X-31

1. Aerodinâmica do X-31 Henrique Vitor Oliveira 033303 Henrique Manoel de Abreu 033290 Eveline Fachini Spada 032522 João Baylon Dias 033475

2. Antes de começar a apresentação sobre o caça vale deixar claro alguns termos técnicos usados na aviação: • Stall: ou Stol em português, é o termo utilizado para designar a condição do avião ou da superfície de sustentação (no caso a asa) em que diminui a sustentação e aumenta o arrasto devido a separação do fluxo de ar; • Canards: também chamado de profundor, no caso do X-31 é uma pequena asa situada entre o bico e a linha das asas. Em aviões mais comuns vê-se essa peça na parte traseira da aeronave; • Strakes: junto com os canards ajuda a manter o controle de passo nas manobras arriscadas. Na aeronave estão situados na mesma linha de arrasto entre as asas e o motor; • EFM: (Enhanced Fighter Maneuverability), ou Manobrilidade realçada do caça; • Guinada: leme traseiro responsável por direcionar o avião para a esquerda ou direita.

3. Ilustração das partes que compões o X-31, atentem para os carnads na parte frontal

4. A grande vitória no desenvolvimento do X-31 foi a descoberta da pressão de vetoração, que nada mais é que um fluxo de ar direcionado na mesma linha central do avião. Essa pressão de vetoração dirige para o nariz do avião toda a potência do motor, chamado de controle de passo, movendo o bico para cima ou para baixo e a guinada para a esquerda e direita. Para que essa pressão de vetoração fosse alcançada três pás defasadas de 120 º entre si foram instaladas na boca do motor e exaustão de modo que todo o empuxo realizado pelo motor não se dispersasse. Veja a ilustração abaixo: Pás da pressão de vetoração As pás são feitas de uma fibra de carbono capaz de suportar temperaturas acima de 1500 ºC. Como o controle de passo do avião foi todo jogado para o nariz da aeronave, os canards foram posicionados na parte frontal e os Strakes eventualmente na traseira.

5. O X-31 opera com um sistema digital de vôo chamado fly-by-wire (“vôo por fio”) em que três computadores (synchronous) centrais dirigem a superfície de vôo e quatros computadores restantes servem de reserva caso os três principais entrem em conflitos. O interessante é que nada é mecânico ou analógico, tudo digital. • Fase 1: Essa fase é projeto conceitual. Durante essa fase a equipe do programa se preocupou em esboçar o payoff esperado dos conceitos de manobrilidade realçada do caça (EFM) para batalhas futuras no ar e definir as exigências técnicas do avião exigidas pelo demonstrador (governo); • Fase 2: Foi realizado o projeto preliminar para o demonstrador e a aprovação para a manufatura do avião. Três revisões do projeto governamental foram realizadas para estabelecer o projeto proposto. Técnicos do U.S. Navy, Ministério Federal da Defesa da Alemanha e a NASA contribuíram para examinar cuidadosamente todos os aspectos do projeto; • Fase 3: A fase 3 iniciou e completou os detalhes do projeto e fabricou dois aviões, que foram montados na Rockwell Internacional (Boeing) na planta 42 em Palmdale, CA. Essa fase requeriu dos dois aviões vôos de teste nos limites aos quais a aeronave foi projetada. O primeiro avião ficou pronto em 1º de março de 1990, e seu primeiro vôo foi em 11 de outubro de 1990 pilotado pelo piloto de teste da Rockewll Ken Dyson. O avião alcançou a velocidade de 340 mph (547,162 km/h) e uma altitude de 10.000 pés (3048 m) nos iniciais 38 minutos de vôo. O segundo avião fez seu primeiro vôo em 19 de janeiro de 1991, pilotado pelo suíço Dietrich Seeck. Tirando o fato que externamente os dois aviões eram idênticos, o segundo avião experimentou situações mais fortes assimétricas de guinada que o primeiro, por essa razão os membros da equipe do X-31 passaram a chamar o número dois de “gêmeo malvado”. A equipe testou o segundo variando a distância do strakes do nariz do jato, e encontraram que os dois aviões poderiam voar do mesmo jeito com 8 ½ polegadas de comprimento do strakes, deixando o gêmeo do mal não tão comprido, pois o seu comprimento foi corrigido.

