quinta-feira, 30 de setembro de 2010

Aeroportos e Aviões: Cruzeiro



Cruzeiro

Etapa do voo de uma aeronave compreendida entre o final da subida e o início da sua descida, ao aeroporto de destino.

Nessa etapa do voo, a velocidade, denominada velocidade de cruzeiro, pode ser escolhida dependendo do que se deseja:

- Cruzeiro a MACH constante;

- Cruzeiro em regime de máximo alcance.

No cruzeiro a MACH constante, como o próprio nome diz, o voo permanece na mesma velocidade, definida pelo número de MACH de cruzeiro. Durante esta etapa, o peso da aeronave diminui e a aeronave passa a necessitar de menos sustentação, assim, para permanecer na mesma velocidade e altitude, o coeficiente de sustentação deve ser diminuído e a aeronave se afasta de região de máxima eficiência em cruzeiro (menor consumo).
No cruzeiro em regime de máximo alcance, dever se maximizada a seguinte relação:

(Cl^(0,5)/Cd)

Nesta etapa, conforme o peso diminui (devido a queima de combustivel), o avião reduz sua velocidade, de modo a manter a relação (Cl^0.5/Cd) ótima em todo o cruzeiro. Geralmente, a velocidade em cruzeiro de máximo alcance é menor que a utilizada por aviões comerciais - que voam em torno de MACH=0.8.

Esta diferença entre a velocidade inicial e a final é chamado SCHEDULE de velocidades.

sexta-feira, 24 de setembro de 2010

Aeroportos e Aviões: Ônibus Espacial





 História

 O projeto de construção de veículos espaciais reutilizáveis remonta a 1975, quando foram feitos os primeiros testes de um protótipo acoplado a um avião Boeing 747 adaptado a testes de vôo a grande altura. O objectivo foi testar a aerodinâmica e a manobrabilidade do Ônibus Espacial.
Foram construídas cinco naves deste tipo, chamadas Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis e Endeavour, que foram usadas em diversas missões no espaço. Destas apenas a Discovery, a Atlantis e a Endeavour ainda existem, já que as outras acabaram destruídas em acidentes que se tornaram tragédias da história da exploração espacial.
Ainda foram construídas mais duas naves, uma chamada Enterprise, usada apenas para testes de aterragem, mas sem capacidade de entrar em órbita, e a outra chamada Pathfinder, um simulador usado para treino dos astronautas.
Ainda devemos citar os dois veículos reutilizáveis da URSS, chamados Buran e Ptichka. Destes apenas o Buran chegou a voar, em 1988, em uma missão não tripulada. Ambas as naves foram desmontadas em novembro de 1995 após o abandono do projeto.
 Estrutura
O ônibus Espacial é constituído por três partes: o veículo reutilizável, um tanque externo e dois foguetes propulsores de combustível sólido. O ônibus Espacial é operado por motores traseiros e 44 mini-jatos de controle de órbita. A descolagem é feita na vertical, auxiliada pelos foguetes e aterra como avião (em uma pista convencional).
O veículo reutilizável possui asas em formato delta largo. É composto por uma estrutura de alumínio, sendo coberto/revestido por uma superfície de isolamento reutilizável , em formas de placas cerâmicas adensadas , cor preto , estas placas resistem aos 2.500 graus celsius da reentrada e são peças únicas projetadas uma à uma , individualmente por computador e coladas manualmente com um adesivo térmico especial ao corpo da espaçonave , em especial no Nariz e Bordos de ataque das asas e leme. O nariz, parte das asas e toda a parte inferior da nave estão cobertos por pequenas peças de cerâmica, a fim de resistir à elevada temperatura gerada através do atrito com a atmosfera quando o veículo regressa à Terra. Estas peças são numeradas, colocadas manualmente, e não existem duas peças iguais. Os 49 foguetes da nave possuem diferentes funções. Entre as principais funções estão a de descolagem, controle de reentrada e controle de rota.
A energia elétrica da nave é fornecida por células de combustível que produzem, como subproduto da operação , água potável , que é aproveitada pela tripulação porém seu excedente é descartado no espaço , saindo imediatamente como gelo quando em sombra ou vaporizando-se se em contato com a luz do Sol no espaço . A parte central da nave possui um compartimento de carga, capaz de levar ao espaço até quatro satélites. Esta estrutura está adaptada a transportar o laboratório Spacelab, assim como seu resgate de volta ao planeta. Um braço mecânico, chamado Remote Manipnulator System, de construção Canadense é operado pelos tripulantes na cabine de controle. Esse sistema é responsável em colocar os carregamentos em operação para fora do ônibus .
A parte frontal da nave possui o alojamento da tripulação e a cabine de comando. Esta área do ônibus espacial é semelhante às cabines dos aviões convencionais, porém, algumas características diferenciam os comandos de vôo espacial e vôo aéreo. A parte anterior do convés têm quatro estações de serviço, como o controle do sistema de manipulação à distância. O compartimento de carga tem seu ar retirado quando é necessário aos astronautas realizarem alguma actividade fora da nave. A entrada dos tripulantes na nave é através de uma escotilha, localizada na frente da nave, no alojamento da tripulação.
O tanque externo possui os mesmos propelentes utilizados pelos propulsores principais. Sua estrutura externa protege três tanques internos. Na parte frontal, um tanque contém oxigênio líquido sob pressão. Outro tanque interno contém a maioria dos equipamentos electrônicos, e um tanque traseiro comporta hidrogênio líquido sob pressão. As paredes do tanque externo são formadas por uma liga de alumínio, com 5,23 centímetros de espessura. Os propelentes são liberados para os sistemas principais de propulsão da nave, através da pressão do gás libertado pela própria combustão. Tal procedimento é feito de forma controlada.
Os 2 foguetes propulsores principais , dispostos lateralmente ao tanque fornecem a maior parte do impulso de lançamento. O propulsor é formado por quatro unidades tubulares de aço. Na parte frontal do foguete há uma cápsula em forma de ogiva que contém 4 pára-quedas, que são acionados em dois estágios para que ele caia no mar sem ser danificado para que possa ser reutilizado. A parte inferior do foguete tem um bico dirigível. O propulsor também é formado por oito pequenos foguetes, responsáveis pela separação deste do veículo espacial. Cada propulsor contém combustível sólido, que é acionado por um pequeno foguete motor. As chamas do foguete passam pelo interior do propulsor, atingindo o máximo impulso em menos de meio segundo.
Os ônibus espaciais são exclusivamente de trajetória orbital, ao contrário das naves Apollo e das naves Orion, já que suas limitações de vôo os impedem de sair da órbita terrestre baixa ; assim sendo , seria impossível por exemplo , que eles - os ônibus espaciais , viajassem até a lua.
Lançamento
 
