NOÇÕES DE AERODINÂMICA

         PRINCÍPIO DE BERNOULLI

Quando um fluido se escoa, diz-se que o faz através de um tubo de escoamento, e a massa do fluido que passa por um ponto do tubo na unidade de tempo, deverá ser igual à massa que passa por outro ponto do tubo na mesma unidade de tempo. Esse tubo poderá ser real ou imaginário.

O físico francês Daniel Bernoulli demonstrou matematicamente que as partículas de um fluido ao passarem pelo estreitamento de um tubo de escoamento, terão sua velocidade aumentada nesse ponto e aí haverá redução da pressão nas paredes do tubo. Em aerodinâmica, todos esses efeitos serão considerados em relação ao ar.

        TUBO  DE  VENTURI 

  Outro físico, o italiano G. B. Venturi, baseou-se no Princípio de Bernoulli para a construção do famoso Tubo de Venturi, hoje amplamente usado em muitas aplicações, da bomba de pulverizar inseticida aos instrumentos de aeronaves que trabalham sob baixa pressão interna.

          DEFINIÇÃO DE AERODINÂMICA

  Aerodinâmica é o ramo da física que estuda as forças que agem sobre os corpos que se acham em movimento no ar. O termo é formado pelas palavras “aér” e “dynamis”, que em grego significam ar e força respectivamente.

  

  AEROFÓLIO

É uma estrutura ou parte de uma estrutura, projetada para obter uma reação útil sobre si mesma, quando em movimento através do ar. São as reações do aerofólio que servem ao voo  da aeronave.  Essas reações podem ser ilustradas como dedução da forma de uma asa, partindo-se de um Tubo de Venturi, como se segue:

a)      Duas superfícies sólidas formam um Tubo de Venturi. Na parte mais estreita o ar adquire maior velocidade, fazendo, portanto, menor pressão contra as superfícies.

b)      Embora afastadas, as duas superfícies ainda formam um Tubo de Venturi, mas observa-se que os filetes de ar centrais não se desviam.

c)      A superfície curva superior é substituída por outra plana. Mesmo assim ainda temos um Tubo Venturi.

d) A superfície sólida superior foi retirada, porém,  ainda existe um Tubo de Venturi. A parte inferior é formada pela superfície sólida e a superior pelos próprios filetes de ar que não se desviam. Ainda haverá redução de pressão em virtude do aumento da velocidade de escoamento do ar. Esta superfície sólida é um aerofólio.

A  resultante   do    diferencial    de  pressão ocasionará a sustentação da aeronave.

        TERMINOLOGIA DE AERODINÂMICA

           Vento Relativo

É o fluxo de ar que tem sempre a mesma direção do deslocamento do aerofólio, porém, em sentido contrário.

            Ângulo de Ataque

É o ângulo formado pela corda do perfil de um aerofólio e o vento relativo. 

            Estol

É a situação em que o aerofólio está com um ângulo de ataque maior do que o de sustentação máxima, resultando na perda de sustentação e no aumento de resistência ao avanço.

         FORÇAS ATUANTES

Voo é o movimento ou o momento em que uma aeronave se mantém no ar. Quatro forças atuam sobre uma aeronave em voo, a saber:

            Sustentação

É uma componente da força aerodinâmica do vento relativo. Quanto maior o ângulo de ataque e a velocidade, maior será a sustentação;

            Tração ou empuxo

É a força produzida pelo grupo motor-propulsor que vence a resistência ao avanço, o que permite o deslocamento da aeronave para frente;

            Peso

É a força resultante da ação da gravidade sobre a aeronave. O peso é, então, uma força que depende da aceleração da gravidade no local. Para efeito deste estudo, considerar-se-á o peso invariável; e

            Resistência ao avanço

É a força de retardamento que atua sobre o aeronave em movimento

MOVIMENTOS DE UMA AERONAVE EM VOO

A aeronave faz seus movimentos básicos em torno de três eixos: longitudinal, transversal e vertical, que se cruzam no centro de gravidade (CG) da aeronave. São eles:

            Rolamento

É o movimento em torno do eixo longitudinal;  

           Arfagem

É o movimento em torno do eixo transversal, movimento este que pode ser o de  levantar ou de baixar o nariz da aeronave, recebendo as denominações, respectivamente, de cabrar e de picar a aeronave; e

            Guinada

É aquele que se realiza em torno do eixo vertical da aeronave.

-  No avião o movimento de guinada produz o movimento de rolamento, porque enquanto uma asa se move para vante e ganha sustentação, a outra recua e perde sustentação. Um deslizamento lateral tende a produzir ambos os movimentos, rolamento e guinada.

         O HELICÓPTERO

Um helicóptero típico é constituído, basicamente, de: 

1- Rotor principal;

2- Fuselagem ou estrutura;

3- Rotor de cauda;

4- Motor-propulsor; e  

5- Trem de pouso.

          COMANDOS DE VOO

 O helicóptero possui  três comandos de voo:

-  Coletivo;

-  Cíclico; e

-  Pedais de direção.