6. Aperfeiçoando Foram ao todo 108 missões efetuadas pela Rockwell, que expandiu o ângulo de ataque para 40 º, antes dos testes serem movidos para a Dryden em fevereiro de 1992. No caso do X-31 a pressão de vetoração compensa a perda do controle por stall, essa conclusão foi encontrada pela Rockwell, que conseguiu ampliar o ângulo de ataque do avião para mais de 30º. Por causa da estabilidade básica do avião no alcance de ângulos elevados, exibiu tolerância baixa para guinadas laterais. O que tornou um problema para elevados ângulos de ataques. O nariz do avião captava dados através da Unidade de Navegação Inercial e após longos períodos de vôos a 30º os grandes valores calculados eram fictícios devido a mudança da direção e magnitude do vento. O problema foi resolvido implantando uma ponta de prova chamada de Kiel no nariz do avião, que ajudou o tubo piloto padrão da NASA a calcular o fluxo de ar. A ponta de prova Kiel é curvada de 10º a baixo do padrão do piloto. As guinadas laterais foram curvadas de 20º para conter as oscilações que ocorriam para ângulos acima de 62º. Assim os problemas de leituras falsas foram corrigidas. Logo as leituras estavam sempre 10º abaixo da inclinação do avião.

7. A equipe da Nasa junto com outras empresas fizeram o teste de simulação de vôo do X-31 se comparado com outros aviões e obtiveram resultados excelentes. Graças aos estudos sobre a aerodinâmica do X-31 a equipe foi capaz de aprender mais sobre leis de controle pois a aerodinâmica atual do avião é um pouco diferente daquela estudada em túneis de vento. Só havia mais um problema: Quando os pilotos voavam acima de 50º (52º para ser mais preciso) eles sentiam forças que os puxavam para os lados que chamaram de lurches (guinadas). A equipe de desenvolvimento então adicionou tiras de ¼ de polegadas no nariz do avião afim de mudar os vórtices (redemoinhos) que fluiam dele. Conseguiram reduzir os vórtices e o resultado foi um ângulo de ataque máximo de 70º. Todos esses problemas foram provocados por assimetria na guinada do jato, pois a força de empuxo do motor era muito forte. Esses estudos foram significativos para a aerodinâmica do X-31. 70 º

8. Em 29 de abril de 1993 conseguiu-se com o X-31 número 2 fazer uma manobra de 180º (meia volta) usando um ângulo de ataque máximo de 70º, foi chamada de Manobra de Herbst. O avião foi testado novamente junto com outros caças e seu resultado foi satisfatório conseguindo efetuar manobras que os outros não fizeram. Enquanto isso o X-31 número 1 foi destruído em um teste feito no deserto ao norte de Edwards, felizmente o piloto alemão Karl Heinz-Lang conseguiu ejetar. A queda doi ocasionada por um inesperado ponto de falha no nariz do avião. Ao todo foram 580 vôos durante o programa, 559 missões de pesquisa e 21 na Europa na demonstração em Paris.

9. Especificações do X-31: - Projetado e construído por Rockwell International Corporation's North American Aircraft and Deutsche Aerospace. - Envergadura de 23.83 feet ( 7,818 m) e um comprimento de 43.33 feet ( 14,216 m). - Motor único do tipo General Electric F404-GE-400 turbofan engine. - Peso do avião 16,100 pounds ( 35.5 t ) incluindo 4,100 pounds ( 9 t )de combustível. - Velocidade de projeto do X-31 era de Mach 0.9 alcançando uma altitude de 40,000 feet. - Velocidade alcançada em teste da pressão de vetoração efetiva foi de Mach 1.28 numa altitude de 35,000 feet.

10. Bibliografia: http://www1.dfrc.nasa.gov/Gallery/Photo/X-31/index.html