teoria de voo i_aerodinamica
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8/9/2019 Teoria de Voo I_Aerodinamica
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UNIVERSIDADE CATLICA DE GOIS UCG
Aerodinmica e Teoria de Voo
Prof. Gustavo Montoro
Matemtica
PRODUTO 2.4 = 8
QUOCIENTE ou RAZO 18/2 = 9
QUADRADO 72 = 49
CUBO 43 = 64
RAIZ QUADRADA 81 = 9
DIRETAMENTE PROPORCIONAL distncia e tempo
INVERSAMENTE PROPORCIONAL combustvel e tempo
Captulo 2 - Fsica (base da teoria de voo)
Velocidade (grandeza)
Km/h (quilmetros por hora) (escala)
Mph (milhas terrestre por hora)
1,609 km/h
kt (knot ou n ou milha nutica por hora)
1,852 km/h
Sisitema Internacional = m/s 3,6 km/h (grandeza vetorial)
V = d/t
V = s/t
Vi = ds/dt
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Massa (grandeza)
Quantidade de matria contida em um corpo;
Invarivel
Kg quilograma (escala)
Lb libra (0,4536 Kg) (escala)
Quanto maior for a massa de um corpo maior
ser sua inrcia (velocidade alterada).
A massa de um corpo a medida da inrcia deste corpo.
Fora (grandeza)
Produz ou modifica o movimento de um corpo;
Para mudar a direo e preciso o uso da fora (quebra na inrcia)
Escalas
Kgf quilograma-fora 1 Kgf = 9,8N (SI)
Lbf libra-fora
F = m.a (2 lei de Newton) - - - - m = F/a
1 Kgf a fora com que a Terra
atrai o quilograma padro ao ncleo
Dinammetro = aparelho que mede a fora
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Peso
Juno da massa com a gravidade
P = m.g (g = 9,8m/s2
)
Varivel;
Gravidade maior nos plos do que no equador, assim o seupeso e maior nos plos.
Trabalho
Fora pelo deslocamento
W = F.d
No SI ---- N.M = J
Potncia (P) trabalho (W) produzido por unidade de tempo
P = Fora . Velocidade / P = W/t
Potencia Geralmente medida em HP (Horse Power)
1HP = 1 cavalo robusto puxando com a fora de 76 Kgf,
um velocidade de 1m/s
1 HP = 735W (Kgf.m)
Potncia (P) trabalho (W) produzido por unidade de tempo
P = Fora . Velocidade / P = W/t
Potencia Geralmente medida em HP (Horse Power)
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Acelerao (a) - variao da velocidade por unidade de tempode um corpo.
a = Fora / massa
a > 0 movimento acelerado
a < 0 movimento retardado
a = velocidade(m/s) / tempo(s)
Inrcia tendncia natural dos corpos permanecerem emrepouso ou em movimento retilneo uniforme.
1 Lei de Newton: Na ausncia de foras resultantes, um corpo
em repouso continua em repouso. J umcorpo em movimento continua em movimentoem linha reta e com velocidade constante.
Densidade massa por unidade de volume.
D = m/V
EX: Densidade da Gasolina 0,72 Kg/litro
para cada litro a massa de 0,72 Kg
Movimento ou torque
Tudo aquilo que pode causar rotao
M = F.d
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Ao e Reao
3 Lei de Newton - para toda ao haver uma reao de igualintensidade,porm em sentido contrrio.
Presso
Fora por unidade de rea (P = F/A).
Lb/pol2 no SI N/m2 = Pa (pascal)
Presso atmosfrica = presso exercida pelo peso do aratmosfrico sobre um objeto.
Energia
Tudo aquilo que pode realizar trabalho (SI = J)
1- Energia Cintica: energia contida nos corpos em movimento;
2- Energia Potencial gravitacional: energia acumulada em umcorpo, disponvel para ser utilizada. Geralmente contida emcorpos colocados em locais elevados.
