Desempenho de Aeronaves - Aula 1 [CURSO GRATUITO]

[Música] nesta primeira aula nós vamos contextualizar o desempenho dentro da engenharia aeronáutica e falar um pouco sobre a motivação de estudar desempenho entenderam a desempenho e o que que compõe o desempenho de aeronaves na próxima aula nós vamos ver outros tópicos associados ao desempenho de aeronaves Por que entender ou estudar o desempenho O que é tão importante saber o desempenho de Maranata basicamente porque uma aeronave somente será um veículo viável se tiveram desempenho necessário para realizar sua missão sua tarefa de voo em segurança e aí é interessante e foi proposital colocar uma foto do Concorde

o Concorde é uma obra prima de engenharia aeronave como acho que dificilmente Nós faremos outra é uns anos que estão aí por vir e ainda assim sendo essa obra prima de engenharia foi um fracasso comercial fracasso econômico pois embora voar-se há mais de duas vezes a velocidade do som o Concorde era muito ruidoso e consumia combustível em quantidades absurdas para fazer sua missão então é necessário ser uma aeronave de desempenho compatível com a sua operação para que ela seja viável e por isso nós precisamos entender o desempenho das aeronaves bom como eu já comentei inicialmente

o desempenho de aeronave trata de sua capacidade de realizar uma dada tarefa ou missão é uma medida da eficiência dessa aeronave essa capacidade pode ser tratada de diversas maneiras se a gente olhar para aeronaves civis carga paga alcance velocidade são fundamentais pois determinam parte do curso de operação da aeronave e desta forma contribuem para sua viabilidade Econômica como um veículo de transporte isso determinará em maior ou menor grau seu sucesso enquanto um produto enquanto um meio de transporte um veículo considerando aves militares é um pouco diferente quando a gente olha para um cenário de operações

militares o tempo de voo uma medida de sua autonomia a manobrabilidade dela navio raio de ação que é uma outra forma de colocar-se ao alcance são alguns dos parâmetros mais importantes na avaliação de efetividade e superioridade aérea que eu tenho um termo também bastante importante em aeronaves militares para que essa aeronave tenha realmente sucesso nas tarefas que foram propostas e ser uma aeronave de amplo uso nas Forças aéreas pelo mundo bom uma outra perspectiva para a gente pensar também no desempenho é a parte de segurança ele é uma medida da segurança da aeronave e funciona

muito simples essa medida de segurança quando a gente olha para o desempenho se o menor nave tem tração em excesso ao seu arrasto Ou seja a tração é maior que o seu arrasto essa aeronave é capaz de aumentar sua energia para subir acelerar ou realizar ambas as coisas simultaneamente se por outro lado arrasto for maior do que a atração então era a nave perderá a energia e desacelerará descerá ou realizar ambas as coisas isso é importante porque em um voo seguro aeronave não pode não deve perder energia de forma e não de forma não comandada

e entrar assim uma condição de risco dessa maneira em todas as fases de voo a atração disponível deverá ser sempre maior que o arrasto isso por sua vez é uma consideração de aeronavegabilidade aerona aeronavegabilidade é um termo novo o que que seria essa aeronavegabilidade vamos ver como é que a aeronavegabilidade é conceituada e como ela se relaciona ao desempenho são dois conceitos intrinsecamente Associados aeronavegabilidade é um conjunto de práticas que vão depender do pó que tamanho e propósito da aeronave para saber limitações de segurança em sua operação de forma a reduzir o risco da operação

que toda operação tem um risco de certa forma associado então Ah era uma variabilidade vai reduzir o risco a um nível aceitável sem impedir que essa aeronave e atinja né manifeste todo o seu desempenho se o seu desempenho máximo para o qual ela foi Projetada em casos de conflito ou seja de troca entre eficiência de voo que é o desempenho e a segurança que a medida dela navegabilidade era navegabilidade e a segurança de voo sempre deve prevalecer Não não é aceitável principalmente para análise realizar o voo sem segurança bom agora para evitar esse conflito é

