Com o intuito de dar continuidade à série sobre conhecimentos técnicos, hoje abordaremos as asas. Caso não tenha visto ainda, no primeiro post da série tratamos da fuselagem.
A saber, como fontes de consulta para o assunto, os livros “Aviation Maintenance Technician Handbook — Airframe“, Volume 1 FAA-H-8083–31A e “Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge” FAA-H-8083–25B são recomendáveis para o nível de conhecimento exigido dos pilotos. Entretanto, para um nível mais avançado, Anderson, “Introduction to Flight”, Donizeti de Andrade “Fundamentos da Engenharia Aeronáutica” e Rodrigues, “Fundamentos da Engenharia Aeronáutica” são boas referências. Essas obras foram consultadas na elaboração deste texto.
Capa: estrutura da asa do La-11 (Fonte: AirPages).
As Asas:
Visto que as asas são as superfícies responsáveis pela maior parte da sustentação de um avião, suas características tem grande influência no comportamento da aeronave. Também é nelas que costumam se localizar tanques de combustível e as superfícies de controle como flaps e ailerons. Bem como acomodam, em alguns modelos de avião, o conjunto do trem de pouso e os motores.
Eventualmente, ao longo do desenvolvimento da indústria aeronáutica, pesquisas levaram a uma grande variedade de geometrias, configurações e construções. No presente texto trataremos desses aspectos, e no próximo, da sua aerodinâmica.
Estrutura das asas:
Embora o método de construção e os materiais empregados possam divergir entre os modelos, a estrutura básica de uma asa é a seguinte:
Longarinas:
São o principal componente estrutural da asa. Consiste em uma ou mais vigas dispostas em sentido perpendicular à fuselagem (ou com um certo ângulo de enflechamento) que suportam os esforços originados pelas cargas aerodinâmicas. Nas aeronaves modernas, costumam ser fabricadas em ligas de alumínio, entretanto aeronaves experimentais ou antigas podem ter construção em outros materiais como fibra de carbono ou madeira.
Em alguns modelos como o Cessna 172, a asa possui um suporte que ajuda a distribuir a resistência às cargas.
Nervuras:
A princípio, consistem de uma série de componentes que dão o formato aerodinâmico à seção da asa, chamada de perfil. Dessa maneira, a geometria dos perfis tem grande influência nas características da asa. A propósito, os perfis próximos à fuselagem são os perfis da raiz, já os que se localizam na extremidade da asa são os perfis da ponta. O modo como eles variam da raiz à ponta dá origem à geometria da asa.
Dessa forma, a parte do perfil que corta o ar primeiro é o bordo de ataque. Já a parte por onde ele escoa é o bordo de fuga. Na região do bordo de ataque da asa costuma haver sistemas antigelo e no seu bordo de fuga se encontram as superfícies de controle.
Os perfis aerodinâmicos serão abordados com maior profundidade no próximo texto da série.
Revestimento:
É o material que recobre o conjunto de longarinas e nervuras, garantindo a aerodinâmica. Pode ser metálico, em compósitos como carbono ou fibra de vidro ou ainda de tela.
Superfícies de controle:
Certamente, a maioria dos aviões possuem flaps e ailerons localizados no bordo de fuga das asas. Os flaps são responsáveis por aumentar a sustentação quando acionados, em geral durante pousos e decolagens. Ao passo que os ailerons são responsáveis pelo movimento de rolagem.
No entanto, há ainda outros tipos de superfícies de controle que podem estar presentes, como os spoilers, cujo acionamento reduz a sustentação e os slats, uma espécie de flap localizado no bordo de ataque.
Número de pares de asas:
Inegavelmente, a maioria dos os aviões fabricados atualmente têm um único par de asas (monoplanos). Entretanto, os primeiros projetos como o Flyer-1 possuíam configurações de dois pares de asas (biplanos) e houve até mesmo protótipos com centenas de pares (multiplanos). Apesar de a configuração com asas múltiplas proporcionar menor desempenho, os materiais disponíveis na época não ofereciam resistência para construção de um único par de asas com a envergadura necessária.
OBS: embora possuísse aparentemente dois pares de asas, o 14-Bis se enquadra na configuração asa-caixa.Ela difere da configuração asa plana dos biplanos por possuir superfícies horizontais e verticais.
