Conheça quais são as forças que permitem uma aeronave alçar voo

Vez por outra a Hangar 33 retorna a este tema, por considerar que, sem esta refinada compreensão teórica, o voo seria inacessível ao homem. Nos referimos às forças que permitem uma aeronave voar! A partir dos princípios físicos aerodinâmicos, entenda como estas forças se interagem.

FORÇA 1 – Força Peso (W)

A força peso W (weight) se deve à força de atração que a terra exerce sobre todos os corpos e é diretamente proporcional à massa m do corpo. Considerando a 2a Lei de Newton, pode-se escrever que:
Força e massa
Nesta equação, g é o módulo da aceleração da gravidade, que nas proximidades da terra vale a 10 m/s2.

gravidade-aviação-hangar-33Corpo de massa “M” sob a ação de uma força “W”

FORÇA 2 – Força de Sustentação (L)

A utilização dos princípios de hidrodinâmica permitiu à humanidade desenvolver superfícies com perfis aerodinâmicos que permitiam o surgimento de forças verticais que se contrapunham à força peso, tornando o voo de um corpo com densidade maior do que a do ar possível. A seguir, iremos estudar o equacionamento básico desta força, que é a responsável pelo voo e o entendimento de conceitos importantes, tais como:

– Centro de Pressão (CP);
– Corda Média Aerodinâmica;
– Estabilizadores horizontal e vertical, entre outros.

Na figura a seguir observa-se a situação normal do voo, no qual se tem um escoamento laminar, não turbulento na parte superior (extradorso) e na parte inferior (intradorso) de uma asa de uma aeronave.

aerodinamica-voo-blog-hangar-33Força de Sustentação em uma asa

Devido à incompressibilidade do ar e do efeito Venturi no intradorso, como se tem uma velocidade menor, devido ao menor percurso do ar, tem-se uma pressão maior do que no extradorso, que, devido ao maior percurso do ar, tem um escoamento com maior velocidade e, portanto, menor pressão. Essa diferença de pressão entre o intradorso e o extradorso é a responsável pelo surgimento da força de sustentação L (Lift).

Aerona C95BMFlickr/Aeronave C-95BM – Esquadrão Rumba da FAB

A fim de estudar o equilíbrio de um corpo, é necessário que saibamos o ponto de aplicação das forças que nele agem. No caso da força de sustentação, ela é aplicada em um ponto denominado centro de pressão (CP). Denominando a linha que liga o bordo de ataque do aerofólio (ponto mais anterior) ao bordo de fuga (ponto mais posterior) de corda média aerodinâmica, define-se o ângulo de ataque α como sendo o ângulo que a corda média aerodinâmica forma com a direção ao vento relativo.

sustentação-da-aeronave-blog-hangar-33Figura 4 – Ângulo de Ataque

Força de sustentação depende da velocidade do vento relativo

É lógico que esse vento relativo surge devido à ação dos motores da aeronave que a impulsionam para frente. A ação dos motores gera a força de tração que será estudada mais para frente. A força de sustentação depende da velocidade do vento relativo v, da densidade do ar, do coeficiente de sustentação CL e da área alar (área da asa) S. O coeficiente de sustentação é função do design da asa, o que envolve o perfil utilizado, e do ângulo de ataque. Matematicamente, a força de sustentação é dada por:

Um fato importante sobre a força de sustentação é aquele na qual a asa se encontra no ângulo de ataque crítico. Esse ângulo é aquele no qual o filete de ar se descola da asa, gerando uma diminuição brusca na sustentação, conhecida como estol (do inglês stall, significa “apagamento”). Em nosso próximo post técnico, daremos continuidade a este tema, abordando as forças de tração e arrasto. Você não perde por esperar, enquanto isso, pode conferir outros posts técnicos aqui no blog!

Até a próxima e bons ventos!

Fonte: Princípios de Planejamento de Voo. UNISUL, 2012.

Deixe aqui sua opinião