INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Departamento de Engenharia Mecânica

Engenharia Aeroespacial

Tipos de veículos aeroespaciais e sua utilidade

Seminário Aeroespacial II

Grupo 3

Professor Fernando Lau

75280 Rui Manuel Carrasquinho Pires

75886 Gonçalo da Veiga França da Rocha e Castro

78110 Bruno Miguel Fernandes Lima

78151 Maria Francisca Barradas da Fonseca e Silva

78428 Pedro de Herédia de Almeida

78803 Eduardo Manuel Falcão da Cruz Rodrigues Lourenço

2º Semestre 2014/2015

Índice

Por que razão não há um tipo de aeronave para fazer tudo? .................................................... 2

Introdução .................................................................................................................................... 2

Aviões ............................................................................................................................................ 3

Tipos de propulsão ................................................................................................................... 3

Aviões e as suas finalidades ..................................................................................................... 5

Aviões civis ............................................................................................................................ 5

Aviões militares ..................................................................................................................... 7

Helicópteros .................................................................................................................................. 9

Princípio de funcionamento ..................................................................................................... 9

Diferenças fundamentais relativamente aos aviões ............................................................. 10

Finalidades .............................................................................................................................. 11

Helicópteros no futuro ........................................................................................................... 11

Mísseis ........................................................................................................................................ 12

Constituição ............................................................................................................................ 12

Tipos de mísseis ...................................................................................................................... 13

UAV’s ........................................................................................................................................... 13

Indústria militar ...................................................................................................................... 14

Indústria não militar ............................................................................................................... 14

O futuro dos UAV’s ................................................................................................................. 15

Veículos experimentais extremos .......................................................................................... 15

Voo supersónico ..................................................................................................................... 15

Aeronaves elétricas ................................................................................................................ 16

VTOL (Vertical Take-off and Landing) .................................................................................... 17

Conclusão .................................................................................................................................... 18

Referências ................................................................................................................................. 18

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Por que razão não há um tipo de aeronave para fazer tudo? Desde que viu os pássaros voar que o Homem sonhou com o domínio dos céus, no

entanto esse caminho não foi fácil, e, apesar de alguns esforços anteriores nesse sentido, apenas no século XVIII surgiu o primeiro voo de que há registo.

Na verdade, a “ciência de voar” parecia, e revelou-se correta esta previsão, bastante complexa e distante, e foram precisos muitos avanços científicos e tecnológicos para que esse sonho se concretizasse. De facto, desde que surgiram as primeiras aeronaves se percebeu que as mesmas teriam um potencial enorme e, tendo em conta que não seria coerente ter uma só aeronave para suprir necessidades tão diferentes, foi necessário especializar e criar novos veículos para atuarem em determinadas áreas ou executarem certas missões. É claro que este processo não ocorreu do dia para a noite e teve um crescimento gradual, não só de acordo com os conhecimentos técnicos do Homem, mas também de acordo com as suas necessidades. Dos Balões e Dirigíveis, passando pelos Aviões e Helicópteros, e acabando, por exemplo, nos Veículos Aéreos Não Tripulados, existe hoje, ao nosso dispor, uma enorme variedade de “máquinas voadoras” tão diferentes e capazes de realizar as mais complexas missões e de auxiliar o Homem no seu dia-a-dia nas mais variadas tarefas, levando a que os veículos aéreos tenham uma importância bastante elevada no presente e futuro da Humanidade.

Introdução O aparecimento das primeiras aeronaves foi consequência de desejos que remontam

para a antiguidade como a necessidade de transportar não só pessoas como materiais e tudo o que fosse necessário pelo ar, como alternativa ao transporte marítimo e terrestre. Hoje em dia as aeronaves são um dos principais meios de transporte, quer de passageiros, quer de mercadorias.

Tal como todos os outros meios de transportes as aeronaves foram evoluindo ao longo dos tempos consoante as necessidades que iam surgindo. Assim, de acordo estas necessidades e com a evolução tecnológica progressiva foram criados vários tipos diferentes de aeronaves cuja diversidade está relacionada com a função que desempenham.

Com este trabalho pretende-se abordar diferentes tipos de veículos aeroespaciais, caracterizando-os consoante as suas funções e objetivos, tentando evidenciar de modo claro e elucidativo a necessidade de haver essa variedade de veículos e as diferenças fundamentais entre classes.

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Aviões Um avião é qualquer tipo de aeronave que necessite de asas fixas para se sustentar no

ar e é propulsionado para a frente por um motor a jato ou por turbo-hélices Todos os aviões precisam de um fluxo constante de ar nas asas para que haja sustentação da aeronave e necessitam de uma área plana e livre de obstáculos onde possam alcançar a velocidade necessária para descolar, ou diminuí-la, no caso de aterragem. Alguns aviões são capazes de descolar e aterrar em água (hidroaviões), outros são capazes de descolar e aterrar tanto na água como em terra (aviões anfíbios) e alguns até mesmo sobre superfícies congeladas ou na vertical. A grande maioria dos aviões são controlados por um piloto a bordo da aeronave mas alguns são construídos para serem controlados remotamente ou por um computador.

