Aula ITA \'Dimensionamento e projeto preliminar\'

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PRJ-22

Dimensionamento e projeto preliminar Prof. Dr. Adson Agrico de Paula Departamento de Projetos de Aeronaves Divisão de Engenharia Aeronáutica - ITA

Sumário Prof. Dr. Adson Agrico

 Introdução  Classificação FAA  Configurações gerais  Asa  Empenagens  Fuselagem  Motor  Trem de Pouso

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Sumário Prof. Dr. Adson Agrico

 Projeto preliminar (roteiro de cálculo)  Escolha de configuração geral  Perfil e asa  motorização  Layout fuselagem  Trem de Pouso PRJ - 22

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Projeto preliminar Prof. Dr. Adson Agrico

A fase de definição do “layout” da configuração(*) da aeronave é importante para que seja possível melhor comparação com os competidores ou entre as configurações competidoras.  Assim como na fase anterior, de estimativas rápidas de peso, aerodinâmica e desempenho, esta fase também é constituída de métodos simples.  Esse métodos são classificados como “Classe I”, por possuírem acurácia limitada, mas são necessários para direcionamento do projeto; (*) Foco em aeronaves comerciais. PRJ - 22

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Projeto preliminar Prof. Dr. Adson Agrico

“Class I Methods”

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Projeto preliminar Prof. Dr. Adson Agrico

As seguintes etapas podem e devem ser seguidas para definição da configuração:  Etapa 1: Revise as especificações da missão e liste as de maior impacto;  Etapa 2: Compare aeronaves com missões e desempenho similares;  Etapa 3: Selecione a configuração a ser projetada;  Etapa 4: Prepare um desenho preliminar com layout da fuselagem e do “cockpit”;  Etapa 5: Decida qual tipo de propulsão e onde será instalada;

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Revisitando a missão da aeronave Prof. Dr. Adson Agrico

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Configurações gerais Prof. Dr. Adson Agrico

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Layout de fuselagem Prof. Dr. Adson Agrico

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Source: Torenbeek, E.,”Synthesis of Subsonic Airplane Design” Jenkinson, L.R.,”Civil Jet Aircraft Design”, AIAA

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Layout de fuselagem Prof. Dr. Adson Agrico

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Source: Torenbeek, E.,”Synthesis of Subsonic Airplane Design” Jenkinson, L.R.,”Civil Jet Aircraft Design”, AIAA

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Layout de cabine Prof. Dr. Adson Agrico

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Source: Torenbeek, E.,”Synthesis of Subsonic Airplane Design” Jenkinson, L.R.,”Civil Jet Aircraft Design”, AIAA

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Escolha de sistema propulsivo Prof. Dr. Adson Agrico

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Escolha de sistema propulsivo Prof. Dr. Adson Agrico

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Source: Torenbeek, E., “Adanced Aircraft Design”

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Escolha de sistema propulsivo Prof. Dr. Adson Agrico

É preciso ter muita cautela em termos da ingestão de objetos estranhos pelo motor. Assim, um bom posicionamento preliminar evitará retrabalhos futuros.

A necessidade de “ground clearance” entre motores e solo influencia a altura do trem de pouso ou seu posicionamento na aeronave; PRJ - 22

Source: Torenbeek, E., “Adanced Aircraft Design”

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Escolha de sistema propulsivo Prof. Dr. Adson Agrico

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Source: Torenbeek, E., “Adanced Aircraft Design”

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ETAPA 6: Projeto de asa Prof. Dr. Adson Agrico

 Etapa 6: Decida qual forma em planta de asa será usada e quais parâmetros serão controlados (área da asa e alongamento já foram determinados anteriormente); Parâmetros a serem definidos: • Afilamento, lw; • Enflechamento, Lw; • Espessura relativa da asa, (t/c)w; • Perfis da asa; • Incidências da asa, iw; • Diedro da asa, Gw; PRJ - 22

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Posição e número de asas Prof. Dr. Adson Agrico

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Forma em planta da asa Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures” Prof. Dr. Adson Agrico Torenbeek, E.,”Synthesis of Subsonic Airplane Design”

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Projeto preliminar Prof. Dr. Adson Agrico

 Etapa 7: Defina o tipo, tamanho e disposição dos dispositivos hiper-sustentadores e as superfícies de controle da asa.  Etapa 8: Defina o “layout” das empenagens: tamanho, forma em planta e disposição. Defina o tamanho e localização dos controles longitudinais e direcionais.  Etapa 9: Defina o tipo de trem de pouso, a disposição do mesmo, além do número e tamanho das rodas/pneus;  Etapa 10: Prepare um desenho preliminar com layout da configuração e realize uma análise de peso e centragem da mesma (Classe I); PRJ - 22

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Etapa 7: Escolha de hiper-sustentatodores Prof. Dr. Adson Agrico

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Etapa 7: Superfícies de controle Prof. Dr. Adson Agrico

Superfícies de controle e dispositivos hipersustentadores típicos em uma aeronave comercial convencional de grande porte.

Source: Nicolai, L.M., “Fundamentals of Aircraft and Airship Design – Vol I – Aircraft Design”, AIAA, 2010

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Etapa 8: Empenagens Prof. Dr. Adson Agrico

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Escolha de empenagens Prof. Dr. Adson Agrico

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Etapa 8: Estabilidade e controle Prof. Dr. Adson Agrico

Source: Roskam, J., “Airplane Design – Part II: Preliminary Configuration Design and Integration of the Propulsion System”, DARcorporation, 1997

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Etapa 8: Estabilidade e controle Prof. Dr. Adson Agrico

 Baseado em dados estatísticos de Volume de cauda  Depende do tipo de configuração

 Volume de cauda :

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Volume de cauda horizontal: Twin engine propeller Prof. Dr. Adson Agrico

 Volume de cauda : 0.75 PRJ - 22

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Volume de cauda horizontal: Jet transports Prof. Dr. Adson Agrico

 Volume de cauda : 1.1 PRJ - 22

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Volume de cauda Vertical: Twin engine propeller Prof. Dr. Adson Agrico

 Volume de cauda : 0.060 PRJ - 22

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Volume de cauda vertical: Jet transports Prof. Dr. Adson Agrico

 Volume de cauda : 0.085 PRJ - 22

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Etapa 9: Escolha de trem de pouso Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures” Prof. Dr. Adson Agrico Torenbeek, E.,”Synthesis of Subsonic Airplane Design”

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Etapa 10: Layout de configuração Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures” Prof. Dr. Adson Agrico Torenbeek, E.,”Synthesis of Subsonic Airplane Design”

