Aeronave - Aircraft

O Cessna 172 Skyhawk é a aeronave mais produzida da história.

Uma aeronave é um veículo ou máquina capaz de voar ganhando suporte do ar . Ele neutraliza a força da gravidade usando a elevação estática ou dinâmica de um aerofólio ou, em alguns casos, o impulso para baixo dos motores a jato . Exemplos comuns de aeronaves incluem aviões , helicópteros , dirigíveis (incluindo dirigíveis ), planadores , paramotores e balões de ar quente .

A atividade humana que cerca as aeronaves é chamada de aviação . A ciência da aviação, incluindo o projeto e a construção de aeronaves, é chamada de aeronáutica . As aeronaves tripuladas são pilotadas por um piloto a bordo , mas os veículos aéreos não tripulados podem ser controlados remotamente ou autocontrolados por computadores de bordo . As aeronaves podem ser classificadas por diferentes critérios, como tipo de elevação, propulsão da aeronave , uso e outros.

História

Modelos voadores e histórias de voo tripulado datam de muitos séculos; no entanto, a primeira subida tripulada - e descida segura - nos tempos modernos ocorreu por meio de balões de ar quente maiores desenvolvidos no século XVIII. Cada uma das duas guerras mundiais levou a grandes avanços técnicos. Consequentemente, a história da aeronave pode ser dividida em cinco eras:

Métodos de levantamento

Mais leve que o ar - aeróstatos

Balões de ar quente

Os aeróstatos usam a flutuabilidade para flutuar no ar da mesma forma que os navios flutuam na água. Eles são caracterizados por uma ou mais células ou coberturas grandes, preenchidas com um gás de densidade relativamente baixa, como hélio , hidrogênio ou ar quente , que é menos denso que o ar circundante. Quando o peso disso é adicionado ao peso da estrutura da aeronave, ele soma o mesmo peso do ar que a aeronave desloca.

Pequenos balões de ar quente, chamados de lanternas do céu , foram inventados pela primeira vez na China antiga antes do século 3 aC e usados ​​principalmente em celebrações culturais, e eram apenas o segundo tipo de aeronave a voar, sendo o primeiro papagaios , inventados pela primeira vez em China antiga há mais de dois mil anos. (Ver Dinastia Han )

Dirigível USS Akron sobre Manhattan na década de 1930

Um balão era originalmente qualquer aeróstato, enquanto o termo dirigível era usado para projetos de aeronaves grandes e motorizadas - geralmente de asa fixa. Em 1919, Frederick Handley Page foi relatado como referindo-se a "navios do ar", com tipos de passageiros menores como "iates aéreos". Na década de 1930, grandes barcos voadores intercontinentais também eram chamados de "navios do ar" ou "navios voadores". - embora nenhum ainda tivesse sido construído. O advento dos balões motorizados, chamados de balões dirigíveis, e posteriormente de cascos rígidos permitindo um grande aumento de tamanho, começou a mudar a forma como essas palavras eram usadas. Enormes aeróstatos motorizados, caracterizados por uma estrutura externa rígida e pele aerodinâmica separada ao redor das bolsas de gás, foram produzidos, sendo os Zepelins os maiores e mais famosos. Ainda não havia aeronaves de asa fixa ou balões não rígidos grandes o suficiente para serem chamados de dirigíveis, então "dirigível" passou a ser sinônimo dessas aeronaves. Então, vários acidentes, como o desastre de Hindenburg em 1937, levaram ao fim dessas aeronaves. Hoje em dia, um "balão" é um aeróstato sem motor e um "dirigível" é um aeróstato motorizado.

Um aeróstato motorizado e dirigível é denominado dirigível . Às vezes, esse termo é aplicado apenas a balões não rígidos, e às vezes balão dirigível é considerado como a definição de um dirigível (que pode então ser rígido ou não rígido). Os dirigíveis não rígidos são caracterizados por um saco de gás moderadamente aerodinâmico com aletas estabilizadoras na parte traseira. Estes logo ficaram conhecidos como dirigíveis . Durante a Segunda Guerra Mundial , essa forma foi amplamente adotada para balões amarrados ; em tempo de vento, isso reduz a tensão na corda e estabiliza o balão. O apelido de dirigível foi adotado junto com a forma. Nos tempos modernos, qualquer pequeno dirigível ou aeronave é chamado de dirigível, embora um dirigível possa ser tanto sem motor quanto com motor.