 O lançamento feito da mesma maneira que os foguetes: numa plataforma móvel, com o veículo na posição vertical preso ao tanque de combustível líquido central (hidrogênio e oxigênio líquidos ), que por sua vez é preso aos dois foguetes laterais. No momento do lançamento, os sistemas de propulsão do veículo exercem um impulso de aproximadamente 30.800.000 Newton. A maioria da "fumaça" liberada no lançamento, é na verdade vapor d'água, uma vez que sob a base do foguete, existe um grande volume de água, como uma piscina que é responsável pela absorção do calor na plataforma, água esta que se evapora rapidamente durante o lançamento, dando a impressão de ser fumaça. Este valor de 30.800.000 newtons equivale a soma do impulso de decolagem de 30 aviões do modelo Jumbo/Boeing 747. Quando o ônibus espacial atinge 45km de altitude, os 2 foguetes propulsores se separam do tanque principal central cor laranja e pousam no mar - primeiramente com a abertura de um para-quedas para em seguida e próximo ao mar, totalizar a abertura de 3 para-quedas cada foguete, pousando com relativa suavidade para em seguida serem recuperados por navios que os rebocam de volta à base através de longos cabos. Já o tanque central - elemento cor laranja de pouco mais de 700 toneladas, ao chegar a 110km da superfície, quando o combustível deste se esgota; acaba, este tanque externo, separa-se da nave, sendo descartado - ele é o único elemento que não é reutilizável em cada missão, pois destróe-se completamente na operação de reentrada na atmosfera, sendo necessário a construção de um novo tanque para cada lançamento do ônibus, já que a estrutura toda deste tanque acaba se desintegrando ao reentrar na atmosfera. Um dado notável é leveza deste tanque, apesar das quase 700 toneladas, este pode ser considerado leve pois tem uma espessura de parede menor do que 2 centímetros.Sendo feito em alumínio, com soldas robóticas de altíssima precisão, foi alvo de muita pesquisa pela NASA, visando a redução de seu peso, para uma maior economia no lançamento.
Peso comparativo do Ônibus Espacial : 99 toneladas em média (variando conforme modelo , sendo o Endeavour mais leve )- peso considerado durante o retorno (sem tanque e sem os 2 foguetes). Contribuição - Arq.Fernando Butinholle ; IGCE Rio Claro 1994 (SP) - instituto de Geociências e Ciências Exatas , Unesp , Rio Claro.Brasil.
Os sistemas de manobras orbitais encarregam-se de colocar o ônibus espacial em órbita. No espaço, o veículo está apto a realizar diversas missões. O transporte de satélites e sondas espaciais, a reparação ou resgate de artefatos que estão em órbita e a realizações de pesquisas científicas são as principais funções do Space Shuttle- ônibus espacial.

quarta-feira, 22 de setembro de 2010

Aeroportos e Aviões: Piloto

Piloto (aviação)

Piloto ou aviador é um indivíduo que conduz aeronaves por prazer ou como uma profissão. Existem pilotos na área civil e militar. O piloto militar que conseguir abater cinco aeronaves inimigas ou mais em combate é denominado um ás da aviação. No Brasil, Santos Dumont é considerado patrono da aviação, e primeiro piloto de aeronaves.
 Como se tornar um piloto:

 Civil

O cargo de piloto é o mais cobiçado na aviação comercial, o status e a falta de rotina que a profissão proporciona chama a atenção dos jovens, porém muitas revistas e sites de profissões não colocam com clareza como se tornar um piloto de aviões comerciais. A seguir estão listados os cursos para ingressar na aviação civil como piloto.

    * Curso de Piloto Privado;
    * Curso de Piloto Comercial;
    * Curso de Piloto de Linha Aérea;
    * Faculdade de Ciências Aeronáuticas.

