Aeroportos | Unidade 2 - Principais Componentes e Definições de Aeronaves
Caro(a) aluno(a),
Os aviões são veículos complexos, tanto em estrutura como em operação. Nesta aula, iremos estudar os seus principais componentes e estruturas, de modo que posteriormente esse conhecimento possa ser aplicado no dimensionamento de pistas e aeroportos. Os componentes da fuselagem são construídos a partir de uma grande variedade de materiais e são unidos através de rebites, parafusos e soldagem ou adesivos.
Pense que os elementos estruturais das aeronaves são desenhados para suportar as cargas oriundas das forças que incidem sobre a superfície da aeronave durante o voo, além de estabilizarem o voo durante todo o trajeto.
Além disso, outras necessidades precisam ser atendidas. Capotas, carenagens e congêneres, na maioria das vezes, não precisam suportar os estresses impostos pela operação. No entanto, esses elementos devem possuir qualidades, como um acabamento e formato aerodinâmico.
Ao final desta aula, você será capaz de:
As aeronaves desempenham um papel de grande importância no cenário aeroportuário. O conhecimento da sua geometria, suas características, requisitos e tendências são capitais no desenvolvimento de um projeto ou mesmo no planejamento de um aeroporto.
A variedade de aeronaves que compõem a frota comercial pode ser vislumbrada através das Tabelas 1 e 2, que resumem algumas das principais características:
Os valores foram obtidos dos sítios das construtoras e servem apenas como referência. Os números se referem a algumas das variações dos modelos, por exemplo: A300-600, A330-300, A340-300, A380-800, B737-300, B757-200, B767-300, B777-200, B747-300, E145XR e E190-200 (ALVES, 2018).
A variedade de aeronaves que compõem a frota comercial é verificada no Quadro 1.
Quadro 1 - Características de algumas aeronaves
Fonte: Adaptado de Alves (2018).
A envergadura (Env) e o comprimento (Com) da aeronave balizam a geometria da área operacional (Lado aéreo) do aeroporto. A base (Bas), distância entre o trem de nariz e o eixo dos trens principais, e a bitola (Bit), distância entre os trens principais, impõem dimensões transversais nas pistas e seus cruzamentos e curvaturas.
Os pesos (PMD - Peso Máximo de Decolagem, PMA - Peso Máximo de Aterrissagem, POV - Peso Operacional Vazio, PZC - Peso Zero Combustível), o empuxo gerado pelos motores (Mot) e a carga-paga, que pode ser expressa em termos de número de passageiros (Pax), definem as condições requeridas de operação para quantificação do comprimento básico de pista (CBP). Na Tabela 2, o CBP está quantificado para as condições de referência, isto é, vento nulo, sem declividade de pista, ao nível de mar e na temperatura padrão (com PMD).
As aeronaves podem ser classificadas em duas classes distintas: Aeróstatos e os Aeródinos:
O avião é um veículo de asa fixa mais pesada que o ar e que voa graças à força de sustentação obtida pelo efeito dinâmico dessas asas sobre o ar, ou seja, pela ação dinâmica de forças entre o ar e o avião (GOLDNER, 2012).
Os principais tipos de esforços sofridos por um avião durante seu voo são os seguintes:
Os aviões são projetados para uma grande variedade de finalidades, porém todos eles possuem os mesmos componentes principais. As características operacionais e as dimensões são determinadas pela destinação desejada pelo projeto. Os componentes principais da maioria das aeronaves são:
Os principais componentes de uma aeronave podem ser vislumbrados na Figura 1.
O controle direcional ocorre ao redor dos eixos lateral, longitudinal e vertical, por meio das superfícies de controle de voo. Esses dispositivos são presos a dobradiças ou superfícies móveis, através das quais o posicionamento de uma aeronave é controlada durante todo o percurso.
As superfícies de controle são divididas em dois grandes grupos: as superfícies primárias e as superfícies auxiliares.
O grupo primário consiste em ailerons, profundores e lemes. Os ailerons são instalados no bordo de fuga das asas. Os profundores são instalados no bordo de fuga do estabilizador horizontal. O leme é instalado no bordo de fuga do estabilizador vertical.
O grupo secundário ou auxiliar consiste nas superfícies dos compensadores, painéis de balanceamento, servo compensadores, flapes, “spoilers” e dispositivos de bordo de ataque. Seu objetivo é reduzir a força requerida para que atuem os controles primários, fazer pequenas compensações em voo, diminuir a velocidade durante o pouso ou encurtar a corrida de pouso e mudar a velocidade da aeronave em voo. Geralmente, estão fixadas nos comandos primários de voo (ABREU, 2015).
A fuselagem é a parte do avião onde estão fixadas as asas e a empenagem. Inclui a cabine de comandos, que contém os assentos para seus ocupantes e os controles de voo da aeronave, também aloja os passageiros, as cargas, os sistemas do avião, podendo, ainda, alojar o motor e o trem de pouso. Os componentes da fuselagem são construídos de uma grande variedade de materiais e são unidos através de rebites, parafusos e soldagem ou adesivos. A fuselagem, basicamente, pode ser construída de três formas diferentes: treliçada, monocoque ou semi-monocoque (RODRIGUES, 2014).
A configuração da fuselagem, de acordo com o tipo de aeronave, pode ser visualizada na Figura 3.
Em que:
As asas são superfícies sustentadoras unidas a cada lado da fuselagem e representam os componentes fundamentais que suportam o avião no voo. Cada modelo é produzido para atender às necessidades de desempenho previsto para o avião desejado. Os principais componentes de uma asa e suas respectivas funções são:
As asas podem ser classificadas quanto a sua fixação, na fuselagem, em alta, média ou baixa. O número de asas também pode variar; aviões com um único par de asas são classificados como monoplanos e, quando possuem dois pares de asas, são classificados como biplanos (RODRIGUES, 2014). Quanto à sua localização: a localização depende do projeto do avião e tem por objetivo estabilizar o voo juntamente com a empenagem:
Já quanto à fixação das asas:
Quanto a sua geometria: podem ser retangulares, trapezoidais ou elíptica.