Existem vários tipos de finalidades para os aviões como transporte de mercadorias e passageiros, fins recreativos, militares e de pesquisa. Um monomotor, como o nome indica, é uma aeronave com um único motor e um multimotor é uma aeronave com dois ou mais motores. Normalmente as aeronaves bimotoras são mais caras, complexas e complicadas de operar e de manter que as aeronaves monomotoras. No entanto, as aeronaves bimotoras oferecem mais flexibilidade para viagens de maior distância e para sobrevoar regiões inóspitas e remotas com mais segurança e tranquilidade pois, no caso de falha de um dos motores, o motor remanescente pode manter o voo até ao ponto de paragem mais próximo.

Tipos de propulsão Aviões com motor turbo-hélice

Aviões com motor turbo-hélices, mais conhecidos como turboprop, são aviões que utilizam um ou mais motores que fazem girar uma hélice, criando o impulso suficiente para a movimentação da aeronave em frente. São relativamente silenciosos mas possuem velocidades, capacidade de carga e alcance menores do que os similares a jato. Porém, são sensivelmente mais baratos e económicos do que os aviões a jato, o que os torna a melhor opção para pessoas que desejem possuir um avião próprio ou para pequenas companhias de transporte de passageiros e/ou carga. Por estes motivos, os motores turbo-hélices permanecem mais comuns em aviação ligeira como é exemplo o Cessna 208 (monomotor). Como exemplo de um modelo maior de aviões a turbo-hélice temos o Antonov An-22 (multimotor), um dos maiores aviões da história a turbo-hélice.

Fig. 1 - Cessna 208 Cargomaster Fig. 2 - Antonov An-22

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O motor turbo-hélice é um tipo de turbina a gás. É, portanto, um motor de reação mista, pois é basicamente um motor a jato que aciona uma hélice. Em contraste com o motor a jato, os gases de escape do motor turbo-hélice não contém energia suficiente para criar propulsão significativa uma vez que quase toda a energia produzida pelo motor é usada para acionar a hélice, sendo esta a principal responsável pela propulsão do avião.

Aviões com motor a jato

Aviões a jato são propulsionados, como o nome indica, por motores a jato, também chamados motores a reação ou reatores. Estes motores possuem muito mais poder do que um motor de combustão interna para um dado peso e tamanho e funcionam melhor a elevadas altitudes. A maioria dos aviões modernos de média/grande dimensão usam motores a jato turbofan. Este motor possui as vantagens de uma hélice, enquanto retém a velocidade de escape e potência de um motor a jato. Este motor é essencialmente uma ventoinha ligada a uma motor a jato, semelhante a um turbo-hélice, mas com um diâmetro menor e com a diferença que no caso de turbo-hélice a propulsão é maioritariamente potenciada pela hélice e não pelos gases de escape como é o caso do motor turbofan. Quando instalado num avião apenas é eficiente para velocidades inferiores à velocidade do som, ou seja para um número de Mach inferior a 1. Como consequência, podem carregar muito mais peso e possuem maior velocidade do que os turbo-hélices. Um problema associado a este tipo de motores é a grande quantidade de som criada o que torna os aviões com motor a jato uma fonte de poluição sonora.

Comparando o motor turbo-hélice com o motor turbofan, nota-se que:

• O turbo-hélice é normalmente maior e mais pesado que um motor a jato de tração equivalente, mais complexo e possui mais partes móveis;

• O turbo-hélice é indicado para aviões que viajam em Mach inferior a 0.5 uma vez que fornece maior tração que a ventoinha do turbofan a baixas velocidades consumindo menos combustível enquanto motores a jato são mais indicados para números Mach superiores a 0.5;

• Nas descolagens o turbo-hélice é mais eficiente em virtude da hélice movimentar uma grande massa de ar; nas aterragens propicia maior força de travagem pelo maior arrasto oferecido pelo disco da hélice em rotação inversa.

Aviões Supersónicos

Aviões supersónicos, como o Concorde e caças militares utilizam um motor a jato mais conhecido como turbojet que gera potência necessária para quebrar a barreira do som. Além disso, o desenho do avião supersónico apresenta algumas diferenças em relação ao avião dito subsónico devido à compressão do ar em altas velocidades. Não só a asa mas também a fuselagem possuem um formato diferente devido à necessidade de reduzir o arrasto aerodinâmico.

Fig. 3 - Concorde

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Nos caças, a área das asas é reduzida, visando o menor arrasto (que permite alcançar velocidades extremas), necessitando de uma velocidade muito maior para compensar essa perda de sustentação. A velocidade de descolagem de certos caças chega a 220 km/h. O voo em velocidade supersónica gera mais poluição sonora devido à onda de choque. Isto limita os voos supersónicos a áreas de baixíssima ou nenhuma densidade populacional.

Aviões e as suas finalidades Cada avião é construído com um propósito específico e tem um formato e design

diferente. Um tipo específico de avião é construído de acordo com a aplicação que terá. Os aviões estão divididos em duas categorias principais de acordo com a sua utilidade: aviões civis e aviões militares.