Mais pesado que o ar - aeródinos

Aeronaves mais pesadas que o ar, como os aviões , devem encontrar uma maneira de empurrar o ar ou o gás para baixo para que ocorra uma reação (pelas leis de movimento de Newton) para empurrar a aeronave para cima. Esse movimento dinâmico pelo ar é a origem do termo. Existem duas maneiras de produzir impulso ascendente dinâmico - elevação aerodinâmica e elevação motorizada na forma de impulso do motor.

A sustentação aerodinâmica envolvendo asas é a mais comum, com aeronaves de asas fixas sendo mantidas no ar pelo movimento de avanço das asas, e aeronaves de asas rotativas girando em rotores em forma de asa, às vezes chamados de asas rotativas. Uma asa é uma superfície plana e horizontal, geralmente em seção transversal como um aerofólio . Para voar, o ar deve fluir sobre a asa e gerar sustentação . Uma asa flexível é uma asa feita de tecido ou folha fina, freqüentemente esticada sobre uma estrutura rígida. Uma pipa é amarrada ao solo e depende da velocidade do vento sobre suas asas, que podem ser flexíveis ou rígidas, fixas ou rotativas.

Com a elevação motorizada, a aeronave direciona o impulso do motor verticalmente para baixo. Aeronaves V / STOL , como o Harrier Jump Jet e Lockheed Martin F-35B decolam e pousam verticalmente usando elevação motorizada e transferência para elevação aerodinâmica em vôo estável.

Um foguete puro geralmente não é considerado aeródino porque não depende do ar para sua sustentação (e pode até voar para o espaço); no entanto, muitos veículos de elevação aerodinâmica foram movidos ou auxiliados por motores de foguete. Mísseis movidos a foguete que obtêm sustentação aerodinâmica em alta velocidade devido ao fluxo de ar sobre seus corpos são um caso marginal.

ASA consertada

Um Airbus A380 , o maior avião de passageiros do mundo

O precursor da aeronave de asa fixa é a pipa . Enquanto uma aeronave de asa fixa depende de sua velocidade de avanço para criar fluxo de ar sobre as asas, uma pipa é amarrada ao solo e depende do vento que sopra sobre suas asas para fornecer sustentação. Os papagaios foram o primeiro tipo de aeronave a voar e foram inventados na China por volta de 500 AC. Muitas pesquisas aerodinâmicas foram feitas com pipas antes que aeronaves de teste, túneis de vento e programas de modelagem de computador estivessem disponíveis.

As primeiras naves mais pesadas que o ar capazes de vôo livre controlado foram os planadores . Um planador projetado por George Cayley realizou o primeiro vôo verdadeiramente tripulado e controlado em 1853.

A aeronave prática e motorizada de asa fixa (o avião ou avião) foi inventada por Wilbur e Orville Wright . Além do método de propulsão , as aeronaves de asa fixa são, em geral, caracterizadas por sua configuração de asa . As características mais importantes da asa são:

  • Número de asas - monoplano , biplano , etc.
  • Suporte de asa - reforçado ou cantilever, rígido ou flexível.
  • Forma plana da asa - incluindo relação de aspecto , ângulo de varredura e quaisquer variações ao longo do vão (incluindo a importante classe de asas delta ).
  • Localização do estabilizador horizontal, se houver.
  • Ângulo diédrico  - positivo, zero ou negativo (anédrico).

Uma aeronave de geometria variável pode alterar sua configuração de asa durante o vôo.

Uma asa voadora não tem fuselagem, embora possa ter pequenas bolhas ou cápsulas. O oposto disso é um corpo de elevação , que não tem asas, embora possa ter pequenas superfícies de estabilização e controle.

Os veículos de efeito asa no solo geralmente não são considerados aeronaves. Eles "voam" com eficiência perto da superfície do solo ou da água, como as aeronaves convencionais durante a decolagem. Um exemplo é o ekranoplan russo apelidado de " Monstro do Mar Cáspio ". Aeronaves com propulsão humana também dependem do efeito solo para permanecer no ar com o mínimo de potência do piloto, mas isso ocorre apenas porque são muito fracas - na verdade, a estrutura é capaz de voar mais alto.

Aeronave estacionada em solo no Afeganistão

Rotorcraft

Aeronaves de rotação, ou aeronaves de asa rotativa, usam um rotor giratório com lâminas de seção de aerofólio (uma asa rotativa ) para fornecer sustentação. Os tipos incluem helicópteros , autogiros e vários híbridos, como girodinos e helicópteros compostos.

Os helicópteros têm um rotor girado por um eixo motorizado. O rotor empurra o ar para baixo para criar sustentação. Inclinando o rotor para frente, o fluxo descendente é inclinado para trás, produzindo impulso para o vôo para a frente. Alguns helicópteros têm mais de um rotor e alguns têm rotores acionados por jatos de gás nas pontas.