a forma mais simples de fazer de proceder é incorporar os preceitos de aeronavegabilidade desde o início do projeto então aeronave já nasce com preceitos com preocupações com fundamentos geram navegabilidade muito bem estabelecidas de forma que com esses preceitos estabelecidos ela Exerça já naturalmente seu máximo desempenho bom olhando agora um pouco mais para aeronave como um todo né o projeto de maionese começa então com a definição de um propósito o que que essa nave precisa fazer Qual que é a tarefa que ela vai exercer que ela vai executar e uma vez estabelecida essa tarefa essa missão

da aeronave estabelece um desempenho mínimo esperado para o cumprimento desse propósito dessa missão e tarefa e esse desempenho nessa característica mínima da aeronave vai ser desempenhada em cima de uma trajetória de voo que também é um conceito importante para o entendimento do desempenho de aeronave esse desempenho mínimo vai estar naturalmente relacionado com o transporte de uma carga paga e de um perfil de Missão associado pensando em aeronaves civis é muito mais é muito simples definir isso a gente tem a preocupação interesse de transportar uma carga paga que vai ser definida em termos de um número

de passageiros uma massa ou um volume de carga propriamente dita ou uma combinação desses componentes de um lugar para outro para uma aeronave militar como há vários tipos de aeronaves de acordo com os tipos diversos tipos de Missão militar essa carga paga que a gente vai transportar dialogar de um lugar para outro pode ser pessoal a parte administrativa por exemplo de uma força aérea tropas equipamentos de apoio armamentos outro tipo de equipamento uma ajuda humanitária feridos paraquedistas e assim por diante o perfil de Missão Então vai ser definido em primeiro momento pelo raio de ação

ou alcance desejado pelo transportar esses diversos tipos de carga e realizar esses diversos tipos de Missão associados bom então o estudo do desempenho vai envolver assim o entendimento de parâmetros de projeto para ferramentas importantes Associados à missão como por exemplo a distância a ser voada que é o alcance que a gente fala o tempo de voo de uma missão ou o tempo de voo que se deseja numa determinada parte do voo que era nave fique em torno de uma determinada posição ali fazendo parte da sua missão nesse segundo caso a gente vai falar de autonomia

da capacidade aeronáuticar voando nesse tempo ali em torno de um ponto de referência a gente tá preocupado e interessado também com velocidade de voo a gente vai falar de velocidade típicas velocidades econômicas e velocidades mínimas máximas velocidades de segurança velocidades de controle e assim por diante estamos interessados também na capacidade da aeronave de atingir altitudes adequadas ao voo e essas altitudes vão ser definidas por eficiência de uma maneira muito simples quanto mais alta aeronave voa mais eficiente tende a ser o voo e a altitude também é uma medida de segurança porque em caso de falha

de algum componente algum sistema alguma característica de operação da aeronave ficar fora do esperado a altitude que ela voa em grande parte vai ser uma medida do tempo que a tripulação tem para entender solucionar ou tomar uma Providência uma atitude para de volta em segurança até o solo outro aspecto importante do desempenho é eficiência do voo medida em termos de consumo de combustível quanto menos combustível aeronave usar para realizar sua missão melhor certo o combustível representa um gasto Paraná e quanto menor o seu uso mais interessante economicamente é a operação dessa aeronave um aspecto fundamental

como a gente como eu falei anteriormente né é a capacidade de carga da aeronave uma vez que as missões são definidas tipicamente por levar uma carga passageiros carga propriamente dito armamentos e afins de um lugar para outro a capacidade de carga de uma aeronave é fundamental representa também uma medida de sueficiência e é um parâmetro chave para o desempenho de uma aeronave por fim como era nave precisa sair do solo em segurança e voltar ao solo insegurança ela precisa Decolar ele precisa pousar e a distâncias necessárias a decolagem ao poros também são parâmetros importantíssimos para