A eficiência da asa é medida pela razão entre as forças de sustentação e o arrasto. Essa razão varia de acordo com o ângulo de ataque.
A geometria do perfil alar assimétrico (aerofólio) determina o ângulo de ataque no qual a asa será mais eficiente.
Segundo Abreu (2015), os aerofólios mais eficientes para uso geral têm espessura máxima de cerca de um terço do bordo de ataque da asa. A sustentação produzida por um aerofólio aumentará aumentando-se a cambra da asa.
Cambra é a curvatura do aerofólio acima e abaixo da superfície da corda.
Estrutura das asas
Para o caso de uma estrutura coberta com tela, os principais componentes estruturais de uma asa são:
Os elementos estruturais de uma asa estão representados na Figura 7.
A área da asa é medida em pés quadrados (ft²).
As forças de sustentação e arrasto que agem sobre a asa são proporcionais à sua área. Isso significa que, se a área da asa for duplicada, a força de sustentação e o arrasto criados pela asa serão também duplicados.
Possui como função principal estabilizar e controlar o avião durante o voo. É dividida em duas superfícies: horizontal, que contém o profundor e é responsável pela estabilidade e controle da aeronave (movimento de arfagem, levantar e abaixar o nariz), e a vertical, que contém o leme de direção, que é responsável pela estabilidade e controle direcional (movimento de guinada ao redor do eixo vertical). Um exemplo de empenagem pode ser visualizado na Figura 8.
São as partes móveis da asa e da empenagem. Normalmente, ficam no bordo de fuga do aerofólio e têm, como função, o controle do voo do avião. As superfícies de controle podem ser divididas em duas:
O trem de pouso tem a função de apoiar o avião no solo e manobrá-lo durante o taxiamento, decolagem e pouso, podendo ser classificado de acordo com o posicionamento das rodas, conforme a Figura 9.
O grupo moto-propulsor é formado pelo motor, cuja função principal é de conceder potência para movimentar a hélice; e a própria hélice, que tem por função impulsionar o avião ao gerar tração. O grupo moto-propulsor pode ser classificado em monomotores, bimotores e multimotores.
De acordo com o número de motores existentes na aeronave, esta pode ser classificada em monomotores, bimotores e multimotores. Como o motor é padronizado para todas as equipes no AeroDesign, a análise para a escolha da hélice é fundamental. A escolha dessa peça deve considerar aquela que apresente a maior tração disponível.
Um exemplo de um grupo moto-propulsor pode ser visto na Figura 10.
O revestimento dá acabamento à aeronave. Ele cobre todas as estruturas do avião: fuselagem, asas, empenagem, as naceles e os compartimentos.
As aeronaves geralmente são revestidas em chapa de liga de alumínio, com tratamento anticorrosivo. Em quantidade limitada, usa-se também o magnésio e o aço inoxidável. As espessuras dos revestimentos dependem das cargas e dos estresses que devem suportar.
Para suavizar o fluxo de ar sobre os ângulos formados pelas asas, utilizam-se painéis estampados ou arredondados. Esses painéis são chamados de carenagens.
Não se pode afirmar que a indústria desenvolva-se de forma igual em todas as regiões e países, embora as técnicas, conhecimentos e tendências sejam comuns. O mercado varia de acordo com soluções e vantagens competitivas, influenciadas por aspectos políticos, culturais e econômicos. Cabe, às indústrias aeronáuticas, projetar e construir veículos de toda natureza: aviões, helicópteros, mísseis, lançadores de satélites, plataformas espaciais, etc.
Devem ser considerados alguns fatores, como fonte dessas vantagens competitivas:
O mercado aeronáutico, assim como outros, é diretamente relacionado e dependente à retração ou expansão da demanda por transporte aéreo. Martinez (2007) afirma que essa demanda é determinada pela tendência do mercado, que é diferenciada pelas diversas regiões do mundo.
A cadeia produtiva do setor aeronáutico está representada na Figura 11, identificando-se:
De acordo com Ferreira (2009), foram traçadas novas estratégias de parcerias e fortalecimento de estruturas organizacionais híbridas para a coordenação das relações horizontais (alianças estratégicas) e verticais (parcerias de risco).
De um modo geral, o mercado da indústria aeronáutica é dividido nas categorias militar e civil, sendo, esta última, uma produção de aviões comerciais com capacidade:
As quatro empresas líderes que concentram a configuração mundial do mercado civil de integradoras de aeronaves, considerando majors e commuters, são:
Segundo Oliveira (2005), a partir do início da década de 90, a indústria aeronáutica norte-americana de aviação civil passa a operar, principalmente, por meio da empresa Boeing, após uma série de fusões e incorporações, atuando no segmento de aviões de grande porte (majors).
Percebe-se que, durante o projeto de uma aeronave, cada centímetro quadrado da asa, da fuselagem, cada nervura e longarina, do grupo moto-propulsor e, até mesmo, dos encaixes das estruturas deve ser considerado em relação às características físicas e ao propósito da aeronave.
Todas as partes da aeronave devem ser planejadas para suportar as cargas que lhes serão impostas, para controlar as oscilações durante o voo e para fornecer o conforto ao usuário.
Portanto, é importante que se compreendam e avaliem os estresses envolvidos e a sua relação com cada componente de um avião a fim de se evitar mudanças no projeto final.
Nesta aula, você teve a oportunidade de:
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