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Configurações Gerais: Prof. Dr. Adson Agrico

 Etapa 11: Faça análise de estabilidade e controle da configuração (Classe I);  Etapa 12: Faça análise da polar de arrasto (Classe I);  Etapa 13: Analise os resultados de 10 a 11, que podem ser e gerar: • Peso e CG e estabilidade e controle podem ser satisfatórios e não necessitar de novo looping de análises; • Etapa 10, peso e CG podem estar ruins para posição do trem de pouso e da asa, necessitando ajustes; • A aeronave apresenta passeio de CG excessivo, necessitando ajustes;

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Configurações Gerais: Prof. Dr. Adson Agrico

•

Estabilidade e controle longitudinal e/ou direcional podem estar pequenas ou excessivas, necessitando ajustes. Se necessário refaça etapas 10 e 12.  Etapa 14: Com as polares de arrasto calculadas em 12, verifique os valores de L/D que correspondem às fases da missão e aos dimensionamentos da Part I da Figura 2.1. Ver Roskam, Vol II, páginas 16 e 17 para resultados admissíveis.  Etapa 15: Prepare desenho 3 vistas, com dimensões, que reflita todas as modificações e ajustes realizados nas iterações da Etapas de 10 a 14.  Etapa 16: Prepare um relatório documentando os resultados obtidos na Part II da Figura 2.1 (etapas 1 a 16).

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Sumário Prof. Dr. Adson Agrico

 Introdução  Classificação FAA  Configurações gerais  Asa  Empenagens  Fuselagem  Motor  Trem de Pouso

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Configuração geral Prof. Dr. Adson Agrico

São diversas as configurações possíveis para uma aeronave comercial:  Convencional (EH- empenagem horizontal traseira);  Asas em tandem;  “Canard”;  “Three Surface”;  Asa voadora (BWB ou HWB) (configuração futura);  “Joined Wing” (Ex.:Box wing) (configuração futura);  “Braced-Wing” (configuração futura);  “Double-Bubble” (configuração futura);  Supersônicas.

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Configurações convencionais Prof. Dr. Adson Agrico

Credit: Bejan/Duk

Source: Livescience - Evolution of the major airplane models during the 100-year history of aviation.

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Configurações não convencionais: tandem, canard e “3 surface” Prof. Dr. Adson Agrico

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Configurações Futuras Prof. Dr. Adson Agrico

Configurações futuras não convencionais.

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Configurações supersônicas Prof. Dr. Adson Agrico

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Sumário Prof. Dr. Adson Agrico

 Introdução  Classificação FAA  Configurações gerais  Asa  Empenagens  Fuselagem  Motor  Trem de Pouso

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Asa Prof. Dr. Adson Agrico

As seguintes questões devem ser respondidas:  Área da asa: Sw

 Alongamento: AR  Carregamento da asa(alto ou baixo?) W/Sw  Posição vertical da asa (alta, média ou baixa?)  Posição horizontal da asa (dianteira, traseira ou tandem?)  Espessura da asa (perfil convencional, supercrítico, espesso ou fino ?) t/c

 Afilamento (alto, baixo, nenhum ou variável?) l  Enflechamento (nenhum, positivo, negativo ou variável?) L

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Asa Prof. Dr. Adson Agrico

 Cordas (raiz, intermediárias, ponta, cma?) Cr, Ct, CMA, ....  Envergadura(grande ou pequena?) b  Torção ou “washout” (quanto?) a twist  Diedro (positivo, negativo ou nenhum?) G  Incidência da asa na fuselagem (na raiz) (quanto?) iw

 Dispositivos hipersustentadores (onde, tamanhos e tipos?)  Ailerons, Spoilers, Elevons, flaperons, winglets, valores típicos, etc.....

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Asa Prof. Dr. Adson Agrico

O procedimento para projeto da asa segue um padrão muito parecido entre diversos autores. A seguir o proposto por Sadraey (*)

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Sadraey,M.H. ,”Aircraft Design: A Systems Engineering Approach”, Wiley, 2012

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valores típicos: Bi-motor Prof. Dr. Adson Agrico

Os valores típicos dos parâmetros que determinados/definidos estão tabelados a seguir.

deverão

ser

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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valores típicos: Jato executivo Prof. Dr. Adson Agrico

Os valores típicos dos parâmetros que determinados/definidos estão tabelados a seguir.

deverão

ser

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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valores típicos: Turbo-hélice regional Prof. Dr. Adson Agrico

Os valores típicos dos parâmetros que determinados/definidos estão tabelados a seguir.

deverão

ser

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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valores típicos: Jato comercial Prof. Dr. Adson Agrico

Os valores típicos dos parâmetros que determinados/definidos estão tabelados a seguir.

deverão

ser

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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valores típicos: bombardeiro/patrulha Prof. Dr. Adson Agrico

Os valores típicos dos parâmetros que determinados/definidos estão tabelados a seguir.

deverão

ser

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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valores típicos: supersonic cruise Prof. Dr. Adson Agrico

Os valores típicos dos parâmetros que determinados/definidos estão tabelados a seguir.

deverão

ser

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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Alongamento Prof. Dr. Adson Agrico 14

Alongamento das várias categorias de aeronaves 12

10

Alongamento

8

6

Homebuilts

4

Single Engine Propeller Driven Twin Engine Propeller Driven

2

Agricultural 0 0

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1

2

3

4

5

6 7 8 Categoria de aeronaves

9

10

11

12

13

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Afilamento Prof. Dr. Adson Agrico

Afilamento das várias categorias de aeronaves 1,2

1 Homebuilts Single Engine Propeller Driven

Afilamento

0,8

Twin Engine Propeller Driven Agricultural Business Jets

0,6

Regional Turbopropeller Driven Jet Transports Militar Trainers

0,4

Fighters Military Patrol and Transport 0,2

Flying Boats, Amphibious, float Supersonic Cruise

0 0

2

4

6

8

10

12

14

Categorias de aeronaves

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Asa Prof. Dr. Adson Agrico

Os parâmetros abaixo já foram preliminarmente definidos nas etapas anteriores do projeto conceitual mas fazem parte de um processo iterativo e podem ser ajustados a qualquer momento (nas fases preliminares).  Área da asa: Sw  Alongamento: AR  Carregamento da asa(alto ou baixo?) W/Sw

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Número de asas e conceito estrutural Prof. Dr. Adson Agrico

Número de asas: monoplano, biplano, triplano, multiplano, tandem e “joined wing”. Conceito estrutural: cantilever e com struts (braced)

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Número de asas Prof. Dr. Adson Agrico

 A grande maioria das aeronaves modernas são monoplanas  Aumentar o número de asas permite reduzir a envergadura das mesmas, diminuindo carregamento estrutural e permitindo razões de rolamento maiores e aumento de manobrabilidade em geral. Muito utilizado no passado por questões de carga alar vs eficiência estrutural (limitação de materiais)  Aumentar o número de asas provoca aumento de peso estrutural e menor eficiência aerodinâmica (menor alongamento e maior arrasto de interferência). PRJ - 22

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Conceito estrutural Prof. Dr. Adson Agrico

 As asas com struts apresentam menor peso estrutural (em torno de 30% segundo Roskam), pois há diminuição de momento fletor na raiz. Entretanto, há aumento de arrasto pela presença dos struts.  A configuração “joined wing”, ainda em estudo, promete redução de peso por ter geometria similar a uma asa com struts e redução de arrasto induzido pela geometria similar a uma asa com winglet.