3- Energia de Presso: energia acumulada nos fluidos sobpresso
VetorToda grandeza matemtica que possui
intensidade, direo e sentido;
Certas grandezas no podem ser representadas por vetores.Temperatura por exemplo
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VetorComposio de vetores um mtodo para determinar a
resultante de vrios vetores
Teorema de Pitgoras:O quadrado da hipotenusa igual
a soma dos quadrados dos catetos (ax e ay)
VetorDecomposio de vetores um mtodo para determinar as
componentes de um vetor
Vento relativo
Vento aparente que sopra sobre um corpo em movimento naatmosfera, geralmente no sentido contrario ao do movimento
Vento relativo
Vento aparente que sopra sobre um corpo em movimento naatmosfera, geralmente no sentido contrario ao do movimento
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Vento relativo
Vento aparente que sopra sobre um corpo em movimento naatmosfera, geralmente no sentido contrario ao do movimento
Velocidade relativa
a velocidade de um corpo em relao a um outro corpo
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Fluidos e Atmosfera
1- Fluido todo corpo sem forma fixa
Lquidos - gua
Gases - vapor dguaSubst. que escoa facilmente e muda a
forma sob a ao de pequenas foras
Propriedade do AR que afetam o voo (parmetros)
PressoDensidade
Temperatura
Temperatura
Medida atravs de termmetros
Celsius
Fahrenheit
tc = tf -32
5 9
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Tk = tc + 273 DensidadeMassa por volume do gs
Varia com a presso e temp.
Presso esttica
Gs em repouso
Devido as incessantes e continuas colises das
molculas do gs contra as paredes do objeto
LEI DOS GASES
Comportamento os gases
Maneira como se comportam na variao de:
presso, temperatura e densidade
Aumento de presso
Temp. aumenta
Densidade aumenta
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LEI DOS GASES
Aumento da temperatura
presso aumenta
Densidade diminui
P = d. t
Temperatura calculada em Kelvin
tk = tc + 273
Atmosfera
Cama de ar que circunda a terra;
Mistura de gases
21% gs oxignio
78% gs nitrognio1% outros gases
Componentes estranhos
poeira
vapor dagua
poluentes diversas
sementes
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Presso atmosfrica
Presso exercida pelo ar sobre
todas as coisas dentroda atmosfera
Teste do vcuo na latinha
Variao dos parmetros atmosfricos
Presso, densidade e temperatura
Aumento da altitudeDiminui presso, densidade e temperatura
Densidade do ar depende da umidade
Maior umidade menor densidade do ar
Vapor dgua mais leve que oxignio e nitrognio do ar
ft
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Atmosfera padro
O desempenho do avio (velocidade mxima,sustentao, comprimento de pista para decolagem, etc)
dependem dos parmetros atmosfrico do momento
Variao de local para local Atmosfera padro (ISA)
Padronizao dos critrios de avaliao de desempenho doas
avies por diferentes fabricantes
Atmosfera padro (ISA)
International Standard Atmosphere
Organizao da Aviao Civil Internacional (Montreal Canad)
Presso: 1013.25 hPa / 760 mm de mercrio / 76 cm de Hg /
14, 69 PSI / 29,92 Pol Hg
Densidade: 1,225 Kg/ m3
Temperatura: 15CGradiente trmico: - 2C a cada 1000ft (ps)
- 0,65C a cada 100 m
Altmetro
Manmetro mede presso
Calibrado para indicar a altitudecorreta na ISA
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Altitude presso altitude indicada pelo altmetro
Altitude verdadeira altitude real do avio
Altitude densidade altitude calculada por diferena dedensidade
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Geometria do avio
Nomenclatura
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Superfcies aerodinmicas
No produzem resistncia ao avano, porem tbm noproduzem nenhuma fora til ao voo.