Aviões Civis

Aviação civil é qualquer utilização não-militar da aviação, seja ela comercial ou privada. Divide-se em duas categorias:

• Transporte aéreo, que abrange todas as operações de transporte comercial de passageiros e de cargas;

• Aviação geral, que abrange todas as outras operações de voo, comerciais ou privadas. Nesta categoria, estão incluídas a aviação agrícola, experimental, a recreativa, a executiva, a de serviços, a de treinamento e a fotogrametria aérea, etc.

Enquanto o transporte aéreo comercial é responsável por um grande número de passageiros transportados, a aviação geral é maior em quantidade de voos.

Aviões de transporte comercial

Estes aviões são usados para transportar passageiros e carga. O tamanho destes aviões é geralmente maior que qualquer outro tipo de avião mas pode variar desde pequenos jatos regionais com motores turbo-hélices/turbofan que podem transportar até 100 passageiros, sendo utilizados para pequenas distâncias como o Bombardier CRJ705, até aos chamados jatos de fuselagem estreia (narrow body) com motores turbofan que podem transportar mais de 150 passageiros e percorrer médias/longas distâncias como o Boeing 737-100 e o Airbus A318-100. Temos também os aviões comerciais de grande porte (wide body) como o Airbus A380-800 e o Boeing 747-300 que podem transportar mais de 500 passageiros e percorrer grandes distâncias. Estes aviões são normalmente conhecidos como airliners.

Fig. 4 – Bombardier CRJ 705 Fig. 5 – Boeing 737-100

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Todos os aviões comerciais modernos de médio/grande porte usam motores a jato (turbofan) que lhes permite voar a velocidades tão grandes como 945 Km/h no caso do Airbus A380-800 ou 972 km/h no caso do Cessna Citation X que segundo o seu fabricante é o avião civil mais rápido do mundo.

Estes normalmente possuem entre 2 a 4 motores a jato, contudo, há aviões que chegam a possuir 8. Os aviões comerciais com 3 ou menos motores a jato possuem uma menor capacidade de transporte de passageiros e não podem viajar tão longe quando comparados com os seus similares com quatro motores. Apesar de tudo, os aviões com dois motores a jato são os mais confiáveis e usados no mundo.

Aviação geral

Este tipo de aviões inclui uma grande diversidade de modelos. São geralmente utilizados para o treino de pilotos assim como uma grande variedade de usos. Como a finalidade destes aviões requer viagens de curta duração, usualmente estes aviões possuem apenas um motor. Também são utlizados para fins recreativos ou executivos como é exemplo o Cessna Citation X.

Nesta categoria há aviões que são de extrema utilidade para agricultores que os usam para plantação de sementes, espalhar inseticidas ou fertilizantes nos campos, e também para contar o gado. Algumas outras utilidades são a tiragem de fotografias aéreas, reconhecimento aéreo em caso de catástrofes naturais, prestar ajuda em situações de emergência como fogos florestais e também para transporte em pequenas distâncias. No caso de fogos florestais, os aviões que ajudam nessas situações são construídos para possuírem uma grande capacidade em sugar e armazenar água de lagos e rios circundantes. Necessitam também de possuir um sistema de pulverização que os ajuda a distribuir a água pelas chamas em várias zonas, aumentando assim a sua eficiência.

Fig. 6 – Airbus A380-800

Fig. 7 – Cessna Citation X

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Aviões Militares

A evolução da aviação militar está em grande parte associada aos conflitos existentes ao longo da história, que faziam com que cada país participante na guerra tivesse que desenvolver determinadas tecnologias que permitissem, o melhor possível, satisfazer as suas necessidades. Desta forma os aviões militares começaram a ser pensados e criados para conseguir dar resposta às necessidades sentidas por países que estavam em guerra. Foi, sem dúvida, nos períodos da primeira e segunda Guerra Mundial que se terá registado o maior avanço de aeronaves militares uma vez que surgiram novas necessidades, presenciando-se assim, um avanço tecnológico notável nesta área. No final da segunda Guerra Mundial os aviões militares existentes estavam tecnologicamente muito mais desenvolvidos verificando-se melhorias significativas a nível de desempenho mas também das funções existentes nestes aviões. Não só neste conflito, mas também na Guerra Fria, Guerra da Coreia e na Guerra do Vietnam a utilização destes aviões teve um papel preponderante.

Nem todas as aeronaves militares são utilizadas com o mesmo propósito, como tal podem dividir-se em categorias consoante a sua utilidade e funções. Neste trabalho propõe-se a divisão destas aeronaves em três grupos: aviões de combate; aviões de transporte e salvamento e aviões de informação.

Aviões de Combate

Atacantes

Os atacantes são aviões que estão equipados para abater alvos quer em terra, quer em mar com maior precisão que os bombardeiros estratégicos, estando preparados para destruir a defesa inimiga. São na maior parte das vezes concebidos para missões de suporte aéreo, mas também são utilizados para interdição aérea e contra-ataque ofensivo, destruindo instalações inimigas que as impeçam de realizar as suas funções normais.

Bombardeiros

Os bombardeiros são aviões com dimensões e peso superior aos atacantes. Tal como estes, têm como função o ataque às forças inimigas, podendo, devido à sua estrutura, carregar grande quantidade de materiais de guerra. Este avião tem como principal função o bombardeamento e lançamento de torpedos, podendo causar grandes danos nos seus alvos. O facto de estes aviões serem grandes e pesados faz com que não sejam hábeis e que não sejam capazes de enfrentar ataques inimigos com sucesso.

