1-A ASA COMO ELEMENTO FUNDAMENTAL DO VOO

 ÍNDICE:

1.1 INTRODUÇÃO

1.2 FORMAS FUNDAMENTAIS DE ASAS

1.3 PERFIL DA SECÇÃO TRANSVERSAL

1.4 PARÂMETROS DE ASAS

  Terminologia:

 LIFT – Força aerodinâmica de sustentação  do aeromodelo no ar, dirigida para cima

 THRUST- Força de impulsão do modelo para a frente, provocada pela sua hélice ou turbina

 DRAG – Força de oposição ao movimento , força de arrasto, dirigida para trás do modelo

PESO -  simplesmente o peso do modelo, força esta que tem sempre a direcção da vertical do lugar e sentido descendente.

 Por uma questão de facilidade e familiarização com a terminologia , vamos usar , indiferentemente os termos portugueses e os anglo – saxónicos.

 1.1-INTRODUÇÃO

O voo de um aeromodelo é possível pelo equilíbrio das forças constantes da figura á direita. Esta força, a que chamamos força de sustentação é designada pelos anglo saxónicos como LIFT, que também usaremos nesta exposição.  Destas,a força de sustentação é fundamentalmente devida ao papel da asa.  É portanto da asa, no seu aspecto de sustentação, que queremos abordar……por enquanto.

                                                                              FIG. 1

                                                                 FIG.2

 Nesta vista plana vemos alguns dos parâmetros fundamentais que definem uma asa.

 A sombreado temos aquilo que chmamos a “plataforma” da asa. Notemos que ela se estende, em termos geométricos e teóricos, para o interior da fuselagem

Considerando uma asa simétrica, como é normal, á secção central que a divide em duas partes
chamamos  RAIZ, e á secção da ponta chamamos aqui, EXTREMO ou TIP ou simplesmente PONTA..

                                                                                 FIG.3

Nesta perpectiva podemos ver que, no caso mais geral, ( fora trainers), a asa não tem forma
plana rectangular, afilando desde a raiz para a ponta.  Considerando a imagem como 3D, podemos ver
que a forma da asa obece ao perfil da raiz, que se vai tornando proporcionalmente menor á medida que nos aproximamos da ponta.

Mas nem sempre é assim: temos asas em que o perfil da raiz e da ponta são diferentes em vários
aspectos. Por exemplo, no caso da asa ter “twist”, no caso de ter um perfil da ponta diferente do da raiz, etc.

Embora nas figuras anteriores a força de Lift apareça como um vector único localizado, elas distribuem-se ao longo da  asa como se mostra a seguir. A distribuição de forças ao longo da envergadura , num modelo ideal de asa, teriam uma distribuição eliptica, todavia, na prática e devido ás variações geométricas dos mais variados tipos de asa, esta configuração só se verifica em casos  muito “standart”. ( aqui representamos um conjunto de vectores de força, L_i,discretos , mas claro que a distribuição é contínua) 

                                                                                              FIG.4

1.2–FORMAS FUNDAMENTAIS DE ASAS

Nomenclatura:

R- Corda da Raiz   ;  E (ou T) – Corda do extremo (Tip, ponta) ;    b – Envergadura , de extremo a extremo

 s – Semi-envergadura, ( s=b/2)  ;  c - dimensão de corda em qualquer secção

 Asa 1- Rectangular -  Esta asas tem uma dimensão transversal (corda) constante, pelo que temos para as dimensões R e E : R=E. Este é o tipo de asa rectangular característico dos “treinadores”, portanto, permitindo uma elevada força de suspensão, (Lift), boa estabilidade de voo, mas apresentando por vezes uma força de arrasto (Drag) elevada. É especialmente usada com modelos de baixa velocidade.

                                                                    FIG.5

Asa 2 – Afilada , ou com Taper- Esta asa apresenta um estreitamento progressivo da raiz (R) para o extremo E. Esse estreitamento, designado por “taper” ou afilamento  ou ainda “conicidade”é definido como : t= E/R(em percentagem, ou decimal). É um tipo de asa usado para aeromodelos e maior velocidade. A sua capacidade de Lift é menor que a anterior para a mesma velocidade, mas cumpre a sua função a mais altas velocidades, onde a anterior seria difícil de usar. Pode apresentar variados casos particulares como por exemplo:

   Note-se que, num pequeno afilamento, a distribuição da força de Lift ao longo da asa tem uma forma mais elíptica, o que se aproxima mais do ideal dos cálculos para L. Para as de grande afilamento, a curva de distribuição de Lift já se afasta notóriamente da forma ideal.