Carenagem da roda
polaina
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Superfcies aerodinmicas
No produzem resistncia ao avano, porem tbm noproduzem nenhuma fora til ao voo
Spinner
Voa sem
Aeroflios
Produzem foras teis ao voo (no voa sem)
Hlice
Asa
Estabilizador
Elementos matemticosde uma asa
Envergadura(b);
Corda (c);
Raiz da asa;
Ponta da asa;Bordo de fuga;
Bordo de ataque;
Intradorso;
extradorso
Elementos matemticosde uma asa
Envergadura(b);
Corda (c);
Raiz da asa;
Ponta da asa;Bordo de fuga;
Bordo de ataque;
Intradorso;
extradorso
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Elementos matemticosde uma asa
Envergadura(b);
Corda (c);
rea da Asa
letra S
S = b.c
PERFIL
Formato em corte longitudinal do aeroflio
Perfil simtrico: dividido por uma linha reta em duas partes iguais.
Perfil Assimtrico: no divide em duas partes iguais por um linha reta
PERFIL
Formato em corte longitudinal do aeroflio
Perfil simtrico: dividido por uma linha reta em duas partes iguais.
Perfil Assimtrico: no divide em duas partes iguais por um linha reta
Elementos de um perfil
Bordo de ataque extremidade dianteira do perfil;Bordo de fuga extremidade traseira (final);
Extradorso- superfcie superior;
Intradorso superfcie inferior;
Corda linha reta que liga bordo de fuga e ataque;
Linha de curvatura mdia (ou linha mdia) linha que equidistaextra do intradorso
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Elementos de um perfil
Bordo de ataque extremidade dianteira do perfil;
Bordo de fuga extremidade traseira (final);
Extradorso- superfcie superior;
Intradorso superfcie inferior;
Corda linha reta que liga bordo de fuga e ataque;
Linha de curvatura mdia (ou linha mdia) linha que equidista extra dointradorso
No perfil assimtrico a linha mdia coincide com a corda.
ngulo de incidncia
ngulo formado entre a corda e o eixo longitudinal* do avio
*Eixo longitudinal uma linha de referencia imaginaria do avio
voo horizontal
Escoamento
Movimento dos fluidos gasoso ou lquidos
Laminar ou Lamelar
Turbulento ou turbilhonado
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Tubo de escoamento
Canalizao por onde escoa o fluido
Tubo real
Tubo imaginrio
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Equao da continuidade
Lei do escoamento
Quanto mais estreito for
o tubo de escoamento, maior ser
a velocidade do fluido, vise-versa.
Tnel aerodinmico equao da continuidade
Teste de modelos de avies fase de projeto
Presso Dinmica (q)
Presso produzida pelo impacto do vento
Sem vento sem presso dinmica
Maior densidade maior q
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Velocmetro
Manmetro que indica a velocidade do vento relativo(presso dinmica), porem o mostrador e modificado paravelocidade e no presso
Entrada de presso esttica
Entrada de presso total(esttica + dinmica)
Teorema de Bernoulli
Quanto maior a velocidade do
escoamento, maior ser a presso dinmica
e menor a presso esttica.
Bernoulli Daniel1700 - 1782,
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Tubo de Venturi
Diminuio da presso esttica
Sistema PITOT-ESTTICO
Altmetro presso esttica
Velocmetro presso esttica e presso dinmica
Tubo de PITOT
Tomada de presso total
A i d t F A di i
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Avies de pequeno porte
Tubo de pitot e tomada depresso esttica incorporados em umnico conjunto
Foras Aerodinmicas
Foras que tornam possvel o voo do avio
lift (sustentao)
thrust (propulso) drag (arrasto
weight (peso)
Resultante aerodinmica Centro de presso
Fluxo
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Margem deorientao
Margem dearrasto
Centro de presso
Tubo de Venturi / Tnel Aerodinmico (Bernoulli)
Perfil assimtrico formando um pequeno ngulo () com a direo do
ngulo de ataque aumentado consideravelmente
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Perfil assimtrico formando um pequeno ngulo () com a direo dovento relativo = ngulo de Ataque = Resultante aerodinmica
Lembrar das ondas de presso para acelerao do wash.
ngulo de ataque aumentado consideravelmente
Resultante aerodinmica maior
Avano do CP
Entender porqueprofundor para cimaavio para cima
Profundor para baixo
Avio para baixo
Perfil Simtrico
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Perfil Simtrico
Aumento do = resultante aerodinmica maior e CP imvel
Mesmo de invertido?