 Militar


No Brasil para ingressar na aviação militar, o interessado deve procurar a Academia da Força Aérea Brasileira (AFA), e realizar concurso público de âmbito nacional. Além da (AFA) o interessado que não concluiu o ensino médio pode realizar concurso público para a Escola Preparatória de Cadetes do Ar (EPCAR) em Barbacena - MG.

segunda-feira, 20 de setembro de 2010

Aeroportos e Aviões: Asa (aviação)

Asa - é um artefato mecânico destinado à sustentação aerodinâmica. Estão presentes na maioria dos aparelhos com capacidade para voar, como os aviões.
Nas aeronaves de asa fixa (aviões, aeroplanos, planadores), a asa apresenta um perfil assimétrico, sendo ligeiramente mais curvada na sua face (cambra) superior. Quanto menor for a velocidade a que se destina a asa, mais acentuada será esta curvatura e assimetria.
Quando a asa se desloca por um fluido (normalmente o ar) o caminho que as partículas do ar percorrem na é maior cambra superior, em razão da curvatura. Desta forma, a velocidade do ar na cambra superior é maior, ou seja, as partículas do ar ficam menos tempo em contato com cada porção infinitesimal da face superior da asa, em relação à face inferior (princípio de Bernoulli)
Assim, cria-se uma diferença entre as pressões na face superior da asa e a inferior. Isso é, uma vez atingida certa velocidade, suficiente para que a pressão na face inferior (que é maior que a que existe na superfície superior) provoque uma força de sustentação, de baixo para cima, fando a asa levantar, e com ela, a aeronave.

  Superfícies de controle

Toda asa de avião é equipada com superfícies de controle. Entretanto, nem todas as superfícies de controle do estão localizadas nas asas. Existem outras, que são colocadas nos estabilizadores. As superfícies de controle que estão localizadas nas asas são os flaps e os ailerons. Algumas (geralmente as dos aviões maiores, como os usados pelas companhias aéreas) ainda possuem slats, spoilers e outras superfícies de controle.
    * Flap é um dispositivo que serve para aumentar a sustentação da aeronave. Isso permite que a aeronave possa decolar e pousar com velocidades menores. Com o tempo, verificou-se que ele também pode ser utilizado com freio aerodinâmico, isto é, com um dispositivo que serve para diminuir rapidamente a velocidade da aeronave. Os flap são colocados na parte traseira da asa.
    * Aileron controla a rotação da aeronave, isto é, o movimento que ela faz em relação ao eixo longitudinal. Enquanto um sobe, o outro desce, fazendo que uma asa suba e a outra desça. Esse procedimento é empregado diversas vezes durante o vôo, principalmente para fazer curvas.
    * Slat são dispositivos que também aumentam a sustentação promovida pela asa. Eles são, ao contrário do que acontece com os flaps, colocados na parte frontal da asa. Além disso, ele são usados somente durante o pouso e a decolagem, não sendo, portanto, empregados para diminuir a velocidade do avião em pleno vôo.
    * Spoilers são "atenuadores", "anuladores" ou "inversores" do funcionamento da asa. Eles são usados para quebrar a sustentação da asa. Eles, outrossim, têm uma função "secundária": aumentar o coeficiente de arrasto da asa, ajudando, assim, os flaps a diminuir a velocidade da aeronave. Eles são empregados em dois casos:
- Em pleno vôo: Quando são utilizados em vôo, ele não são utilizados com capacidade total. Eles, simultaneamente, permitem que a velocidade da aeronave seja reduzida e aumentam, se o piloto quiser, a velocidade de descida da mesma. Nesse caso, eles apenas atenuam a força de sustentação da asa.
- No pouso: Nesse tipo de utilização, eles são usados com tudo. Assim, eles anulam a sustentação da asa ou criam uma força que empurra a asa para baixo.
Ele também pode ser chamado de speedbrake.

 Equipamentos Adicionais

Existem muitos equipamentos que podem ser instalados em uma asa de avião. Entre os mais usados estão os winglets e o tanque de combustível, este último está presente em quase todas as asas de avião.
    * Winglet é uma pequena aba instalada na ponta da asa. O objetivo dela é reduzir a resistência do ar e, com isso, aumentar a velocidade do vôo e economizar combustível.
 
