Teoria de Voo I
Dispositivos Hipersustentadores e Etapas de voo e Performance
Teoria de Voo I
Dispositivos Hipersustentadores e Etapas de voo e Performance
01
FLAP
Como visto no capítulo anterior, os dispositivos hipersustentadores são mecanismos adaptados às asas de uma aeronave com o objetivo de aumentar o coeficiente de sustentação.
E dentre os seus principais formatos, o Flap é o dispositivo que possibilita o aumento da curvatura da asa e fica localizado no bordo de fuga.
Suas vantagens estão em poder ser estendidos e recolhidos durante o voo, permitindo que a aeronave apresente uma boa performance tanto em voo de cruzeiro, quando desenvolve alta velocidade, quanto nas fases de pouso e decolagem, quando necessita voar e baixa velocidade.
Dica
Como o piloto é o responsável pela extensão e recolhimento dos flaps, é preciso atentar-se sobre as limitações de velocidade de altitude para a sua operação. Pois a sua utilização fora dos padrões pode ocasionar em dados estruturais na aeronave.
Nos velocímetros das aeronaves de pequeno porte há uma faixa branca, que indica a faixa de operação com flaps estendidos, e é uma boa referência para você não ultrapassar os limites de velocidade.
Vs0: velocidade de estol, com trem de pouso baixado, flaps estendidos e potência reduzida.
Vfe: velocidade máxima para flaps estendidos.
- Os tipos de Flap são:
- Simples ou Comum: Provoca um aumento significativo no
coeficiente de sustentação, e ao mesmo tempo no aumento do
arrasto, realizando a movimentação do centro de pressão do
aerofólio para trás, o que resultará na elevação do nariz da
aeronave.
- Ventral: É deflexionado do intradorso da asa e produz um pouco mais de sustentação do que o flap simples. Porém, este tipo de flap produz mais arrasto ocasionado pela turbulência na parte traseira do aerofólio.
- Com fenda: Apresenta um aumento no coeficiente de sustentação um maior que nos flaps simples e ventral, pois proporciona uma energia adicional ao extradorso do flap, que é proveniente da aceleração do fluxo de ar que atinge o extradorso do flap, o que retarda o turbilhonamento naquela região e acaba resultando no aumento do coeficiente de sustentação.
- Fowler: O tipo de Flap mais eficiente, pois além de aumentar a corda da asa, também aumenta a sua área, o que resulta em um grande acréscimo no coeficiente de sustentação.
Dica
Os flapes mais importantes para a prova da ANAC, são os tipos “Simples” e “Fowler”. Também são os que mais encontramos no dia a dia.
02
SLOT
O Slot é um tipo de fenda ou ranhura que aumenta o ângulo de ataque crítico de um aerofólio, através da suavização do escoamento do ar no extradorso da asa, evitando o turbilhonamento.
Com este dispositivo, a asa consegue alcançar ângulos de ataque maiores, e com isso, aumentar o seu coeficiente de sustentação.
Dentre os tipos de Slot, temos os fixos, móveis (slat) e o leading edge flaps (flaps de bordo de ataque).
- Slot fixo: Direciona o fluxo de ar para o extradorso da asa, retardando o turbilhonamento dos filetes de ar a elevados ângulos de ataque. Este tipo de slot não altera a corda nem a área da asa, porém aumenta o coeficiente de sustentação, diminuindo a velocidade de estol.
- Slot móvel (slat): Reconhecido como um tipo de Slot móvel, o Slat permanece recolhido durante o voo normal, podendo ser acionado somente quando necessário.
- Leading edge flaps: Com a função de aumentar o coeficiente de sustentação e a corda da asa, este slot é utilizado em conjunto com o flap, e reduz a tendência do movimento de nariz para baixo provocado pelo flap.
03
DECOLAGEM
A decolagem consiste na fase de acelerar a aeronave de uma velocidade igual a zero parauma velocidade segura, capaz de produzir sustentação e prosseguir com a aceleração da velocidade até 50ft de altura, onde se inicia a fase de subida.