Decomposio da Resultante Aerodinmica
Sustentao (lift) e arrasto (drag)
A sustentao nem sempre vertical
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A sustentao nem sempre vertical
e o arrasto nem sempre paralelo
Sustentao (L) / ngulo de ataque ()
Difere tambm pelo tipo de perfil
positivo sustentao positiva ngulo de ataque nulo / sustentao + ou -
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positivo sustentao positiva
Dirigida do intradorso para o extradorso
ngulo de ataque nulo / sustentao + ou
vento relativo sopra na mesma direo da corda
ngulo de ataque donde a sustentao nula negativa
L0
L0 = 0 simtrico
L0 = - assimtrico
ngulo de ataque menor que o ngulo de sustentao nula
puxa para baixo
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Aumento do ngulo de ataque aumento da sustentao
at um certo valor mximo = prestes a iniciar o turbilhonamentoextradorso
ngulo critico
ngulo de estol
ngulo de sustentao mximangulo de perda
Aumento ngulo de ataque acima do ngulo critico
turbilhonamento extradorso
Diminuio da sustentao aumento do arrasto
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Coeficiente de sustentao nmero experimental: depende dongulo de ataque e formado do aeroflio (espessura e curvatura)
Dependncia Proporcionalidade
Coeficiente de sustentao
Densidade do ar
rea da Asa
Velocidade
Coeficiente de sustentao
Densidade do ar
rea da Asa
Quadrado da Velocidade
Arrasto
Resistncia ao avano no deslocamento pelo ar
Turbulncia formada atrs dos objetos
Superfcie aerodinmica = pequena resistncia ao avano, poisproduz pequeno turbilhonamento
Resistncia ao avano do aeroflio ou superf. aerodinmica (arrasto)
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D
Arrasto induzido
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derramamentode ar
Para diminuio do Arrasto parasita
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1- Alongamento da Asa (Envergadura b. corda c)
CMG = rea
envergadura
2- Dispositivos na asa que dificultam a formao doturbilhonamento ou vrticeinduzido.
Tiptanque
Turbilhonamento ou arrasto induzido maior
nas baixas velocidades
Maiores ngulos de ataque / TakeOff and Land
Arrasto Parasita
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Arrasto de todas as partes que no produzem sustentao
Fabricante do avio: rea de placa plana equivalenteperpendicular a direo do vento relativo
Com o valor de area plana equivalente possvel calcular oarrasto parasita do avio
Arrasto parasita praticamente constante para pequenos
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Partes que produzem sustentao
Partes que no produzem sustentao
Diferentes tipos de ngulos
ngulo de ataque Corda Vento relativongulo de incidncia Corda e eixo longitudinal
ngulo de atitude eixo longitudinal e linha do horizonte
ngulo de incidncia Corda e eixo longitudinal
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Dispositivos hipersustentadores
Muda a simetria da asa (assimtrica ou simtrica)
Coeficiente de sustentao Mximo = turbilhonamento noextradorso
Aumento do coeficiente de sustentao
Flap / Flape (aba, lbio)
Aumenta a curvatura ou arqueamento do perfil = aumento de coeficiente de
sustentao;
Flapes funcionam como freio aerodinmico, pois aumentam o arrasto
Fowler o mais importante
simples Fowler flap
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fenda
A320 B737
- flap simples: CL aumenta
- flap ventral: CL aumenta
- flap tipo "fowler": CL aumenta e S aumenta (este o tipo de flapmais eficiente)
Slot (fenda ou rachadura fixa)
Tambm aumenta o ngulo de ataque critico do aeroflio;
Fenda que suaviza o escoamento no extradorso da asa,evitando o turbilhonamento.
