AERODINÂMICA Parapente / Asa Delta

1. AERODINÂMICAParapente / Asa Delta

2. OBJECTIVOS • Rever matéria inerente à qualificação de piloto estagiário • Discutir e clarificar dúvidas relativas à matéria • Sempre que possível, aplicar a matéria adquirida em casos práticos de instrução.

3. SUMÁRIO • Nomenclatura do perfil • Sustentação • Nomenclatura e estrutura da asa • Forças que actuam na asa • Controlo da asa • Performance • Envelope de Voo

4. O PERFIL e a ASA

5. GEOMETRIA DO PERFIL Espessura máxima Linha média de curvatura Extradorso Bordo de ataque Bordo de fuga Corda Intradorso Localização da máxima espessura Corda

6. TIPOS DE PERFIS • Biconvexos simétricos • Biconvexos assimétricos • Plano convexos • Côncavo convexos

7. Envergadura (b) GEOMETRIA DA ASA • Alongamento / Aspect Ratio (AR) AR = b2/ S Área (S)

8. Enflechamento Ângulo formado entre o bordo de ataque da asa e a direcção perpendicular ao plano de simetria da aeronave. Enflechamento GEOMETRIA DA ASA

9. ESTRUTURA DA ASA

10. ESTRUTURA DA ASA

11. ESTRUTURA DA ASA • Nervuras Têm a forma do perfil da asa e têm por finalidade: • Conferir forma à asa • Ligar o intradorso ao extradorso • Suportar os esforços a que a asa está sujeita em voo • Longarinas Somente presentes na asa delta, têm por função suportar todos as flexões positivas e negativas a que a asa está sujeita.

12. ESTRUTURA DA ASA • Entradas de ar • Somente presentes no parapente, têm por função admitir a entrada de ar sob pressão de forma a conferir e manter a forma da asa. • A distribuição de pressão ao longo da asa é garantida através de orifícios nas nervuras. • A localização das entradas de ar é de extrema importância e normalmente são colocadas na zona do bordo de ataque onde a pressão é maior ( ponto de estagnação).

13. PONTO DE ESTAGNAÇÃO • Ponto do perfil onde a pressão é maior ou ponto de impacto do ar no perfil

14. ESTRUTURA DA ASA

15. EIXOS

16. EIXOS • Tudo o que voa move-se num espaço tridimensional, logo é natural que os seus movimentos se façam em torno de 3 eixos: • Eixo vertical Em torno do qual são efectuados os movimentos de guinada. • Parapente – Através de actuação assimétrica dos comandos • Asa Delta – Através da deslocação do Centro de Gravidade (CG)

17. EIXOS • Eixo transversal Em torno do qual são efectuados os movimentos de cabeceio (cabrar, picar). • Asa Delta – Através da deslocação do CG • Parapente – Os comandos não permitem actuar directamente sobre o eixo transversal. No entanto podem induzir rotações em torno deste eixo.

18. EIXOS • Eixo longitudinal Em torno do qual são efectuados os movimentos de pranchamento. • Asa Delta – Através da deslocação do CG • Parapente –Através da actuação assimétrica dos comandos

19. EIXOS

20. CONCEITOS e DEFINIÇÕES

21. PRESSÃO • Por definição a pressão é força por unidade de área P = F /A • Unidades: bar, N/m2 ou Pascal (Pa), 1hPa = 1mb • Actua sempre perpendicularmente à superfície • Decresce com a altitude

22. PRESSÃO • Pressão total = Pressão estática + Pressão dinâmica • Sendo a Pressão dinâmica dependente da velocidade do ar • Pd = 0,5 x densidade do ar x V2

23. DENSIDADE • A densidade, , é definida como a massa por unidade de volume.  = m / v • A densidade diminui com : • Diminuição da pressão • Aumento da temperatura • Altitude

24. PRESSÃO / DENSIDADE / TEMPERATURA • A relação entre a pressão, densidade e temperatura é dada pela lei dos gases ideias: • P = densidade do ar x Temperatura do ar

25. PRINCÍPIO DA CONTINUIDADE • Na mecânica de fluidos, o princípio de conservação de massa é traduzido pela equação de continuidade, ou seja, conservação de caudal (massa / tempo): • O caudal através da área A1 tem de ser igual ao que passa na área A2

26. TEOREMA DE BERNOULLI Num escoamento incompressível Ptotal = constante ! • Se a Velocidade (V) aumenta, a pressão estática (Pe diminui); • Se a Velocidade diminui (V), a pressão estática (Pe aumenta);