Os autogiros possuem rotores não alimentados, com uma usina separada para fornecer empuxo. O rotor está inclinado para trás. Conforme o autogiro se move para frente, o ar sopra para cima através do rotor, fazendo-o girar. Este giro aumenta a velocidade do fluxo de ar sobre o rotor, para fornecer sustentação. Os papagaios de rotor são autogiros sem motorização, que são rebocados para lhes dar velocidade para a frente ou amarrados a uma âncora estática em ventos fortes para o voo com kite.

Os ciclogiros giram suas asas em torno de um eixo horizontal.

As aeronaves de asas rotativas compostas têm asas que fornecem parte ou toda a sustentação em vôo para a frente. Hoje em dia, eles são classificados como tipos de elevação motorizada e não como aeronaves de asas rotativas. Aeronaves Tiltrotor (como o Bell Boeing V-22 Osprey ), tiltwing , tail-sitter e coleópteros têm seus rotores / hélices horizontais para vôo vertical e vertical para vôo para a frente.

Outros métodos de levantamento

Corpo de levantamento X-24B.
  • Um corpo de elevação é um corpo de aeronave moldado para produzir elevação. Se houver asas, elas são muito pequenas para fornecer sustentação significativa e são usadas apenas para estabilidade e controle. As carrocerias de içamento não são eficientes: elas sofrem com um grande arrasto e também devem se deslocar em alta velocidade para gerar sustentação suficiente para voar. Muitos dos protótipos de pesquisa, como o Martin Marietta X-24 , que levou ao ônibus espacial , estavam levantando corpos, embora o ônibus espacial não o faça, e alguns mísseis supersônicos obtêm sustentação do fluxo de ar sobre um corpo tubular.
  • Os tipos de levantamento motorizado contam com levantamento derivado do motor para decolagem e pouso vertical ( VTOL ). A maioria dos tipos de transição para a sustentação de asa fixa para vôo horizontal. As classes de tipos de elevação motorizada incluemaeronaves a jato VTOL (como o Harrier Jump Jet ) e tiltrotores , como o Bell Boeing V-22 Osprey , entre outros. Alguns projetos experimentais dependem inteiramente do empuxo do motor para fornecer sustentação durante todo o vôo, incluindo plataformas de flutuação com ventilador pessoal e jetpacks. Os projetos de pesquisa da VTOL incluem a plataforma de medição de empuxo Rolls-Royce .
  • O avião Flettner usa um cilindro giratório no lugar de uma asa fixa, obtendo sustentação a partir do efeito Magnus .
  • O ornitóptero obtém impulso batendo as asas.

Extremos de tamanho e velocidade

Tamanho

As menores aeronaves são brinquedos / itens recreativos e nano aeronaves .

A maior aeronave em dimensões e volume (em 2016) é o British Airlander 10 de 302 pés (92 m) de comprimento , um dirigível híbrido, com helicóptero e recursos de asa fixa, e supostamente capaz de velocidades de até 90 mph (140 km / h; 78 kn), e uma resistência aerotransportada de duas semanas com uma carga útil de até 22.050 lb (10.000 kg).

A maior aeronave em peso e a maior aeronave de asa fixa regular já construída, em 2016, é o Antonov An-225 Mriya . Esse transporte russo de seis motores, construído na Ucrânia, na década de 1980, tem 84 m (276 pés) de comprimento e 88 m (289 pés) de envergadura. Ela detém o recorde mundial de carga útil, após transportar 428.834 lb (194.516 kg) de mercadorias, e recentemente transportou cargas de 100 t (220.000 lb) comercialmente. Com um peso máximo carregado de 550–700 t (1.210.000–1.540.000 lb), é também a aeronave mais pesada construída até hoje. Ele pode navegar a 500 mph (800 km / h; 430 kn).

Os maiores aviões militares são o ucraniano Antonov An-124 Ruslan (segundo maior avião do mundo, também usado como transporte civil) e o americano Lockheed C-5 Galaxy de transporte, pesando, carregado, mais de 380 t (840.000 lb). O 8 motores, pistão / hélice Hughes H-4 Hercules "Spruce Goose" - um barco voador americano de madeira da Segunda Guerra Mundial com uma envergadura maior (94m / 260 pés) do que qualquer aeronave atual e uma altura de cauda igual à mais alta (Airbus A380-800 a 24,1 m / 78 pés) - voou apenas um salto curto no final dos anos 1940 e nunca voou fora do efeito solo .