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Posição vertical de asa : asa alta Prof. Dr. Adson Agrico

Vantagens: • Facilita carga e descarga da aeronave (portas próximas ao solo e área externa livre para movimentação de veículos). • facilita a instalação do motor na asa, permitindo “clearance” maior para o solo (tanto turbinas quanto hélices). • facilita a instalação de struts, quando necessário (aeronaves futuras de grande alongamento); asa baixa struts trabalham a compressão e asa alta a tração (melhor). • facilita a descolagem e aterrissagem do mar, por manter motores mais afastados da água. • aumenta o efeito diedro fazendo com que a aeronave seja mais estável lateralmente (ver diedro).

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Posição vertical de asa : asa alta Prof. Dr. Adson Agrico

Vantagens: • permite o uso de anedro (diedro negativo) para aumentar amortecimento em dutch-roll (ver diedro). • apresenta melhor visibilidade para baixo em voo reto para tripulação e passageiros. • apresenta menor possibilidade de ingestão de FOD (Foreign object debris) pelos motores (mais altos) • Apresenta menor possibilidade de acidente humano com grupo motopropulsor (hélices e entradas de ar mais altas). • há mais espaço livre no interior da fuselagem para a carga , bagagem e passageiros. Estrutura da asa passa acima da fuselagem livrando interior. • Geralmente, para asas iguais, gera mais sustentação do que asa baixa por ter mais área exposta ao escoamento. Consequentemente velocidade de stall menor para PRJ 22um asa alta. Depart. Projetos-ITA

Posição vertical de asa : asa alta Prof. Dr. Adson Agrico

Desvantagens: • A posição mais alta da asa e dos motores dificulta a manutenção. • a posição mais alta da asa implica em trem de pouso principal maior, mais esbelto e pesado quando instalado na asa. • a instalação de trem de pouso principal na fuselagem exige que sejam criadas estruturas externas à fuselagem que aumentam arrasto e peso. • apresenta menor visibilidade para baixo em curva, diminuindo visão situacional em condições críticas como pouso e passagens a baixa altura. • a ligação asa-fuselagem precisa de carenagens (fairings e filets) para diminuir arrasto de interferência alto (mesmo problema da asa baixa).

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Posição vertical de asa : asa média Prof. Dr. Adson Agrico

Vantagens: • Este tipo de posição vertical de asa minimiza o arrasto de interferência asafuselagem. • Normalmente usada em aeronaves acrobáticas e de combate para prover estabilidade neutra em rolamento (sem efeito diedro), melhorando manobrabilidade e controle.

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Posição vertical de asa : asa média Prof. Dr. Adson Agrico

Desvantagens: • Este tipo de posição vertical de asa torna complexa a ligação estrutural com a fuselagem. Compromete parte do espaço interno com longarina passante ou aumenta o peso das cavernas de ligação (mais robustas) para receber esforços da asa. • Em alguns casos necessita de artifícios como enflechar negativamente a asa para melhor passeio de CG (ex. Hansajet). • Não permite instalação de motores nas asas.

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Posição vertical de asa : asa baixa Prof. Dr. Adson Agrico

Vantagens: • O desempenho de decolagem é melhor num asa baixa do que num asa alta devido à maior proximidade do solo e, consequentemente, mais efeito solo. • O piloto tem uma melhor visão em curva do que um asa alta por estar acima da asa; • O trem de pouso principal é mais curto quando ligado à asa; • O sistema de retração fica menor com um trem de pouso menor e mais leve, podendo ser recolhido para a asa ou para a fuselagem; • Um trem de pouso menor reflete numa estrutura mais eficiente de asa, mais leve também; • Por causa das vantagens anteriores, uma asa baixa costuma ser mais leve do que asa alta;

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Posição vertical de asa : asa baixa Prof. Dr. Adson Agrico

Vantagens: • A área frontal de uma aeronave asa baixa costuma ser menor do que a de uma aeronave asa alta, pela necessidade da asa alta ser presa em estrutura em ressalto na fuselagem. • Uma aeronave asa baixa costuma ser mais manobrável do que uma asa alta por ter menos efeito diedro.

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Posição vertical de asa : asa baixa Prof. Dr. Adson Agrico

Desvantagens:

• Este tipo de posição vertical geralmente gera menos sustentação do que um asa alta por ter a fuselagem afetando parte da asa (a asa apresenta de fato duas seções separadas). Consequentemente velocidade de stall maior para um asa baixa; • O conjunto asa baixa/fuselagem é menos estável lateralmente por apresentar muito menos efeito diedro (ver diedro). • O efeito solo que ajuda na decolagem atrapalha no pouso, fazendo com que a aeronave flutue mais do que uma asa alta, precisando de mais pista p/pouso. • A visibilidade para baixo é prejudicada parcialmente no voo reto e nivelado, pois a asa baixa bloqueia a visão. • “Clearance” de turbinas e hélices é um problema delicado para asas baixas.

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Posição vertical de asa : resumo Prof. Dr. Adson Agrico

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part II”

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Tipo de perfil e espessura Prof. Dr. Adson Agrico

Os perfis aerodinâmicos têm evoluído consistentemente através dos anos com a necessidade crescente das aeronaves de transportar mais “carga paga”, mais rápido e de forma mais econômica. O mesmo raciocínio é válido para aeronaves comerciais, executivas, caças, aeronaves de transporte militar e de treinamentos diversos.