Tipos
Existem vários tipos de asas, sendo que:
- A asa reta  é a mais eficiente de ponto de vista estrutural, entretanto não tem a aerodinâmica muito boa nem pode ser usada em vôos supersônicos. Ela se destina a vôos com velocidade relativamente baixa (subsônica).
- A trapezoidal  é similar à reta, porém é menos eficiente estruturalmente e mais, aerodinamicamente.
- A elítica  é a mais aerodinâmica das asas desenvolvidas para vôo em baixas velocidades. Entretanto, a construção dela é muito difícil (e, conseqüentemente, cara).
- A asa do tipo "flecha"  é a mais utilizada em aviões que desenvolvem grandes velocidades, sem quebrar a barreira do som. Esse tipo de asa é usado em praticamente todos os aviões comerciais atuais. As duas principais vantagens são a facilidade de construção e a aerodinâmica. A desvantagem principal é o fato de ela não poder ser usada em aviões supersônicos sem receber profundas alterações no seu projeto. Essas alterações fazem com que ela perca muita sustentação, exigindo grandes velocidades de aterragem e decolagem.
- A asa com enflechamento negativo é similar ao tipo flecha, porém tem três vantagens: a ponta da asa funciona melhor, dificulta o estol da asa e combina melhor com certos tipos de avião. Entretanto, ela é pouco usada, pois ela precisa ser muito rígida.
- As asas em forma de delta  aí incluímos também as ogivais, (ver: Concorde) servem, principalmente, para vôos em velocidades supersônicas, pois quando algum corpo excede a velocidade do som, uma onda de choque se forma ao redor desse objeto. Quando, por exemplo, a asa reta é utilizada nesse tipo de vôo, uma parte dela fica "para fora" dessa onda de choque. Conseqüentemente, ela é danificada. Com asas em formas de delta, isso não acontece. Elas ficam inteiramente "dentro" dessa onda de choque e, com isso, permanecem intactas. Quando é usada com canards, eles agem com estabilizadores horizontais.
A versão ogival serve quando o avião tem que decolar com um peso relativamente grande, como acontece com o Concorde e com o Tupolev Tu-144. A versão "dobrada" maximiza o uso em grandes ângulos de ataque e previne (embora não completamente) o estol. Entretanto, quando nós estamos falando de velocidades realmente grandes, o tipo perfeito é a versão "sem cauda", isto é, sem timões ou canards. A principal desvantagem desse tipo de asa é a velocidade de pouco e decolagem. Ela precisa ser bem alta.
- A asa com geometria variável permite baixas velocidades de pouso e decolagem e altas velocidades de vôo (embora não tão altas quando as de aviões que utilizam asas em delta "sem cauda" como o Gotha Go 229). Ela reúne todas as principais características vantajosas das outras asas, sem ter suas desvantagens, pelo menos não permanentemente. Por exemplo, asas com grande poder de sustentação tendem a ter grande coeficientes de arrasto. Com essa asa, isso não é exceção. Entretanto, basta recolher a asa para diminuir esse coeficiente.

sexta-feira, 17 de setembro de 2010

Aeroportos e Aviões: Hélice


Hélice


A hélice de um avião comercial Q400 (Dash 8)
Hélice do navio USS ChurchillHélice é um termo andrógino (ver secção de Curiosidade Linguística) que designa um conjunto de pás com um mesmo centro, que ao ser girado segundo o seu eixo causa propulsão e cada pá descreve no espaço uma trajectória que é, de facto, uma hélice geométrica. Este instrumento de propulsão ou tração está geralmente acoplado a algum tipo de motor que empurra o que está em redor (geralmente ar ou a água) convertendo energia rotacional em translaccional e deslocando o objeto a que se encontra acoplado (exemplos: aviões, helicópteros) ou o fluido à sua volta (exemplo: ventoinha). As pás de hélice agem como asas e produzem força obedecendo ao princípio de Bernoulli e à 3ª lei de Newton, criando uma diferença de pressões entre ambas as superfícies das pás.


 História

Estima-se que a origem da hélice remonte aos tempos do Antigo Egipto mas sabe-se que na Antiga China as hélices já eram usadas para propulsionar embarcações. No século III a.C. o filósofo grego Arquimedes desenvolveu o Parafuso de Arquimedes com o objectivo de transportar água até à superfície e por volta de 1090 Cruzados Europeus encontraram moinhos de vento no médio oriente. Leonardo da Vinci desenhou planos para um helicóptero primitivo que fazia uso de uma hélice sólida, sem pás.
A primeira hélice montada num motor, foi instalada pelo engenheiro escocês James Watt em Birmingham na Inglaterra, que a usou no seu motor a vapor. A primeira hélice movida por um motor de combustão interna, foi instalada num pequeno barco (hoje conhecido como lancha) por Frederick William Lanchester também em Birmingham e foi testada em Oxford. No entanto a hélice só se tornou popular quando Isambard Kingdom Brunel decidiu aplica-la em vez de uma roda de água (paddle wheel em inglês) para mover o navio SS Great Britain.
A forma de aerofólio torcido nas hélices dos aviões modernos foi introduzida pelos irmãos Wright quando descobriram que o conhecimento que havia de hélices (sobretudo naval) era obtido por tentativa e erro e que ninguém sabia ao certo como funcionavam. Eles descobriram que uma hélice funciona como uma asa e usaram dados por eles conseguidos nas suas experiências com asas no túnel de vento. Também descobriram que o ângulo de ataque em relação ao movimento variava de ponto para ponto nas pás e portanto seria necessário introduzir nas pás da hélice uma curvatura, ou torção, ao longo da envergadura de cada pá. As suas pás de hélice originais são apenas menos 5% eficientes que as suas equivalentes actuais - cerca de um século depois.
Alberto Santos Dumont foi outro pioneiro, tendo projectado hélices antes dos irmãos Wright apesar de não serem tão eficientes. Ele aplicou o conhecimento adquirido de experiências com aeronaves para fazer uma hélice com veio de aço e pás de alumínio no seu biplanador 14 bis. Alguns dos seus projectos usam uma folha de alumínio dobrado como pás, criando um aerofólio. Estas tinham pouca curvatura e não tinham qualquer torção ao longo da envergadura, o que fez com que fossem menos eficientes que as dos irmãos Wright. Esta foi a primeira vez que o alumínio foi usado na construção de hélices.

 Aviação
 Eficiência

A eficiência mecânica de uma hélice é dada por:
Uma hélice bem projectada tem uma eficiência de cerca de 80% quando está a trabalhar no melhor regime. Há vários factores que contribuem para a eficiência de uma hélice como o ângulo de ataque das pás, ou o ângulo entre a direcção da velocidade resultante do escoamento e a direcção de rotação das pás. Um ângulo de ataque das pás pequeno tem um bom desempenho em relação à resistência mas gera pouco impulso enquanto que ângulos grandes têm o efeito contrário. O melhor ângulo de ataque das pás é quando estas actuam como pequenas asas, gerando mais sustentação do que resistência. As hélices são semelhantes em secção de perfil alar a asas de baixa resistência e como tal não são eficientes quando operam em ângulos de ataque que não o óptimo. São necessários sistemas de controlo para sincronizar com precisão o ângulo de ataque das pás com a velocidade de vôo e com a velocidade do motor.

