Todas as superfícies voadoras possuem um formato peculiar, que permite a elas gerar uma força de sustentação quando se movem através do ar. Uma superfície com esta propriedade é chamado aerofólio. A figura abaixo apresenta alguns aerofólios bem conhecidos, encontrados na natureza e a cópia humana - a asa do avião.
Os cortes transversais sombreados indicam que as superfícies voadoras são curvas em cima e mais ou menos retas em baixo.
Por o formato aerodinâmico faz com que a asa voe?
Primeiro imagine um corte transversal num aerofólio, com o vento soprando através dele, como na figura 2. Assumiremos que o fluxo de ar seja liso (laminar) e atinja a asa de maneira uniforme.
Tanto o ar que flui em cima como o que flui abaixo do aerofólio chegam ao mesmo instante no bordo de fuga. O ar se movendo acima da asa deve seguir um trajeto curvo, e portando percorre um cominho maior do que o ar se movendo abaixo da asa, isto faz com que o ar que se move acima tenha uma velocidade maior também. Assim, o ar acima da asa é dilatado e as moléculas se espalham. Isto resulta numa redução da pressão na superfície de cima, já que a pressão de um gás se relaciona com o número de moléculas presentes por unidade de volume. O objetivo de uma aerofólio é perturbar o ar de tal modo que se crie uma área de baixa pressão acima dela.
ESTABILIDADE
A estabilidade é muito importante para podermos voar com segurança em uma asa delta, senão ela pode se tornar perigosa, e vamos entender porque uma asa delta não voa para traz, ou porque ela não entra em mergulho até o chão, porque não vira de cabeça para baixo ou voa de lado. O que finalmente faz ela ter uma perfeita estabilidade em vôo??
Porque a asa voa para frente e não para trás?
Uma asa delta não tem motor para impulsiona-la para frente. A verdade é que todos os artefatos voadores não motorizados tiram sua energia da gravidade. Uma asa delta simplesmente converte um pouco deste movimento de caída para baixo, devido à gravidade, em movimentos para a frente. Ela faz isto inclinando-se levemente, assim o ar escapa para a parte de trás da asa. Você deve se lembrar, da Física do colegial, a seguinte afirmação: "Para cada ação existe uma reação de igual intensidade e oposta a esta ação". Bem, Newton esta certo. Neste caso o ar se movendo para trás implica num momento igual da asa em direção oposta - para frente. Uma maneira fácil de ilustrar isto é fazer um avião de papel e soltá-lo nivelado, sem um arremesso. O nariz vai cair levemente, o avião vai ganhar velocidade e sair voando.
Porque a asa em vôo não vira de lado (inclinada) e ainda mantêm nivelado com o horizonte?
A estabilidade de inclinação é conseguida através de diedro. Diedro significa uma inclinação das asas para cima, como as asas de um pombo voando. A figura abaixo mostra a visão por trás de uma asa com diedro (exagerado). Note a componente vertical de cada lado, em vôo nivelado. Se a asa for inclinada para a esquerda,
a componente vertical da asa direita será reduzida e a da asa esquerda aumentada. Isto vai resultar numa tendência da asa para voltar ao centro de equilíbrio. Uma inclinação para a direita vai resultar num desequilíbrio similar, com uma volta ao centro. A estabilidade de guinada é conseguida de maneira idêntica, exceto que as forças envolvidas neste caso são as forças de arrasto. E é o ângulo de nariz da asa - não o diedro - que altera estas forças.
Porque a asa não embica para baixo entrando em mergulho até atingir o solo, e sim consegue voar estável na horizontal?
Existem várias maneiras de solucionar este problema. Primeiro, nós podemos adicionar reflexo ao aerofólio . Reflexo é uma curvatura para cima, na parte de trás da asa (linhas que vão do kingpost à parte de trás da vela).
Em uma asa delta, isto é feito usando-se dispositivos para curvar a parte de trás para cima. O efeito disto é destruir a sustentação na cauda em altas velocidades, portando o nariz será forçado para cima e assim a asa é desacelerada. Outro modo de assegurar a estabilidade do ângulo de ataque é projetar a aeronave inteira de modo que as superfícies de sustentação atrás do centro de gravidade percam sustentação mais rápido que as áreas á frente do C.G..
Isto significa que haverá mais sustentação na frente em altas velocidades, para empurrar o nariz para cima e haverá mais sustentação na parte de trás em baixas velocidades, para forçar o nariz para baixo. Os aviões usam a seção da cauda (profundor) desta maneira. As asas delta usam esta idéia variando a sustentação nas pontas das asas, que se estendem atrás do C.G.. A maioria das asas delta usa uma combinação das técnicas acima. Sem reflexo, elas estarão sujeitas a entrar num mergulho descontroladamente.
Porque ao deslocarmos o nosso corpo para o lado, a asa da uma curva ao invés de voar inclinada?
Numa asa flexível, o início da inclinação é seguido por um leve deslocamento da vela para a asa do lado de dentro (mais baixo) da curva. Isto ajuda muito no controle de inclinação. Adicionando-se uma bolsa de quilha, o deslocamento da vela é incrementado e resulta numa inclinação mais rápida. Afigura abaixo mostra como a vela se desloca no inicio de uma curva, reduzindo a sustentação na asa do lado de dentro e aumentando na asa de fora, aumentando seu angulo de ataque. Um crossbar flutuante trabalha de maneira semelhante, permitindo que a quilha se mova para o lado da asa de dentro, aumentando a diferença no billow em ambos os lados.
Obs: o Billow é a bolsa de ar provocada pelo fluxo de ar debaixo da vela da asa quando ela esta em vôo. Quando fazemos uma curva o Cross Bar se move empurrando a vela, afrouxando um lado da asa e aumentando o Billow, e estica a vela da outra asa, diminuindo o Billow. Quanto maior o Billow, maior é o arrasto, assim calculamos que o lado que provocar maior arrasto voará mais lento enquanto a outra asa que terá menor arrasto voará mais rápido, agindo assim como auxiliar na curva girando a asa.
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