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Tipo de perfil e espessura Prof. Dr. Adson Agrico

A escolha da espessura relativa da asa (ou dos perfis) afetará primariamente o arrasto, o peso da asa, a sustentação máxima (cruzeiro e baixa velocidade) e o volume de combustível: • Aumentar t/c significa mais arrasto de perfil em baixa velocidade e mais arrasto de onda nos regimes transônico e supersônico. • O uso de perfis supercríticos pode permitir aumento de t/c mantendo altos números de Mach de cruzeiro. Source: Roskam, J., “Airplane Design Part II”

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Tipo de perfil e espessura Prof. Dr. Adson Agrico

• Aumentar t/c significa diminuir o peso estrutural por aumento de rigidez estrutural à torção e flexão da asa. • Há uma tendência de aumento de CL max dos perfis até t/c entre 12% e 14%. • Aumentar t/c significa aumentar o volume de combustível na asa, aumentando o peso de combustível na mesma e reduzindo o seu peso estrutural (peso do combustível na asa contrário à sustentação). Estimativa do volume de combustível segundo Torenbeek:

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part II”

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Tipo de perfil e espessura Prof. Dr. Adson Agrico

A comparação entre perfis convencionais e supercríticos (ou de carregamento traseiro) para aeronaves que voam em regime alto subsônico ou transônico nos remete aos parâmetros que devem ser observados: Determinação do Mach Crítico - Mcr: - Considere o perfil da fig. ao lado para o caso (a), onde o M∞=0.3. Na expansão do escoamento no extradorso M aumenta. O ponto A representa a posição onde a pressão é mínima, ou seja, M é máximo. Ex.: MA =0.435

- Aumentando gradualmente M∞ implica no aumento de MA . Ex.: se M∞ = 0.5 teremos MA =0.0772 (b); - Aumentando M∞ até que MA = 1.0 significa que M∞ passa a ser chamado de Número de Mach Crítico ou Mcr. Por definição Mcr é o Mach do escoamento livre que primeiro gera um fluxo supersônico na superfície do perfil; Ex.: M∞ = Mcr=0.61 teremos MA =1.0 (c);

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Um dos mais importantes problemas em aerodinâmica de alta velocidade é a determinação do Mcr de um dado perfil, pois valores de M∞ pouco acima do Mcr geram elevado aumento no arrasto.

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Tipo de perfil e espessura Prof. Dr. Adson Agrico

Mach drag-divergence:

•

•

Observando a figura ao lado podemos ver que os pontos “a”, “b” e “c” representam o escoamento mostrado nas figuras do slide anterior até Mcr : (a), (b) e (c).

•

Aumentando ligeiramente M∞ acima do Mcr, até o ponto “d”, teremos uma região de escoamento supersônico desenvolvido no perfil como mostrado na figura do slide anterior: (d). O Número de Mach nesta “bolha” de escoamento supersônico é ligeiramente maior do que M=1.0, tipicamente de 1.02 a 1.05.

•

Continuando a aumentar M∞ encontraremos um ponto onde o coeficiente de arrasto aumenta abruptamente, o ponto “e”.

O valor de M∞ em que há o aumento súbito de arrasto é conhecido como Mach de “drag-divergence”. Em alguns casos pode-se encontrar M local de 1.2 ou mais. Esses valores de M causam choques muito fortes que provocam descolamentos severos no perfil. M de “drag-divergence” é definido (critério da Douglas) como o M∞ em que: dCd0/d M∞= 0.1 (acima temos “drag-rise”).

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Tipo de perfil e espessura Prof. Dr. Adson Agrico

Critérios de Drag-Divergence: Douglas vs Boeing

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Tipo de perfil e espessura Prof. Dr. Adson Agrico  A sustentação cresce até o ponto de “drag-rise”, ponto “f”. Acima dele a sustentação cai abruptamente por causa da formação de choque no intradorso do perfil. A derivada dCL/dM∞ fica negativa e um regime de voo com instabilidade longitudinal se manifesta (“tuck under”). Essa situação pode ser contornada por um sistema de estabilização artificial (“Mach Trimmer”) ou por outros meios aerodinâmicos.  A presença de ondas de choque fortes pode levar à separação do escoamento e gerar grandes flutuações de pressão, sentidas como uma vibração na asa. Este fenômeno é conhecido como “buffet” que limita a operação da aeronave.

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Tipo de perfil e espessura Prof. Dr. Adson Agrico

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Tipo de perfil e espessura: resumo Prof. Dr. Adson Agrico

São vários os perfis disponíveis que podem ser usados diretamente numa asa (ou como referência inicial para um projeto reverso tridimensional: • NACA séries 4, 5 e 6; • NASA séries LS (low speed), MS (medium speed), NLF (natural laminar flow), GAW (general aviation airfoil) e SC (supercritical); • Outros

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part II”

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Perfil supercrítico Prof. Dr. Adson Agrico

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part II”

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Afilamento de asa l Prof. Dr. Adson Agrico

O afilamento, l= ct/cr , afetará primariamente o peso, stall de ponta, volume de combustível e custo. • • • •

Afilamento próximo de um provoca grande carga na raiz da asa, gerando asas mais pesadas; asas afiladas tendem a ser mais eficientes estruturalmente. asas muito afiladas implicam em cordas na ponta pequenas e, consequentemente, Reynolds baixo que podem levar a stall prematuro. quanto menos afilada for uma asa, maior o volume de combustível, conforme equação:

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Afilamento de asa l Prof. Dr. Adson Agrico

• Afilamento igual a um, enflechamento zero e t/c constante levam a um baixo custo de fabricação de uma asa, pois haverá apenas um tipo de nervura de asa ao longo da envergadura. • Afilamento maior do que um evita stall de ponta, mas penaliza muito a estrutura da asa por causa do carregamento na ponta e consequente momento fletor na raiz da asa. Não é usado normalmente.

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Afilamento de asa l: resumo Prof. Dr. Adson Agrico

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part II”

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Enflechamento de asa L Prof. Dr. Adson Agrico

O enflechamento, L, gera consequências importantes primariamente para arrasto de onda, peso, características de stall, centragem (ou balanceamento), atitude em “pitch” e comportamento em turbulência. Pode ser positivo, negativo ou neutro (nulo) •

O enflechamento afeta significativamente o peso da asa por causa das cargas torcionais (estáticas e dinâmicas), que exigem posicionamento adequado da rigidez à flexão e torção. O enflechamento negativo é pior neste quesito devido à tendência a divergência;

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part II”

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Asa: enflechamento - L Prof. Dr. Adson Agrico

•

O arrasto de onda, devido à compressibilidade, é bastante reduzido quando se usa enflechamento adequado, seja positivo ou negativo, aumentando o valor do Mcr. Pode-se aumentar espessura dos perfis com o uso de L adequado e compensar a falta de espaço para trem de pouso e combustível;

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part II” Sadraey, M.,”Aircraft Design: A Systems Engineering Approach” Depart. Projetos-ITA

Asa: enflechamento - L Prof. Dr. Adson Agrico

•

As características de stall mudam consideravelmente com o enflechamento. Há uma tendência de stall de ponta de asa com enflechamento positivo, sendo necessário aplicar torção na asa para gerenciar o stall (normalmente incidência negativa na ponta em relação à raiz), evitando-se condição de pitchup. O enflechamento negativo é benéfico para o stall, fazendo com que o stall ocorra primeiro na raiz, retardando o da ponta.