o desempenho Até mesmo porque essas distâncias vão definir em quais aeroportos aeronave conseguirá operar ou não se eu coloco se eu tenho uma namorada eu começo a ficar muito restrito porque não há tantas pistas com essas características em compensação aeronaves que requerem pistas mais curtas tem maior versatilidade maior flexibilidade de operação por tem mais opções de aeródromos e aeroportos Nos quais operar bom é interessante a gente falou desses parâmetros Chaves todos e eles normalmente são observados né eles são inicialmente avaliados em condições ótimas é o ponto de projeto da aeronave como a gente diz para

nave serviável é necessário considerar não só no ponto ótimo definidor de todas as suas características mas também condições operacionais que podem não representar essas condições ótimas ou essa condição ótima no dia a dia da aeronave essas condições operacionais elas inevitavelmente invariavelmente vão combinar aspectos de segurança e aspectos econômicos os aspectos de segurança são tratados pela aeronavegabilidade como eu comentei antes e as regras da era navegabilidade vão requerer aquela nave seja testada e receba Um certificado de tipo digamos é aprovada para fabricação em uso no transporte de passageiros de cargas voar sobre as cidades voar sobre

as pessoas para que possa ser entregue um operador e esse operador usa aeronave realmente rotineiramente por outro lado né junto com os aspectos segurança tem os aspectos econômicos e eles são fundamentais em grande medida e vão definir a viabilidade de seus operadores se eu tenho uma aeronave na mão de uma operador essa aerona demanda muito mais em termos de custo de operação que esse era o que ser operador consegue bancar né suportar a viabilidade da operação nessa companhia aérea fica comprometida então em última instância o desempenho de uma aeronave vai vender aeronave e vai garantir

o seu sucesso e o sucesso de seu operador e são aspecto fundamental dificilmente teremos outro tecnologia dentro da engenharia aeronáutica então intimamente associada a questão de questão Econômica questão de viabilidade da aeronave do operador como desempenho é é uma frase um pouco forte é natural que às vezes a gente no primeiro momento se assuste com ela mas quando a gente tira a emoção da jogada e pensa friamente realmente o desempenho é uma medida da eficiência da aeronave e ele define a viabilidade da aeronave porque ele se mal utilizado ou mal pensado ele vai em correr

em custos para companhia aérea que podem ser proibidos por outro lado as aeronaves vão se diferenciar exatamente nesses custos uma aeronave eficiente uma aeronave com baixos custos de operação e isso é uma medida do desempenho seu Leonardo extremamente interessantes para as companhias aéreas para os operadores e inclusive também para as forças aéreas a gente ainda não pensar muito nas Forças aéreas como muito preocupadas com os custos de operação normalmente a gente pensa mas não vê essa militar uma questão de defesa de ataque de transporte de Tropa de resgate de salvamento mas o custo está ali

aeronave muito cara de operar inclusive numa Força Aérea é proibitiva curso de aquisição curso de operação são fundamentais também para as forças aéreas para os operadores militares bom olhando um pouco as definições saindo um pouco das motivações para as definições vamos contextualizar o desempenho dentro da engenharia Náutica a gente tem o que a gente chama genericamente de mecânica do voo o flight mecanics em inglês a mecânica do voo ela vai tratar da aplicação prática da aerodinâmica ao comportamento da aeronave em voo Então aerodinâmica vai vai se preocupar com como as forças eram as forças surgem

na aeronave em função da interação da aeronave com a e a mecânica do voo vai pegar esses conceitos como essas forças estão aplicadas as características dessas forças e vai aplicar isso na análise do comportamento da aeronave como é que ela vai interagir com o meio como ela vai ser utilizada no dia a dia tipicamente a mecânica de voo Mecânica do voo né Ela é dividida em três grandes tecnologias a elasticidade a dinâmica do voo e o desempenho essa é uma conceituação prática e ao mesmo tempo acadêmica porque ela faz total sentido como a gente vai

