Volume 7 - Número ISSN

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Volume 7 - Número 1 – 2015

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Revista Eletrônica AeroDesign Magazine - Volume 7 - nº 1 - 2015 - ISSN - 2177-5907 Seção – Artigos Técnicos

1 Revista Eletrônica AeroDesign Magazine

A Revista Eletrônica AeroDesign Magazine é um veículo de divulgação do site EngBrasil e do Núcleo de Estudos Aeronáuticos, com publicação anual.

Além dos trabalhos de produção científica de autoria do Prof. Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues, de estudantes sob sua orientação e de professores e estudantes de diversas instituições de ensino, faz divulgação de artigos técnicos, cursos, documentos, eventos e entrevistas de interesse acadêmico sobre aspectos relacionados diretamente com o desenvolvimento da engenharia aeronáutica.

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ISSN - 2177-5907 Vol. 7, nº 1 (2015) Sumário Editorial Artigos Técnicos

O Funcionamento do Tubo de Pitot e sua Aplicação em Aeronaves Caio de Moraes da Silva - IFSP Campus Salto

Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues - IFSP Campus Salto

Engenharia Semiótica: Um Estudo de Caso para Desenvolver a Interface de um Software Educacional para Projeto de Aeronaves

Isac Menezes Motta Soares - IFSP Campus Salto Edson Murakami - IFSP Campus Salto

Nomenclatura e Características de um Perfil Aerodinâmico Utilizado para a Produção de Aeronaves

Patrícia Fernanda da Silva - IFSP Campus Salto

O Estudo do Estol e suas Características no Projeto Aerodinâmico de Aeronaves Victor Dias dos Santos - IFSP Campus Salto

Apresentações Airbus A380

Larissa Carvalho Dantas - IFSP Campus Salto

AMX

Rafael Uzilin Francisco - IFSP Campus Salto

Boeing 737

Valdenir Alves de Sousa - IFSP Campus Salto

Antonov An-225

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3 EDITORIAL

O volume sete, número um do ano de 2015 da Revista Eletrônica AeroDesign Magazine, pretende compartilhar com a comunidade acadêmica, uma coletânea de textos que apresenta uma análise científica de variados temas atuais da engenharia aeronáutica.

Nesse volume sob a orientação do Prof. Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues são apresentados artigos técnicos de autoria dos estudantes do curso de Tecnologia em Gestão da Produção Industrial do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – Campus Salto, todos integrantes da Equipe Taperá de AeroDesign, além de apresentações sobre algumas aeronaves clássicas.

Dentre os artigos apresentados estão:

O Funcionamento do Tubo de Pitot e sua Aplicação em Aeronaves, desenvolvido pelo estudante do curso técnico em automação industrial, Caio de Moraes da Silva;

Engenharia Semiótica: Um Estudo de Caso para Desenvolver a Interface de um Software Educacional para Projeto de Aeronaves, desenvolvido pelo estudante do curso de tecnologia e análise e desenvolvimento de sistemas, Isac Menezes Motta Soares sob a orientação do Professor Edson Murakami.

Nomenclatura e Características de um Perfil Aerodinâmico Utilizado para a Produção de Aeronaves, desenvolvido pela estudante Patrícia Fernanda da Silva;

O Estudo do Estol e suas Características no Projeto Aerodinâmico de Aeronaves, desenvolvido pelo estudante do curso técnico em automação industrial, Victor Dias dos Santos;

Além dos artigos técnicos, a seção apresentações mostra trabalhos que contemplam as seguintes aeronaves: Airbus A380, AMX, Boeing 737 e Antonov An-225.

A coletânea apresenta os resultados das pesquisas científicas realizadas pelo Prof. Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues, juntamente com colegas e alunos integrantes da Equipe Taperá de AeroDesign que, nesta parceria, legitimam a relevância dos movimentos de integração acadêmica para o desenvolvimento científico.

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5 O Funcionamento do Tubo de Pitot e sua Aplicação em Aeronaves

Caio da Moraes da Silva Instituto Federal de São Paulo (IFSP)

caioms13@gmail.com

Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues Instituto Federal de São Paulo (IFSP)

luizaerodesign@gmail.com

Resumo

O Presente artigo tem como objetivo mostrar o funcionamento do Tubo de Pitot e a sua aplicação em aeronaves. O tubo de Pitot representa um sensor de pressão que possibilita o funcionamento do velocímetro nas aeronaves, a origem de seu nome vem de seu inventor, o engenheiro francês, Henri Pitot. Sua instalação geralmente é realizada sob a asa ou no nariz das aeronaves.