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part II” Gudmundsson, S.,”General Aviation Aircraft Design”

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Asa: enflechamento - L Prof. Dr. Adson Agrico

•

• • •

Algumas vezes é necessário ajustar o CG de uma aeronave em projeto, o que pode ser feito através de pequenos ajustes no enflechamento da asa. Existem exemplos nas mais diversas categorias de aeronaves. Enflechamento positivo aumenta o amortecimento longitudinal. O enflechamento tem grande efeito na curva CLa e, consequentemente, na atitude longitudinal da aeronave em baixa velocidade, afetando a visibilidade da pista nos pousos; Grande enflechamento reduz a resposta à turbulência (reduz fator de carga dinâmico) e baixo enflechamento aumenta resposta a turbulência (aumenta fator de carga dinâmico), através do efeito na curva CLa (enflechamento reduz a CLa):

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part II” Sadraey, M.,”Aircraft Design: A Systems Engineering Approach” Depart. Projetos-ITA

Asa: enflechamento – resumo Prof. Dr. Adson Agrico

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part III”

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Asa: diedro Prof. Dr. Adson Agrico

• O diedro, G, gera consequências importantes primariamente para estabilidade espiral, estabilidade em Dutch Roll e “clearance” no solo e na água (motores). • Pode ser positivo (diedro) ou negativo (anedro) ou neutro (nulo). •

O efeito de diedro numa aeronave depende muito do posicionamento da asa (alta ou baixa). Asa alta já apresenta um efeito diedro natural (estabilizante), mas a asa baixa apresenta deficiência em termos de efeito diedro. A figura abaixo é auto explicativa sobre o que ocorre com o escoamento em torno da asa e da fuselagem, mostrando quando ocorre momento de rolamento restaurador (asa alta) ou não (asa baixa).

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Asa: diedro Prof. Dr. Adson Agrico

• •

O efeito de diedro numa aeronave deve ser balanceado entre aumento da estabilidade lateral e aumento de amortecimento do dutch roll. São condições opostas. Um valor positivo de diedro causa momento de rolamento restaurador (negativo) para “sideslip angle” (b), onde Clb = ∂Cl / ∂b. Assim, também aumenta a estabilidade em espiral. Obs.: Lembrar que Clb = Clbwf + Clbht + Clbvt, ou seja, fuselagem/Htail/Vtail vão influenciar os acoplamentos também.

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part III” and “Airplane Flight Dynamics Part I

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Asa: diedro Prof. Dr. Adson Agrico

•

O efeito de diedro grande aumenta o dutch roll (acoplamento láterodirecional, em “yaw” e “roll”), causando situação inaceitável para pilotagem em termos de estabilidade dinâmica e provocando desconforto nos passageiros em casos benignos sob o ponto de vista de certificação. Normalmente os passageiros que sentam na parte traseira da aeronave sentem os efeitos de dutch roll moderado (enjoo e desconforto em geral).

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Asa: diedro Prof. Dr. Adson Agrico

•

•

•

O enflechamento aumenta o efeito diedro. Em condições de grande sustentação esse efeito diedro efetivo aumenta muito mais. Assim, o dutch roll pode ser incrementado por diminuir o seu amortecimento com o aumento do efeito de diedro e colocar a aeronave numa condição de instabilidade dinâmica (acoplamento látero-direcional, em “yaw” e “roll”) inaceitável. Pode-se corrigir essa instabilidade dinâmica em aeronaves asa baixa com o uso de “yaw damper”, que é composto basicamente de um “rate gyro” acoplado com servomecanismo que faz o leme contrapor o movimento lateral (yaw), aumentando artificialmente a estabilidade. Pode-se corrigir essa instabilidade dinâmica em aeronaves asa alta (mais fácil) utilizando-se do anedro para compensar o efeito do enflechamento.

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Asa: diedro - exemplos Prof. Dr. Adson Agrico

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Asa: diedro Prof. Dr. Adson Agrico

•

As nacelles dos motores e/ou hélices precisam de um espaçamento mínimo para o solo ou água (“ground clearance”) por requisitos de certificação. O uso de certos valores de diedro (positivo ou negativo) podem ser estabelecidos por questões puramente geométricas, mas preservando a estabilidade desejada. Os motivos normalmente são:

Diedro positivo, negativo ou combinado: - proteção das entradas de ar da aspiração de objetos estranhos ou de água, proteção das hélices de danos por contato com o solo, “spray” de água e/ou danos superficiais provocados por objetos aspirados; - redução do arrasto de interferência, aumentando o ângulo na ligação asa-fuselagem: mais aberto implica em redução de arrasto e mais agudo aumenta interferência; - posicionamento de trem de pouso e redução de tamanho do mesmo; - ajuste geométrico para compensação da deformação de asas muito flexíveis.

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Asa: diedro Prof. Dr. Adson Agrico

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Diedro – “clearance”

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Asa: diedro - resumo Prof. Dr. Adson Agrico

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Asa: incidência da asa iw na fuselagem Prof. Dr. Adson Agrico

A incidência da asa, iw, gera consequências importantes primariamente para arrasto de cruzeiro, distância de decolagem (ou configuração de trem de pouso), atitude do piso da fuselagem no cruzeiro. •

Se a incidência for muito grande a aeronave voará no cruzeiro com atitude “nose-down” e o oposto implicará em “nose-up”. Qualquer das atitudes implicará em aumento de arrasto, contrária à condição de menor arrasto com fuselagem alinhada com escoamento. Para uma típica fuselagem reta circular o ângulo de arrasto mínimo da fuselagem é zero.

•

Ângulo de incidência típico: aviação geral (1o); aviação comercial (2o); aviação militar (0o)

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Asa: incidência da asa iw na fuselagem Prof. Dr. Adson Agrico

•

•

A atitude do piso também será afetada se aeronave adotar atitude de nose-up ou nose-down, atrapalhando a operação de equipamentos de serviços internos na aeronave, atrapalhando o deslocamento de passageiros e tripulantes. Considera-se como valores típicos aceitáveis de +- 2 graus. A equação abaixo ajuda na determinação preliminar da incidência da asa:

onde:

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part III”

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Asa: incidência da asa iw na fuselagem Prof. Dr. Adson Agrico

•

para aeronave canard a seleção da incidência é extremamente importante para se fixar as características de stall, junto com o posicionamento e geometrias do próprio canard. A esteira do canard também afeta a determinação da incidência da asa.