Fig. 9 - Bombardeiro Boeing B-29 Fig. 8 – B 17 Flying Fortress, participou na 2ªGuerra Mundial

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Esta aeronave pode subdividir-se em dois tipos: bombardeiros estratégicos que são projetados para missões de longa distância contra alvos estratégicos como fábricas, cidades e bases de provisões, sendo no geral mais pesados e com maior capacidade de carregamento e alcance; bombardeiros táticos que são mais pequenos que os anteriores e que são projetados para atuar em distâncias mais curtas, tendo como alvo por exemplo veículos e concentrações militares inimigas.

Caças

Os caças são normalmente aeronaves com pequenas dimensões, comparativamente aos bombardeiros, que atingem altas velocidades sendo bastante ágeis e sofisticados. Estes aviões são concebidos para o combate aéreo, tendo como função a intersecção e neutralização de outras aeronaves inimigas. Este tipo de aeronaves tem a capacidade de destruir aviões de grande porte como os bombardeiros, uma vez que são equipados com potente armamento que lhes permite eliminar este tipo de alvos. Alguns caças possuem equipamento de perseguição e armamento de alta tecnologia que lhes permite serem bastante eficazes na aniquilação de aeronaves inimigas, sendo também difíceis de detetar pelos radares inimigos.

Aviões de transporte e salvamento

As aeronaves de transporte militar têm a função de transportar tropas, assim como armas e outros tipos de materiais de guerra a qualquer área de operação militar. Transportavam também mantimentos como comida, armas e munições, deixando-as cair no solo próximo das tropas. Circulam normalmente fora das rotas de voos comerciais. Os aviões de salvamento são usados para resgatar vítimas durante a guerra, não estando normalmente equipados com armamento. A sua função é apenas socorrer as vítimas e levá-las para o local seguro mais próximo.

Aviões de informação

Aviões de observação

Estes aviões são muito importantes, pois têm como objetivo localizar as forças inimigas em zonas, normalmente, de alto risco uma vez que podem sofrer ataques quer das forças inimigas como também dos seus aliados que podem, acidentalmente, atingir estas aeronaves. Ao contrário dos aviões de reconhecimentos estes não utilizam equipamentos muito sofisticados, identificando os alvos apenas visualmente. Os aviões de Observação andam, normalmente, equipados com instrumentos de sinalização, que permite marcar o local onde se encontram os alvos a abater. Estas aeronaves são bastante numerosas e consideradas baratas, permitindo assim aos oficiais ter informações das forças inimigas sem o uso de recursos mais caros.

Fig. 11 - Aeronave de busca e salvamento Lockheed C-130 H

Fig. 10 - Caça Boeing F-15 Strike Eagle

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Aviões de reconhecimento

Estas aeronaves são responsáveis por recolher informação confidencial e também observar o movimento e atividade dos inimigos, conseguindo transmitir aos soldados se é seguro ou não avançarem para atacar. Estas aeronaves são equipadas por câmaras, sofisticados radares e equipamentos de sensores que se encontram ou no nariz do avião ou debaixo da fuselagem. Este equipamento de espionagem empregue nestas aeronaves tem, no geral, um longo alcance, conseguindo aceder ao maior tipo possível de informação. Estes aviões são projetados para voarem a altas altitudes, com a capacidade de permanecer no ar por longos períodos de tempo.

Patrulha marítima

Os aviões de patrulha marítima dão informações ao país sobre o que se passa acima, ou mesmo abaixo da superfície das ondas. Estas aeronaves permitem assim localizar navios ou submarinos inimigos, minas ou objetos que possam trazer algum perigo. Estes aviões podem, por vezes, participar em operações de busca e resgate.

Helicópteros Após se ter conseguido pela primeira vez construído uma máquina que voasse, sentiu-

se a necessidade de criar um veículo que, ao contrário do avião que descola horizontalmente, fosse capaz de levantar voo na vertical e ainda que conseguisse mudar de direção mais facilmente.

Princípio de funcionamento

A ideia principal da invenção do helicóptero, como já foi dito, era conseguir fazer uma máquina levantar voo na vertical. Para isso era necessário criar uma força vertical com módulo superior e sentido inverso ao peso do veículo em semelhança com o que acontece para o caso dos aviões. A diferença é que essa força seria devido a uma rotação das asas (pás da hélice ou rotor), não dependendo então da velocidade horizontal do veículo mas sim da velocidade de rotação do rotor principal do helicóptero.

Essa rotação consiste em umas pás inclinadas de tal modo que, ao rodarem, empurrem o ar que embate na pá (no plano da hélice) para baixo criando assim a força de sustentação necessária. No início, apesar de terem a hélice a rodar no plano horizontal paralelo ao chão e se conseguir uma força de sustentação, observava-se que era impossível controlar o helicóptero pois a rotação dessa hélice provocava um torque no helicóptero que o fazia rodar em sentido oposto ao da hélice. Sendo assim foi preciso criar outra força no helicóptero

que contrabalançasse esse torque provocado pelo rotor principal. Para tal, foi adicionado à cauda do helicóptero uma outra hélice, o rotor de cauda, que ao rodar no plano de simetria do veículo criava outra força contrária àquela gerada pelo torque do rotor principal.