A distância de decolagem representa a distância que a aeronave percorre em solo desde o momento que está parada e inicia a aceleração até o momento em que atinge 50ft de altura a uma velocidade segura.
E a rolagem no solo representa a distância percorrida em solo durante
a aceleração da aeronave parada até a velocidade de rotação.
Contextualizando
Uma segura é relacionada a velocidade de estol e geralmente corresponde a uma margem de 20% acima desta velocidade.
E os principais fatores que devem ser analisados para o planejamento de uma decolagem envolve as variáveis de peso, velocidade, densidade do ar, vento, uso do flap e características da pista.
- Peso: Quanto mais pesada a aeronave, maior será a velocidade e a distância de decolagem.
- Velocidade: Quanto mais pesada a aeronave, maior velocidade precisará ser alcançada para a decolagem.
- Densidade do ar: A diminuição da densidade do ar, aumentará a distância de decolagem, pois esta variável afeta diretamente a potência do motor, arrasto e a sustentação.
Veja na Tabela os fatores que influenciam na densidade do ar.
- Vento: A escolha da cabeceira da pista para uma decolagem deve ser pautada pela direção e velocidade do vento no momento. E condições de vento de proa são ideais para a performance da aeronave, pois reduz a distância de decolagem.
- Flap: A utilização do flap na decolagem proporciona uma redução dadistância de rolagem no solo, pois a velocidade de estol é reduzida. Contudo, nesta fase do voo, recomenda-se o pouco uso do flap, pois este dispositivo também gera o aumento do arrasto.
Piso da Pista: quanto maior o atrito do pneu com o solo, maior será a distância requerida para a decolagem. Uma pista com pavimento duro e seco é a que proporciona o menor atrito e a condição ideal para a decolagem.
- Gradiente da Pista: A diminuição da densidade do ar, aumentará a distância de decolagem, pois esta variável afeta diretamente a potência do motor, arrasto e a sustentação.
Portanto, para a melhor performance de decolagem a condição ideal deve apresentar:
- Baixa temperatura;
- Alta pressão atmosférica;
- Ar seco;
- Baixa altitude;
- Vento de proa; e
- Pista em declive.
04
VOO DE SUBIDA
Durante a subida o peso da aeronave passa a agir em direção a sua parte traseira, aumentando imediatamente o arrasto. Para compensar este aumento de arrasto, é necessário aplicar mais potência para equilibrar a variação das forças.
Desta forma, para sustentar uma subida ou um ângulo de subida, a aeronave precisa desenvolver potência disponível para compensar o arrasto adicional produzido.
- Ângulo/Gradiente de subida: Ângulo formado entre a linha do horizonte e a trajetória de voo ascendente da aeronave. E é relacionado ao peso e a sobra de potência em relação ao arrasto.
- Razão de Subida ou Velocidade Vertical: Quantidade de altitude alcançada em um determinado período de tempo, expressa em pés (ft) por minuto.
Velocidade de máximo ângulo/gradiente de subida: Utilizada para livrar obstáculos durante a decolagem, pois permite o maior ganho de altitude através da menor distância possível. - Velocidade de máxima razão de subida: Utilizada para adquirir o maior ganho de altitude dentro do menor tempo possível. Ou seja, permite que se atinja o nível de cruzeiro no menor período de tempo.
Portanto, para a melhor performance de decolagem a condição ideal deve apresentar:
- Baixa temperatura;
- Alta pressão atmosférica;
- Ar seco;
- Baixa altitude;
- Vento de proa;
- Pista em declive.
05
CRUZEIRO
Também conhecido como voo reto e nivelado, o voo de cruzeiro é normalmente a parte mais longa de um voo, e por este motivo, uma adequada escolha de nível de voo e velocidade, proporciona altos índices de performance.
Esta fase do voo sofre a influência da atitude, altitude, ângulo de ataque,
velocidade, potência e peso da aeronave. E sua principal característica é que quando em velocidade constante, as quatro forças – sustentação, peso, tração e arrasto – permanecem em equilíbrio.
Entenda a performance do voo de cruzeiro em relação aos seus fatores de influência.