            

            Coletivo

Localizado do lado esquerdo dos pilotos, tem por finalidade aumentar de uma só vez, isto é, coletivamente o passo das pás do rotor principal, provocando um aumento na força de sustentação em todas as pás simultaneamente.

Durante a decolagem, devido à combinação da força de sustentação provocada pelo aumento do passo das pás do rotor principal e do peso do helicóptero, observaremos a gradual formação da figura de um cone invertido.  

  

            CÍCLICO

Funcionamento semelhante ao manche, seu congênere no avião, o cíclico pode se mover em todas as direções. 

Seu acionamento, no entanto, determina a alteração, de forma diferente, do passo das pás durante cada volta, como no exemplo da pá a seguir:

Como podemos observar, o passo está virando de modo cíclico, com o passo     aumentando à medida em que se aproxima da parte de ré da aeronave e diminuindo ao regressar à posição original.

Desta forma, como a sustentação na pá que está atrás é, neste caso, maior do que aquela que se encontra avante podemos afirmar que a posição do cone estará alterada, iniciando, também, a força de sustentação e fazendo com que a aeronave se movimente para frente.

            

           Pedais de direção 

Os pedais de direção, ou pedais anti-torque, são comandados pelos pés do piloto para mudar o passo das pás do rotor de cauda, com a finalidade de controlar o efeito  torque do rotor principal e dar direção à aeronave.

Observando o desenho do helicóptero, percebe-se que, devido ao efeito causado (torque) pela rotação do rotor principal, uma força tenderá a girar o helicóptero no sentido oposto ao da rotação do rotor, necessitando, assim, de uma outra força (anti-torque) gerada pelo rotor de cauda, mantendo o helicóptero estabilizado no ar.

 

            EFEITO SOLO

  Ao decolar, o helicóptero desloca uma grande massa de ar para baixo que chega a varrer o chão.  

  Essa massa de ar que vai sendo deslocada para baixo, aumenta sua velocidade à medida em que o piloto puxa o coletivo, fazendo com que o seu deslocamento não só se espalhe lateralmente, mas, também, ao bater no solo, forme um colchão de ar sob o helicóptero, tendo como resultado o aumento da sua sustentação.

           

Alguns outros fatores podem interferir na sustentação da aeronave como, por exemplo, piso de madeira, que retém o ar mais que o de chapa de ferro. Durante  operações em plataforma de navios ou locais elevados, não é recomendável que uma parte do disco do rotor fique dentro da plataforma e a outra fora, pois a parte que permanece dentro da plataforma estará com mais sustentação que a outra, situação em que o helicóptero tenderá a emborcar.

            Durante operações com carga externa, por ser normal termos a impressão de que o helicóptero tem condições de transportar determinado peso e em virtude de estar sob o efeito solo (com maior sustentação), é importante informar ao piloto a quantidade exata de peso a ser transportado, e por ocasião do içamento da carga, sinalizar para que ele suba o mais rápido possível, saindo do colchão de ar.

            RESSONÂNCIA COM O SOLO

            Todos que já embarcaram perceberam que um navio possui certa trepidação que lhe é peculiar, sendo sentida por todos os conveses e seções. O convés de voo possui uma determinada trepidação (freqüência) e o helicóptero, tanto em voo quanto no solo, também possui sua freqüência própria.

            Quando no solo, algo curioso, mas não tão raro, pode ocorrer, com as trepidações (ou vibrações) da aeronave e do navio, que são quando o “casamento” (soma) destas frequências - inofensivas quando separadas - passam a causar uma trepidação crescente e incontrolável após certo tempo e, caso não sejam tomadas as providências cabíveis, poderão causar a total destruição da aeronave.

Tal situação, conhecida como ressonância com o solo, é impossível de ser prevista. Entretanto, alguns cuidados tomados antes ou durante o aparecimento do fenômeno podem eliminá-lo ou reduzí-lo a um nível que não cause dano. Por parte do piloto, pode tornar a decolar a aeronave, caso ainda não esteja presa ou cortar os motores. 

            CONFIGURAÇÃO DOS HELICÓPTEROS

            A principal configuração de um helicóptero é caracterizada pelo seu rotor de sustentação, existindo as seguintes configurações:

         

          Rotor Singelo

          O helicóptero de rotor singelo utiliza um só rotor para obter sua sustentação e  tração.

                                                

             Rotor em Tandem

             O helicóptero de rotores em tandem longitudinal utilizam dois rotores de   sustentação, um a              vante e outro a ré. 

              Rotores Sincronizados

Esta configuração é conhecida também por sincróptero. Utiliza dois rotores de sustentação com os respectivos mastros (eixos) convergentes. Os rotores giram em sentido opostos e sincronizados.

              Rotores Laterais

Fica um rotor de cada lato do eixo transversal do helicóptero. Esta foi uma das primeiras configurações de helicóptero experimentadas.

Os dois rotores de sustentação utilizam o mesmo mastro e giram em sentido contrários.