Deslocamento horizontal
Slat (fenda ou rachadura movel)
Ti i l d l t
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Tipo especial de slot
Recolhido durante o voo normal pela ao do vento
Por ao de molas fica estendido
Slots e slats tem a desvantagem em relao aos flaps de erguerdemasiadamente o nariz do avio nas aproximaes e
decolagens = prejuzo da visibilidade
Outra utilidade dos slots
Asa entre em estou iniciando pela ponta;
Perde de controle do aileron;
Toro na ponta da asa (reduz ngulo de incidncia) ou;utilizar slots
Grupos MotoPropulsores GMP
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Propulsores - GMP
GMP Conjunto dos componentes que
fornecem trao necessria ao voo
Turbojato
Turbo-fan
Queima todo o ar que entra
GMP
Turbolice
Motor a pisto e hlice
Definies de Potncia trao dinammetro
Potncia efetiva potencia medida no eixo da hlice
Mono e bimotores de pequeno porte so construdos acopladosa um GMP com motor a pisto e hlice de duas a vrias ps.
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Potncia efetiva potencia medida no eixo da hlice,
Pot. Nominal a potencia efetiva mxima para qual o motor
foi projetado (no varia valor);
Pot. til potencia de trao desenvolvida pela hlice sobre oavio (Pot. Disponvel)
Hlice pega a Pot. Efetiva e converte em Pot. de traoAs hlices podem ser feitas de vrios materiais:
madeira = baixa potencia (Paulistinha)
ligas de alumnio ou ao = avies mais fortes e maismodernos
Hlice aeroflio rotativo
- Produz fora til ao voo (fora de trao sobre o avio)
Seo da p cortadamovimenta para baixo
Passo de hlice
Ps torcidas deveria funcionar como um parafuso avanando
Passo terico ideal de deslocamento (avano)
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Ps torcidas deveria funcionar como um parafuso avanandouma determinada distancia a cada rotao completa.
Entretanto o ar um fluido avano real hlice passo efetivo
Distancia que a hlice deixou de percorrer = recuo
Passo terico passo efetivo = recuo (Pt Pe = Re)
Qual o melhor ngulo de rotao?
Depende da velocidade do avio e da rotao do motor.
Como a hlice gira e ao mesmo
tempo avana para frente,
o vento relativo que incide
sobre a p inclinado.
ngulo determinado pelo fabricante
Aumento da velocidade
Aumento do ngulo do vento relativo
No existe um passo ou toro da p ideal
para todas as fases do voo
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Aumento do ngulo do vento relativo
Ideal que se aumente a toro
das ps para que se mantenha
o ngulo de ataque (fora de trao igual)
para todas as fases do voo
Hlice com pequena rotao boa para decolagem e subidas;
ruim para cruzeiro e alta velocidade
Hlice muito torcida ruim para decolagem e subidas; boa paracruzeiro e velocidades maiores
POUCA TORO DA P MUITA TORO DA P
Embandeirado
Hlice de passo fixo
Fabricada com uma determinado
passo, o qual no pode ser
Modificado;
Bom funcionamento em uma
determinada RPM
(velocidade de voo para qual foi construda)
Hlice de passo ajustvel
O passo pode ser modificado no solo (uso de ferramentas
Hlice de passo controlado (dentro da cabine)
Passo pode ser modificado durante o voo;
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p p (adequadas);
A hlice s funcionara bem para a RPM e velocidade ajustada.
p ;
Funciona bem em qualquer fase do voo (RPM e Velocidade);
Hlice de passo controlado (dentro da cabine)
1- Comando Manual (Manete geralmente Azul)
Hlice de passo controlado (dentro da cabine)
2- Comando automtico - Contrapesos e Governador umatuando sobre o outro (King Air)
Contrapeso passo automaticamente
ajusta por contrapesos (ao centrifuga);
Governador uso de sistema
eltrico ou hidrulico.