- Ângulo de ataque e velocidade e atitude da aeronave: O ângulo de ataque e a velocidade são fatores interligados entre si, de modo que um afeta o outro, e por consequência, atingem a atitude da
aeronave. Portanto, o ângulo de ataque varia inversamente à velocidade da aeronave.
- Peso: Durante voo, o peso da aeronave é reduzido gradativamente à medida que o combustível é consumido. Com isso, a sustentação produzida também deverá ser reduzida para manter o equilíbrio com o peso.
- E para que isso seja possível, há duas opções: reduzir o ângulo de ataque ou a velocidade do avião.
- Altitude: Independente da altitude do voo, para manter o voo de cruzeiro deverá ser mantido o equilíbrio entre o peso e a sustentação. Porém, à medida que a altitude aumenta, a densidade do ar diminui, o que resultará também na redução da sustentação.
- Logo, a maneira ideal para manter a sustentação e compensar a queda da densidade do ar é aumentando a velocidade verdadeira (aerodinâmica) da aeronave.
- Potência: Em um voo de cruzeiro, para a tração se manter igual ao arrasto, você precisa compreender a relação da potência necessária e as velocidades adotadas nesta fase do voo.
- Velocidade máxima: Ao aplicar a máxima potência a aeronave irá acelerar até que a tração se iguale ao arrasto. Quando estas duas forças se igualarem a aeronave terá atingido a velocidade máxima em voo horizontal.
- Velocidade de máximo alcance: É a velocidade que proporciona o maior alcance com uma determinada quantidade de combustível.
- Velocidade de máxima autonomia: É a velocidade que permite voar o maior tempo possível com uma determinada quantidade de combustível.
- Velocidade mínima: É a menor velocidade na qual é possível manter o voo horizontal. Nesta velocidade o arrasto é bastante elevado, o que requer a aplicação de potência elevada para compensar este arrasto.
- Vento: O vento afeta a velocidade da aeronave em relação ao solo (VS), portanto, ao voar com vento de proa a aeronave terá a VS menor do que a VA. Ou seja, a aeronave terá o seu alcance reduzido e o consumo de combustível aumentado.
Em contra partida, se a aeronave encontra um vento de cauda, o tempo em rota será reduzido, devido a maior velocidade em relação ao solo, o que consequentemente irá diminuir o consumo de combustível e
aumentar o alcance do voo.
06
VOO EM CURVA
- Para iniciar uma uma curva, a aeronave precisa se inclinar lateralmente no sentido da curva, gerando a força centrípeta. Durante a inclinação, a sustentação não será mais uma força exatamente oposta ao peso, pois ela passará a atuar no sentido da curva.
Dica
A força centrífuga pode ser tratada como “Componente de Arrasto” em questões da ANAC.
A sustentação em uma curva é separada em dois componentes.
Componente vertical: Atua no sentido contrário ao peso.
Componente horizontal: Atual no sentido do centro da curva, que também é conhecido como força centrípeta.
E como a sustentação em curva será uma resultante destes dois componentes, ela obrigatoriamente será maior do que o peso. Para isso, à medida que a inclinação da curva é aumentada, o ângulo de ataque também deverá ser aumentado com o objetivo de tornar a sustentação total maior.
Neste contexto, compreenda os conceitos de ângulo de inclinação, raio da curva e raio limite.
- Ângulo de inclinação: Ângulo formado entre a linha do horizonte e o eixo lateral da aeronave.
- Raio da curva: Distância da aeronave ao centro da curva.
- Raio limite: É o menor raio possível para a realização de uma curva,
com a potência máxima aplicada. - A performance do voo em curva é afetada pela velocidade, peso, altitude e potência disponível.
- Velocidade: A variação da velocidade afeta diretamente o raio da curva e a inclinação da aeronave.
- Peso: Com o aumento do peso, a sustentação necessária para compensá-lo também deverá aumentar. Para isso, deverão ser aumentados o ângulo de ataque e a potência da aeronave.
- Altitude: Com o aumento da altitude, ocorre a redução da densidade do ar, que provoca a queda na potência disponível do motor. E com isso, o raio limite da curva é diretamente proporcional a altitude.