Os maiores aviões civis, além dos acima mencionados An-225 e An-124, são o derivado de transporte de carga Airbus Beluga do avião a jato Airbus A300 , o derivado de transporte de carga Boeing Dreamlifter do avião / transporte Boeing 747 (o 747 -200B foi, em sua criação na década de 1960, a aeronave mais pesada já construída, com um peso máximo de mais de 400 t (880.000 lb)), e o avião a jato "superjumbo" Airbus A380 de dois andares (o maior passageiro do mundo avião comercial).

Velocidades

O voo de aeronaves com motor mais rápido e gravado de voo da aeronave mais rápido gravado de uma aeronave de respirar ar era da NASA X-43 Um Pegasus , um scramjet -powered, hipersônico , levantando o corpo de aeronaves pesquisa experimental, a Mach 9,6, exactamente 3,292.8 m / s (11.854 km / h; 6.400,7 kn; 7.366 mph). O X-43A estabeleceu essa nova marca e quebrou seu próprio recorde mundial de Mach 6,3, exatamente 2.160,9 m / s (7.779 km / h; 4.200,5 kn; 4.834 mph), estabelecido em março de 2004, em seu terceiro e último voo em 16 Novembro de 2004.

Antes do X-43A, o vôo de avião motorizado mais rápido registrado (e ainda o recorde de avião tripulado e motorizado / aeronave não espacial) foi o X-15A-2 norte-americano com foguete em Mach 6,72, ou 2.304,96 m / s (8.297,9 km / h; 4.480,48 kn; 5.156,0 mph), em 3 de outubro de 1967. Em um vôo atingiu uma altitude de 354.300 pés (108.000 m).

As aeronaves de produção mais conhecidas (exceto foguetes e mísseis) atualmente ou anteriormente operacionais (em 2016) são:

  • A aeronave de asa fixa mais rápida, e o planador mais rápido, é o Ônibus Espacial , um híbrido de planador-foguete, que reentrou na atmosfera como um planador de asa fixa a mais de Mach 25, igual a 8.575 m / s (30.870 km / h; 16.668 kn; 19.180 mph).
  • O avião militar mais rápido já construído: Lockheed SR-71 Blackbird , um jato de reconhecimento americano de asa fixa, conhecido por voar além de Mach 3,3, igual a 1.131,9 m / s (4.075 km / h; 2.200,2 kn; 2.532 mph). Em 28 de julho de 1976, um SR-71 estabeleceu o recorde para a aeronave operacional mais rápida e com o maior vôo, com um recorde de velocidade absoluta de 2.193 mph (3.529 km / h; 1.906 kn; 980 m / s) e um recorde de altitude absoluta de 85.068 ft (25.929 m). Em sua aposentadoria em janeiro de 1990, era a aeronave respiratória / jato mais rápida do mundo, um recorde que ainda permanecia em agosto de 2016.
Nota: Algumas fontes referem-se ao acima mencionado X-15 como o "avião militar mais rápido" porque foi parcialmente um projeto da Marinha e da Força Aérea dos Estados Unidos; entretanto, o X-15 não foi usado em operações militares reais não experimentais.
  • As aeronaves militares atuais mais rápidas são o soviético / russo Mikoyan-Gurevich MiG-25  - capaz de Mach 3,2, igual a 1.097,6 m / s (3.951 km / h; 2.133,6 kn; 2.455 mph), às custas de danos ao motor, ou Mach 2,83, igual a 970,69 m / s (3.494,5 km / h; 1.886,87 kn; 2.171,4 mph), normalmente - e o russo Mikoyan MiG-31 E (também capaz de Mach 2,83 normalmente). Ambos são aviões a jato de caça-interceptores, em operações ativas a partir de 2016.
  • O avião civil mais rápido já construído e o avião de passageiros mais rápido já construído: o avião a jato supersônico Tupolev Tu-144 (Mach 2,35, 1.600 mph, 2.587 km / h), que se acreditava voar a cerca de Mach 2,2. O Tu-144 (operado oficialmente de 1968 a 1978, terminando após duas colisões com a pequena frota) foi sobrevivido por seu rival, o Concorde (Mach 2.23), um avião supersônico francês / britânico, conhecido por cruzar a Mach 2.02 (1.450 mph , 2.333 kmh em altitude de cruzeiro), operando de 1976 até que a pequena frota do Concorde foi imobilizada permanentemente em 2003, após a queda de uma no início dos anos 2000.
  • O avião civil mais rápido voando atualmente: o Cessna Citation X , um jato executivo americano, capaz de Mach 0,935 ou 320,705 m / s (1.154,54 km / h; 623,401 kn; 717,40 mph). Seu rival, o jato executivo American Gulfstream G650 , pode atingir Mach 0,925, ou 317,275 m / s (1.142,19 km / h; 616,733 kn; 709,72 mph)
  • O avião mais rápido voando atualmente é o Boeing 747 , citado como sendo capaz de cruzar sobre Mach 0,885, 303,555 m / s (1.092,80 km / h; 590,064 kn; 679,03 mph). Anteriormente, os mais rápidos eram o problemático e efêmero Tupolev Tu-144 SST russo (União Soviética) (Mach 2,35; igual a 806,05 m / s (2.901,8 km / h; 1.566,84 kn; 1.803,1 mph) e o Concorde francês / britânico , com uma velocidade máxima de Mach 2,23 ou 686 m / s (2.470 km / h; 1.333 kn; 1.530 mph) e uma velocidade de cruzeiro normal de Mach 2 ou 320,705 m / s (1.154,54 km / h; 623,401 kn; 717,40 mph) . Antes deles, o avião a jato Convair 990 Coronado da década de 1960 voava a mais de 600 mph (970 km / h; 520 kn; 270 m / s).