1 - Fundamentação Teórica

O tubo de Pitot deve ser instalado paralelamente ao vento relativo, contendo um orifício voltado para o fluxo de ar que capta a pressão total resultante da velocidade da aeronave e um orifício geralmente perpendicular ao vento relativo que capta a pressão estática atuante, [1]. Esses orifícios se comunicam com o interior de uma cápsula aneróide instalada no velocímetro da aeronave, e, quando a aeronave está parada em solo e não há vento relativo, a pressão que entra pelo orifício do Pitot é somente a pressão estática, e, nessa situação a cápsula aneróide permanece em uma posição neutra e a velocidade indicada é zero. Quando a aeronave se desloca na massa de ar, o orifício voltado para o fluxo de ar passa a captar a pressão total resultante da velocidade e esta pressão quando subtraída da pressão estática, fornece a pressão dinâmica atuante que faz a cápsula aneróide se expandir. O movimento de expansão da cápsula é transmitido aos ponteiros do velocímetro por hastes e engrenagens, o que faz o mesmo se movimentar, indicando ao piloto a velocidade da aeronave. As Figuras 1 e 2 apresentadas a seguir mostram o princípio de funcionamento do tubo de Pitot e como esse sistema permite o funcionamento do velocímetro nas aeronaves.

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Figura 1 – Funcionamento do tubo de Pitot, [2].

Figura 2 – Funcionamento do velocímetro (analógico e digital), [2].

O tubo de Pitot é um instrumento muito simples, sem peças móveis, mesmo assim pode sofrer problemas, quase todos relacionados com a sua obstrução. O problema de obstrução por água pode ser resolvido facilmente com a instalação de drenos adequados não só no tubo, mas também na linha. Os maiores problemas de obstrução são ocasionados pelo gelo, que pode se formar rapidamente, especialmente em formações de nuvens cumuliformes.

Para evitar o gelo, os tubos de Pitot são geralmente equipados com um sistema de aquecimento, do tipo resistência elétrica, [1]. Entretanto, o aquecimento do tubo também tem um limite de eficiência e pode não ser suficiente para todas as situações de formação de gelo como por exemplo a presença de água em estado de sobrefusão nas nuvens, que podem tornar inúteis os melhores sistemas de aquecimento empregados.

Outros problemas de obstrução podem ser causados por insetos e outros objetos externos, quando a aeronave está no solo. Para minimizar o problema, é necessário proteger os tubos com uma capa. O uso da capa, no entanto, exige alguns cuidados, pois a mesma, obviamente, deve ser removida antes do voo e não pode ser colocada no tubo ainda quente, pois pode se fundir e aderir no mesmo.

A obstrução do tubo de Pitot pode ter efeitos muito mais graves que a simples falta de indicação de velocidade. Os sistemas de automação e de alerta das aeronaves dependem de parâmetros corretos de velocidade para funcionar. Se os parâmetros de velocidade deixam de ter validade, o piloto automático

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deixa de funcionar corretamente, os sistemas eletrônicos de gerenciamento de voo passam a fornecer informações díspares e os sistemas de alarme ficam confusos, sendo comum que ocorram, por exemplo, alarmes de estol e de alta velocidade simultâneos.

Caso o sistema eletrônico não se desconecte sozinho, os pilotos devem desconectá-lo e passar a voar a aeronave manualmente. Nesse caso, o piloto ainda tem condições de voar a aeronave, pilotando por atitude, simplesmente olhando para o horizonte natural da Terra, ou para o indicador de atitude, e ignorar os alarmes falsos.

Como citado, o velocímetro das aeronaves mostra ao piloto a velocidade indicada, sendo um instrumento calibrado para erros de instrumento e de posicionamento dos pontos de captação da pressão estática. Sua calibragem é realizada para condições de pressão e densidade do ar ajustadas na atmosfera padrão ao nível do mar e, basicamente, as velocidades indicada e calibrada da aeronave possuem valores muito próximos independente da altitude.

2 - Metodologia

O princípio matemático de funcionamento do tubo de Pitot, se fundamenta na equação de Bernoulli, e, para um escoamento incompressível que ocorre em aeronaves que se deslocam com velocidades inferiores a Mach 0,30, a pressão total é igual a soma da pressão estática com a pressão dinâmica, portanto:

𝑃₀ = 𝑃_𝑒+ 𝑃_𝑑 (1)

Onde P0 representa a pressão total, Pe a pressão estática e Pd a pressão dinâmica definida por

1 2

⁄ ∙ 𝜌 ∙ 𝑉2, assim, a Equação (1) pode ser reescrita do seguinte modo:

𝑃_𝑒+1

2∙ 𝜌 ∙ 𝑉 2 _{= 𝑃}

0 (2)

Isolando-se a velocidade na Equação (2), e considerando a densidade do ar com seu valor obtido para o nível do mar, obtém-se uma expressão para a determinação da velocidade equivalente da aeronave, assim:

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𝑉_𝐸 = √2∙(𝑃0_𝜌−𝑃𝑒)ℎ𝐺

𝑆𝐿 (3)

Para o voo realizado com velocidade inferior a Mach 0,30 e altitudes inferiores a 3048m (10000ft), a velocidade equivalente de uma aeronave é muito próxima das velocidades calibrada e indicada, e, portanto, a VE representa a velocidade indicada e visível ao piloto no mostrador do

velocímetro.

