Aeronave Completa 1. Introdução Objetivos: Modelamento simples das interferências das partes da...
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Aeronave Completa1. Introdução
Objetivos:
Modelamento simples das interferências das partes da aeronave
Determinação do centro aerodinâmico
Influencia da margem estática na estabilidade da aeronave
Determinação das incidências da asa e empenagem horizontal
Compensação de uma aeronave e influencia da posição do CG
Parâmetros importantes necessários em aerodinâmica
Procedimento para alcançar os objetivos:
Determinação da curva CL x α da aeronave
Determinação da curva Cm x CL da aeronave
Compensação da aeronave no ponto de projeto
Compensação da aeronave fora do ponto de projeto
Aeronave Completa2. Determinação da curva CL x α de uma Aeronave Completa
Forças em uma aeronave
Lw
Lh
hfw LLLL
fwwf LLL hwf LLL
Aeronave Completa
Forças em uma aeronave
hwf LLL
wwfwf LKL hwwf LLkL
2. Determinação da curva CL x α de uma Aeronave Completa
2
25.0025.01
b
db
dK ffwf
b
df
Aeronave Completa
Adimensionalização
hwwf LLkL
qS
L
qS
Lk
qS
L hwwf
2
2
1 Vq
hh
hhhwwf Sq
L
S
S
q
q
qS
LK
qS
L
qS
LCL w
w
hh
hh Sq
LCL
hh
hwwf CLS
SCLKCL
Definição deCoef . de sust.
q
qhh Onde:
2. Determinação da curva CL x α de uma Aeronave Completa
sh oh
Clmaxh
Clh
Clh
h
sw ow
Clmaxw
Clw
Clw
w
Aeronave Completa
qS
LCL w
w hh
hh Sq
LCL
hh
hwwf CLS
SCLKCL
owwww CLCL ohhhh CLCL
Asa Empenagem Horizontal
2. Determinação da curva CL x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
hh
hwwf CLS
SCLKCL owwww CLCL ohhhh CLCL
Asa Empenagem Horizontal
ohhhh
howwwwf CLS
SCLKCL
w h
2. Determinação da curva CL x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
ohhhh
howwwwf CLS
SCLKCL
Lw
Lh
w
wiww i
2. Determinação da curva CL x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
ohhhh
howwwwf CLS
SCLKCL
Lw
Lh
hhh i
d
d hohh
d
di h
ohhh
ohhh
h id
d
1
2. Determinação da curva CL x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
ohhhh
howwwwf CLS
SCLKCL
Lw
Lh
hhh i
d
d hohh
d
di h
ohhh
ohhh
h id
d
1
2. Determinação da curva CL x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
ohhhh
howwwwf CLS
SCLKCL
ohhh
h id
d
1
ww i
ohohh
hh
hhowwwwf i
d
dCL
S
SiCLKCL
1
2. Determinação da curva CL x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
ohohh
hh
hhowwwwf i
d
dCL
S
SiCLKCL
1
d
dCL
S
SCLKiCL
S
SiCLKCL h
hh
hwwfohohhhh
howwwwf 1
d
dCL
S
SCLKCL h
hh
hwwf 1
ohohhhh
howwwwfo iCLS
SiCLKCL
CL
CLoo
2. Determinação da curva CL x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Lw
Xref
Mref
X
Xcaw
Dw
Lh
Dh
Xcah
Lf
Xcaf
refCAhCA
refCAfCA
refCAwCAref
XXLM
XXLM
XXLMM
hh
ff
ww
Asa
Fuselagem
Empenagem horizontal
Momento em relação a um ponto de referencia genérico (Xref)
Aeronave Completa
Momento em relação a um ponto de referencia genérico (Xref)
refCAhCA
refCAwfCACAref
XXLM
XXLMMM
hh
wffw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
fwwf LLL
refCAhCA
refCAfCA
refCAwCAref
XXLM
XXLM
XXLMM
hh
ff
ww
Asa
Fuselagem
Empenagem horizontal
conjunto asa-fuselagem
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Momento em relação a um ponto de referencia genérico (Xref)
refCAhCA
refCAwfCACAref
XXLM
XXLMMM
hh
wffw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
C
X
C
X
qS
L
qSC
M
C
X
C
X
qS
L
qSC
M
qSC
M
qSC
M
refCAhCA
refCAwfCACAref
hh
wffw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
Adimensionalização ( qSC )
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Coeficiente de momento em relação a um ponto de referencia genérico (Xref)
C
X
C
X
qS
L
qSC
M
C