Propulsão

Aeronave sem motor

Planadores são aeronaves mais pesadas que o ar que não empregam propulsão uma vez no ar. A decolagem pode ser lançada para a frente e para baixo de um local alto, ou puxando para o ar em um cabo de reboque, por um guincho ou veículo terrestre, ou por uma aeronave de "rebocador" motorizada. Para um planador manter sua velocidade e sustentação do ar para a frente, ele deve descer em relação ao ar (mas não necessariamente em relação ao solo). Muitos planadores podem "voar alto ", ou seja , ganhar altura com correntes ascendentes, como correntes térmicas. O primeiro exemplo prático e controlável foi projetado e construído pelo cientista e pioneiro britânico George Cayley , a quem muitos reconhecem como o primeiro engenheiro aeronáutico. Exemplos comuns de planadores são planadores , asas delta e parapentes .

Os balões flutuam com o vento, embora normalmente o piloto possa controlar a altitude, seja aquecendo o ar ou liberando lastro, dando algum controle direcional (já que a direção do vento muda com a altitude). Um balão híbrido em forma de asa pode planar direcionalmente ao subir ou descer; mas um balão de formato esférico não tem esse controle direcional.

Os papagaios são aeronaves amarradas ao solo ou outro objeto (fixo ou móvel) que mantém a tensão na corda ou no cabo do papagaio ; eles dependem do vento virtual ou real soprando sobre e sob eles para gerar sustentação e arrasto. Kytoons são híbridos de pipa-balão que são moldados e amarrados para obter deflexões de kite e podem ser mais leves que o ar, com flutuabilidade neutra ou mais pesados ​​que o ar.

Aeronave motorizada

Aeronaves motorizadas têm uma ou mais fontes de energia mecânica a bordo, normalmente motores de aeronaves, embora borracha e mão de obra também tenham sido usadas. A maioria dos motores de aeronaves são motores alternativos leves ou turbinas a gás . O combustível do motor é armazenado em tanques, geralmente nas asas, mas aeronaves maiores também têm tanques de combustível adicionais na fuselagem .

Avião a hélice

Aeronaves a hélice usam uma ou mais hélices (parafusos de ar) para criar empuxo na direção para frente. A hélice é geralmente montada na frente da fonte de alimentação na configuração de trator, mas pode ser montada atrás na configuração de empurrador . As variações do layout da hélice incluem hélices contra-giratórias e ventiladores conduzidos .

Muitos tipos de usinas de energia têm sido usados ​​para acionar hélices. Os primeiros dirigíveis usavam mão-de-obra ou motores a vapor . O motor de pistão mais prático foi usado para praticamente todas as aeronaves de asa fixa até a Segunda Guerra Mundial e ainda é usado em muitas aeronaves menores. Alguns tipos usam motores de turbina para acionar uma hélice na forma de um turboélice ou propfan . O vôo com a força humana foi alcançado, mas não se tornou um meio prático de transporte. Aeronaves e modelos não tripulados também usam fontes de energia, como motores elétricos e elásticos.

Avião a jato

As aeronaves a jato usam motores a jato que respiram o ar, que aspiram o ar, queimam o combustível com ele em uma câmara de combustão e aceleram o escapamento para trás para fornecer o empuxo.

Diferentes configurações de motores a jato incluem o turbojato e turbofan , às vezes com a adição de um pós - combustor . Aqueles sem turbomáquinas rotativas incluem o pulsejet e o ramjet . Esses motores mecanicamente simples não produzem empuxo quando estacionários, de modo que a aeronave deve ser lançada à velocidade de vôo usando uma catapulta, como a bomba voadora V-1 , ou um foguete, por exemplo. Outros tipos de motor incluem o motorjet e o Pratt & Whitney J58 de ciclo duplo .