3 - Conclusões

O presente artigo procurou apresentar sucintamente o funcionamento do Tubo de Pitot, e qual a sua finalidade na indústria aeronáutica. Ele é o instrumento que permite o funcionamento do velocímetro de uma aeronave, sendo o velocímetro digital ou analógico. O aquecedor do tubo deve estar funcionando durante o voo para que não tenha perigo de formação de gelo nas tomadas de pressão. Deve-se fazer a manutenção regularmente e sempre verificar antes do voo se o tubo de Pitot está em condições operacionais e desobstruído, pois sem ele, não há indicação de velocidade, sendo possível a ocorrência de um grave acidente.

4 - Referências

[1] KERMODE, A.C., BARNARD, R.H., Mechanics of Flight, Prentice Hall:1972.

[2] Cultura Aeronáutica. Disponível em < http://culturaaeronautica.blogspot.com.br/2011/04/tubo-de-pitot-como-funciona.html > Acesso em: 24 maio 2014.

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9 Engenharia Semiótica: Um Estudo de Caso para Desenvolver a Interface de um

Software Educacional para Projeto de Aeronaves

Isac Menezes Motta Soares Instituto Federal de São Paulo (IFSP)

mmsoaresisac@gmail.com

Edson Murakami

Instituto Federal de São Paulo (IFSP)

murakami.edson@gmail.com

1 - Introdução

A competição SAE-AeroDesign ocorre no Brasil desde 1999 (SAE-AERODESIGN, 2012), essa competição tem como objetivo contribuir para a formação de futuros profissionais da mobilidade (RODRIGUES, 2012).

O IFSP – Salto começou a participar da competição em 2009 com a equipe Taperá. Desde o início das atividades, os integrantes da equipe sentiram a necessidade da utilização de softwares de apoio aos cálculos necessários para o projeto de suas aeronaves. Nesse contexto, foi iniciado, em projetos anteriores, o desenvolvimento de um software próprio para esse propósito construído por módulos. Este software foi denominado Taperá AeroDesign Software, TAS.

Grande parte dos alunos que participam de projetos como esse não tem conhecimento inicial sobre o assunto, que exige um estudo detalhado dos conceitos e da teoria aeronáutica. Além disso, existem poucas ferramentas livres, algumas descontinuadas ou de difícil utilização. As completas, na sua maioria, são proprietárias e destinadas a profissionais com conhecimento aeronáutico avançado. Percebeu-se então, a necessidade que o TAS deveria possuir uma interface prática e intuitiva, que pudesse conduzir o aluno iniciante pelas etapas de desenvolvimento do projeto de aeronaves. Neste contexto, foi iniciado um estudo sobre engenharia semiótica ancorada em IHC para melhorar a interface do TAS.

IHC (Interação Homem-Computador) ou HCI (Human Computer Interation) é a disciplina preocupada com o design, avaliação e implementação de sistemas computacionais interativos para uso humano e com o estudo dos principais fenômenos ao redor deles (BARANAUSKAS & ROCHA, 2003). Partindo do princípio de que os usuários do TAS são alunos em fase de aprendizagem, a engenharia semiótica representa uma ferramenta epistêmica de grande auxílio, pois possui um ponto de vista baseado na visão e experiência do usuário ao interagir com o sistema.

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A engenharia semiótica considera a interface como uma mensagem para o usuário:

“Esta é a minha interpretação sobre quem você é, o que eu entendi que você quer ou precisa

fazer, de que formas prefere fazê-lo e por quê. Eis, portanto, o sistema que consequentemente concebi

para você, o qual você pode ou deve usar assim, a fim de realizar uma série de objetivos associados com esta (minha) visão.” (DE SOUZA, 2005, p. 84, grifos nossos)

Essa mensagem sendo transmitida pela interface é indireta, pois o usuário deve compreendê-la à medida que interage com o sistema (PRATES & BARBOSA, 2007). Então a engenharia semiótica permite uma maior reflexão do projetista sobre a facilidade de uso e aprendizagem, levando em consideração o tempo e esforço cognitivo que o usuário deve aplicar em sua interação.