- Potência disponível: Quanto maior a inclinação da curva maior a potência necessária para se manter a velocidade e a altitude.
- Conheça também os três tipos de curvas.
- Curva Coordenada: Tipo de curva padrão e que deve ser realizada durante um voo. Para isso, o piloto precisa utilizar o aileron e o leme na medida certa.
- Curva Glissada: Inclinação excessiva das asas causada pela pouca aplicação do pedal para o lado da curva.
- Curva Derrapada: Ao contrário da curva glissada, este tipo de curva é causado pela aplicação excessiva do pedal.
Saiba mais
Para manter a curva coordenada utiliza-se um instrumento conhecido como “Turn Coordinator”, com as funções de indicar a velocidade de inclinação e a coordenação da curva. E é através deste instrumento que o piloto deve checar se a força aplicada no pedal está adequada ou não.
07
DESCIDA E VOO PLANADO
Para iniciar uma trajetória de voo descendente, também conhecida como voo planado, precisamos retirar a força de tração, de modo que a aeronave sofra influência apenas do peso, arrasto e da sustentação.
- Entenda alguns conceitos básicos do voo planado.
- Ângulo de planeio: Ângulo formado entre a trajetória do voo e a linha do horizonte. Quanto menor o ângulo de planeio maior a distância percorrida.
- Relação L/D: Relação entre a sustentação (L) e o arrasto (D), que define a distância percorrida no voo planado. Ou seja, quanto menor a relação L/D maior será o ângulo de planeio e menor a distância percorrida.
- Razão de descida: Quantidade de altitude perdida num dado espaço de tempo, expressa em pés por minuto (ft/min).
- Em sua performance, os fatores de maior influência são o peso, a velocidade, o uso do flap, trem de pouso e o vento.
- Peso: O peso da aeronave não afeta o ângulo de planeio nem a distância percorrida, afeta apenas a velocidade e a razão de descida da aeronave.
- Velocidade: O fabricante da aeronave determina uma velocidade em
relação ao peso, que irá proporcionar a melhor relação L/D e o adequado ângulo de planeio, denominada de velocidade de melhor planeio. - Flap: O uso do flap resulta no aumento do arrasto, diminuindo a relação L/D. Portanto, não deve ser utilizado na intenção de aumentar a distância do voo planado.
- Trem de pouso: A extensão do trem de pouso resulta no aumento do arrasto e na diminuição da relação L/D, o que consequentemente, também diminui a distância percorrida no voo planado.
- Vento: O vento afeta o ângulo de planeio e a distância percorrida no voo planado. Contudo, não afeta a velocidade de melhor planeio e a razão de descida.
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POUSO
Por fim, a última etapa de um voo é o pouso, que consiste na manobra de cruzar a cabeceira da pista a uma altura de 50ft e com uma velocidade de segurança, para tocar na pista e parar completamente a aeronave.
- E apesar de serem manobras distintas, os fatores que afetam o pouso são similares a decolagem, sendo o peso, a velocidade, densidade do ar, características da pista, vento e uso do flap
- Peso: Quanto mais pesada a aeronave, maior será a velocidade e a
distância de pouso. - Velocidade: A velocidade ideal de aproximação corresponde a uma
margem de 20% acima da velocidade de estol. - Densidade do ar: Quanto menor a densidade do ar, maior será a distância do pouso.
- Características da pista: Quanto mais atrito entre a roda e a pista
melhor, pois isso aumenta a desaceleração da aeronave em solo e
diminui a distância de pouso. - Vento: Com um vento de proa, a velocidade em relação ao solo (VS) será menor do que a VI, resultando em uma menor utilização de pista durante o pouso.
- Gradiente da pista: Para o pouso é favorável uma pista com gradiente positivo, ou seja, em aclive. Pois isso aumenta a desaceleração da aeronave e reduz a distância de pouso.
Portanto, para a melhor performance de pouso a condição ideal deve apresentar:
- Baixa temperatura;
- Alta pressão atmosférica;
- Ar seco;
- Baixa altitude;
- Vento de proa;
- Pista em aclive.
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