Passo da hélice & feathering

O objectivo de variar o ângulo da pá com uma hélice de passo variável, é manter um ângulo óptimo (maximizando o rácio de sustentação sobre resistência) nas pás da hélice enquanto a velocidade do avião varia. Este tipo de controlo que era no início feito manualmente pelo piloto, passou a ser feito por sistemas automáticos que compensam o momento torçor provocado pela centrifugação nas pás com contrapesos numa mola e com as forças aerodinâmicas nas pás. Estes sistemas tinham a vantagem de serem simples e não necessitarem de controlo externo, mas era dificil associar um desempenho particular da hélice às condições do avião. Um avanço nesta tecnologia foi a criação da hélice a velocidade constante. Estas hélices permitiam ao piloto escolher uma velocidade angular para obter potência máxima no motor ou máxima eficiência, e um dispositivo de controlo (governor device em inglês) actuava em ciclo fechado para variar o ângulo da pá, mantendo as RPM (rotações por minuto) selecionadas pelo piloto. Na maioria dos aviões este sistema é hidráulico, com óleo do motor a actuar como fluido hidráulico. As hélices controladas electricamente foram desenvolvidas durante a Segunda Guerra Mundial e foram usadas extensivamente em aviões militares.
Existem hélices de passo variável em que as pás podem ser rodadas paralelamente ao escoamento para reduzir a resistência e aumentar a distância a planar em caso de avaria do motor. Isto denomina-se "feathering" (terminologia inglesa - de "feather" ou pena, significa tornar o avião mais "leve" ou aerodinâmico, oferecendo menos resistência aerodinâmica de modo a poder planar a uma maior distância). As hélices com "feathering" foram desenvolvidas para caças militares antes da Segunda Guerra por estarem mais sujeitos a falhas e avarias nos combates, que os bombardeiros por exemplo, que tinham mais que um motor. No entanto as hélices com "feathering" actuais são apenas usadas em aviões com mais do que um motor com o objectivo de melhorar a velocidade mínima de controlo em ar do avião (Vmc). A maioria destes sistemas detectam uma queda na pressão do óleo e movem as hélices para a posição em feather, tendo o piloto que puxar o controlo das hélices para trás de modo a desactivar os pinos de paragem de ângulo elevado antes de o motor parar. Os sistemas de controlo dos turbopropulsores possuem um sensor de torque negativo nas engrenagens que move as pás para a posição em feather quando o motor deixa de fornecer potência às hélices. Dependendo do design, o piloto pode ter que accionar um interruptor para anular os pinos de paragem e completar o processo de "feathering", noutros casos o processo pode ser totalmente automático.
Nalguns aviões (por exemplo, o C-130 Hercules), o piloto pode cancelar manualmente o mecanismo de velocidade constante para inverter o ângulo de ataque das pás manualmente, dando impulso no sentido oposto ao original. Isto é usado para desacelerar o avião após a aterragem para evitar o desgaste de travões e pneus e nalguns casos o avião pode mesmo andar de marcha-a-trás na pista.

 Aspect Ratio

O número e a forma das pás influenciam a experiência de vôo e o desempenho. Aumentando o aspect ratio (relação entre o comprimento e a largura) das pás reduz a resistência mas o impulso produzido depende da área da pá. Portanto usar pás com aspect ratio elevado pode levar à necessidade de se usar hélices com diâmetro inaplicável. Usar menos pás numa hélice causa menos efeitos de interferência entre as pás, mas a área das pás terá que ser suficiente para transmitir a potência disponível dentro de um determinado diâmetro, o que significa que terá de haver um compromisso. Aumentando o número de pás diminui o trabalho que cada pá terá que realizar, limitando o número de Mach local, que no caso das hélices se trata de um limite de desempenho considerável.

 Hélices contra-rotativas

Hélices contra-rotativas usam uma segunda hélice que roda no sentido contrário à hélice principal para aproveitar a energia cinética perdida no movimento circular do escoamento. A contra-rotação é também uma maneira de aumentar a potência sem aumentar o diâmetro da hélice e anula o efeito de torque nos motores de alta potência assim como os efeitos de precessão giroscópica. Contudo em aviões de pequeno porte o custo acrescido, a complexidade, o peso e o ruido do sistema raramente compensam. A hélice está normalmente ligada a um veio que ou está ligado directamente ao motor ou se liga a uma caixa de velocidades. Os aviões de pequeno porte dispensam uma caixa de velocidades mas em aviões maiores e/ou com turbopropulsores é essencial. Essas hélices de passes invertidos, são mais indicadas para turbinas eólicas na geração de energia elétrica, nesse caso uma delas é fixada na carcaça do estator e a outra no eixo do indutor.