Comparados aos motores que usam hélices, os motores a jato podem fornecer empuxo muito mais alto, velocidades mais altas e, acima de cerca de 12.000 m (40.000 pés), maior eficiência. Eles também são muito mais eficientes em termos de combustível do que os foguetes . Como consequência, quase todas as aeronaves de grande porte, de alta velocidade ou altitude, usam motores a jato.

Rotorcraft

Alguns helicópteros, como helicópteros , têm uma asa ou rotor rotativo motorizado , onde o disco do rotor pode ser inclinado ligeiramente para a frente de modo que uma proporção de sua sustentação seja direcionada para a frente. O rotor pode, como uma hélice, ser alimentado por uma variedade de métodos, como um motor de pistão ou turbina. Os experimentos também usaram bicos de jato nas pontas das pás do rotor .

Outros tipos de aeronaves motorizadas

  • Aviões movidos a foguete têm sido experimentados ocasionalmente, e ocaça Messerschmitt Me 163 Komet até mesmo entrou em ação na Segunda Guerra Mundial. Desde então, eles estão restritos a aeronaves de pesquisa, como o norte-americano X-15 , que viajou ao espaço onde motores que respiram não podem funcionar (foguetes carregam seu próprio oxidante). Foguetes têm sido usados ​​com mais freqüência como um suplemento à usina de energia principal, normalmente para a decolagem assistida por foguete de aeronaves pesadamente carregadas, mas também para fornecer capacidade de colisão de alta velocidade em alguns projetos híbridos, como o Saunders-Roe SR.53 .
  • O ornitóptero obtém impulso batendo as asas. Ele encontrou uso prático em um modelo de falcão usado para congelar presas em silêncio para que pudessem ser capturados, e em pássaros de brinquedo.

Design e construção

As aeronaves são projetadas de acordo com muitos fatores, como demanda do cliente e do fabricante, protocolos de segurança e restrições físicas e econômicas. Para muitos tipos de aeronaves, o processo de projeto é regulamentado pelas autoridades nacionais de aeronavegabilidade.

As partes principais de uma aeronave são geralmente divididas em três categorias:

  • A estrutura compreende os principais elementos de suporte de carga e equipamentos associados.
  • O sistema de propulsão (se alimentado) compreende a fonte de alimentação e os equipamentos associados, conforme descrito acima.
  • A aviônica compreende os sistemas de controle, navegação e comunicação, geralmente de natureza elétrica.

Estrutura

A abordagem do projeto estrutural varia amplamente entre os diferentes tipos de aeronave. Alguns, como os parapentes, são compostos apenas de materiais flexíveis que agem sob tensão e dependem da pressão aerodinâmica para manter sua forma. Um balão também depende da pressão interna do gás, mas pode ter uma cesta rígida ou gôndola pendurada abaixo dele para carregar sua carga. As primeiras aeronaves, incluindo dirigíveis , frequentemente empregavam uma cobertura de tecido dopado flexível para fornecer um aeroshell razoavelmente liso esticado sobre uma estrutura rígida. Aeronaves posteriores empregaram técnicas de semi- monocoque , em que a pele da aeronave é rígida o suficiente para compartilhar grande parte das cargas de voo. Em um verdadeiro design monocoque, não há estrutura interna esquerda. Com a recente ênfase na sustentabilidade, o cânhamo atraiu alguma atenção, tendo uma pegada de carbono bem menor e 10 vezes mais forte do que o aço, o cânhamo pode se tornar o padrão de fabricação no futuro.

As principais partes estruturais de uma aeronave dependem de seu tipo.

Aerostats

Os tipos mais leves que o ar são caracterizados por um ou mais gasbags, normalmente com uma estrutura de suporte de cabos flexíveis ou uma estrutura rígida chamada de casco. Outros elementos, como motores ou uma gôndola, também podem ser fixados à estrutura de suporte.

Aerodynes

Fuselagem diagrama para um AgustaWestland AW101 helicóptero

Os tipos mais pesados ​​que o ar são caracterizados por uma ou mais asas e uma fuselagem central . A fuselagem normalmente também carrega uma cauda ou empenagem para estabilidade e controle e um trem de pouso para decolagem e pouso. Os motores podem estar localizados na fuselagem ou asas. Em uma aeronave de asa fixa, as asas são rigidamente fixadas à fuselagem, enquanto em uma aeronave de asas rotativas as asas são fixadas a um eixo vertical rotativo. Projetos menores às vezes usam materiais flexíveis para parte ou toda a estrutura, mantidos no lugar por uma estrutura rígida ou por pressão de ar. As partes fixas da estrutura constituem a célula .