Através dos estudos dos livros Introdução à Teoria e Prática da Interação Humano-Computador Fundamentada na Engenharia Semiótica (PRATES & BARBOSA, 2007), Avaliação de Métodos de Desenvolvimento de Aplicações Web (BIANCHINI & MALDONADO, 2008), Fundamentos da Engenharia Aeronáutica Aplicações ao projeto SAE-AeroDesign (RODRIGUES, 2012) e pesquisas realizadas sobre métodos avaliativos de engenharia semiótica que atendessem os requisitos de experiência e recursos disponíveis, foram identificados os métodos de projeção, avaliação e as características que tal interface precisaria ter para ser completa no ponto de vista dos módulos já finalizados do TAS e atender o perfil de usuário visado.

2 – Materiais e Métodos

Para projetar um design interativo simples, prático e intuitivo, foram necessárias as seguintes atividades:

a. Criar a modelagem de tarefas e interação;

b. Desenvolver designs que atendam às necessidades e requisitos;

c. Avaliar o desenvolvimento segundo o Método de Inspeção Semiótica Intermediado (MISI)

a. Desenvolver a modelagem de tarefas e interação

Para que uma interface consistente seja projetada visando atender de maneira ótima às necessidades e aos objetivos dos usuários, deve-se criar diagramas que explorem as tarefas e metas a serem realizadas em uma interação com o sistema. Nessa atividade foi utilizada a MoLIC (Modelling Language of Interaction as Conversation) ( PRATES & BARBOSA, 2007), por ser uma linguagem própria para uma formulação precisa desses diagramas. A MoLIC foi escolhida pelo seu reconhecimento

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amplo e difundido por pesquisadores de engenharia semiótica. Além de ser recomendada por grupos renomados, como o SERG (Semiotic Engineering Research Group), possui amplo suporte e ferramentas livres, como o MoLIC Designer (Disponível em: <https://code.google.com/p/molic-designer/>. Acesso em: dez. 2013) produzido pela Google.

b. Desenvolver designs que atendam as necessidades e requisitos

Partindo dos diagramas criados, foram projetados designs que atendessem as necessidades dos usuários. Os requisitos se basearam no perfil de iniciantes no projeto de aeronaves de forma que não fosse apenas simples, de acordo com a proposta inicial do projeto, mas também oferecesse recursos para a aprendizagem, como proposto pelo método intermediado de inspeção semiótica descrito a seguir.

c. Avaliar o desenvolvimento segundo o Método de Inspeção Semiótica Intermediado (MISI) Os métodos de avaliação semiótica representam um ponto chave para a qualificação do design projetado e, através deles, é possível avaliar o nível da comunicabilidade da interface com o usuário. São variados e cada um possui pontos fortes e fracos, que, dependendo do contexto, podem ser mais ou menos relevantes. A escolha pelo MISI foi dada pelo seu contexto de uso que é baseado em domínios educacionais, colocando em relevância não apenas a visão do usuário direto, mas também a visão dos educadores envolvidos. O MISI tem por objetivo permitir a apreciação de um sistema educacional por um usuário indireto – no caso, o professor (OLIVEIRA, LUZ & PRATES, 2008).

3 - Tecnologias

A interface foi desenvolvida com o intuito de reduzir ao máximo o esforço cognitivo do usuário na interação com a mesma. Para isso a interface compreende em que etapa da projeção o usuário se encontra, criando e eliminando dinamicamente componentes pertencente à etapa atual e anterior, respectivamente, ao invés de apenas mostrar e esconder.

A principal tecnologia usada para alcançar esse objetivo foi JavaServer Faces, gerando os componentes htmls necessários para a exibição na interface. Para uma maior gama de ferramentas em renderização dinâmica, PrimeFaces foi selecionado como framework, suavisando a troca de componentes, por animações, de forma que o usuário não se perca sem entender o que aconteceu ou para onde ele está sendo guiado, já que isso acontece automaticamente assim que um passo da etapa de projeção é encerrada.

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Figura 1 – Final da primeira fase (estudo dos componentes).

Figura 2 – Início da segunda fase (capacidade de voo), inicializada automaticamente após a escolha dos componentes a serem usados na projeção.

4 - Conclusões

A princípio foram considerados o Método de Avaliação de Comunicabilidade e Método de Inspeção Semiótica. Tais métodos foram julgados com baixa adequação ao contexto por requererem custos elevados e especialização em engenharia semiótica.