 Velocidade Supersónica

Como a velocidade do ar em relação às pás é igual à velocidade rotacional destas mais a velocidade axial do avião, a ponta da pá vai atingir a velocidade do som antes do próprio avião (em teoria um avião a hélice poderia alcançar uma velocidade máxima de 845 km/h (Mach 0.7) ao nivel do mar, mas o valor real é mais baixo). Quando a ponta de uma pá alcança velocidades supersónicas, a resistência e o momento torçor aumentam repentinamente e forma-se uma onde de choque ruidosa. Portanto, aviões com hélices convencionais não voam, em geral, a velocidades superiores a Mach 0.6. Existem certos aviões a hélice, sobretudo militares, que operam a Mach 0.8 ou mais apesar de haver um decréscimo significativo na eficiência.
Têm havido esforços no sentido de desenvolver hélices para aviões a velocidades subsónicas altas (perto da velocidade do som). O design é semelhante ao das asas transónicas. A velocidade máxima relativa é mantida tão baixa quanto possível através de um controlo cuidado do ângulo de ataque para permitir que a hélice tenha um passo elevado. São usadas pás com uma secção fina, o que faz com que as pás se dobrem para trás durante o vôo. É usado um número elevado de pás para reduzir o trabalho realizado por cada pá que reduz assim a força de circulação sendo também usada contra-rotação. Estas hélices são mais eficientes que as turbo-fans e permitem alcançar velocidades de cruzeiro (Mach 0.7–0.85) apropriadas para companhias aéreas, embora o ruido gerado seja tremendo. São exemplos o Antonov An-70 e o Tupolev Tu-95.

Fans em aviões


Uma fã (termo inglês que significa ventoinha) é um tipo de hélice com um número muito grande de pás. Como tal, uma fã produz muito impulso para um determinado diâmetro, mas a proximidade das pás significa que cada uma afecta o escoamento das outras. Se o escoamento for supersónico, esta interferência pode ser benéfica se esse escoamento puder ser comprimido através de uma série de ondas de choque em vez de apenas uma. Pondo a fã numa conduta fechada são criados padrões de escoamento específicos dependendo da velocidade de vôo e do desempenho do motor. À medida que o ar entra na conduta, a sua velocidade reduz-se e a pressão e a temperatura aumentam. Se o avião estiver a uma velocidade subsónica alta o ar entra na fã a uma velocidade Mach baixa e a alta temperatura aumenta a velocidade do som local. Enquanto que por uma lado há uma perda na eficiência já que a fã recebe escoamento de uma área mais reduzida e portanto usa menos ar, por outro lado a conduta retém eficiência a velocidades superiores onde hélices convencionais teriam uma eficiência pobre. Uma fã ou hélice numa conduta também oferece certos benefícios a velocidades baixas mas a conduta teria que ter formas diferentes para altas e baixas velocidades. A maior quantidade de ar à entrada faz a fã operar a uma eficiência equivalente a uma hélice maior sem conduta. O ruido também é reduzido pela conduta e caso uma pá se separasse da hélice, a conduta iria conter os danos. No entanto o peso, o preço, a complexidade e até certo ponto o aumento de resistência aerodinâmica influenciam a escolha deste tipo de sistema.

 Marinha

 Tanto na Marinha Brasileira como na Marinha Portuguesa, hélice é tratado como sendo do gênero masculino, ao contrário da aeronáutica, por exemplo.
A propulsão mecânica de navios começou com a máquina a vapor. As rodas de água eram o mecanismo propulsor mais popular nestes primeiros navios. Robert Fulton tinha já testado e rejeitado os hélices em parafuso. Estes hélices foram introduzidas na segunda metade do século XVIII. A invenção de Bushnell, o (Turtle) em 1775 usava hélices em parafuso movidos à mão para obter propulsão vertical e horizontal. Josef Ressel projectou e patenteou um hélice em parafuso em 1827. Francis Pettit Smith testou um semelhante em 1836. Em 1839, John Ericsson instalou um hélice em parafuso num navio que mais tarde navegou através do Oceano Atlântico em 40 dias. Uma mistura de hélices em parafuso e rodas de água ainda era usada nesta altura (vide a SS Great Easternde 1858).
Hélice com sentido de giro à direita em um navio moderno.No principio do século XX os navios movidos a rodas de água estavam completamente ultrapassados. O hélice em parafuso substituiu a roda de água devido à sua grande eficiência, reduzido tamanho, reduzida complexidade no sistema de transmissão e o facto de ser menos susceptível a danificar-se, especialmente se usada em guerra. Os projectos iniciais deviam muito ao desenho do parafuso comum, daí o seu nome. Mais tarde os hélices consistiam em duas pás que de perfil tinham o tamanho equivalente ao de uma rotação dum parafuso correspondente em diâmetro (daí a designação de passo do hélice). Este design era o mais comum, mas os inventores experimentaram diferentes tamanhos de perfil e várias pás. O design do hélice estabilizou por volta de 1880.

 Cavitação

 
A cavitação pode ocorrer quando se tenta transmitir demasiada potência ao hélice. A grandes velocidades de rotação ou sob grandes cargas (coeficiente de sustentação elevado nas pás), a pressão do lado da entrada de escoamento nas pás pode descer abaixo da pressão de vapor da água criando uma bolsa de vapor, que deixa de transmitir força à água eficientemente. Este efeito dissipa a energia, torna o hélice ruidosa devido ao colapsar das bolhas de vapor e erode a superfície das pás devido às ondas de choque localizadas contra a superfície. No entanto, a cavitação pode ser usada como uma vantagem na projecção de hélices de alto desempenho. Um efeito semelhante dá pelo nome de ventilação, que ocorre quando um hélice que opera perto da superfície da água atrai o ar para as pás formando pequenas bolhas, causando uma perda de impulso e uma vibração acrescida do veio, sem no entanto causar qualquer dano à superfície das pás. Ambos os efeitos podem ser amenizados se for aumentada a profundidade a que o hélice está submersa: a cavitação é reduzida porque a pressão hidroestática aumenta a margem da pressão de vapor; a ventilação é reduzida pois está mais longe das ondas da superfície e de outras bolsas de ar que poderiam ser atraidas para o escoamento.
 