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part III”

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Asa: incidência da asa iw na fuselagem Prof. Dr. Adson Agrico

•

A incidência da asa é também determinante em aeronaves que possuem alguma limitação na rotação para decolagem. Assim, deve-se escolher uma incidência que ajude a aeronave a decolar com pouca rotação (incidência muito grande vai afetar desempenho em cruzeiro), que realize o pouso sem aumentar exageradamente a carga no trem de nariz e que permita boa visibilidade nesta fase crítica;

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part III”

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Asa: incidência da asa iw na fuselagem Prof. Dr. Adson Agrico

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Asa: incidência da asa iw na fuselagem Prof. Dr. Adson Agrico

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Asa: incidência da asa - resumo Prof. Dr. Adson Agrico

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part III”

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Asa: torção (wash-out) Prof. Dr. Adson Agrico

Torção (geométrica e aerodinâmica)

A torção da asa afeta primariamente o stall de ponta de asa, o arrasto induzido e o peso da asa. •

A grande maioria das asas são construídas com incidência positiva na raiz. Este valor decai linearmente até valor negativo na ponta. A razão para isso é retardar o stall de ponta de asa, o que provocaria perda de controle se a ponta entrasse em stall primeiro. Outra forma de se retardar o stall de ponta de asa é o uso de perfil com ângulo de stall maior do que o perfil da ponta.

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Source: Roskam, J., “Airplane Design Part III” Gudmundsson,, S.,”General aviation Aircraft Design”

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Asa: torção (wash-out) Prof. Dr. Adson Agrico

Torção (geométrica e aerodinâmica •

Asas com enflechamento negativo normalmente não precisam de torção de asa, uma vez que já existe tendência de stall de raiz conforme já mostrado anteriormente.

•

Torção excessiva provoca aumento de arrasto induzido, ou seja, a definição da torção passa pelo gerenciamento do stall em condições de alta e baixa velocidade, bem como pelo cômputo do arrasto que garantirá o desempenho de requisito. Busca-se também distribuição elíptica no uso de torção.

•

A torção geométrica com wash-out provoca descarregamento aerodinâmico na ponta da asa. Esse descarregamento faz com que o CP da asa seja deslocado para a posição mais “inboard”, reduzindo o momento fletor na raiz da asa.

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Asa: torção (wash-out) Prof. Dr. Adson Agrico

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Sumário Prof. Dr. Adson Agrico

 Introdução  Classificação FAA  Configurações gerais  Asa  Empenagens  Fuselagem  Motor  Trem de Pouso

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Empenagens : Prof. Dr. Adson Agrico

O procedimento para projeto das empenagens segue um padrão muito parecido entre diversos autores (Sadraey na fig.). O processo também é similar ao da asa em termos da definição das geometrias. Existindo, adicionalmente, a necessidade de determinar a estabilidade proporcionada pelas empenagens, o que exige um processo inicial muito útil de determinação dos volumes de cauda. PRJ - 22

Sadraey,M.H. ,”Aircraft Design: A Systems Engineering Approach”, Wiley, 2012

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Empenagens : configuração geral Prof. Dr. Adson Agrico

 Para a fase de definições das empenagens, é importante que a configuração geral já tenha sido decidida com base em requisitos, limitações e até mesmo preferência do time de projeto (ver figuras a seguir);  O posicionamento horizontal e vertical das empenagens vai determinar os braços das mesmas em relação ao CG, o que determinará a estabilidade longitudinal e direcional, principalmente;  A necessidade de baixo peso estrutural e baixo arrasto levam à necessidade de empenagens pequenas, mas posicionadas com grandes braços para atingir-se os momentos necessários para estabilidade e controle (profundor e leme estão posicionados nas empenagens);  Lembrar que cada configuração ocasionará limitações tecnológicas diferentes em termos dos braços, tamanhos e posicionamentos em geral. Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II” PRJ - 22 Depart. Projetos-ITA

Empenagens : configurações gerais Prof. Dr. Adson Agrico

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : configurações gerais Prof. Dr. Adson Agrico

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : Convencionais Prof. Dr. Adson Agrico

Convencionais

São as mais comuns em quase 80% das aeronaves já construídas e é a configuração padrão a menos que exista algum requisito especial ou gosto do projetista. Vantagens: • A maior vantagem é que a configuração já é bastante conhecida e testada, não proporcionando comportamentos inesperados ao projeto; • A empenagem horizontal baixa pode ser posicionada de forma a avisar da proximidade do stall em altos ângulos de ataque através da esteira da asa (stall com aviso natural), mas mantendo a autoridade de profundor em ângulos mais altos. Esteira avisa, mas passa pela empenagem ou não é suficiente para eliminar autoridade do profundor ou da própria empenagem, quando toda móvel; • A HT e a VT são unidas na fuselagem, na mesma região, onde a circunferência da fuselagem é grande o suficiente para isso, normalmente provendo rigidez torcional boa para resistência a cargas e flutter; Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : Convencionais Prof. Dr. Adson Agrico

Convencionais

Desvantagens: • Como qualquer configuração, se o posicionamento for inadequado, algumas condições ruins podem ser ressaltadas. No caso da empenagem convencional, a horizontal possui uma tendência de sombrear o leme e parte da empenagem vertical. Assim, deve-se posicionar a HT o mais para trás possível, como em algumas aeronaves acrobáticas, ou prover limitações de ângulo de ataque ou de proteção contra entrada em parafuso (não depende só de eficiência de leme).

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : Convencionais Prof. Dr. Adson Agrico

Convencionais

• Ponto A: esteira passa por baixo da ht; • Ponto B: esteira toca HT provocando vibração e alertando sobre stall iminente; • Ponto C: HT ultrapassa esteira, mas dependerá de posicionamento correto em relação à geometria da aeronave como um todo; • Ponto D: na condição de pós-stall, com grandes descolamentos a HT reduz a autoridade de leme.