Fig. 12 – Helicóptero da polícia AW119Ke

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Este rotor de cauda posteriormente, para além de anular o torque do rotor principal, passou a servir também para ajudar a manobrar o helicóptero permitindo a alteração da direção de voo.

Diferenças fundamentais relativamente aos aviões

Hoje em dia o helicóptero juntamente com o avião são os principais meios de transporte aéreo utilizados em todo o mundo mas o helicóptero comporta-se de um modo diferente do avião por diversas razões. Ao contrário dos aviões estes são usados para trajetos mais curtos, sem nunca se afastarem muito do local de onde descolam porque a sua autonomia não lhes permite grandes viagens. Normalmente o número de pessoas que os helicópteros transportam está na ordem da dezena enquanto, por contraste, os aviões comerciais chegam a levar centenas de pessoas sentadas no seu interior. As viagens executadas por helicópteros, para além de compreenderem curtas distâncias relativamente aos aviões, são praticadas, na sua maioria, a altitudes mais baixas, não podendo atingir altitudes semelhantes às praticadas pelos aviões em voo de cruzeiro por causa da perda de sustentação e das baixas temperaturas características de altitudes superiores. Além disso, o equilíbrio do helicóptero em pleno voo é muito mais instável que o dos aviões pois está muito mais suscetível às perturbações provocadas pelo vento ou pelo clima, o que acaba por exigir muito mais de um piloto num helicóptero do que um piloto num avião.

Em termos de vantagens sabemos à partida que o helicóptero é muito mais prático no que toca a aterragens e a descolagens, sendo que o pode fazer na vertical, não necessitando

assim de muito espaço para o fazer e, graças a isso, é o meio de transporte aéreo mais viável dentro das grandes cidades. Existe ainda outra grande vantagem, sendo esta devida ao facto de conseguir ficar praticamente parado no ar tornando-o capaz de executar funções em que seja necessário os seus tripulantes se fixarem num ponto de referência e poderem observar o que se passa à sua volta ou, em outro tipo de situação em que seja preciso elevar objetos do chão.

Fig. 13 – Helicóptero EH-101 da Força Aérea Portuguesa

Fig. 14 – Helicóptero de resgate Agusta A-109E Power

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Finalidades

Concretamente o helicóptero é utilizado em funções tão diversas como o transporte privado de civis, o combate a incêndios, o transporte de tropas para executar operações militares em zonas de guerra. É também utilizado para apanhar doentes ou feridos com quadros clínicos em estado crítico que se encontrem em locais praticamente inacessíveis por meio terrestre ou, simplesmente, em casos em que o trajeto usado no transporte por via terrestre levaria demasiado tempo para o grau de emergência que se trata. Além disso podemos ver empresas de televisão, a polícia, meteorologistas, entre outros que usam o helicóptero para uma observação mais prática, estudo ou vigilância do terreno ou do próprio meio aéreo. Há também o caso em que os helicópteros são usados com fins comunitários por parte das ONG’s para transporte de mantimentos para campos de refugiados em países em estado de guerra.

Helicópteros no futuro Atualmente a indústria que produz este tipo de aeronaves está concentrada em duas

grandes questões: uma é conseguir que os helicópteros consigam alcançar velocidades equiparáveis às velocidades praticadas pelos aviões e a outra é conseguir construir helicópteros capazes de fazer o papel dos aviões comerciais em termos de transporte de civis em grande quantidade.

Para o primeiro caso foi já desenvolvido um helicóptero que detém o recorde de velocidade máxima atingida por um helicóptero, o Sikorsky X2. Este helicóptero tem um design e um princípio de funcionamento um pouco diferente daquele que já foi explicado para o helicóptero padrão. Este, em vez de possuir um rotor de cauda a equilibrar a força criada pelo torque aplicado pelo rotor principal, possui um rotor a girar no mesmo plano do rotor principal só que o vetor velocidade angular aponta no sentido contrário ao do rotor principal. O que acontece com isto é que, apesar dos dois rotores criarem sustentação, como rodam em sentidos opostos, acabam por gerar momentos torsores com módulo igual e sentidos opostos conseguindo manter a estabilidade de guinada da aeronave. Para além disso, este helicóptero não possui cauda e, na parte traseira, possui um rotor que gira na direção do eixo longitudinal da aeronave com o propósito de aumentar a força propulsão da mesma e ainda possui um estabilizador horizontal e vertical para precisamente manter a estabilidade de picada e de guinada. Graças ao singular sistema de propulsão este helicóptero consegue atingir velocidades até 460 km/h sendo um dos helicópteros mais rápidos do mundo.

