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Aeronaves De Transporte Supersônico

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Palestra-16 Aircraft de Transporte Supersônico

Olhemos agora para as aeronaves de transporte supersônico. Bem não há muitas escolhas disponíveis aqui. Se olarmos para a história, as únicas duas aeronaves que viram voo supersônico com passageiros, a que se encontra é o Concorde e a outra é a Concordski ou TU-154M do estábulo russo.

Vejamos alguns recursos de design do transporte supersônico Concorde ou SST como ele é chamado. Primeiro de toda a asa da aeronave em si é um muito especial. É uma asa bem slender com uma proporção de aspecto muito baixa porque isso é adequado para o voo supersônico e a forma é chamada como delta de odá. Assim, esta forma é chamada como o delta do odão ok. Não é um delta puro, não é como um triângulo, mas é como uma forma curvada para um triângulo.

Esta foi a primeira aeronave em que o centro de regulação ou controle da gravidade foi alcançado transportando combustível dentro dos vários tanques de combustível. Esse tipo de controle de CG é necessário porque quando as aeronaves transitam de voo subsônico para o voo supersônico, sabemos que vai haver uma mudança na localização do centro de pressão, ele vai andar para trás e daí há uma enorme quantidade de mudanças no momento de arremessos que é criado e isso tem que ser ajustado mudando o centro de gravidade da aeronave.

Em Concorde, é alcançado através da transferência do combustível entre vários tanques. Isso também tinha um nariz drooping para atender aos requisitos especiais que são predominantes quando você opera uma aeronave tanto em subsônico quanto em voo supersônico e também foi a primeira aeronave a ter um sistema de controle de voo fly-by-wire, mas por favor note que este não era um sistema digital. Este era, na verdade, um sistema de controle analógico fly-by-wire mas a primeira aeronave a ter esse recurso.

Um plantão de asa delta que é usado no Concorde tem vários méritos e deméritos. Você pode ver um esboço, esta é uma típica planforma de asa delta. Isso não é o do Concorde, é apenas um exemplo para mostrar como uma asa delta tipicamente se parece. Em primeiro lugar, uma asa delta pode lhe dar um valor muito grande de acordes de raiz mesmo com um menor valor de espessura para a proporção de acordes t por c que é necessária para o voo supersônico. Por isso, mesmo com uma asa bem fina você pode obter um acorde de ponta muito grande e uma profundidade de raiz.

O volume disponível para os tanques de combustível torna-se muito grande por causa do t por c por causa do volume disponível.

A aeronave tem um número de Mach crítico muito alto para que possa voar para números de Mach muito mais altos sem necessariamente enfrentar a divergência de drag.

A asa permanece dentro do cone de Mach para alto número de Mach e, portanto, o arrasto é reduzido. Assim, em altas velocidades haverá uma onda de choque criada e o ângulo da onda de choque será uma função do número do Mach de fluxo livre. Ao fornecer uma configuração de asa delta, a borda líder é altamente varrida. Ele permite que a borda líder permaneça completamente dentro do cone de Mach.

Há alguns deméridos. O primeiro demérito é que a inclinação da curva de elevação de uma asa delta é geralmente muito mais baixa quase que você sabe muito baixa em comparação com uma aeronave convencional. A inclinação da curva de elevação pode se tornar tão baixa quanto entre 2 e 3 e o Cl max que você obterá também será muito mais baixo, geralmente é menos de 1.

Como a asa delta para uma determinada área teria uma abrangência de asa menor, portanto, a amplitude disponível para montagem dos flaps reduz, assim você tem uma amplitude de flap menor.

Um dos maiores problemas com esta plantão é a sua má estabilidade longitudinal e o controle porque o braço da cauda é menor, a asa está muito mais longe atrás, então o braço de cauda disponível para a estabilidade é muito mais baixo.

Em seguida, você tem um acoplamento de yaw de rolo em alto ângulo de ataque que é a causa de muitos acidentes e muitas instâncias em aeronaves com asas delta. A proporção de aspecto da asa tende a ser baixa para uma determinada área porque a envergadura é menor e a relação de aspecto baixo que conhecemos leva a um arrasto induzido mais alto mais a asa também se torna mais pesada.

Um dos problemas mais graves que você encontra em uma asa delta é que o ângulo de ataque na decolagem que é o ângulo de ataque no qual você tem aproximadamente o elevador máximo e aquele em aterrissar ambos estes ângulos eles tendem a ser muito altos, portanto, então você fica com uma visão muito pobre para os pilotos e essa é a razão pela qual os designers de Concorde tiveram que ir para um nariz drooping para permitir melhor visibilidade do piloto quando a aeronave está entrando em aproximação para pouso em ângulo muito alto.

A asa delta do Concorde também tem algumas características muito interessantes. Ele foi projetado após cerca de 5000 horas de testes de túnel de vento e a forma da asa é tal que tinha que ser quimicamente ordenada, é chamada como moagem de escultura onde você literalmente desenha, você literalmente cria a asa para fora de um bloco de material. É uma asa varrida com varrição de ponta de 55 graus, torcida e droopada para controlar a distribuição de elevador sobre a asa.

Uma das boas características desta ala é que há apenas 6 peças em movimento chamadas como os elevões em comparação com mais de 50 peças em movimento em outras aeronaves contemporâneas e ele tem um ótimo efeito de solo que permite que ele tenha uma melhor performance de decolagem e isso lhe dê carona de vórtice mesmo em velocidades baixas. Tenhamos um olhar para o que se entende por levantador de vórtice porque esta é uma especialidade da distribuição de elevação ou do mecanismo de geração de elevação de uma asa delta.