27. SUSTENTAÇÃO

28. SUSTENTAÇÃO EXTRADORSO: Maior velocidade.INTRADORSO: Menor velocidade.

29. DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÃO Extradorso: Menor pressão => Força para cima !Intradorso: Maior pressão

30. PONTO DE ESTAGNAÇÃO • Ponto do perfil onde a pressão é maior ou ponto de impacto do ar no perfil

31. DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÃO

32. RFA • As forças aerodinâmicas que actuam ao longo da asa podem ser representadas por uma única força – Resultante das Forças Aerodinâmicas (RFA), aplicada num ponto denominado Centro de Pressões (CP).

33. SUSTENTAÇÃO E RESISTÊNCIA • A RFA pode ser decomposta em duas componentes: • Sustentação Componente perpendicular ao vento relativo. • Resistência ou Arrasto Componente paralela ao vento relativo .

34. SUSTENTAÇÃO E RESISTÊNCIA • Ângulo de ataque: ângulo formado entre o vento relativo e a linha de corda. • Ângulo de incidência: ângulo formado entre plano horizontal e a linha de corda.

35. ÂNGULO DE ATAQUE • Numa asa delta o piloto pode modificar o ângulo de ataque através da barra de controlo: • Aumentar α (cabrar)  Empurra a barra • Diminuir α (picar)  Puxa a barra • No parapente como não temos acção directa sobre os movimentos de cabeceio (pitch), a única forma que temos para controlar o ângulo de ataque é através da modificação da curvatura do perfil.

36. ÂNGULO DE ATAQUE • Logo no parapente variamos o ângulo de ataque através da acção simétrica dos comandos.

37. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO

38. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • A sustentação para uma asa com um dado perfil varia com: • Área da asa (s) • Densidade do ar (ρ) • Velocidade (v) Pd = (0,5. ρ.v2) • Forma do perfil / asa • Ângulo de ataque Coeficiente de sustentação (CL)

39. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • A relação destes parâmetros é dada por L=CL.0,5. ρ. v2 . s

40. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • L=CL.0,5. ρ. v2 . s , logo: • Área da asa • Quanto maior a área da asa mais sustentação ela produz. • Um piloto com uma asa pequena precisa de correr mais (atingir uma velocidade maior) do que com uma asa grande.

41. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • L=CL.0,5. ρ. v2 . s , logo: • Velocidade • Quanto maior a velocidade maior a sustentação • Com vento fraco temos que correr para atingir a velocidade que dá a sustentação para descolar. • Com vento forte podemos até ser arrancados do solo!

42. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • L=CL.0,5. ρ. v2 . S • Densidade • Quanto menor a densidade menos sustentação a asa produz • Quanto mais elevada estiver uma descolagem mais teremos de correr para descolar!

43. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • Para além de todos estes parâmetros, a sustentação também varia com o ângulo de ataque (α). Esta variação é dada pelo CL.

44. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • Através do gráfico verifica-se que o CL aumenta com o α, até atingir um valor máx. • Daqui a vantagem de travarmos um pouco a asa na corrida de descolagem. • A partir deste ponto máx, um aumento do α diminui a sustentação de uma forma relativamente abrupta.

45. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • A esta diminuição abrupta da sustentação devido a um aumento do α, chama-se perda ou stall! • A perda no parapente é extremamente violenta, visto este não ter uma estrutura rígida. • Numa asa delta a saída de perda é bastante mais acessível.

46. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO Mas como surge a perda ??

47. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • Para ter sustentação é necessário haver uma diferença de pressões entre o intradorso e o extradorso. • Já tínhamos visto que esta diferença de pressão era conseguida através de uma diferença de velocidades entre o intradorso e o extradorso. • Relembrando a variação do CL em função do ângulo de ataque, verificamos que a sustentação aumenta linearmente com o ângulo de ataque, até um certo ponto. • A partir deste ponto, denominado ponto de CLmáx , o CL diminui abruptamente.

48. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • O que na realidade acontece é que a partir do ângulo de ataque de CLmáx grande parte do escoamento descola-se do extradorso.

49. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • Este descolamento faz com que: A velocidade do escoamento sobre a asa diminua repentinamente ↓ A diferença de pressões entre o extradorso e intradorso diminui ↓ A sustentação diminui e não é suficiente para sustentar a asa

50. VARIAÇÃO DA SUSTENTAÇÃO • α = 5º CL = 0,6 • α= 10º CL= 1,2