Fig. 16 - Helicóptero Sikorsky

Fig. 15 – Helicóptero da TV Globo

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No caso dos helicópteros para transporte de civis, está a ser desenvolvido um projeto de um veículo que combina a forma da fuselagem dos aviões com o sistema de propulsão dos helicópteros. Este projeto está a ser desenvolvido pela NASA e consiste em pegar no corpo do avião e colocar na asa principal um rotor de cada lado a rodar em sentidos opostos para se anularem os momentos torsores e, a grande particularidade desta aeronave é que esses rotores estarão apetrechados na asa principal com a inclinação regulável permitindo, ao mesmo tempo e sem alterar o ângulo de ataque da aeronave, criar uma força de sustentação na vertical e outra no sentido do movimento horizontal a fornecer propulsão. Este avião/helicóptero prevê-se que atinja a velocidade recorde de 550 km/h e que seja capaz de viajar em distâncias até 1,6 mil quilómetros a transportar cerca de 90 pessoas.

Mísseis Utilizado principalmente na indústria militar, um míssil é um projétil guiado, dotado de

autopropulsão e que tem os seguintes sistemas constituintes: sistema de propulsão, sistema de orientação/navegação, sistema de voo (estabilização e controlo) e carga útil. Existem vários tipos de mísseis conforme o seu objetivo: ar-superfície e superfície-superfície (balísticos, de cruzeiro, anti-tanque, anti-navio), superfície-ar (anti-balísticos), ar-ar e armas anti-satélite.

Constituição

Sistema de propulsão

O sistema de propulsão consiste num motor-foguete, sendo por vezes constituído por um reator ou motor a jato. Alguns mísseis têm fases de propulsão, em que se utilizam os diferentes tipos de motor (em mísseis de cruzeiro é comum haver um motor-foguete para a fase de lançamento e um motor a jato para a fase de voo).

Sistema de orientação/navegação

Existem várias formas de guiar os mísseis para o seu alvo. Este sistema pode basear-se na leitura de radiações, através lasers ou ondas de rádio, ou conhecendo a localização do alvo e guiando o míssil através da informação de satélites. O guiamento do míssil pode ser efetuado de forma externa, no caso dos mísseis teleguiados ou de forma praticamente independente, neste caso, os mísseis autoguiados.

Fig. 17 - Projeto do LCTR, o autocarro voador da NASA

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Sistema de voo

É necessário um sistema de voo para ler a informação dada pelo sistema de orientação e controlar/estabilizar o míssil, ou através do uso do vetor de impulsão ou através de manobras aerodinâmicas (utilização de asas, pás).

Carga útil

A carga útil representa a componente eficaz do míssil. Uma carga útil pode ser militar (explosiva, nuclear, química, biológica, incendiária) ou um sistema eletrónico (como por exemplo um UAV de reconhecimento).

Tipos de mísseis

Ar-superfície e superfície-superfície

Dentro deste tipo de míssil, o mais comum é o míssil balístico, que após o primeiro impulso, segue com uma trajetória balística ao encontro do alvo. O míssil balístico é maioritariamente associado a armas nucleares e é muito utilizado em missões de ataque terrestre a partir do ar. Muitas vezes divide-se este tipo de míssil de acordo com o seu alcance,

variando este desde menos de 1000 km (Short Range Ballistic Missiles (SRBM)) a mais de 5500 km (Inter Continental Ballistic Missiles (ICBM)), podendo alcançar os 12000 km. Para estas grandes distâncias são também utilizados os mísseis de cruzeiro, lançados maioritariamente do ar e do mar, e onde se inclui o míssil americano Tomahawk. Fazem também parte deste tipo de míssil os anti-tanque e anti-navio.

Superfície-ar, ar-ar e anti-satélite

Os mísseis superfície-ar são mísseis que têm como principal objetivo a defesa, sendo o seu alvo aviões inimigos e mísseis inimigos (mísseis anti-balísticos). Quanto aos mísseis ar-ar, são utilizados para confrontos aéreos, sendo lançados de uma aeronave para outra. As armas anti-satélite, como diz o nome, têm como propósito intercetar e destruir satélites e podem ser lançadas a partir de aeronaves ou de plataformas terrestres.

UAV’s Os UAV’s (Unmanned Aerial Vehicles) são veículos aéreos não tripulados que, tanto

podem ser controlados à distância, como, verificando-se cada vez mais este progresso, podem voar segundo uma rota de voo pré-programada ou segundo sistemas autónomos de voo mais complexos.

Efetivamente, a principal utilização de UAV’s relaciona-se com atividades militares, no entanto, não se podem ignorar as suas inúmeras aplicações noutros campos atuais. A evolução destes veículos tem acompanhado as evoluções militares e tecnológica, surgindo, hoje em dia, um leque variado de aeronaves sem piloto físico com diferentes missões e potencialidades.

Fig. 18 - BGM-109 Tomahawk

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Indústria militar

Os UAV’s surgiram não só como ferramenta de treino para melhorar as defesas dos próprios exércitos contra ameaças aéreas mas também como solução para as elevadas perdas de pilotos em territórios inimigos. De facto, o aparecimento destes veículos revolucionou os confrontos militares, uma vez que trouxe consigo novas abordagens e funcionalidades que conferem grandes vantagens sobre o inimigo. As missões mais comuns deste tipo de aeronaves são a simulação de aviões inimigos em situação de treino, o reconhecimento de territórios hostis e recolha de informações privilegiadas, o combate e ataques aéreos, transporte de todo o tipo de carga e a deteção de alvos estáticos ou móveis.