Partindo de estudos de revisão sistemática para pesquisas exploratórias mais refinadas e consistentes, encontrou-se um método específico para o contexto de domínio educacional, o Método de Inspeção Semiótica Intermediado (MISI). Um projeto pode ser desenvolvido e avaliado por estudantes, obtendo os resultados previstos pela semiótica, e que resulte não apenas em uma usabilidade prática para os usuários iniciantes em projetos de aeronaves, mas também permita incluir a visão dos educadores envolvidos. Essa segunda característica inclui novas utilidades ao sistema, servindo tanto para apoio à

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prática de construção de aeronaves, quanto como uma ferramenta educativa para alunos não envolvidos no projeto. Dessa forma, abre-se espaço para novos alunos experimentarem como é parte do processo da projeção de aeronaves, mesmo que ainda não possuam nenhum conhecimento na área.

[1] RODRIGUES, L. E. M. J. Fundamentos da Engenharia Aeronáutica, aplicações ao Projeto SAE-AeroDesign. Disponível em: <http://www.engbrasil.eng.br/index_arquivos/ Page739.htm>, acessado em julho/2013.

[2] BARANAUSKAS, M. C. C.; ROCHA, H. V.; Design e Avaliação de Interfaces Humano-Computador. Campinas: Unicamp, 2003.

[3] DE SOUZA, C. S. The Semiotic Engineering of Human Computer Interaction. Cambridge, MA: The MIT Press, 2005.

[4] PRATES, R.O.; BARBOSA, S.D.J. Introdução à Teoria e Prática da Interação Humano Computador fundamentada na Engenharia Semiótica. In KOWALTOWSKI, T. & BREITMAN, K. (orgs.) Atualizações em Informática 2007. XXVII Congresso da Sociedade Brasileira de Computação. Jornadas de Atualização em Informática (JAI). JAI/SBC, 2007.

[5] BIANCHINI, S. L.; MALDONADO, J. C. Avaliação de métodos de desenvolvimento de aplicações Web. São Paulo: USP, 2008.

[6] OLIVEIRA, E. R.; LUZ, L. C. S.; PRATES, R. O. Aplicação Semi-Estruturada do Método de Inspeção Semiótica: Estudo de Caso para o Domínio Educacional. Belo Horizonte: UFMG, 2008.

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14 Nomenclatura e Características de um Perfil Aerodinâmico Utilizado

para a Produção de Aeronaves

Patrícia Fernanda da Silva Instituto Federal de São Paulo (IFSP)

p.fernanda.silva@hotmail.com.br

Resumo

A aerodinâmica é o estudo do movimento de fluidos gasosos, relativo às suas propriedades e características, e às forças que exercem em corpos sólidos neles imersos, [2]. De uma forma geral a aerodinâmica, como ciência específica, só passou a ganhar importância industrial com o surgimento dos aviões e dos automóveis pois estes precisavam se locomover tendo o menor atrito possível com o ar pois assim seriam mais rápidos e gastariam menos combustível. O estudo de perfis aerodinâmicos, ou aerofólios, provocou um grande salto no estudo da aerodinâmica, e, o presente artigo tem como objetivo principal realizar uma descrição de um perfil aerodinâmico e mostrar sua grande importância no projeto de uma aeronave.

Um perfil aerodinâmico é uma superfície projetada com a finalidade de se obter uma reação aerodinâmica a partir do escoamento do fluido ao seu redor, [1]. Os termos aerofólio ou perfil aerodinâmico são empregados como nomenclatura dessa superfície. A Figura 1 mostra um perfil aerodinâmico típico e suas principais características geométricas.

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A linha de arqueamento média representa a linha que define o ponto médio entre todos os pontos que formam as superfícies superior e inferior do perfil.

A linha da corda representa a linha reta que une os pontos inicial e final da linha de arqueamento média. A espessura representa a altura do perfil medida perpendicularmente à linha da corda.

A razão entre a máxima espessura do perfil e o comprimento da corda é chamada de razão de espessura do perfil.

O arqueamento representa a máxima distância que existe entre a linha de arqueamento média e a linha da corda do perfil.

Ângulo de ataque: O ângulo de ataque é o termo utilizado para definir o ângulo formado entre a linha de corda do perfil e a direção do vento relativo. O aumento do ângulo de ataque proporciona um aumento da força de sustentação até um determinado ponto no qual este diminui bruscamente. Este ponto é chamado de estol. Normalmente o ângulo de ataque deve ser em torno de 15° para a maioria dos perfis, mas em alguns casos pode variar de 20° até 45° com a utilização de dispositivos hipersustentadores. Ângulo de incidência: O ângulo de incidência pode ser definido como o ângulo formado entre a corda do perfil e um eixo horizontal de referência. O ângulo de incidência geralmente é da ordem de 5º na maioria das aeronaves sendo utilizado durante a montagem da estrutura da asa na fuselagem durante a fabrica;ao da aeronave.