X
C
X
qS
L
qSC
M
qSC
M
qSC
M
refCAhCA
refCAwfCACAref
hh
wffw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
C
X
C
X
qS
Sq
Sq
L
qSC
CSq
CSq
M
C
X
C
XCLkCMCMCM
refCAhh
hh
hhhh
hhh
CA
refCA
wwfCACAref
hh
wf
fw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
qSC
MCM w
w
CACA
qSC
MCM f
f
CA
CA
wwfwwf
wf CLkqS
LkCL
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Coeficiente de momento em relação a um ponto de referencia genérico (Xref)
C
X
C
X
qS
Sq
Sq
L
qSC
CSq
CSq
M
C
X
C
XCLkCMCMCM
refCAhh
hh
hhhh
hhh
CA
refCA
wwfCACAref
hh
wf
fw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
C
X
C
X
qS
Sq
Sq
L
qSC
CSq
CSq
M
C
X
C
XCLkCMCMCM
refCAhh
hh
hhhh
hhh
CA
refCA
wwfCACAref
hh
wf
fw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
Adimensionalização da EH ( ) hhh CSq
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Coeficiente de momento em relação a um ponto de referencia genérico (Xref)
C
X
C
X
qS
Sq
Sq
L
qSC
CSq
CSq
M
C
X
C
XCLkCMCMCM
refCAhh
hh
hhhh
hhh
CA
refCA
wwfCACAref
hh
wf
fw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
C
X
C
XCL
S
SCM
C
C
S
S
C
X
C
XCLkCMCMCM
refCAh
hhCA
hhh
refCA
wwfCACAref
h
h
wf
fw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
hh
hh Sq
LCL
hhh
CACA CSq
MCM h
h
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Coeficiente de momento em relação a um ponto de referencia genérico (Xref)
C
X
C
XCL
S
SCM
C
C
S
S
C
X
C
XCLkCMCMCM
refCAh
hhCA
hhh
refCA
wwfCACAref
h
h
wf
fw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
refCAh
hhCA
hhh
refCAwwfCACAref
XXCLS
SCM
C
C
S
S
XXCLkCMCMCM
hh
wffw
Conjunto asa- fuselagem
Empenagem horizontal
C
XX wf
wf
CA
CA
C
XX h
h
CACA
C
XX refref
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Coeficiente de momento como uma função de α
sh oh
Clmaxh
Clh
Clh
h
sw ow
Clmaxw
Clw
Clw
w
qS
LCL w
w hh
hh Sq
LCL
owwww CLCL ohhhh CLCL
Asa Empenagem Horizontal
refCAhh
hCAhh
hrefCAwwfCACAref XXCLS
SCM
C
C
S
SXXCLkCMCMCM
hhwffw
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Coeficiente de momento como uma função de α
owwww iCLCL
ohohh
hhh i
d
dCLCL
1
refCAohohhh
hh
h
refCAowwwwfCAhh
hCACAref
XXid
dCL
S
S
XXiCLkCMC
C
S
SCMCMCM
h
wfhfw
1
owwww CLCL ohhhh CLCL
refCAhh
hCAhh
hrefCAwwfCACAref XXCLS
SCM
C
C
S
SXXCLkCMCMCM
hhwffw
ww iohh
hh i
d
d
1
Asa Empenagem Horizontal
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Coeficiente de momento como uma função de α
refCAohohhh
hh
h
refCAowwwwfCAhh
hCACAref
XXid
dCL
S
S
XXiCLkCMC
C
S
SCMCMCM
h
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1
refCAh
hh
hrefCAwwf
refCAohohhhh
hrefCAowwwwf
CAhh
hCACAref
XXd
dCL
S
SXXCLk
XXiCLS
SXXiCLk
CMC
C
S
SCMCMCM
hwf
hwf
hfw
1
Isolando α
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Centro Aerodinamico da Aeronave (XCA)
refCAh
hh
hrefCAwwf
refCAohohhhh
hrefCAowwwwf
CAhh
hCACAref
XXd
dCL
S
SXXCLk
XXiCLS
SXXiCLk
CMC
C
S
SCMCMCM
hwf
hwf
hfw
1
01
CACA
hh
hhCACAwwf XX
d
dCL
S
SXXCLk
hwf
Definição: Centro aerodinâmico é o ponto (Xref) onde o momento (CMref) não varia com α
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Centro Aerodinamico da Aeronave (XCA)
01
CACA
hh
hhCACAwwf XX
d
dCL
S
SXXCLk
hwf
d
dCL
S
SCLk
Xd
dCL
S
SXCLk
Xh
hh
hwwf
CAh
hh
hCAwwf
CA
hwf
1
1
d
dCL
S
SCLkCL h
hh
hwwf 1
hwf CAhhh
hCAw
wfCA Xd
d
CL
CL
S
SX
CL
CLkX
1
Aeronave completa
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Aeronave Completa
Coeficiente de momento no centro aerodinamico da Aeronave (CMCA)
refCAh
hh
hrefCAwwf
refCAohohhhh
hrefCAowwwwf
CAhh
hCACAref
XXd
dCL
S
SXXCLk
XXiCLS
SXXiCLk
CMC
C
S