Assim, não é de estranhar o grande crescimento na utilização deste tipo de aeronaves uma vez que estas não põem em causa a eficiência das missões a cumprir nem colocam em perigo pilotos e outros membros de uma possível tripulação, para além de que conseguem estar várias horas em missão. No entanto, a sua utilização traz consigo algumas preocupações éticas: a insensibilidade em relação aos danos colaterais que resultam do uso destes veículos como manobra de ataque, a ignorância das consequências da guerra pelo facto da mesma se travar à distância ou o aumento crescente da autonomia das aeronaves.

A distinção entre os vários UAV’s não se limita às diferentes missões que os mesmos possam desempenhar, sendo também feita ao nível da sua dimensão, velocidade, alcance, altitude de voo, capacidade de transporte de cargas e custos. Para baixas altitudes (até 1500 m) existem os Handheld UAV’s – como o próprio nome indica são lançados pela própria mão – que são de dimensões bastante pequenas (Mini-UAV), podem atingir altitudes de 600 m, e têm um alcance médio de 2 km, servindo, essencialmente, para fazer reconhecimento de terreno e possíveis perigos, e os Close Range UAV’s, que também têm dimensões relativamente pequenas, e atingem altitudes de 1500 m e distâncias horizontais entre 10 e 40 km, que têm como função dar apoio direto a batalhões; com maiores dimensões surgem os Tactical UAV’s que atingem altitudes de 5500 m e alcance médio de 180 km, estando equipados com sensores e radares que permitem um patrulhamento de vastas áreas a qualquer altura do dia; e a acrescentar a estes as forças militares usam ainda MALE (Medium altitude, long endurance) e HALE (High altitude, long endurance) UAV’s, que podem voar entre 24 e 48 horas, sendo que os primeiros atingem altitudes de 9000 m e os segundos voam a pelo menos 18000 m; este último tipo de UAV’s pode desempenhar todo o tipo de missões sendo que os diferentes modelos têm determinada especialização.

Indústria não militar A militarização da tecnologia dos UAV’s e a má publicidade de que por vezes é alvo não

permite uma maior valorização de outras aplicações, tão ou mais importantes, em áreas completamente distintas.

Fig. 19 – MQ-9 Reaper

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A sua utilização em missões de emergência é cada vez mais notória, seja no combate a incêndios florestais, na exploração de zonas de desastres naturais, em missões de salvamento e na entrega de medicamentos ou mantimentos em lugares de difícil acesso. Também na cartografia podem ser úteis para mapeamento e representação de perfis topográficos, no controlo ambiental onde podem ser usados como ferramentas de vigilância e auxílio capazes de sobrevoar vastas áreas em poucos minutos, alertando as equipas de intervenção para alguma infração que esteja a ser cometida ou ainda na “caça” aos furacões e monitorização meteorológica.

Também na investigação e desenvolvimento de aeronaves, os UAV’s têm um papel preponderante, pois por serem de pequeno porte e não tripulados são veículos de teste perfeitos para investigar e lidar com novas tecnologias de aviação ou design de aeronaves, evitando assim a perda de vidas que se verificava no passado quando algo que não seria expetável corria mal com as aeronaves experimentais.

O futuro dos UAV’s Os UAV’s evoluíram de maneira brilhante desde o seu aparecimento e, hoje, são

aeronaves muito seguras e com tecnologias pioneiras na área, que se verificaram serem de qualidade suficiente para se implementarem noutras aeronaves tripuladas. O futuro é risonho, uma vez que os esforços de desenvolvimento das empresas dedicadas ao setor são visíveis, sendo expetável que num futuro próximo vejam as suas capacidades melhoradas e com muito menor probabilidade de erro humano.

Essencialmente, deve-se definir um rumo claro para o desenvolvimento deste tipo de aeronaves, de modo a que sejam aproveitadas ao máximo as suas funcionalidade no auxílio do Homem. Embora se estime que a utilização dos UAV’s continue a crescer nas próximas décadas, continuará a existir uma enorme procura pelas aeronaves pilotadas, uma vez que a autonomia dos primeiros nunca deverá substituir a capacidade de reação, análise e decisão do ser humano.

Veículos experimentais extremos Veículos experimentais extremos são veículos que ainda não se encontram prontos ou

mesmo certificados para voos comerciais de passageiros ou transporte de carga. Estes veículos ao longo da história da aviação foram extremamente úteis, uma vez que permitiram a realização de experiencias que levaram ao aperfeiçoamento ou mesmo à criação de novas competências nas aeronaves posteriores.

Voo supersónico

O voo supersónico sempre foi um objetivo da indústria aeronáutica, uma vez que permite transportar carga e pessoas de um modo muito mais rápido, ou mesmo para fins militares. O primeiro avião supersónico foi o Bell XS-1 em 1947 tendo chegado à velocidade de Mach 1.06, após este feito a luta pelas velocidades supersónicas continuou, com vários modelos experimentais capazes de bater a marca, já com o North-American X-15 foi possível bater a marca hipersónica sem precedentes com Mach 6.72.

Fig. 20 – AAI Aerosonde

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O grande avanço nos veículos experimentais levaram à produção de aviões supersónicos para uso comercial o de aviões supersónicos para uso comercial, nomeadamente o Concorde e o Tupolev Tu-144, chegando este primeiro a atingir velocidades de Mach 2.2 e a transportar 128 passageiros, sendo que ambos já foram retirados de circulação uma vez que deixaram de ser lucrativos às companhias aéreas.