Aviônica

A aviônica compreende os sistemas de controle de voo da aeronave e equipamentos relacionados, incluindo a instrumentação da cabine , navegação, radar , monitoramento e sistemas de comunicação .

Características de voo

Envelope de vôo

O envelope de vôo de uma aeronave se refere às suas capacidades de projeto aprovadas em termos de velocidade do ar , fator de carga e altitude. O termo também pode se referir a outras avaliações de desempenho da aeronave, como capacidade de manobra. Quando uma aeronave é abusada, por exemplo, por mergulhar em uma velocidade muito alta, diz-se que voa fora do envelope , algo considerado temerário, pois foi levado além dos limites de projeto que foram estabelecidos pelo fabricante. Ir além do envelope pode ter um resultado conhecido, como vibração ou entrada em um giro irrecuperável (possíveis razões para o limite).

Alcance

O Boeing 777-200LR é um dos aviões comerciais de maior alcance, capaz de voos de mais da metade do mundo.

O alcance é a distância que uma aeronave pode voar entre a decolagem e o pouso , limitada pelo tempo que pode permanecer no ar.

Para uma aeronave motorizada, o limite de tempo é determinado pela carga de combustível e pela taxa de consumo.

Para uma aeronave sem motorização, o tempo máximo de vôo é limitado por fatores como condições climáticas e resistência do piloto. Muitos tipos de aeronaves são restritos ao horário diurno, enquanto os balões são limitados por seu suprimento de gás de elevação. O alcance pode ser visto como a velocidade média no solo multiplicada pelo tempo máximo no ar.

O Airbus A350-900ULR é agora o avião de passageiros de maior alcance.

Dinâmica de vôo

Dinâmica de voo com text.png

A dinâmica de vôo é a ciência da orientação e controle do veículo aéreo em três dimensões. Os três parâmetros da dinâmica aéreas críticos são os ângulos de rotação em torno de três eixos que passam através do veículo centro de gravidade , conhecida como pez , rolo , e guinada .

  • Roll é uma rotação em torno do eixo longitudinal (equivalente ao rolamento ou adernamento de um navio) dando um movimento de cima para baixo das pontas das asas medido pelo roll ou ângulo de inclinação.
  • Pitch é uma rotação em torno do eixo horizontal lateral dando um movimento de cima para baixo do nariz da aeronave medido pelo ângulo de ataque .
  • Yaw é uma rotação em torno do eixo vertical que dá um movimento lateral do nariz conhecido como derrapagem.

A dinâmica de vôo se preocupa com a estabilidade e o controle da rotação de uma aeronave em torno de cada um desses eixos.

Estabilidade

Uma aeronave instável tende a divergir de sua trajetória de vôo pretendida e, portanto, é difícil de voar. Uma aeronave muito estável tende a permanecer em sua trajetória de vôo e é difícil de manobrar. Portanto, é importante que qualquer projeto alcance o grau de estabilidade desejado. Desde o uso generalizado de computadores digitais, é cada vez mais comum que os projetos sejam inerentemente instáveis ​​e dependam de sistemas de controle computadorizados para fornecer estabilidade artificial.

Uma asa fixa é normalmente instável em inclinação, rotação e guinada. As estabilidades de inclinação e guinada de designs convencionais de asa fixa requerem estabilizadores horizontais e verticais , que agem de forma semelhante às penas de uma flecha. Essas superfícies estabilizadoras permitem o equilíbrio das forças aerodinâmicas e estabilizam a dinâmica de vôo de pitch e yaw. Eles são geralmente montados na seção da cauda ( empenagem ), embora no layout do canard a asa principal da popa substitua o painel frontal do canard como estabilizador de inclinação. As aeronaves de asa tandem e sem cauda contam com a mesma regra geral para obter estabilidade, sendo a superfície de ré a estabilizadora.

Uma asa rotativa é normalmente instável na guinada, exigindo um estabilizador vertical.

Um balão é normalmente muito estável em inclinação e rotação devido à forma como a carga útil é pendurada sob o centro de elevação.

Ao controle

As superfícies de controle de vôo permitem que o piloto controle a atitude de vôo de uma aeronave e geralmente são parte da asa ou montadas ou integradas na superfície de estabilização associada. Seu desenvolvimento foi um avanço crítico na história das aeronaves, que até então eram incontroláveis ​​em vôo.

