal como se verifica na figura, o ar que passa na parte superior da asa tem
de percorrer uma distância maior relativamente ao ar que passa pela parte inferior. Como
consequência, o ar que percorre a parte de cima vai ter uma velocidade superior ao que
percorre a parte inferior. Esta diferença de velocidades resulta numa diferença de pressões:
Fig. 1- As diferentes forças que atuam no avião [3]
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Engenharia Mecânica na Aviação – Aviões Supersónicos
é criada uma zona de baixa pressão onde o ar circula com mais velocidade sendo,
naturalmente, gerada uma força perpendicular à superfície da asa, denominada de
sustentação [4,5].
Assim, sempre que o módulo da sustentação for superior ao do peso, o avião sobe e
enquanto a propulsão for superior ao arrasto, este acelera.
3. Aviões Supersónicos
3.1. Velocidade Supersónica
A velocidade supersónica é uma velocidade superior à velocidade do som. A
velocidade do som é de cerca de 1236 km/h, a 20ºC e ao nível da água do mar. Para se
fazer referência à velocidade a que circula um avião supersónico é normalmente utilizada a
unidade Mach1, que é dada pelo quociente entre a velocidade a que o mesmo circula e a
velocidade do som naquelas circunstâncias.
M = 𝑣0
𝑣𝑠 , onde:
M é o número de Mach
v0 é a velocidade média relativa do avião
vs é a velocidade média do som
Assim, um avião supersónico, por definição, é aquele que circula entre Mach 1.2 e
Mach 5. Aqueles que não atingem Mach 1.2 são, por isso, aviões subsónicos e os que
ultrapassam Mach 5 são designados de aviões hipersónicos [1,2].
4. Características dos Aviões Supersónicos
4.1. Design
O design de um avião supersónico varia em relação ao de um avião subsónico (aviões
comerciais) no que diz respeito a toda a sua estrutura, uma vez que para suportar
velocidades supersónicas é necessário que o arrasto (resistência ao ar) seja minimizado.
Por exemplo, as asas de um avião supersónico são mais finas para diminuir o arrasto e
estão posicionadas de forma a que a sustentação seja a mais eficaz. Além disso, a
fuselagem é normalmente desenhada em forma de bala, apresentando uma frente mais
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afunilada. Esta forma permite que o ar que passa por cima da asa aumente de velocidade,
pois a área a percorrer é superior à da parte de baixo, já que esta é plana, e, então, faz com
que a pressão em cima seja menor do que em baixo, permitindo a sustentação [6,7].
4.2. Motores dos Aviões Supersónicos
Os motores usados nas aeronaves supersónicas utilizam motores semelhantes aos
observáveis em aviões subsónicos, porém, modificados de forma a assegurar que se
produza a propulsão necessária para combater o arrasto (que é bastante maior a este tipo
de velocidades), através da aplicação da terceira lei de Newton (par ação-reação).
Os motores, para gerarem a propulsão, admitem ar para compressores que
gradualmente diminuem de tamanho, obrigando o ar a comprimir e, por isso, a pressão
deste aumentar, bem como a sua temperatura, isto porque, para se dar uma combustão
eficaz, será necessária uma pressão e temperatura do ar superiores à que existe na
atmosfera. No entanto, a combustão só se dá se a velocidade do ar for reduzida para
velocidades subsónicas. Assim, antes dos compressores, estão localizadas entradas de ar
desenhadas de forma a que o escoamento do ar que entre passe a ser subsónico. Isto
garante, então, a redução da velocidade do ar. Após a passagem pelos compressores, o ar
entra na câmara de combustão. Com a injeção de combustível, dá-se a combustão da
mistura. Os compressores recebem a energia para rotação de turbinas que se encontram
logo após a câmara de combustão, que rodam quando o ar quente a alta pressão passa por
elas para fora do motor, onde a pressão é inferior. Para aumentar a propulsão, os motores
subsónicos tentam maximizar o fluxo de ar enquanto os motores supersónicos dependem
mais do aumento da velocidade de rotação das turbinas pelo uso do “afterburn2” [37].