Aqui vemos uma asa delta que tem esse padrão de vórtice muito especial, dois vórtices que se apegam. Você pode ver os vértices estão dançando como a asa está rolando ok. Por isso, esses vértices permanecem ligados à borda líder e são eles que lhe dão um elevador não-linear em uma asa delta.

Deixe-nos mais um olhar mais atento sobre o levantamento de vórtice sobre o Concorde e também discutir o problema em relação ao alto ângulo de ataque. Você pode ver um vídeo de um Concorde se aproximando para pousar. Você pode notar que o nariz estava abaixado. O nariz está se droindo para baixo e aqui você vê a curling do vórtice. Como o como a asa toca o chão você viu que havia um curling do vórtice.

Veja o nariz é defasado para baixo porque a aeronave vem em um ângulo tão alto ao pousar que a visibilidade do pioleta será muito ruim a menos que você traga o nariz para baixo. Então o nariz está babado. Olhe para o trem de pouso do nariz extremamente slender e à medida que a aeronave entra em terra à medida que ela toca você pode ver um enorme vórtice rolando na asa.

O sistema de combustível da aeronave como mencionei é muito interessante. Em primeiro lugar por causa do aquecimento aerodinâmico quando você voa em um número de Mach tão alto, vai haver muitas questões de temperatura na estrutura. Assim, o combustível é usado como um dissipador de calor. Assim, o calor excedente do sistema de ar condicionado, sistema hidráulico e o óleo lubrificante do motor, este calor é absorvido passando combustível sobre esses sistemas através de trocador de calor.

A transferência de combustível para o equilíbrio de tratamento já foi discutida. O objetivo disso é eliminar a necessidade de uma cauda horizontal e quando você transferir combustível entre o tanque número 4 e o tanque número 1, estes dois tanques então você também pode criar um ligeiro desequilíbrio de rolamento que pode ser usado para aparar a aeronave em rolamento se necessário. A aeronave tem 10 tanques de combustível diferentes e o combustível é transferido como podemos ver.

Por isso, temos um tanque de trim traseiro abaixo da cauda na fuselagem e temos um tanque de trim diantado e depois temos os tanques principais e de ração entre. Assim, antes da decolagem e durante a aceleração, gostaríamos de ter, assim o combustível é movimentado, cerca de 20 toneladas de combustível são movimentados para que o CG se movie para trás por cerca de 2 metros, mas no final do cruzeiro e durante a desaceleração ok gostaríamos de ir para o nariz para baixo.

Durante este caso, o combustível é transferido para frente e após pousar o combustível do reservatório de trim traseiro é preenchido no reservatório de trim dianteiro para garantir que o centro de gravidade permaneça à frente e evitamos um problema de alagamento no qual a cauda da aeronave atinge o solo devido ao desequilíbrio de CG.

Olhemos agora para o nariz de dropa do Concorde e suas várias posições. Há 4 posições para o nariz de droop. A primeira posição é a posição número 1 em que o nariz e o visor são totalmente retraídos nessa posição. O visor é basicamente um painel de vidro que na verdade fica sobre a canopia como você verá. Essa configuração é usada durante cruzeiro supersônico e quando a aeronave está estacionada para que haja menor quantidade de chance de que aves e outros roedores, etc. possam ir e ocupar a área.

A segunda posição é o nariz totalmente para cima mas a viseira se retraiu no nariz de droop. Então agora você pode ver que o dosador está totalmente exposto e o visor está dentro do nariz do droop. Esta posição é usada durante cruzeiro subsônico curto e quando você quer limpar o para-brisas. Por isso, quando o visor está em alta o para-brisas não é alcançável. Por isso aqui é feito quando você quer limpar o para-brisas e quando fazer um cruzeiro subsônico curto, por exemplo quando você faz uma baixa velocidade voe passado.

A próxima posição número 3 é quando o nariz desce em 5 graus e o visor é totalmente retraído no nariz de droop. Esta posição específica é usada durante a decolagem e o táxi quando a aeronave precisa de melhor visibilidade mas não muito grande. Quando você entra em terra o nariz fica em baixa de 12 e meio e o visor é retraído no nariz de droop completamente. Este é usado para pouso e táxi, embora depois que o trabalho esteja sobre ele é rapidamente retraído de volta para a posição número 3 para evitar qualquer dano no nariz.

Por isso, podemos ver os designers do Concorde surgiram com um método muito complexo e incômodo para lidar com o problema da visão durante as várias fases de voo. Em aeronaves modernas do dia a dia, pode-se ser capaz de abordar este problema por meio de câmeras confiáveis. Fala-se também sobre a visão sintética hoje em dia, mas durante o tempo em que o Concorde foi projetado no início dos anos 60s, não tínhamos tal tecnologia e daí eles tiveram que ir para esse nariz de droop.
Esta instalação em particular levou a um sistema muito complexo e havia muitas questões relativas à sua manutenção e também ao peso.

Por fim, olhemos para o sistema de controle de voo, a primeira aeronave a ter um sistema de controle digital fly-by-wire. Você pode notar aqui que existem 3 esquemas de cores diferentes aqui Você tem o sistema verde e azul, então existem 2 sistemas hidráulicos verdes e azuis e então você tem o amarelo que é o de prontidão. Por isso, existem 2 sistemas hidráulicos principais com um terceiro como standby.

Por isso, os dois principais são chamados como o sistema azul e o sistema verde que está ligando quase todos os controles. Um leme de 2 peças, o 3 + 3, 6 parte de elevadores ok, mas o sistema de espera vai ao poder apenas alguns desses elementos e garante que a aeronave pode ser voada mesmo quando ambos os canais principais, o verde e o azul, não estão funcionando. Obrigado por sua atenção.