 Hélice Skewback

A hélice skewback é um tipo avançado de hélice usado no submarino Type 212 Alemão. Tal como nas pás de alguns aviões, as pontas das pás de um hélice skewback são torcidas na direcção contrária à da rotação. Além disso, as pás são inclinadas para trás ao longo do eixo longitudinal, dando ao hélice um aspecto de taça. Este design preserva a eficiência do impulso e reduz a cavitação sendo por isso muito silenciosa.[1]
 
 Hélices de Eixo Transversal

 A maioria das hélices possui o seu eixo de rotação paralelo à direcção do escoamento, no entanto houve já tentativas de propulsionar veículos usando os mesmos princípios das turbinas de vento de eixo vertical, em que a rotação é perpendicular ao escoamento, embora a maioria das tentativas não tenha tido sucesso. Pás de hélices que conseguem mudar o seu ângulo de ataque durante a rotação ciclicamente possuem aerodinâmica semelhante a flapping flight. Flapping flight ainda é mal compreendida e quase não é usada em engenharia devido ao entrelaçar das forças de sustentação, impulso e controlo. A fanwing é um dos únicos sistemas que voou, tirando partido da borda do aerofólio para encorajar a recirculação necessária à sustentação.

quinta-feira, 2 de setembro de 2010

Aeroportos e Aviões: Aeronave


Acidentes aéreos

Aeronave é qualquer máquina capaz de sustentar voo, e a grande maioria também é capaz de alçar voo por meios próprios.


Classificação
Aeronaves podem ser divididas em dois grupos distintos:

 Mais leve do que o ar

Aeronaves mais leves do que o ar, aeróstatos, fazem uso de um gás menos denso do que o ar ao seu redor, como hélio ou ar aquecido, como modo de alçar e sustentar voo. Tais aeronaves são chamadas de aeróstatos.

 Balões


Um balão aquece ar à sua volta com o uso de inflamadores. O ar aquecido torna-se menos denso que o ar ao seu redor, e sobe e fica presa no compartimento de ar do balão, que o faz alçar voo.
Um balão, no ar, é guiado pelas correntes de vento, isto é, uma pessoa não pode "pilotar" o balão, apenas controlá-la.
Balões possuem uma capacidade muito pequena de carga, podendo carregar de duas a no máximo sete pessoas, dependendo do volume do compartimento de ar quente. Seu alcance, ou, mais precisamente, o tempo máximo de voo de um balão, é limitado pela quantidade de combustível carregado a bordo, que não é muito.

Dirigíveis

Dirigíveis são usados como um meio de propaganda por várias grandes empresas.
Dirigíveis fazem uso de um gás menos denso que o ar atmosférico, geralmente, hélio. O gás é lacrado em uma câmera de ar de dimensão suficientemente grande para permitir sua sustentação. Normalmente carregam mais peso do que balões não dirigíveis, até dez pessoas em determinados modelos atuais, e peso similar de carga paga, podem ser carregadas sem dificuldades.
Dirigíveis diferenciam-se dos balões pelo fato de que a rota de voo de um dirigível não somente pode ser controlada, como também sua velocidade. Isto porque dirigíveis possuem hélices que a propulsionam, e um leme. Um dirigível moderno pode atingir velocidades de até 100 km/h, entretanto, no passado já foi possível observar velocidades de até 130 km/h, como o caso do dirigível Hindenburg.

Mais pesado do que o ar

Aeronaves mais pesadas do que o ar usam uma asa e/ou outras partes de sua estrutura como meio de sustentação. A grande maioria é capaz de alçar voo por meios próprios. Tais aeronaves são chamadas de aerodinos.

 Aviões

Aviões alçam e sustentam voo através de reações aerodinâmicas que acontecem quando o ar passa em determinada velocidade pela suas asas. Todo avião necessita de um trecho de terra longo e plano (geralmente, parte de um aeroporto), para conseguir alcançar a velocidade necessária para a decolagem, bem como para frear seguramente em uma aterrisagem.
Alguns aviões são adaptados de modo a permitir seu pouso e decolagem em um corpo de água, como lagos e rios de baixa correnteza. Eles são conhecidos como hidroplanos.

Aviões podem ser divididos em três categorias:

Aviões a pistão e turbo-hélices
Aviões a pistão e turbo-hélices mono e multimotores fazem uso de motores de combustão, que por sua vez, fazem girar uma hélice, que cria o empuxo necessário para a movimentação da aeronave à frente. De maneira geral, são relativamente silenciosos, mas possuindo velocidades, capacidade de carga e alcance menores do que similares a jato. Sua operação, no entanto, tende a ser mais econômica do que aviões a jato, o que torna aviões a pistão e turbo-hélices opções mais econômicas para pessoas que querem possuir avião próprio ou para pequenas companhias de transporte de passageiros e/ou carga.