Asa 3 – O termo anglo - saxónico para este tipo de asa é “Swept”, varrida ou arrastada, mas para português traduziremos por “em flecha”. O seu parâmetro característico é f (muitas vezes também representado por λ),  ângulo entre a horizontal e uma linha a ¼ do bordo de ataque no ponto de intersecção com a Corda Aerodinâmica Média ( CAM)

A asa em flecha é uma asa que aparece originalmente para aviões de velocidade trans - sónica ou super – sónica. Nos aeromodelos vamos encontrá-las em “asas voadoras”, e modelos simulando aviões a jacto.

Asa4-  Twisted ou "com torsão :A asa pode ainda apresentar torção, ou seja um ângulo para o perfil do extremo diferente do ângulo da raiz, por exemplo:

Neste exemplo, o perfil do extremo faz um ângulo q =3 º em relação ao perfil da raiz. Esse ângulo pode ser
positivo ou negativo, conforme os efeitos aerodinâmicos que se pretendam. A designação anglo-saxónica para estas situações é, respectivamente, Wash-out e wash-in.

Este efeito de torção pode encontrar-se em qualquer dos modelos de asa anteriores, mas é mais vulgar nas asas com afilamento e/ou  flecha. A torção modifica a distribuição da força de Lift ao longo da asa , mas pode influir pouco no Lift total ......

1.3 –PERFIL DA SECÇÃO TRANSVERSAL

    Se considerarmos a secção transversal de uma asa normal, encontraremos, quase de certeza um perfil aerodinâmico tipo Aerofoil, como já indicado na FIG.3

                                                                         FIG.6

Constata-se que os limites superior e inferior do perfil têm diferentes curvaturas. Um parâmetro importante é a dimensão da Corda – c – que vai de um extremo do perfil, o bordo de ataque, ao outro extremo, o bordo
de fuga.  Todas as medidas deste perfil são geralmente expressas em percentagem da corda c. Assim, qualquer ponto longitudinal á distância x do bordo de ataque será expresso como X = x/c * 100%. Também as ordenadas  em x , Ys e Yi são expressas em percentagem de c.Portanto para um perfil com uma corda de 200 mm, um ponto x a 40 mm do bordo de ataque  tendo para ordenadas Ys = 10 mm e Yi = 4 mm corresponderão os seguintes valores na tabela do perfil:

                    X %                       Ys %                         Yi %

     40/200 = 0.2*100  = 20…. 10/200 = 0.05*100= 5       4/200= 0.02*100 = 2

O perfil será deste modo definido geométricamente por N pontos desde x=0 a x=c, ou seja de 0% a 100% da corda. A designação genérica deste tipo de perfil é AEROFOIL como já dissemos….

 A linha a vermelho na figura representa a linha média dos pontos superiores e inferiores do perfil. Portanto, em relação a essa linha Ys-ym=ym-Yi. Como vemos, e se o perfil não for simétrico, esta linha começa e termina nos extremos da corda mas afasta-se desta para pontos intermédios. Chamamos “camber” ou curvatura á distância entre esta linha e a corda, mais uma vez expressa em percentagem
desta. O valor máximo de camber e a distância a que se encontra do bordo de ataque são valores fundamentais para o comportamento aerodinâmico deste perfil.

Continuando com o exemplo anterior ( corda =200 mm) se a distância máxima entre a linha média e a corda for 4 mm, e se verificar a 80 mm do bordo de ataque diremos que o camber é = 4/200*100= 2% e localiza-se no ponto X’ = 80/200*100 = 40% Para desenhar os perfis , temos de ter tabelas de valores a estes correspondentes. Um dos tipos de perfs mais conhecidos , são os chamados perfis da série NACA. O tipo mais simples destes perfis é definido por  quatro (4) algarismos. Por exemplo:

PERFIL NACA 2 4 10

  O primeiro algarismo ( 2), representa o valor de camber máximo em função da corda… neste caso Camber Max=2% de c

  O segundo algarismo representa a distância a que o camber máximo está do bordo de ataque ….. neste caso a 40% de c

  Os dois algarismos seguintes representam a espessura máxima do perfil  em percentagem da corda …… neste caso 10% de c

Tabela para o perfil:

                                                                                   FIG.7

Neste caso , os valores de XL, ao contrário do que acontece com a tabela anterior, já não
são comuns para o perfil superior e inferior……o que torna mais difícil lidar com ela informáticamente…..