Posição da fixação das asas:
A princípio, as asas podem ser classificadas, em relação a posição da fixação das asas em:
Alta:
Principalmente utilizada em aeronaves cargueiras ou que operam a baixos números de Mach. Visto que possui uma boa relação entre sustentação e arrasto, oferece maior estabilidade lateral, reduz o efeito solo, com isso o avião consegue pousar em pistas curtas. Como resultado da fuselagem se encontrar mais próxima ao solo, favorece o processo de carga e descarga.
Média:
Frequentemente presente em aeronaves acrobáticas, militares e em alguns jatos executivos. Do ponto de vista estrutural, essa asa tem a inconveniente necessidade de uma estrutura reforçada na interface entre a raiz e a fuselagem. Por outro lado, minimiza o arrasto de interferência entre a asa e a fuselagem e aumenta a manobrabilidade.
Baixa:
Sobretudo encontrada na maior parte dos aviões da aviação comercial e em jatos executivos. Apresenta boa manobrabilidade de rolamento e baixa estabilidade lateral. Além disso, aumenta o efeito solo, com isso pode decolar em pistas mais curtas se comparado às outras configurações. Finalmente, a fuselagem distante do solo favorece o projeto do trem de pouso.
Há ainda outras configurações menos usuais, como a guarda-sol, onde a asas se encontra posicionada acima da fuselagem.
O efeito solo costuma ser percebido quando o avião voa acima da superfície a uma altura igual ou inferior à metade de sua envergadura. Quanto mais baixo, mais pronunciado ele se torna. Nessa situação a superfície interrompe os vórtices de ponta de asa que dissipam parte da energia que poderia ser convertida em sustentação, com isso a eficiência da asa aumenta.
Diedros e Enflechamento:
A princípio, o diedro diz respeito ao ângulo formado entre a linha que passa entre ponta e raiz da asa e a seção da fuselagem. Ao passo que, o enflechamento se relaciona com o ângulo entre a asa e o segmento longitudinal da fuselagem.
Aeronaves que operam em regimes de baixo número de Mach não costumam possuir enflechamento. Usualmente, ele é empregado para reduzir o arrasto e melhorar a estabilidade em aviões que operam em regime transônico ou supersônico próximo a Mach 1 . Também há projetos com enflechamento invertido como o SU-47.
Por sua vez, o diedro se relaciona com a estabilidade. Quando as pontas das asas são mais altas que as raízes, aumenta-se a estabilidade lateral, a situação oposta reduz a estabilidade.
Geometria:
Há várias possibilidades de geometria para as asas, entre elas: retangular, trapezoidal, ou elíptica. Cada qual possui suas vantagens e desvantagens em relação a aerodinâmica para cada regime de aplicação, isto é, asas que apresentam boa performance para elevados números de Mach desempenham mal em baixos e vice-versa.
A asa retangular está presente nos aviões mais antigos e modelos atuais que operam a baixos números de Mach. Ela oferece uma construção mais simples e barata, em contrapartida, tem uma aerodinâmica pouco eficiente comparada às outras geometrias devido ao arrasto de ponta de asa (arrasto induzido).
No outro extremo está a asa elíptica, que oferece a máxima eficiência aerodinâmica mas é de construção complicada. As demais geometrias, como a trapezoidal e a mista, buscam unir a facilidade de fabricação da asa retangular à maior eficiência da geometria elíptica para regimes subsônicos.
Contudo, há outras formas de otimizar o desempenho da asa, como alterar a geometria das seções da ponta, de forma a reduzir o arrasto induzido. Usualmente isso é feito instalando-se winglets.
Por sua vez, para regimes supersônicos o mais comum são as asas deltas ou ogivais. Há ainda asas com geometria variável alterando envergadura, enflechamento ou outros parâmetros em voo para otimizar sua performance àquela condição.
Por fim, há aeronaves onde a fuselagem e as asas são indistintas, as asas voadoras, no caso da geometria da asa dominar o layout e os lifting bodies caso a aeronave tenha a sustentação gerada pela fuselagem.
Em breve…
Acompanhe o blog e confira o próximo texto da série Conhecimentos Técnicos de Aeronaves que tratará o tema da aerodinâmica.
Quais as configurações das asas da última aeronave que você voou?
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