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Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”

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Empenagens : Cruciforme Prof. Dr. Adson Agrico

Cruciforme

É uma configuração intermediária entre a convencional (baixa) e a empenagem em T. Vantagens: • É uma boa solução para aeronaves com motores instalados na fuselagem traseira, abrangendo desde jatos executivos a bombardeiros de alta velocidade; • A empenagem horizontal cruciforme resulta numa estrutura mais leve do que a cauda em T; • É uma solução prática para cargueiros, livrando a fuselagem para portas de carga maiores; • A parte inferior da VT permanece sem efeitos do sombreamento da HT em altos ângulos, sendo melhor para recuperação em parafuso; • A posição intermediária cria um pouco de efeito de end-plate na VT, aumentando um pouco sua eficiência (menos do que na empenagem em T).

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : Cruciforme Prof. Dr. Adson Agrico

Cruciforme

Desvantagens: • Por estar posicionada em ponto médio da VT, esta configuração gera grandes cargas torcionais na VT e na fuselagem se comparada com a convencional (baixa), resultando em estrutura mais pesada; • A parte superior do leme estará exposta à esteira da HT em altos ângulos; • O profundor da HT precisa ser dividido em dois e “chanfrado” para permitir movimento sem interferência do leme, assim, há maior complexidade produtiva; • A configuração gera mais arrasto de interferência.

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : Empenagem em T Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em T

É uma configuração que ganhou mercado a partir de 1960, principalmente com o advento do Boeing 727. Vantagens: Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures” • É uma solução com apelo de estilo; • A empenagem horizontal posicionada na ponta da VT faz com que haja aumento da eficiência da VT (efeito end-plate); • O leme não sofre sombreamento da HT; • É a melhor solução para aeronaves com motores na fuselagem traseira; • A empenagem horizontal fica numa condição de escoamento sem esteiras, ar não perturbado, permitindo redução de arrasto no cruzeiro; • É uma solução prática para cargueiros, livrando a fuselagem para portas de carga maiores;

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Empenagens : Empenagem em T Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em T Desvantagens: • A posição superior da HT instalada na VT pode gerar assimetrias na sustentação em condição de “yaw”; • Os acoplamentos e assimetrias entre HT e VT aumentam as cargas na fuselagem, resultando normalmente em estruturas mais pesadas do que as convencionais; • Os acoplamentos entre as frequências naturais da HT e VT são problemáticas em termos de flutter, exigindo uma distribuição de rigidez e distribuição de massa adequados para não ocorrer redução muito grande de velocidade de flutter; • A empenagem em T possui uma grande desvantagem que é ser susceptível ao Deep-Stall, quando a mesma fica completamente imersa na esteira da asa, perdendo completamente a eficiência do profundor e não recuperando mais da condição de stall; • Normalmente as aeronaves com empenagem em T precisam de proteções como stick-shakers e/ou stick-pushers, evitando entrada em deep-stall.

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Empenagens : Empenagem em T Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em T

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : Empenagem em V Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em V

É uma configuração que se desenvolveu muito a partir de 1940, com os estudos da NACA: Reports TN-1369, TN-1478 e R-823. Vantagens: • É uma solução com apelo de estilo; • Apresenta menos arrasto de interferência (duas ligações apenas); • Menor tendência a “rudder locking”; • A posição mais alta reduz a necessidade de deflexão de profundor, pois o centro de pressão está acima da fuselagem e a componente de arrasto dos “ruddervators” defletidos aumentará a tendência de momento cabrador. • As superfícies sofrem menos influência do efeito solo, sendo mais efetivas durante pousos e decolagens; • A empenagem está livre da esteira do canopy e da asa em altas velocidades, sendo menos susceptível a buffeting; • Apresenta menos superfícies a serem fabricadas. Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : Empenagem em V Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em V

Desvantagens: • Interação com efeitos adversos entre a função de leme e profundor acopladas; • Uso de função leme com vento cruzado induz rolamento adverso próximo ao solo; • Acoplamentos entre função leme e profundor geram efeitos adversos na trimagem no eixo desejado; • Necessidade de “mixer” mecânico complexo ou funcionalidades complexas quando sistema automático; • Cargas grandes nas empenagens e fuselagem devido acoplamentos entre função HT e VT; • Ao contrário do que se pensa, as funções divididas entre HT e VT fazem com que as superfícies sejam maiores do que seriam se possuíssem função única de VT ou HT, aumentando cargas e, consequentemente, o peso estrutural novamente; Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : Empenagem em V Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em V

Desvantagens: • Outro problema é o rolamento adverso quando se pretende inclinar a aeronave numa direção. Pode-se corrigir os rolamentos adversos invertendose a empenagem em V (isso acrescenta limitação física na rotação para decolagem e no “flare”, além de precisar de trem de pouso maior).

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : Empenagem em V Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em V

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014

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Empenagens : Empenagem em V Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em V

Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures”, Elsevier, 2014 Purser, P.E., “NACA R-823. Experimental Verification of a Simplified Vee-Tail Theory and Analysis of Available Data on Complete Model with Vee Tails”

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Empenagens : Empenagem em Y Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em Y

É uma variação da empenagem em V, com acréscimo de um “Fin” ventral e vertical. Vantagens: Source: Gudmundsson, S., “General Aviation Aircraft Design – Applied Methods and Procedures” • É uma solução com apelo de estilo; • Apresenta maior autoridade de leme pela presença de um na componente vertical (no “Fin” ventral); • A presença do Fin vertical aumenta a estabilidade direcional em relação à cauda em V, permitindo a diminuição da envergadura do V; • A presença do Fin vertical aumenta o amortecimento do Dutch-Roll; • A variação Y invertido melhora muito as características de recuperação de stall por tirar o V da esteira da asa.

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Empenagens : Empenagem em Y Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em Y

Desvantagens: • Apresenta severas limitações para rotação na decolagem e para o “flare” no pouso; • As limitações acima podem restringir a envergadura do Fin, não agregando acréscimo significativo na estabilidade direcional e no amortecimento do Dutch-Roll. • A variação Y invertida apresenta também severas limitações para rotação na decolagem e para o “flare” no pouso

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Empenagens : Empenagem em H Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em H

É uma configuração normalmente usada quando não se pode construir empenagens verticais muito grandes. Vantagens: • É uma solução que aumenta a eficiência da empenagem horizontal (“endplate”); • Reduz arrasto induzido da HT; • Permite redução do tamanho da HT; • Pode ser usada em conjunto com arranjo de motores para redução de ruído;

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Empenagens : Empenagem em H Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em H

Desvantagens: • Pode reduzir a velocidade de flutter devido acoplamentos entre HT e VT; • Normalmente é mais pesada porque precisa de maior rigidez (mas distribuída corretamente) para eliminar as desvantagens aeroelásticas; • As assimetrias em beta costumam provocar carregamentos maiores do que as outras configurações, aumentando o peso da configuração; • Apresenta maior arrasto de interferência; • A presença de comandos de leme em posições opostas implica em maior complexidade de controles, aumentando peso da configuração.