2 - Seleção de um Perfil Aerodinâmico

A seleção de um perfil a ser utilizado para fabricação de uma asa é influenciado por uma série de fatores que são necessários para o desempenho da aeronave, dentre eles, podem se citar:

a) influência do número de Reynolds; b) características aerodinâmicas do perfil; c) dimensões do perfil;

d) escoamento sobre o perfil;

e) velocidades de operação desejada para a aeronave; f) eficiência aerodinâmica do perfil;

g) limitações operacionais da aeronave

Todo perfil tem características próprias que dependem da forma geométrica, das suas dimensões, do arqueamento, da espessura e do raio do bordo de ataque, [1]. As principais características aerodinâmicas de um perfil são o coeficiente de sustentação, o coeficiente de arrasto, o coeficiente de momento, a posição do centro aerodinâmico e a sua eficiência aerodinâmica.

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O coeficiente de sustentação é determinado a partir de ensaios em túnel de vento ou em softwares específicos que simulam um túnel de vento e, representa a eficiência do perfil em gerar força de sustentação.

O coeficiente de arrasto representa a medida da eficiência do perfil em gerar a força de arrasto, ou seja, enquanto maiores coeficientes de sustentação são requeridos para um perfil ser eficiente, menores coeficientes de arrasto devem ser obtidos. As figuras 2 e 3 mostram as curvas e características para um perfil aerodinâmico.

Figura 2 – Curvas características do coeficiente de sustentação e do coeficiente de arrasto em função do ângulo de ataque para um perfil aerodinâmico, [2].

Figura 3 – Curvas características da eficiência aerodinâmica e do coeficiente de momento em função do ângulo de ataque para um perfil aerodinâmico, [2].

Essas curvas possuem uma forma genérica para qualquer tipo de perfil analisado, obviamente que seus parâmetros podem variar de acordo com a forma do perfil.

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3 - Relação Perfil/Asa

A Figura 4 ilustra os principais elementos geométricos que formam um perfil aerodinâmico e uma asa com envergadura finita.

Figura 4 – Nomenclatura fundamental do perfil e da asa, [2].

Extradorso: representa a parte superior do perfil; Intradorso: representa a parte inferior do perfil;

Corda: é a linha reta que une o bordo de ataque ao bordo de fuga do perfil aerodinâmico; Envergadura: representa a distância entre a ponta das asas;

Área da asa: representa toda a área em planta, inclusive a porção compreendida pela fuselagem.

4 - Conclusões

O presente artigo retrata de modo simplificado a definição da aerodinâmica dos aerofólios e sua grande importância na funcionalidade de aeronave. Após a pesquisa para a confecção do artigo, conclui-se que para a fabricação de um avião, o conhecimento teórico dos princípios físicos é esconclui-sencial para que a aerodinâmica esteja em perfeita condição para um bom desempenho da aeronave em projeto. Além de trazer o benefício de contribuir significativamente de um voo seguro estável.

[1] ANDERSON, JOHN. D. Introduction to Flight. 3ª Ed, McGraw-Hill, Inc. New York 1989.

[2] RODRIGUES, Luiz Eduardo Miranda José. Fundamentos da engenharia Aeronáutica. 1 ed, São Paulo: Cengage Learning, 2013.

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18 O Estudo do Estol e suas Características no Projeto

Aerodinâmico de Aeronaves

Victor Dias dos Santos

Instituto Federal de São Paulo (IFSP)

victor19979@gmail.com

Resumo

Este artigo apresenta de maneira simples as características do estol em projetos aerodinâmicos, abordando conceitos como velocidade de estol, possíveis meios de evitá-lo nas aeronaves, e fatores para a obtenção de um melhor desempenho durante o voo.

O estudo do estol representa um elemento de extrema importância para o projeto de um avião, uma vez que proporciona a determinação de parâmetros importantes de desempenho, como por exemplo, a mínima velocidade da aeronave e a determinação dos comprimentos de pista necessários ao pouso e decolagem.

O estol é provocado pelo descolamento do escoamento na superfície superior da asa, esse descolamento é devido a um gradiente adverso de pressão que possui a tendência de fazer com que a camada limite se desprenda no extradorso da asa. Conforme o ângulo de ataque aumenta, o gradiente de pressão adverso também aumenta, e para um determinado valor de , ocorre a separação do escoamento no extradorso da asa de maneira repentina, [1]. Quando o descolamento ocorre, o coeficiente de sustentação decresce drasticamente e o coeficiente de arrasto aumenta rapidamente. A Figura 1 apresentada a seguir mostra a curva característica CL versus  para uma asa qualquer, onde são

apresentados dois pontos principais. No ponto A verifica-se o escoamento completamente colado ao perfil e, no ponto B nota-se o escoamento separado, indicando assim, uma condição de estol.