Fig. 2 - Pormenor de uma asa e as forças a que está sujeita. [8]
Fig. 3 - Demonstração da deslocação do ar em materiais com diferentes formas. [9]
Força
de
Arrasto
Força
de
Propulsão
Sustentação
+
Propulsão
Peso + Arrasto
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O núcleo dos motores não difere muito. No entanto, a maior diferença prende-se no
“rácio bypass3“. Na aviação subsónica é utilizado um rácio bypass bastante considerável
(12:1), resultando numa significativa poupança de combustível e numa diminuição do ruído
provocado pelo motor. A nível supersónico, as prioridades são outras, pelo que o rácio
bypass é mais reduzido, forçando a maior parte do ar a ser direcionado para o núcleo do
motor. Tanto o compressor como a turbina apresentam um design bastante mais complexo,
com vista a maximizar a propulsão. É de salientar o facto de a entrada do motor ser
bastante larga, para que seja possível a redução da velocidade do ar que entra no motor.
Por fim, neste tipo de motores, é frequente o uso de afterburners, que se encontram
posteriores às turbinas e que, tal como o nome indica, são responsáveis por uma segunda
combustão por injeção de mais combustível na mistura resultante da primeira combustão,
que garante uma dose extra de propulsão e potência por período mais curto de tempo [12-
14].
4.3. Materiais de Revestimento
Os aviões supersónicos voam a uma altitude de cerca de 20 000 m e, por isso, os
materiais usados têm de ter características que lhes permitam viajar a essa altura. A
escolha dos materiais usados na construção de um avião supersónico está também
diretamente relacionada com as diferentes condições a que o aparelho está sujeito. Forças
de compressão e tração, condições ambientais adversas, exposição a fluídos e humidade,
corrosão, exposição à radiação (especialmente radiação ultravioleta), relâmpagos são
alguns dos fatores a considerar. No entanto, a finalidade a que se destina o avião - missões
militares ou voos comerciais – é igualmente um fator a ter em conta, pois aí entram outros,
como a manutenção do aparelho e a durabilidade dos materiais selecionados.
Fig. 4 - Motor de avião subsónico [10] Fig. 5 - Motor de avião supersónico [11]
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A temperatura da superfície do avião durante o voo é também um dos fatores
preponderantes, uma vez que pode variar desde os -56,5ºC até mais ao menos aos 400ºC.
É igualmente importante referir que dependendo da velocidade a que o avião circula
também diferentes serão as temperaturas que estará sujeito. Verifica-se assim, tal como a
Tabela 1 o demonstra, que quanto maior a velocidade a que o avião circula, maior a
temperatura da superfície deste [15].
Velocidade (Número de Mach) Temperatura da Superfície (°C)
2.0 100
2.5 150
3.0 200
4.0 370
Alumínio, aço, titânio e as suas respetivas ligas, bem como materiais compósitos, são
alguns dos materiais mais utlizados na construção da estrutura de aviões. De acordo com a
Figura 6 abaixo apresentado é possível ver a resistência de certos metais em função da
temperatura máxima de serviço.
Fig. 6 - Variação da resistência de diferentes matérias em função da temperatura. [16]
Tabela 1 - Variação da temperatura da superfície do avião a diferentes velocidades. [16]
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Engenharia Mecânica na Aviação – Aviões Supersónicos
O alumínio apresenta uma elevada resistência, boa condutividade tanto térmica quanto
elétrica e alta resistência à corrosão. É por essa razão que, ainda hoje, é um material muito
utilizado na construção de aeronaves. Quando sujeito ao calor, porém, perde resistência.
No entanto, existem revestimentos próprios resistentes ao calor que lhe podem ser
aplicados para que suporte temperaturas mais elevadas, ou seja, para isso precisa de ser
tratado [16,17].
O titânio, por sua vez, é um material atrativo para aplicações aeroespaciais, porém o
seu custo é bastante elevado quando comparado com o alumínio ou o aço. Numa visão
mais otimista, este custo extra é justificado pelas vantagens que apresenta, como é o caso
do seu elevado ponto de fusão (funde aos 1668 °C), que garante que o calor não tem
efeitos significativos na estrutura do avião e, adicionalmente, a sua baixa expansão térmica4
garante estabilidade durante o voo supersónico [16,17].
Também é comum o uso de materiais compósitos, nomeadamente, os reforçados com
fibras de carbono devido à sua elevada resistência à tração e compressão (só é resistente à
compressão por causa da resina termoendurecida), à sua capacidade de flexão, à sua
resistência à corrosão e também por serem consideravelmente mais leves do que os
materiais anteriormente referidos [15].