Os engenheiros aeroespaciais desenvolvem sistemas de controle para a orientação (atitude) de um veículo em relação ao seu centro de massa . Os sistemas de controle incluem atuadores, que exercem forças em várias direções e geram forças ou momentos rotacionais sobre o centro aerodinâmico da aeronave e, assim, giram a aeronave em pitch, roll ou yaw. Por exemplo, um momento de lançamento é uma força vertical aplicada a uma distância para frente ou para trás do centro aerodinâmico da aeronave, fazendo com que a aeronave incline para cima ou para baixo. Os sistemas de controle também são usados ​​às vezes para aumentar ou diminuir o arrasto, por exemplo, para desacelerar a aeronave até uma velocidade segura para o pouso.

As duas principais forças aerodinâmicas que atuam em qualquer aeronave são a sustentação de sustentação no ar e o arrasto em oposição ao seu movimento. Superfícies de controle ou outras técnicas também podem ser usadas para afetar essas forças diretamente, sem induzir qualquer rotação.

Impactos do uso de aeronaves

As aeronaves permitem viagens de longa distância e alta velocidade e podem ser um meio de transporte mais eficiente em termos de combustível em algumas circunstâncias. No entanto, as aeronaves têm impactos ambientais e climáticos que vão além das considerações de eficiência de combustível. Eles também são relativamente barulhentos em comparação com outras formas de viagem e aeronaves de alta altitude geram rastros , que as evidências experimentais sugerem que podem alterar os padrões climáticos .

Usos para aeronaves

As aeronaves são produzidas em vários tipos diferentes, otimizados para vários usos; aeronaves militares , que incluem não apenas tipos de combate, mas muitos tipos de aeronaves de apoio e aeronaves civis , que incluem todos os tipos não militares, experimentais e modelos.

Militares

Boeing B-17E em vôo

Uma aeronave militar é qualquer aeronave operada por um serviço armado legal ou insurrecional de qualquer tipo. Aeronaves militares podem ser de combate ou não:

  • Aeronaves de combate são aeronaves projetadas para destruir o equipamento inimigo usando seu próprio armamento. As aeronaves de combate dividem-se amplamente em caças e bombardeiros , com vários tipos intermediários, como caças-bombardeiros e aeronaves de ataque , incluindo helicópteros de ataque .
  • Aeronaves não-combatentes não são projetadas para o combate como sua função principal, mas podem carregar armas para autodefesa. As funções não relacionadas ao combate incluem busca e resgate, reconhecimento, observação, transporte, treinamento e reabastecimento aéreo . Essas aeronaves são frequentemente variantes de aeronaves civis.

A maioria das aeronaves militares tem motores mais pesados ​​que o ar. Outros tipos, como planadores e balões, também foram usados ​​como aeronaves militares; por exemplo, balões foram usados ​​para observação durante a Guerra Civil Americana e a Primeira Guerra Mundial , e planadores militares foram usados ​​durante a Segunda Guerra Mundial para desembarcar tropas.

Civil

As aeronaves civis se dividem em tipos comerciais e gerais , no entanto, existem algumas sobreposições.

Aeronaves comerciais incluem tipos projetados para voos regulares e fretados, transporte de passageiros, correio e outras cargas . Os maiores tipos de transporte de passageiros são os aviões comerciais, os maiores dos quais são aeronaves de corpo largo . Alguns dos tipos menores também são usados ​​na aviação geral e alguns dos tipos maiores são usados ​​como aeronaves VIP .

A aviação geral é abrangente, cobrindo outros tipos de uso privado (onde o piloto não é pago pelo tempo ou despesas) e comercial, e envolvendo uma ampla gama de tipos de aeronaves, como jatos executivos (bizjets) , treinadores , construídos em casa , planadores , warbirds e balões de ar quente, para citar alguns. A grande maioria das aeronaves hoje são do tipo geral da aviação.

Experimental

Uma aeronave experimental é aquela que não foi totalmente comprovada em vôo, ou que carrega um Certificado de Aeronavegabilidade Especial , chamado de Certificado Experimental na linguagem dos Estados Unidos. Isso geralmente implica que a aeronave está testando novas tecnologias aeroespaciais, embora o termo também se refira a aeronaves construídas por amadores e kits, muitas das quais baseadas em projetos comprovados.

Um aeromodelo pesando seis gramas

Modelo

Um modelo é um pequeno tipo não tripulado feito para voar para se divertir, para exibição estática, para pesquisa aerodinâmica ou para outros fins. Um modelo em escala é uma réplica de algum projeto maior.

Veja também

Listas

Tópicos

Referências

  • Gunston, Bill (1987). Jane's Aerospace Dictionary 1987 . Londres, Inglaterra: Jane's Publishing Company Limited. ISBN 978-0-7106-0365-4.

links externos

História

Em formação