Na curva apresentada, pode-se notar que toda asa possui um coeficiente de sustentação máximo denotado por CLmáx e um correspondente ângulo de ataque denominado ângulo de estol.

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Figura 1 – Representação do estol, [3].

Como citado, o estol é um parâmetro de muita importância para se definir certas qualidades de desempenho da aeronave. A primeira qualidade a ser observada e definida é a determinação da velocidade de estol, que representa a mínima velocidade com a qual é possível se manter o voo reto e nivelado da aeronave. Essa velocidade pode ser calculada a partir da equação fundamental da sustentação e escrita da seguinte forma. Lmáx estol C S L v    =  2 (1)

De forma a se manter o voo reto e nivelado de uma aeronave, a força de sustentação (L) deve ser igual ao peso (W), portanto, a Equação (1) pode ser escrita da seguinte forma.

Lmáx estol C S W v    =  2 (2)

Para se obter boas qualidades de desempenho de uma aeronave, é desejável que se obtenha o menor valor possível para a velocidade de estol, pois dessa forma, o avião conseguirá se sustentar no ar com uma velocidade baixa, além de necessitar de um menor comprimento de pista tanto para decolar como para pousar.

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Avaliando-se as variáveis presentes na Equação (2), nota-se que um aumento do peso contribui de maneira negativa para a redução da velocidade de estol. Como o peso contribui de forma negativa para a redução da velocidade de estol, uma forma de se otimizar o resultado da Equação (2) é trabalhar com as variáveis que se encontram no denominador da função, [2].

Dentre essas, a densidade do ar também contribui de forma negativa, pois seu valor torna-se cada vez menor conforme a altitude aumenta, e, assim, a minimização da velocidade de estol passa a ser dependente somente dos aumentos da área da asa e do coeficiente de sustentação máximo.

O aumento da área da asa de forma excessiva pode piorar em muito o desempenho da aeronave, pois da mesma forma que aumenta o valor da força de sustentação gerada, também proporciona um aumento na força de arrasto, portanto, conclui-se que o parâmetro mais eficiente para se reduzir à velocidade de estol é utilizar um valor de CLmáx tão grande quanto possível, e isso recai na escolha

adequada do perfil aerodinâmico da asa.

2 – Características do Estol

A proximidade do estol é facilmente identificada por um piloto durante o voo, pois em elevados ângulos de ataque, o escoamento turbilhonado da asa geralmente atinge o estabilizador horizontal produzindo uma vibração característica na aeronave chamada de vibração pré estol. Quando o estol ocorre, a tendência natural de um avião é baixar o nariz, isto ocorre devido devido à redução da força de sustentação negativa no estabilizador horizontal que existia antes da ocorrência do estol e mantinha a aeronave em alto ângulo de ataque,[1].

Para a recuperação do voo quando ocorre o estol, o piloto deve empurrar o manche de modo que a aeronave entre em voo de mergulho e após atingir uma determinada velocidade de segurança a recuperação do voo reto e nivelado é realizada lentamente com o deslocamento do manche para trás no sentido de nivelar a aeronave.

A forma como o estol se propaga ao longo da envergadura de uma asa depende da forma geométrica escolhida e representa um elemento importante para a determinação da localização das superfícies de controle (ailerons) e dispositivos hipersustentadores (flapes).

Em uma asa trapezoidal, o ponto do primeiro estol ocorre em uma região localizada entre o centro e a ponta da asa, e sua propagação ocorre no sentido da ponta da asa. Esta situação é muito indesejada, pois uma perda de sustentação nesta região é extremamente prejudicial para a capacidade de rolamento da aeronave uma vez que os ailerons geralmente se encontram localizados na ponta da asa.

Para o caso de uma asa com forma geométrica retangular, a região do primeiro estol ocorre bem próximo à raiz da asa, e, dessa forma, a região mais próxima da ponta continua em uma situação livre do

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estol, permitindo a recuperação do voo da aeronave fazendo-se uso dos ailerons que se encontram em uma situação de operação normal.

A grande maioria das aeronaves possui asa afilada, e algumas das soluções utilizadas para se evitar o estol de ponta de asa são: a aplicação da torção geométrica, onde as seções mais próximas à ponta da asa possuem um ângulo de incidência menor quando comparadas às seções mais internas e a utilização de eslotes, que transferem o estol para a raiz da asa.