ver nos próximos slides aí começando pela mais complexa vamos falar um pouco de velocidade ou era laster em inglês essa tecnologia esse essa forma de observar e estudar aeronave vai tratar do comportamento dela em termos da interação entre aeronave entre o escoamento do ar né com a estrutura da aeronave essa abordagem vai considerar o nave como um corpo flexível tridimensional ou inúmeros graus de liberdade esses números graus de liberdade eles compreendem translações aeronave rotações aeronaves deformações por flexão torção e outros fenômenos possam acontecer com a estrutura da nave ela está preocupada também com as massas

com a rigidez conhece as vibrações da nave enquanto o grau de liberdade para análise da aeronave Então são infinitos inúmeros grau de liberdade ali que precisam ser observados e essa aeronave tridimensional flexível com esses números grau de liberdade está sujeito a forças momentos e acelerações associadas a cada um desses graus de liberdade é uma abordagem bem complexa E aí e o foco realmente é interação da aeronave com o escoamento a estrutura da aeronave como ela interage com escoamento e vice-versa esse é o foco da aerolásticidade a dinâmica de voo o flight dynamics em inglês vai

olhar a nave de uma outra forma ela vai tratar do comportamento da aeronave em termos de sua resposta a perturbações ou a comandos aeronave o foco aqui é observar transientes nos parâmetros de voo em torno de Ponto de Equilíbrio situações de Equilíbrio definidas condições de regime permanente e como aeronave vai responder a perturbações que como por exemplo rajadas turbulência ventos ou a comandos da tripulação dentro da aeronave mudando a atitude da aeronave e vivendo como nave vai se comportar no caso da dinâmica de voo ela vai considerar aeronave como um corpo rígido tridimensional com 6

graus de liberdade já saímos de inúmeros para 6 nesses casos nesse caso que era nada agora passou a ser rígida todos os graus de liberdade Associados aerona flexível são desconsiderados a gente vai considerar apenas três rotações e três translações da aeronave essa da nave tridimensional rígida com esses 6 graus de liberdade também está sujeitas a forças momentos de aceleração acelerações associadas a S6 graus de liberdade então é uma abordagem diferente da elasticidade lá era aeronave interagindo com o escoamento aqui aeronave interagindo com o ambiente e com os comandos da tripulação por fim o desempenho de

maionese ou Performance em inglês vai tratar aeronave em termos de suas capacidades e eu já falei distâncias tempos velocidades consumos massas peso da aeronave cargas pagas altitude temperaturas condições de voo envelopes de voo Essa é a abordagem do desempenho capacidades e interação aeronáutica com o ambiente e o que que ela consegue fazer nesse ambiente nesse caso a abordagem vai considerar o nave como um corpo rígido também voando em regime permanente ou seja o desempenho avalia aeronave em stand state como a gente diz em inglês e vai olhar esses Ted state em relação aos parâmetros de

interesse ou seja altitude constante velocidade constante às vezes massa constante número de mar que constante e vai observar como essas características em regime permanente podem ser Integradas podem ser avaliadas ao longo do tempo por exemplo ao longo de uma distância para indicar o comportamento da aeronave como um todo em termos das capacidades a palavra chave aqui é a capacidade bom vamos fazer isso o desempenho pode tratar aeronave como um ponto no espaço ou seja aeronave vai ser reduzida a um ponto no seu centro de massa o centro de gravidade como a gente diz e nesse

ponto no centro de gravidade vão atuar as forças momentos acelerações velocidades e a trajetória desse ponto que representa como um todo que está diretamente associada da missão que deve ser cumprida observem que pode parecer que existe uma simplificação ou a gente parte da velocidade para o desempenho existem sim simplificações mas a questão primordial aqui é questão fundamental é a mudança de foco e como observar nessas três perspectivas a geram a cidade dinâmica de fogo e de desempenho recapitulando a velocidade aeronave flexível e inúmeros grau de liberdade foco a interação da estrutura da aeronave como escoamento