SCMCMCM
hwf
hwf
hfw
1
Definição: Centro aerodinâmico é o ponto (Xref) onde o momento (CMref) não varia com α
Qdo. Xref = XCA
CMref = CMCA
CACAohohhhh
hCACAowwwwf
CAhh
hCACACA
XXiCLS
SXXiCLk
CMC
C
S
SCMCMCM
hwf
hfw
3. Determinação da curva Cm x α de uma Aeronave Completa
Durante todas as fases de vôo a aeronave deve estar compensada
Aeronave Completa4. Cálculo das Incidências da Asa (iw) da Empenagem Horizontal (ih)
ForçasL=W
D=T
S
W
VCL 2
21
1
TD CC
MomentoXref = Xcg
0 TA MM Tref CMCM
Ex.: Cruzeiro
iw
ih
Aeronave compensada – Ponto de Projeto
Aeronave Completa
S
W
Vi
d
d
S
SCLiCLCL ohh
hhw hhwwf 200
21
11
Tcgacohohh
h
hhhaccgacwwfacacX
Cmxxid
d
S
SCL
c
c
S
SCmxxiCLKCmCmCm
hhh
hwwWfWref
)()1(
))(( 0
No. de Equações: 2No. de Incógnitas: 4 ohhw ii , , , Problema Indeterminado
Ponto de Projeto Caracterizado pelosParametros:
cgx
V
W
2
Peso
Altitude
Velocidade
Posição do CG
Âng. de Ataque
4. Cálculo das Incidências da Asa (iw) da Empenagem Horizontal (ih)
Aeronave Completa
wwh
oh id
d0
w0
wi
V 0wL
d
d hohh
Ângulo de downwash
0h
4. Cálculo das Incidências da Asa (iw) da Empenagem Horizontal (ih)
Aeronave compensada – Ponto de Projeto
Aeronave Completa
S
W
Vi
d
d
S
SCLiCLCL ohh
hhw hhwwf 200
21
11
Tcgacohohh
h
hhhaccgacwwfacacX
Cmxxid
d
S
SCL
c
c
S
SCmxxiCLKCmCmCm
hhh
hwwWfWref
)()1(
))(( 0
No. de Equações: 3No. de Incógnitas: 3 ohhw ii , , Problema determinado
wwh
oh id
d0
4. Cálculo das Incidências da Asa (iw) da Empenagem Horizontal (ih)
Deflexão das superfícies de controle- Profundor (e)- Canardvator (c)
Aeronave Completa5. Compensação da aeronave – Fora do ponto de projeto
Incidência das superfícies sustentadoras- Empenagem horizontal (ih)- Canard (ic)
Formas de realizar a compensação da aeronave:
Coeficiente de sustentação - CL
cc
cc
ee
hh
ctrl d
dCLi
di
dCL
d
dCLi
di
dCLCL
Aeronave Completa5. Compensação da aeronave – Fora do ponto de projeto
Consequencia da compensação da aeronave:
Coeficiente de Momento - Cm
cc
cc
ee
hh
ctrl d
dCmi
di
dCm
d
dCmi
di
dCmCm
Aeronave Completa5. Compensação da aeronave – Fora do ponto de projeto
Consequencia da compensação da aeronave:
wwh
oh id
d0
Conhecido: Incidências da Asa (iw)
Aeronave Completa
S
W
Vi
d
d
S
SCLiCLCL ohh
hhw hhwwf 200
21
11
Tcgacohohh
h
hhhaccgacwwfacacX
Cmxxid
d
S
SCL
c
c
S
SCmxxiCLKCmCmCm
hhh
hwwWfWref
)()1(
))(( 0
No. de Equações: 3No. de Incógnitas: 3 ohhi , , Problema determinado
5. Compensação da aeronave – Fora do ponto de projeto
Incógnitas: Ângulo de ataque (α) Incidencia da Emp. Horiz. (ih)
wwh
oh id
d0
Conhecidos: Incidências da Asa (iw)
Incidencia da E. H. (ih)
Aeronave Completa
S
W
V
CLi
d
d
S
SCLiCLCL e
eohh
hhw hhwwf 200
21
11
Tee
cgacohohh
h
hhhaccgacwwfacacX
CmCm
xxid
d
S
SCL
c
c
S
SCmxxiCLKCmCmCm
hhh
hwwWfWref
)()1(
))(( 0
No. de Equações: 3No. de Incógnitas: 3 ohe , , Problema determinado
5. Compensação da aeronave – Fora do ponto de projeto
Incógnitas: Ângulo de ataque (α) Âng. deflexão profundor (δe)
Variação da posição do CG
CGCACACG XXCLCMCM
ca
ClCl
Cm
Cl
CGCACG XX
dCL
dCM
Aeronave Completa5. Compensação da aeronave – Fora do ponto de projeto
ClCl
CmGC
caDeflexão de profundor
CGCACACG XXCLCMCM
CGCACG XX
dCL
dCMClCl
CmCG
Aeronave Completa5. Compensação da aeronave – Fora do ponto de projeto
δe =0
δe < 0
δe > 0
CGCACACG XXCLCMCM
ca CGCA
CG XXdCL
dCM
ClCl
Cm
Cl
Aeronave Completa5. Compensação da aeronave – Fora do ponto de projeto
Deflexão de profundor
Determinação das curvas CL x e CL x Cd de uma aeronave compensada
ClCl
Cm
Cl
Cd
Aeronave Completa5. Compensação da aeronave – Fora do ponto de projeto