3 - Conclusões

Pode ser concluído que o estol ocorre de maneiras diferentes de acordo com as características da aeronave, onde é possível identificar, através de uma equação matemática, denominada velocidade de estol, qual a mínima velocidade em que se consegue manter uma aeronave em voo reto e nivelado.

[1] ANDERSON, JOHN, D. Aircraft performance and design, McGraw-Hill, New York, 1999. [2] ANDERSON, JOHN, D. Introduction to fligth, McGraw-Hill, New York, 1989.

[3] RODRIGUES, LEMJ. Fundamentos da engenharia Aeronáutica. 1 ed, São Paulo: Cengage Learning, 2013.

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45 Sobre a Revista

ISSN - 2177-5907 Contato Principal

Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues Editor Científico

E-mail: luizaerodesign@gmail.com

Editor

Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues

Conselho Editorial

Prof. Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues

Engenheiro, Professor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo - Campus Salto, Orientador da Equipe Taperá AeroDesign.

Administrador do Portal

Capa e Design

Foco e Escopo

A Revista Eletrônica AeroDesign Magazine dedicar-se-á a publicação de artigos científicos diretamente relacionados ao desenvolvimento da engenharia aeronáutica. Haverá três âmbitos de abrangência: disciplinar, interdisciplinar e transdisciplinar.

Os artigos serão submetidos à Comissão Avaliadora e sua revisão final caberá ao Conselho Editorial.

Editorial

Esta seção visa apresentar as matrizes epistemológicas que orientam a revista a partir da proposta de interlocução entre diferentes áreas do conhecimento mediante sua interface com a ciência aeronáutica.

Entrevistas

O objetivo principal desta seção corresponde à publicação de entrevistas relacionadas as experiências vividas na engenharia aeronáutica.

Periodicidade

Publicação anual no mês de dezembro.

Arquivamento

Esta revista utiliza arquivos permanentes para preservação e restauração.

Revista Eletrônica AeroDesign Magazine

A Revista Eletrônica AeroDesign Magazine abrange temáticas relevantes à teoria e prática da ciência aeronáutica. Destaca-se seu compromisso com a contemporaneidade e a velocidade das informações em uma rede universal de interação comunicativa.

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Declaração de Direito Autoral

Direitos Autorais para artigos publicados nesta revista são do autor, com direitos de primeira publicação para a revista. Em virtude da política adotada pela revista, o acesso é público, gratuito e os trabalhos pesquisados e entregues para a publicação são de responsabilidade de seus autores e representam o seu ponto de vista. Ficam reservados os direitos à propriedade intelectual do autor.

Política de Privacidade

Os nomes e endereços de e-mail neste site serão usados exclusivamente para os propósitos da revista, não estando disponíveis para outros fins.

Histórico da Revista

A Revista Eletrônica AeroDesign Magazine apresentou em 2009 sua primeira edição com o Volume 1, nº 1. Trata-se de uma revista virtual dedicada para o desenvolvimento da engenharia aeronáutica. A revista foi elaborada pela coletânea de produções científicas de professores e estudantes que se dedicam ao projeto de aeronaves e ao desenvolvimento da engenharia aeronáutica no Brasil.

O objetivo da Revista Eletrônica AeroDesign Magazine é um só: possibilitar a difusão e a democratização do conhecimento científico. Para tanto, em 2009, foi criado um sítio na Internet para permitir ampla acessibilidade, a tantos quantos necessitassem e/ou desejassem obter o conteúdo do periódico no site http://www.engbrasil.eng.br, onde se passou a depositar o arquivo completo das edições da revista em formato pdf.

O Conselho Editorial é responsável pelo desenvolvimento e acompanhamento das políticas e critérios de qualidade científica da revista, e a avaliação dos trabalhos enviados para análise e publicação, incumbido da verificação da linha editorial e da proposição de políticas e critérios de qualidade científica do periódico.

O nascimento de uma Revista Eletrônica é, sem dúvida, motivo de orgulho e comemoração, até porque “livros não mudam o mundo, quem muda o mundo são as pessoas. Os livros só mudam as pessoas”. A Revista Eletrônica AeroDesign Magazine permanecerá para sempre, imune ao tempo, consolidando o saber e refletindo as funções que das pessoas que se dedicam ao estudo da engenharia aeronáutica se esperam, quais sejam, o ensino, a pesquisa e a extensão.

Prof. Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues

Ficha Catalográfica

Revista Eletrônica AeroDesign Magazine – RODRIGUES, LEMJ Ano 1, v.1, n.1 (2009). Santana de Parnaíba-SP: www.engbrasil.eng.br ISSN - 2177-5907

Periodicidade Anual

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