No entanto, o verdadeiro desafio está em encontrar materiais com grande resistência
ao impacto e ao calor, que sejam leves e também que sejam baratos. Atualmente os
materiais usados em aviões supersónicos, como é o caso da fibra de carbono, apresenta
excelente resistência e seria o material mais indicado para o tipo de condições a que o
avião supersónico está sujeito, todavia o seu preço não permite às construtoras a sua
utilização, pelo que optam por materiais mais baratos e, consequentemente mais fracos
[18,19].
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
Titânio Aço Liga de alumínio(6061-T6)
Fibras deCarbono
(Laminado)
Ultimate Strenght (MPa)
Fig. 7 - Gráfico que compara a resistência de materiais. [20]
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5. As Vantagens e Desvantagens dos Aviões Supersónicos
5.1. Vantagens
• A capacidade que os aviões supersónicos têm de atingir grandes velocidades
permite que o tempo de viagem diminua e torna possíveis viagens de grandes
distâncias em curto tempo [21].
• A velocidade a que viajam não os torna tão suscetíveis à turbulência e permite evitar
o “stall 5”, que é a perda de sustentação do avião e consequente queda do mesmo
por causa da separação do fluxo de ar do extradorso da asa do avião [21].
• A nível militar são armas poderosas para intersectar outros voos e para atacar e
eventualmente fugir de uma situação de perigo [21].
Tabela 2 - Principais comparações entre o Concorde e os aviões comerciais [21]
Fig. 8 - Avião em situação de stall. [22]
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Engenharia Mecânica na Aviação – Aviões Supersónicos
5.2. Desvantagens
• No entanto, estes aviões não são capazes de transportar muitos passageiros
devido ao seu tamanho reduzido. Devido ao seu imenso consumo de
combustível, a sua autonomia é bastante inferior à dos aviões comerciais. De
um ponto de vista comercial, são, por isso, muito inferiores aos aviões
convencionais [21].
• Estes aviões, ao passarem a barreira do som, provocam uma explosão capaz de
partir vidros e janelas, bem como de ensurdecer humanos e animais. A sua
passagem origina uma onda de choque cuja vibração chega mesmo a causar
danos materiais e auditivos [21] [23].
• Aliada à rapidez com que os aviões faziam as viagens estava o preço elevado.
Apenas quem tinha bastante dinheiro podia viajar neles.
• Exigem altos gastos de manutenção e de operação, bem como da construção
[24].
6. História
6.1. Evolução
O desenvolvimento do primeiro avião supersónico deveu-se ao ambiente presente no
mundo ocidental após a Segunda Guerra Mundial. Os E.U.A. viviam com prosperidade, o
que permitiu grandes investimentos e levou a grandes avanços no ramo da aeronáutica,
frutos da investigação e inovação feitas para a guerra [25].
Fig. 9 - Bell XS-1 – O primeiro avião supersónico [26]
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Engenharia Mecânica na Aviação – Aviões Supersónicos
A 14 de outubro de 1947, o “Bell XS-1”, pilotado pelo capitão da Força Aérea dos
E.U.A, Charles E. Chuck Yeager, tornou-se no primeiro avião a ultrapassar a velocidade do
som, atingindo os 1 541 km/h (a 1300 m de altitude). Apesar da sua importância para a
história da aviação, este avião foi apenas utilizado para fins de investigação, nunca tendo
sido usado para qualquer outro propósito [26].
O “X-15” foi um projeto conjunto da NASA com a Força Aérea dos E.U.A que se
prolongou entre 1959 e 1968. Esta aeronave estabeleceu tanto o recorde de velocidade
(atingindo 7 274 km/h – Mach 5.94), como o de altitude de voo (107 960 m,108 km). Este
avião foi particularmente importante na investigação para o desenvolvimento dos primeiros
vaivéns espaciais [27].
Apesar de não ser tão conhecido como o famoso Concorde, na verdade o “Tupolev Tu-
144” foi o primeiro avião supersónico comercial a ultrapassar a velocidade do som, voando
pela primeira vez a 31 de dezembro de 1968. Tinha uma capacidade de 120 passageiros e
era capaz de atingir os 2 430 km/h (Mach 1.98). No entanto, a sua produção e voo foram
interrompidos em 1983 devido a constantes acidentes, sendo mais conhecido o acidente
que matou 8 pessoas em 1973 quando voava no Paris Air Show [28].