dinâmica de voo aeronave rígida tridimensional 6 graus de liberdade O interesse é o comportamento transiente de aeronave quando o sujeito a perturbações ou a comandos por fim o desempenho está interessado nas capacidades da aeronave e considera aeronave em regime permanente como um ponto representado pelo centro de massa aeronave no qual atuam forças momentos e cuja a trajetória é importantíssima para avaliação do desempenho como um todo bom o desempenho ele vai passar a sua determinação sua avaliação vai passar pela avaliação de características aerodinâmicas propulsivas e propriedades de massa né massa propriamente dita inércias pesos essa Tríade

aí é fundamental e ela compõe a essência do desempenho de aeronave porém saindo um pouco das conceituações muito acadêmicas e muito tradicionais Eu costumo colocar um quarto elemento aí que é importantíssimo e a medida que as análise evoluíram e continuam evoluindo esses elementos são ainda mais importantes e eu chamo de elementos os sistemas aeronave eles implorão restrições ou condições de contorno aos parâmetros de aerodinâmica de propulsão e de pesos que compõem o desempenho de aeronave por exemplo e restrições seriam essas se eu tenho uma aeronave executando uma decolagem a capacidade inicial de subida da aeronave

vai ser definida por exemplo pela transição de uma configuração contra a gente pouso baixado para uma condição de trem de pouso recolhido se essa transição demora muito aeronave vai ter uma trajetória definida de um determinada maneira se essa transição é rápida se o trem de pouso recolhe rapidamente a trajetória é outra a capacidade de subir aeronave muda de uma forma mais rápida então Observe nesse exemplo que eu coloquei que o tempo de recolhimento do trem de pouso é uma condição de contorno ao desempenho um outro exemplo se eu venho com aeronave para realizar o pouso

e por algum motivo eu não consigo realizar o pouso eu faço uma arremetida que nós falamos eu preciso acelerar os motores de uma condição muito próxima da marcha lenta deles até uma condição de tração máxima e o tempo de reação do motor nessa situação quanto que ele consegue em quanto tempo ele consegue acelerar a atração praticamente mínima atração máxima também vai definir o desempenho da aeronave novamente é um sistema ainda que o sistema bastante importante que é tratado separadamente quem é o motor ainda assim é um sistema influenciando o desempenho da aeronave um terceiro exemplo

se eu realizo um pouso uma vez que eu passei por essa fase de decidir continuar ou não pouso e continue o pouso medida a partir do instante que ela nave toca o solo ela precisa de acelerar para facilitar a desaceleração da aeronave eu lanço mão de sistemas auxiliares um desses sistemas auxiliares é o são os spoilers os comandos de voo ali que abrem nas asas aumentando a força normal da aeronave facilitando a frenagem se esses spoilers abrem pouco abrem muito abrem lentamente ou rapidamente essas características de atuação também vão influenciar o desempenho de parada de

frenagem da aeronave durante o pouso então mais uma vez são os sistemas da influenciando é a operação né o desempenho como um todo então por isso que eu coloco a Tríade tradicional aí o dinâmica propulsão e peso e junto delas é os sistemas da aeronave é uma abordagem um pouco diferente da tradicional mas que me parece fazer muito mais sentido principalmente no dia a dia Nossa no nosso atual momento de desenvolvimento da tecnologia Aeronáutica em que os sistemas estão muito evoluídos e contribuem bastante para a aeronave operar e para o próprio desempenho da aeronave bom

o ponto de partida para as análises de desempenho é a realização de uma tarefa como eu falei essa tarefa vai definir então um perfil de missão para aeronave perfil esse né que a gente vai analisar em termos de fases de voo as fases de voo São as mesmas Independentes do tipo de aeronave que a gente tá considerando e são decolagem subida Cruzeiro decida em muitos casos eu tenho uma espera que é um tipo especial de Cruzeiro e vou ter um pouso que a conclusão do voo Então essas fases de voo São as mesmas que toda

aeronave terá de realizar Independente da sua tarefa do seu tipo de operação tipo de Missão a gente vai combinar isso de formas diferentes para caracterizar o desempenho da aeronave [Música] [Música]