Aviões a jato

Aviões a jato fazem uso de turbinas para a criação da força necessária para a movimentação da aeronave para frente usando o princípio de ação e reação. Normalmente, os aviões a jato criam um empuxo maior do que aviões que fazem uso de hélices. Devido a sua maior compacidade e menor complexidade, as aeronaves a jato podem ser construídas para carregar mais peso. Além disso, devido ao fator restritivo da hélice (arrasto) que não possuem, podem desenvolver maior velocidade do que aeronaves com hélices. Uma questão porém é o som criado por um motor a jato, que, especialmente em modelos mais antigos, tende a ser elevado (poluição sonora).

Grandes widebodies, como o Airbus A340 e o Boeing 777, podem carregar centenas de passageiros e várias toneladas de carga, podendo pecorrer uma distância de até 13 mil quilômetros, pouco mais que um quarto da circunferência terrestre.
Aviões a jato desenvolvem elevadas velocidades de cruzeiro (700 a 900 km/h) e velocidades de decolagem e pouso situadas na faixa entre 180 a 280 km/h. Numa operação de aterrisagem, devido a seu formato otimizado para a aerodinâmica de alta velocidade, o avião a jato faz grande uso de dispositivos hiper-sustentadores como flaps nas asas para permitir a redução de velocidade sem perda sustentação, e, após o pouso, de empuxo reverso nos motores (deflexão do fluxo de gases do motor para frente, com o intuito de diminuir a velocidade da aeronave).

 Aviões super-sônicos

Aviões super-sônicos fazem uso de motores especiais que geram a potência necessária para o voo super-sônico. Além disso, o desenho do avião super-sônico é sensivelmente diferente daquele usado em outros tipos de aeronaves, de modo a superar do modo mais fácil a chamada "barreira do som", que é um fenômeno de compressibilidade do ar. Podem alcançar velocidades de até Mach 1 a 3.
Duas desvantagens dos aviões super-sônicos são a poluição sonora criada em voo super-sônico e os altos gastos com manutenção e operação.
Com a aposentadoria do Concorde, em 2003, aviões super-sônicos estão, por enquanto, limitados apenas a fins militares. Outro avião super-sônico que foi desenvolvido para fins não-militares foi o soviético Tupolev Tu-144, que alçou voo pela primeira vez dois meses antes do Concorde, foi a primeira aeronave comercial a ultrapassar Mach 2, mas foi pouco usado para usos comerciais, por um curto período de tempo.

 Helicópteros
A versatilidade dos helicópteros tornam-nos muito úteis em operações médicas, policiais e jornalísticas.
Os helicópteros, ou aeronaves de asa rotativas, alçam e sustentam voo graças às suas pás, que agem como asas rotativas e também propulsionam a aeronave. Helicópteros possuem extrema manobrabilidade, podendo voar de ré e pairar no ar, por exemplo. Um rotor traseiro, montado no plano horizontal, contrapõe o torque do rotor principal, evitando que todo o corpo (fuselagem) do helicóptero gire em seu eixo vertical sem controle, e também faz as funções de leme.
Helicópteros podem decolar e pousar verticalmente, sem a necessidade das longas pistas de pouso e decolagem das quais os aviões necessitam. Porém, helicópteros são lentos (até 300 km/h) e possuem alcance e capacidade de carga limitada.

 Planadores


O funcionamento de um planador é essencialmente a mesma de um avião, exceto que o planador não possui motores. Isto torna a decolagem impossível para um planador, por meios próprios. A maioria dos planadores precisam ser lançados do ar, através de outro avião, ou através de outro mecanismo como catapultas, mas não possuem meios próprios de decolar e de aumentar e/ou manter sua altitude por muito tempo.
Certos planadores possuem um motor que permite ao planador decolar e sustentar voo, podendo tal motor ser escamoteado para completar o perfil aerodinâmico de sua fuselagem. Porém, tais aeronaves são consideradas planadores porque são projetados especialmente e apenas para planeio.

Uma vez no ar, o piloto de planador procura guiá-lo através de correntes de ar ascendentes provenientes do solo aquecido, ou de correntes orográficas, com o intuito de maximizar a distância a ser pecorrida ou a sua permanência em voo. Planadores possuem alcance limitado por esses fatores climáticos e, embora tivessem sido usados pelos aliados na Segunda Guerra Mundial para desembarque rápido de tropas e armamentos, são mais usados hoje em dia como aeronave de desporto e treinamento de pilotos.
Da mesma maneira, girocópteros são muito semelhantes aos helicópteros, mas seu rotor principal não é motorizado, sendo necessário um curto espaço plano de solo para decolar e pousar.

 Usos de aeronaves

Um F-15 Eagle e um P-51 Mustang voando lado a lado. Ambos são exemplos de aeronaves especialmente desenhados para uso militar.

 Uso civil
Estão incluídas nesta categoria aeronaves que fazem voos regulares de transporte de carga e passageiros (geralmente, usando aviões), e a aviação geral, aeronaves como helicópteros servindo forças policiais, médicas ou equipes jornalísticas, pequenos aviões de treinamento, etc.

 Uso militar

O número de aeronaves de uso militar é pequeno, quando comparado ao número de aeronaves de uso civil. Estão incluídas nesta categoria caças, helicópteros e outros aviões especialmente criados com intuito militar, bem como aviões e helicópteros fabricados para uso civil mas modificados para usos militares menores, como transporte de carga e soldados e treinamento de pilotos.