Aviões são máquinas incríveis, compostas por muitos tipos de sistemas e componentes. Como estudante de engenharia aeronáutica tive a oportunidade de me deparar com eles em diversas disciplinas ao longo do tempo e resolvi abordá-los, oportunamente, em uma série de textos aqui no blog da NexAtlas sobre assuntos técnicos com objetivo de compartilhar e reforçar os conhecimentos dos pilotos nos variados temas da engenharia.
De fato, durante sua formação, um piloto tem contato com conteúdos técnicos relativos ao funcionamento da aeronave, que vão se aprofundando durante sua atuação profissional e lhe podem ser úteis de diversas maneiras. Nesse sentido, essa pode ser uma boa oportunidade para relembrar e, porque não, aprender algo novo relacionado à mecânica de aeronaves.
A saber, as ilustrações foram retiradas de: Talay, T A, “Introduction to the Aerodynamics of Flight” NASA SP-367; “Aviation Maintenance Technician Handbook — Airframe“, Volume 1 FAA-H-8083–31A e “Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge” FAA-H-8083–25B. No mais, essas são boas referências de informações a pilotos e técnicos da área. Por fim, o conteúdo em texto se baseia, além delas em T H G Megson “Aircraft Structures for engineering students” e Donizeti de Andrade “Fundamentos da Engenharia Aeronáutica”, textos mais avançados, já em um nível de engenharia.
Célula:
Do ponto de vista de projeto, é usual estudar uma aeronave em seus componentes e sistemas individualizados. Igualmente, é comum dividi-la em tópicos como aerodinâmica, estrutura, desempenho, controle e sistemas – por exemplo. Ao passo que, mecânicos aeronáuticos, costumam agrupar uma aeronave em três conjuntos: Célula (CEL), aviônicos (AVI) e sistema motopropulsor (GMP).
“CEL (Célula) — Esta é a especialidade que trabalha com todos os sistemas de pressurização, ar condicionado, pneumático e sistemas hidráulicos. Também é nesta habilitação que o interessado poderá trabalhar na estrutura de aviões e helicópteros em geral, ou seja, a fuselagem da aeronave.” ANAC
Enquanto isso, o RBAC 01: regulamentos brasileiros de aviação civil, define célula como:
“Fuselagem, montantes, naceles, capotas de motor, carenagens, superfícies aerodinâmicas (incluindo rotores, mas excluindo hélices e aerofólios rotativos de motores) e trens de pouso de uma aeronave, incluindo seus acessórios e controles.”
Ou seja, estritamente falando, a célula se refere à estrutura da aeronave e é esse o significado que você deve inferir ao longo dessa série.
Legenda:
- I — Fuselagem [Fuselage]
- II — Asas [Wings]
- III — Empenagens [Empennage]
- IV — Trem de pouso [Landing gear]
- V — Conjunto moto-propulsor [Power plant]
Em primeiro lugar na nossa série sobre conhecimentos técnicos, abordaremos os componentes da célula iciciando pela fuselagem.
Fuselagem:
Como você já deve saber, a fuselagem é o corpo do avião. A ela são ligadas as asas, empenagens, grupo moto propulsor e todos os outros sistemas. Nela é transportada a carga paga e os ocupantes.
Conforme a perspectiva de projeto, o design da fuselagem é uma relação de compromisso que leva em conta os esforços a que será submetida, o espaço interno para carga, sua aerodinâmica, estabilidade, dificuldade de fabricação, custo dentre outros fatores.
Observe que a seção tende a ser circular em aviões pressurizados para suportar melhor os ciclos de pressurização e despressurização e mais “quadrada” em aeronaves não pressurizadas pela facilidade de construção e otimização de espaço.
Esforços na estrutura
A princípio, a estrutura deve resistir ao conjunto de carregamentos mais intenso previsto dentro do seu envelope de voo, sendo provenientes, essencialmente, das forças aerodinâmicas e inerciais.
As forças aerodinâmicas são derivadas do escoamento do ar ao redor da fuselagem. Elas podem agir tangencialmente, gerando o arrasto e criando carregamentos de cisalhamento ou de modo normal, produzindo sustentação e um carregamento de compressão ou tração – conforme a seção. A saber, o projeto leva em conta condições adversas, como os esforços gerados por rajadas de vento durante tempestades.
Por sua vez, as forças inerciais são oriundas de variações no vetor velocidade, isto é força centrípeta e a sua reação, a centrífuga.
Da mesma forma, a estrutura da fuselagem está sujeita a stress gerado por variações de temperatura (stress térmico), pelos ciclos de compressão e descompressão, às aterrissagens e a alternância do fator de carga.
Estrutura da fuselagem:
Posto que ao longo do voo as seções da fuselagem são submetidas aos mais diferentes tipos de esforços sejam eles de torção, tração, compressão, flexão ou cisalhamento ela necessita ter grande resistência mecânica. De maneira idêntica, a estrutura deve possuir baixo peso e depender de um método construtivo adequado. A fim de cumprir esses requisitos, dentre outros, os projetos costumam contar com uma dessas estruturas:
Treliça:
A saber, foi um dos primeiros tipos de estrutura aeronáutica desenvolvida e está presente tanto nos aviões antigos, quanto em alguns aviões modernos de pequeno porte e experimentais. Usualmente, nas aeronaves modernas, consiste em tubos metálicos, longarina (I), elementos diagonais (II) e verticais (III) soldados ou rebitados formando conjuntos de triângulos (treliças) que fornecem rigidez e propriedades estruturais ao conjunto. A estrutura treliçada é recoberta com lona, fibra de vidro, plástico,chapas delgadas de metal ou algum outro revestimento para garantir a aerodinâmica do conjunto e proteger os ocupantes ou a carga.
Monocoque:
Desenvolvida posteriormente, esse tipo de estrutura suporta as cargas em um revestimento rígido (I, Skin) . Perfis (II, Formers) e cavernas (III, Bulkhead) dão o formato da seção. Pode-se variar a espessura do revestimento e o espaçamento dos perfis conforme as necessidades do projeto. Em contrapartida, seu método construtivo é custoso e tende a oferecer pouca resistência a cargas pontuais.
Semi Monocoque:
Conforme Andrade, é a mais empregada em aeronaves modernas. Em resumo, é composta por longarinas e reforços (III Longeron e II Stringer) que suportam cargas de flexão e apoiam o revestimento (I, Skin) contra flambagens. Além disso, há também as nervuras (IV, Bulkhead) que atuam contra o cisalhamento transversal e o revestimento, que suporta as cargas de cisalhamento no plano. Portanto, o trabalho em conjunto dos componentes garante a integridade estrutural.
As estruturas monocoque e semi monocoque podem ser construídas tanto em metal – geralmente em ligas de alumínio, titânio ou magnésio – quanto em materiais compósitos, com fibras de vidro e carbono.
No próximo episódio…
Acompanhe o blog e confira o próximo texto da série que tratará das asas.
Quais as particularidades da fuselagem da última aeronave que você voou?
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