Hlice de passo controlado automaticamente so chamadas
de hlice de RPM constante ou de velocidade constante
Voo horizontal - velocidade constante
Sustentao igual ao peso
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g p
Trao da hlice igual ao arrasto
Grande velocidade pequeno ngulo de ataque
Para diminuir a velocidade mantendo o voo horizontal, precisoaumentar o ngulo de ataque.
Menor velocidade possvel = ngulo de ataque crtico =
velocidade de estol = coeficiente de sustentao mximo =
avio na iminncia de estol
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Ultrapassando ongulo crtico, inicia-seo estol e a sustentaodiminui rapidamente
Assim impossvelmanter o voohorizontal. Somente sea velocidade foraumentaconsideravelmente.
Pequenos aumentos de alem do ngulo crtico exige muita potncia
muito importante para a manuteno do voo
No h indicao do ngulo de ataque
Voar em alta velocidade = aumentar potncia
Voar em baixa velocidade = diminuir potncia
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Velocmetro indica este ngulo
Quebra da regra
Voo horizontal
Explicao simples: baixas velocidade requerem grandes ngulos de ataque
Potncia disponvel fazer leitura p 37
Superpondo as curvas de potncia necessria com disponvel
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Vlc. mximaVlc. Mximo alc
Vlc. estol Vlc. Mxima autonomia
Vlc.minima
Arrasto em voo horizontalno varia com a altitude,
apenas com a velocidade
e .
Variaes da velocidade em voo nivelado
Depende de peso, altitude, rea da asa entre outros...
Regras do voo nivelado (horizontal)
1 regra prtica: usada para qualquer velocidade. velocidade mxima
Regras do voo nivelado (horizontal)
2 regra prtica: usada solucionar questes a respeito da potencianecessria ao voo horizontal
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necessria ao voo horizontal.
Regras do voo nivelado (horizontal)
3 regra prtica: usada somente para velocidade mxima
Resumo das regras do voo nivelado (horizontal)
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Voo Planado
Ladeira 30de declive
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Aerodinmica e Teoria de Voo
Prof. Gustavo Montoro
Ladeira 30 de declive
Movimento: ao da gravidade
Teorema de Pitgoras: O quadrado da hipotenusa iguala soma dos quadrados dos catetos (ax e ay)
Modo semelhante para o avio ao voar sem trao do motor
Trajetria descendente voo planadoAvio impulsionado poruma fora de 500 Kgf
Sustentao igual 866 Kgf(menor que o peso)
ngulo formado entre a trajetria de voo e
a linha do horizonte = ngulo de planeio
Velocidade de melhor planeio
- Velocidade de menor ngulo de descida;
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Este ngulo tanto menor quanto maior o CL e
menor o CD do avio.
- O avio planeia a maior distancia possvel;
- Coincide com a Velocidade de mximo alcance
Aumento do ngulo de ataque no voo planado
- Aumenta o tempo de planeio (velocidade de mxima autonomia)
- Porm menor distancia percorrida;
- Velocidade de menor razo de descida (mnimo de afundamento).
Diminuio do ngulo de ataque para aumento da velocidade Velocidade final
Velocidade mxima que o avio pode atingir num mergulho ouplaneio vertical
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planeio vertical.
Sustentao nula
Trajetria vertical
L0 - ngulo de sustentao nula
Velocidade aumenta ate se estabilizar com o D
Peso = D
Velocidade Final velocidade Limite
Razo de descida
Altura perdida por unidade de tempo
Varimetro (climb): R/D medida em m/s ou ft/min
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Influncia do Vento
Vento de cauda (tail) aumenta a VS e a distncia de planeio e .
Vento de proa (head) o oposto.
VA, VI e R/D no se alteram, pois em relao ao ar o, o aviovoa como se o vento no existisse
Influncia da Altitude
Grandes altitudes, ar rarefeito
Somente torna o planeio mais rpido
aumentando assim a VA e R/D
Vi no alterada
O piloto pode manter a mesma Vi estimando o
mesmo alcance de planeio
Chega ao solo com maior velocidade
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