Fig. 11 - Tupolev Tu-144 [28]
Fig. 10 - X-15 [27]
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Provavelmente o avião supersónico mais famoso de sempre, o “Concorde” voou entre
1976 e 2003, transportando ao todo 2,5 milhões de passageiros nesse período de tempo.
Esta aeronave era bastante parecida com o “Tupolev Tu-144”, sendo igualmente veloz,
conseguindo atingir os 2 450 km/h (Mach 2.00). Foi fabricado pela British Aircraft
Corporation (BAC) em conjunto com a francesa Aérospatiale, tendo sido ao todo fabricados
20 exemplares, e operado pelas companhias British Airways e Air France.
Apesar do seu grande sucesso, o “Concorde” deixou de ser utilizado para fins
comerciais em 2003. Existem vários motivos e conspirações por trás do seu insucesso
repentino:
- A Força Aérea Americana concluiu que, após testes feitos, os voos supersónicos
causavam perturbações originadas pelo estrondo sónico, pelo que declararam que
os voos desta nave não eram viáveis no território americano e proibiram os voos
para lá. No entanto, há quem defenda, em teorias da conspiração, que tudo isto
não passou de uma desculpa para acabar com o sucesso deste avião e com a
hegemonia da British Airways e da Air France que, como não podiam ir para o solo
americano, perdiam os clientes capazes de pagar a viagem e consequentemente
perdiam o lucro, e assim a Boeing, empresa de aviação americana, podia
prosperar.
- Outro ponto foram as preocupações ambientais relacionadas com os potenciais
danos provocados na camada de ozono pelos gazes emitidos, já que este avião
era extremamente poluente.
- O acidente que o “Concorde” sofreu (em 25 de julho de 2000) foi um
acontecimento que contribuiu fortemente para o abandono desta aeronave.
- Finalmente concluiu-se que, em geral, o “Concorde” não era de todo rentável. Os
preços dos bilhetes eram elevados, significando que pouca gente andaria nele, e a
capacidade destes aviões era reduzida (apenas 120 passageiros) [21] [28,29].
Fig. 12 - Concorde [28]
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Desde 2003 que não existe qualquer avião supersónico comercial em atividade. O
“Boom” é um projeto de uma empresa startup (com o mesmo nome) que visa mudar isso.
Esta aeronave teoricamente é capaz de atingir velocidades Mach 3.00 e terá um custo
calculado de bilhete estimado em 4500€, preço inferior ao que era para se viajar no
“Concorde” [28].
O “X-43A” detém até hoje o recorde para velocidade de voo, apesar de ser não
tripulado, tendo atingido Mach 9.6 (11 761 km/h) em novembro de 2004 e uma altitude de
33,5 km [30].
6.2. O Futuro da Aviação Executiva
No que diz respeito aos aviões que suportam a tecnologia supersónica, podemos
constatar que tais estão a ser desenvolvidos e testados para que num futuro próximo
possam fazer parte do dia-a-dia das pessoas.
Atualmente, as indústrias preocupam-se com a conceção de aviões mais rápidos,
sendo um exemplo a Aerion, criadora do projeto “AS2” (fig. 12) anunciado em 2014, que
espera, em 2021, ter o seu avião capaz de atingir velocidades entre o Mach 1.4 e Mach 1.6
Fig. 13 - Boom [28]
Fig. 14 - NASA X-43 [30]
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(1 486 e 1 700 km/h, respetivamente) a voar. Juntou-se a este projeto a grande empresa
aeroespacial, a Airbus, que, conjuntamente com a Aerion, tornarão este projeto uma
realidade [31].
Outro exemplo a ter em conta é o jato “Hypermach SonicStar” que está a ser projetado
para atingir velocidade de Mach 4.4 (4 673 km/h), mais rápido que o “Lockheed SR-71”, que
foi, em tempos, o avião militar operacional mais rápido do mundo. A distinção deste avião
deve-se ao facto de o seu motor ser híbrido, usando tanto combustíveis fóssil como a
energia elétrica, o que é verdadeiramente inovador [21].
Por fim, a Spike Aerospace tem vindo, desde 2013, a conceber o seu avião
supersónico, o “Spike S-512”. Foi projetado para atingir velocidades na ordem do Mach 1.8
(1 912 km/h), sendo que a diferença preponderante está no facto de a cabine dos
passageiros não ter janelas, mas sim ecrãs ao longo de todo o corpo que passam a imagem
do exterior virtualmente [14] [33].
