Como funcionam os aviões - parte 3

11 - Cálculo de sustentação por simulações computadorizadas

Desde a coleta de dados experimentais realizada pela Naca os engenheiros vêm utilizando essas informações para calcular a sustentação (e outras forças aerodinâmicas) produzidas pelas asas e outros objetos no fluxo de fluido. Recentemente, a capacidade computacional cresceu de tal forma que, hoje, as experiências de túnel de vento podem ser simuladas em um computador padrão.

Pacotes de software, como FLUENT (em inglês), foram desenvolvidos para criar fluxos de fluido simulados nos quais objetos sólidos podem ser virtualmente imersos. As aplicações desse tipo de software variam desde a simulação do fluxo de ar passando por uma asa até o mapeamento do fluxo de ar por um gabinete de computador, para ver se há ar frio suficiente passando pela CPU e evitar o superaquecimento do computador.

12 - Fatos interessantes sobre asas

Existem fatos interessantes sobre asas que são úteis para entender em detalhes seu funcionamento. O formato da asa, o ângulo de ataque, flapes, hipersustentador, superfícies giratórias e de exaustão são elementos importantes a considerar.

Vamos começar pelo formato da asa.

Formato da asa

O formato de aerofólio "padrão" que explicamos acima não é o único formato para uma asa. Por exemplo, os aviões de acrobacias (aqueles que voam de cabeça para baixo por longos períodos em demonstrações aéreas) e aeronaves supersônicas têm perfis de asa que são um pouco diferentes do esperado:

O aerofólio superior é comum para um avião de acrobacias e o aerofólio inferior é comum para caças supersônicos. Observe que ambos são simétricos, tanto na parte superior quanto na inferior. Aviões de acrobacias e jatos supersônicos obtêm sua sustentação exclusivamente do ângulo de ataque da asa.

13 - Ângulo de ataque

O ângulo de ataque é o ângulo da asa em relação ao ar que se aproxima - é ele que determina a espessura da fatia de ar que a asa está atravessando. Por determinar essa fatia, o ângulo de ataque também dita a sustentação que a asa gera (embora este não seja o único fator).

Ângulo de ataque zero


Ângulo de ataque raso


Ângulo de ataque agudo

14 - Flapes

Em geral, as asas da maioria dos aviões são projetadas para oferecer a quantidade apropriada de sustentação (junto com arrasto mínimo), ao passo que o avião opera em modo de cruzeiro (cerca de 560 milhas por hora, correspondente a 901 km/h para um Boeing 747-400). Entretanto, quando essas aeronaves decolam ou aterrissam, suas velocidades podem ser reduzidas a menos de 200 milhas por hora (322 kph). Essa dramática alteração nas condições de trabalho da asa significa que um formato diferente de aerofólio provavelmente melhoraria a aeronave.

Para comportar ambos os regimes de vôo (rápido e alto, assim como baixo e lento), as asas de avião possuem seções móveis chamadas flapes. Durante a decolagem e a aterrissagem, os flapes são projetados pra trás e para baixo, a partir do bordo de fuga das asas. Isso altera efetivamente o formato da asa, permitindo que ela desloque mais ar criando maior sustentação. A desvantagem dessa alteração é o arrasto que também é criado, de forma que os flapes são recolhidos pelo restante do vôo.

15 - Slats

Slats têm a mesma função que os flapes (isto é, alterar temporariamente o formato da asa para aumentar a sustentação), mas eles são presos na frente da asa, em vez de atrás. Eles também são utilizados na decolagem e na aterrissagem.

16 - Superfícies giratórias

Considerando o que sabemos até agora sobre asas e sustentação, parece lógico que um simples cilindro não produza nenhuma sustentação quando imerso em um fluido em movimento (imagine um avião com asas no formato de rolos de papelão de papel-toalha). Em um mundo simplificado, o ar simplesmente fluiria uniformemente ao redor do cilindro em ambos os lados, e continuaria indo. Na realidade, o ar descendente seria um pouco turbulento e caótico, porém ainda não geraria sustentação.

Entretanto, se começarmos a girar o cilindro, como mostra a figura abaixo, a superfície do cilindro vai arrastar a camada de ar em seu redor. O resultado final é uma diferença de pressão entre a parte superior e inferior, o que desvia o fluxo de ar para baixo. A Terceira Lei de Newton define que, se o ar está sendo redirecionado para baixo, o cilindro deve ser desviado para cima (soa como sustentação, não?). Esse é um exemplo do Efeito Magnus (também conhecido por Efeito de Robbins), válido para esferas e cilindros rotatórios (parecido com o que acontece com bolas curvas).

Acredite ou não, Anton Flettner criou um navio chamado Bruckau, que usava cilindros giratórios em vez de velas para impulsioná-lo e atravessar o oceano. Clique aqui (em inglês) para saber mais sobre o Rotorship (navio com rotores) de Flettner.

Continua...

Fonte: HowStuffWorks