1.4 – PARÂMETROS DE ASAS

  
Uma asa tem vários parâmetros fundamentais que devem ser considerados no seu comportamento, aplicação e performance.

1.4.1-   Área – A - Para área da asa é considerada a área da sua planificação. È portanto um problema de geometria elementar em que não nos deteremos.

1.4.2-  “Aspect Racio” – AR - Este é um parâmetro aerodinâmico fundamental sendo representdo pela expressão:

                                             AR = b²/A- (Quadrado da envergadura/Área da asa)

  O aspect racio, ou alongamento, (ou ainda conicidade?!?!) -AR- é fundamental no desempenho de uma asa . Damos a seguir
alguns exemplos:

       AR baixo – Asa estruturalmente mais forte,modelo mais manobrável e com menos arrasto. Adaptada a altas velocidades  

AR moderado – Utilização mais corrente, porque de características médias.

AR alto – Asa mais eficiente aerodinamicamente, com menor arrasto a velocidades baixas e grandes altitudes. Típica dos planadores

1.4.3- Taper- Já anteriormente definido afecta significativamente a distribuição da força ascencional ( Lif) ao longo da asa.

1.4.4 –Torção - A torção do extremo afecta também a distribuição do Lift de modo semelhante

1.4.5 – Flecha- A figura seguinte dá uma ideia da influência da flecha e seu sentido

                                                              FIG.8

1.4.6- Corda Aerodinâmica Média – CAM
-   Fisicamente é a corda de uma asa rectangular com a mesma área e características aerodinâmicas que a asa em questão, ou seja,simplesmente a corda da asa rectangular equivalente nas mesmas condições. O comprimento da CAM pode ser determinado pela expressão :

 sendo: t o afilamento em valor decimal, e R o valor da corda no perfil da raiz

    
1.4.7- Centro Aerodinâmico – CA – É um ponto localizado na CAM, distando do bordo de ataque
25% do comprimento da CAM. Este ponto é importante porque o momento total das
forças actuantes na asa em relação a ele pouco varia com o ângulo de ataque.

   Consideremos a figura seguinte: 

                                                                                FIG.9

Asa desenhda e calculada por programa próprio-PROASA 01 ( dimensões em mm)

Taper = 60%  ; Àrea = 0.16 m²  ;  AR = 8 ; CAM = 204 mm a d=367 mm ; CA= 83 mm do vértice

                                                    
Para determinarmos a posição do CA traçamos uma linha formada pelos pontos das cordas extremas distanciando 25% da sua dimensão do bordo de ataque. No cruzamento dessa linha com a da CAM fica o ponto que , transposto na horizontal para o centro da asa localiza o CA. (ver ANEXO I)

      
1.4.8– Diedro -  Diedro é o ângulo que a asa faz com a superficie horizontal num voo nivelado. O diedro é importante porque contribui para a estabilidade rotacional do aeromodelo em torno do seu eixo, o “roll”

Esta é a posição normal num voo nivelado .     Por várias razões o aeromoelo pode inclinar-se lateralmente , rodando em torno do seu eixo longitudinal, num movimento que se designa por "Roll".       Quando tal acontece o efeito aerodinâmico criado pelo diedro, dá origem a um desequilibrio de forças que tende a levar o modelo novamente para uma posição nivelada

                                                                           FIG.10

ANEXO I - A determinação geométrica da CAM e do CA pode ser feita do seguinte modo.

1- Traçar uma linha distando em cada ponto 25% do valor da corda em relação ao bordo de ataque.

2- Transpor o valor da corda na raiz para o extremo e o valor da ponta pra a raiz  em sentidos opostos , como mostra a figura.

 No ponto de intersecão das linha figuradas encontra-se o local da corda média aerodinâmica. O valor de CMA pode ser medido então. O Valor de CA, obtens-e projectando o ponto C , na horizontal sobre a linha da raiz.