O investimento no voo supersónico continua nos dias de hoje, sendo que a aeronave mais digna de nota é a aeronave NASA X-43A que em 2005 conseguiu chegar à marca dos Mach 9.6. Está também em fase projeto aeronave experimental Reaction Engines A2 que promete velocidade supersónica no transporte de carga aliada à eficiência e à emissão de poucos gases poluentes, uma vez que contará com um motor híbrido. As companhias Boeing, Lockheed Martin e Gulfstream em parceria com a NASA,

também estão a desenvolver um modelo comercial capaz de dobrar as marcas estabelecidas a nível de velocidade pelo Concorde utilizando materiais mais leves, motores mais avançados e fuselagens menores.

Aeronaves Elétricas As aeronaves elétricas são veículos que utilizam motores elétricos ao invés dos habituais

motores de combustão. Desde a década de 1970 tem-se verificado uma gradual aposta neste tipo de aparelho catalisada pelo aparecimento da consciência ambiental, uma vez que estes veículos não emitem gases poluentes.

O primeiro voo de uma aeronave elétrica foi registado em França em 1884, quando um dirigível sustentado por hidrogénio venceu uma competição. Nesses tempos os sistemas elétricos eram superiores aos seus únicos rivais, os sistemas a vapor mas com o aparecimento do motor de combustão, os trabalhos nesta área foram abandonados.

Com a crescente aposta na energia na autossustentável começaram-se a desenvolver protótipos sustentados a energia solar como é o exemplo do Militky MB-E1. Desde então foram construídos inúmeros protótipos em competições internacionais ou mesmo por empresas internacionais que começaram a investir imenso em aeronaves elétricas. Já no novo milénio foram lançados três modelos de grande relevância na área:

• O Helios uma aeronave solar não tripulada lançada pela NASA; • O projeto Solar Impulse, um avião solar tripulado de grandes dimensões, capaz de voar

cerca de 26 horas seguidas, que está a realizar, em 2015, uma volta ao mundo; • O Airbus E-Fan, um avião elétrico com capacidade para 4 passageiros e com uma

autonomia para 3 horas.

Fig. 21 – North-American X-15

Fig. 22 – Solar Impulse

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VTOL (Vertical Take-off and Landing)

Desde sempre se verificou utilidade de uma aeronave ser capaz de descolar e aterrar na vertical. Existem três tipos de aeronaves VTOL:

• Tiltrotor que consiste na existência de propulsores nas pontas das asas que giram. • Tiltwing que consiste na rotação de propulsores colocados ao longo da asa. • Jetlifting que consiste na colocação de um motor a jato para descolar o avião na vertical.

Uma das primeiras aeronaves de asas fixas capaz de tal proeza foi, em 1957, o britânico Short SC.1, usando jetlifting, que contava com quatro motores verticais e um horizontal. Também os norte-americanos investiram neste tipo de veículos experimentais durante os anos 1950. O conceito de tiltrotor também foi evoluindo com o aparecimento do veículo Bell XV-3 e XV-15, conseguindo este último demonstrar várias vantagens em relação ao helicóptero pois conseguiu atingir a velocidade de 550 km/h. Através das experiências realizadas nestes dois modelos foi possível a criação do Bell Boeing V-22 Osprey que é muito utilizado pelo exército dos EUA. Nos anos 1960, o tiltwing foi bastante ponderado com modelos como LTV XC-142 ou o Canadair CL-84, mas estiveram sempre envoltos em controvérsia, assim as empresas foram deixando de os fabricar, até que recentemente se iniciou o projeto Bell V-280, para substituir o Bell Boeing V-22 Osprey do exército americano.

Fig. 23 – Short SC.1 Fig. 24 – LTV XC-142

Fig. 25 – Bell Boeing V-22 Osprey Fig. 26 – XV-15

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Conclusão De facto, os veículos aéreos confirmam a capacidade do Homem em superar-se dia após

dia, sendo uma excelente mais-valia em todas as áreas. Efetivamente, existem muitos veículos distintos capazes de executar tarefas semelhantes ou totalmente diferentes, desde transporte de passageiros e cargas, a mapeamento, a recolha de informações, entre tantas outras já mencionadas.

Neste trabalho foi explicado detalhadamente as características de cada aeronave e os seus vários tipos de utilidades. Foi notório ao longo deste trabalho que as diferenças entre os tipos de aeronaves estudados são de extrema importância uma vez que são estas diferenças que tornam as capacidades e características de cada aeronave únicas e completamente necessárias.

Em suma, conclui-se que esta enorme variedade e o desenvolvimento de diferentes caraterísticas específicas representam um grande marco na história da Humanidade, pois existem, hoje em dia, diferentes tipos de veículos capazes de executar o mais vasto leque de atividades de uma maneira bastante mais eficiente e eficaz do que se apenas existisse uma aeronave para realizar todas as tarefas.

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Fig. 23 - Short SC.1, http://www.airliners.net/photo/Shorts/Short-SC-1/1802045/L/, 15 de Março de 2015

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