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Empenagens : Empenagem em A Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em A

É uma variação da empenagem em V invertido. Vantagens e desvantagens: • Mesmas do V invertido; • Acrescentando os problemas aeroelásticos de “boom” duplo, o que exige projeto bem feito em termos de distribuição de rigidez e massas; • Não tem sido usada em aeronaves comerciais.

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Empenagens : Empenagem em U Prof. Dr. Adson Agrico

Empenagem em U e U invertido

Configuração muito usada na aviação. Vantagens e desvantagens: • A empenagem horizontal é colocada na esteira da hélice, o que provoca acréscimo de potência de profundor na decolagem; • A configuração com dois “booms” cria uma proteção em torno da hélice, evitando acidentes no solo com tripulantes, passageiros e pessoal de apoio em terra; • Apresenta os mesmos prós e contras da configuração empenagem em H; • A versão U invertido tira a HT da esteira da hélice, reduzindo arrasto, mas perdendo acréscimo de potência de profundor na decolagem.

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Empenagens : Canard Prof. Dr. Adson Agrico

Canard

A empenagem horizontal é posicionada em frente à asa. Vantagens: • O canard entra em stall antes da asa provocando o abaixamento do nariz e protegendo a mesma do stall (diminui o ângulo de ataque) – existem condições abusadas em que é possível estolar a asa; • O canard aumenta a sustentação (ao contrário da empenagem convencional) quando usado para a rotação ou para trimagem (na maioria das vezes); • Quando bem projetado pode voar em ângulos de ataque menores (por contribuir com a sustentação), assim, em condições de menor arrasto induzido;

PRJ - 22

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Empenagens : Canard Prof. Dr. Adson Agrico

Canard

Desvantagens: • Como consequência do projeto para o canard entrar em stall antes da asa, a configuração precisa de mais pista para acelerar, trocando ângulo de ataque por velocidade; • Devido ao tamanho mais compacto de aeronaves canard, os braços das empenagens são menores. Assim, para aumentar os braços deve-se enflechar as asas ou aumentar muito o tamanho do canard, resultando em cargas maiores e peso maior; • Normalmente apresenta baixa estabilidade direcional, devido ao posicionamento das empenagens verticais nas pontas das asas enflechadas, como winglets;

PRJ - 22

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Empenagens : Canard Prof. Dr. Adson Agrico

Canard

Desvantagens: • Atrapalha a visibilidade para baixo e para a frente; • Durante o stall do canard há um aumento grande da velocidade angular no mesmo devido ao abaixamento do nariz da aeronave, consequentemente um aumento no ângulo de ataque no canard, assim, há um aumento no tempo para recuperação do stall quando comparado com empenagem convencional; • É complexo o ajuste da incidência do canard versus a da asa, podendo resultar em configurações sensíveis (recuperação de stall e pequena margem de stall entre as superfícies) e onde a vantagem do aumento da sustentação provocada pelo canard é praticamente anulada.

PRJ - 22

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Empenagens : Three Surface Prof. Dr. Adson Agrico

Three Surface

A configuração apresenta um canard e uma empenagem horizontal convencional. Vantagens: • A principal ideia em torno desta configuração é o posicionamento do CG de forma que todas as superfícies sustentadoras possam contribuir para a sustentação global reduzindo o arrasto induzido; • O fabricante do Piaggio P180 diz que a configuração produz 34% menos arrasto do que uma aeronave da mesma categoria, resultando em melhoria de consumo de 40%.

PRJ - 22

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Empenagens : Three Surface Prof. Dr. Adson Agrico

Three Surface

Desvantagens: • A configuração exige alguns reforços adicionais, aumentando peso em relação a uma aeronave convencional similar; • As três superfícies aumentam o arrasto de interferência; • A superfície dianteira coloca a porção mais interna da asa (raiz) no seu downwash, resultando em redução da eficiência da asa; • O posicionamento da superfície dianteira deve ser cuidadosa para minimizar os efeitos de esteira nos motores situados na fuselagem traseira;

PRJ - 22

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Empenagens : volumes de cauda Prof. Dr. Adson Agrico

Após escolhida a configuração, deve-se estabelecer a disposição das empenagens (resultará em valores de braços maiores ou menores) e definir-se preliminarmente o volume das empenagens horizontal e vertical (volume de cauda): Vh e Vv

Este processo é iterativo, funciona bem para empenagens convencionais e, muitas vezes, redefine o tamanho da fuselagem e/ou posicionamento da asa na mesma. PRJ - 22 Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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Empenagens: Prof. Dr. Adson Agrico

Os valores típicos dos parâmetros que deverão ser determinados/definidos para volume de cauda estão tabelados a seguir:

PRJ - 22

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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Empenagens: Prof. Dr. Adson Agrico

PRJ - 22

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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Empenagens: Prof. Dr. Adson Agrico

PRJ - 22

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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Empenagens: Prof. Dr. Adson Agrico

PRJ - 22

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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Empenagens: Prof. Dr. Adson Agrico

PRJ - 22

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

Depart. Projetos-ITA

Empenagens: Prof. Dr. Adson Agrico

PRJ - 22

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

Depart. Projetos-ITA

Empenagens: Prof. Dr. Adson Agrico

PRJ - 22

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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Empenagens: Prof. Dr. Adson Agrico

PRJ - 22

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

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Empenagens: volumes de cauda Prof. Dr. Adson Agrico



Tendo escolhido os braços e os volumes com base nas tabelas anteriores, define-se as áreas das empenagens, como segue:



Este processo é iterativo, funciona bem para empenagens convencionais e, muitas vezes, redefine o tamanho da fuselagem e/ou posicionamento da asa na mesma;  Deve ser usado apenas preliminarmente para o caso de configuração canard, three-surface e empenagens em “V”;  No caso das empenagens em “V” inicia-se o dimensionamento como empenagens convencionais, ou seja, define-se áreas horizontais e verticais como projeções e depois determina-se o ângulo da empenagem em V (“diedro”) usando-se a relação: PRJ - 22

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

Depart. Projetos-ITA

Empenagens: Prof. Dr. Adson Agrico

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

Os valores típicos dos parâmetros que deverão determinados/definidos para a geometria das empenagens são:

PRJ - 22

ser

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Empenagens: Prof. Dr. Adson Agrico

Source: Roskam,J.,”Aircraft Design – Part II”

Os valores típicos dos parâmetros que deverão determinados/definidos para a geometria das empenagens são:

PRJ - 22

ser

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