Fig. 15 - Avião AS2, da Aerion (protótipo) [31]
Fig. 16 - Jato Hypermach SonicStar [32]
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6.3. Principais Fabricantes de Aviões Supersónicos
A atualidade e o futuro da aviação, tanto a nível comercial como militar, deve-se muito
ao contributo destas empresas:
• Sukhoi (criadora de caças militares)
• British Aircraft Corporácion Aerospatiale - BAC (criadora do Concorde)
• Airbus (jatos supersónicos)
• Supersonic Aerospace International (criação de jatos supersónicos executivos e
supersónicos silenciosos)
• Tupolev (criação de jatos supersónicos executivos)
• NASA (principal impulsionadora na conceção de aviões supersónicos)
7. Concorde - O Ícone da Aviação Supersónica
O Concorde é o maior ícone dos aviões supersónicos e tal deve-se ao facto de ter
permitido a muitos passageiros, durante quase 30 anos, realizarem viagens de Londres a
Nova Iorque em apenas 3 horas e meia, em comparação às 7 ou 8 horas dos aviões
convencionais.
Fig. 17 - Spike S-512 [33]
Fig. 18 – Concorde [34]
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7.1. Design e Materiais do Concorde
7.1.1. Asa
A equipa de engenheiros que desenvolveu o Concorde concluiu que a melhor
solução para a formulação da asa seria adotar uma em forma de delta. Este
formato permite um excelente controlo da aeronave, bem como uma aterragem
suave, já que, quando a aeronave se aproxima do solo, esta diminui o
escoamento, o que impede a formação de vórtices, levando a uma criação de
uma espécie de “almofada de ar” [35].
7.1.2. Nariz
O nariz característico do Concorde foi desenhado para adquirir diversas
posições ao longo das diversas fases do voo pela necessidade de um design
aerodinâmico, de modo a reduzir o arrasto e aumentar a eficiência do avião.
Este mecanismo é controlado pelo sistema hidráulico e cada posição é utilizada
para específicos momentos do voo supersónico [35].
As diferentes posições do nariz (imagem da esquerda para a direita, de cima
para baixo): [35]
- Nariz e viseira totalmente para cima: posição usada de modo a proteger o
cockpit do calor e da pressão, ficando o nariz alinhado com o resto do corpo.
Usada durante o voo supersónico.
- Nariz totalmente para cima e viseira recolhida: posição usada em voo
cruzeiro a velocidades subsónicas.
- Nariz para baixo 5º: posição usada durante a descolagem.
- Nariz para baixo 12,5º: posição utilizada na aterragem.
Fig. 19 - Várias posições do nariz do Concorde [36].
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7.1.3. Materiais
Sendo um avião projetado para atingir velocidades de Mach 2.0, seriam
necessários materiais com propriedades físicas, químicas e mecânicas, isto é,
resistentes à corrosão, fadiga, tração, compressão, entre outros. Assim, a base
estrutural da aeronave foi feita numa liga de alumínio e cobre. No resto do corpo
podemos encontrar também o titânio e o aço, materiais que igualmente satisfazem
os requisitos [35].
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Notas Finais
• Em suma, os aviões supersónicos são aqueles que voam a velocidades entre Mach
1.2 e Mach 5.0.
• A aerodinâmica do avião é fundamental para a diminuição da resistência do ar e
para que seja possível atingir mais facilmente velocidades supersónicas.
• O tipo de voo que o avião efetua vai determinar as características físicas dos
materiais aplicados na sua estrutura e revestimento.
• Deve-se enfatizar ainda que o tipo de motores usados não difere muito dos motores
subsónicos, a exceção da utilização de afterburners que permitem uma propulsão
extra.
• Denote-se ainda que as aeronaves supersónicas criam ondas de choque, o Boom
sónico, capazes de provocar danos materiais e a nível da saúde.
• Concluindo estes aviões podem ser usados tanto para fins militares como para fins
comerciais.
Trabalhos Futuros
• Seria interessante estudar a aerodinâmica dos aviões hipersónicos (velocidade
superior a Mach 5.0), assim como a arquitetura do seu motor, em particular do avião
X-43A da NASA.
• Um estudo aprofundado acerca da viabilidade da aplicação da aviação supersónica
num contexto comercial atual seria igualmente relevante.
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[22] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Deep_stall.svg Acedido a 12 de outubro de 2017
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