Centro aerodinâmico - Aerodynamic center
Os torques ou momentos que atuam em um aerofólio se movendo através de um fluido podem ser explicados pela sustentação e arrasto líquidos aplicados em algum ponto do aerofólio e um momento de lançamento líquido separado sobre esse ponto cuja magnitude varia com a escolha de onde a sustentação é escolhido para ser aplicado. O centro aerodinâmico é o ponto no qual o coeficiente do momento de lançamento para o aerofólio não varia com o coeficiente de sustentação (isto é, ângulo de ataque ), tornando a análise mais simples.
- onde é o coeficiente de sustentação da aeronave .
As forças de sustentação e arrasto podem ser aplicadas em um único ponto, o centro de pressão , sobre o qual exercem torque zero. No entanto, a localização do centro de pressão muda significativamente com uma mudança no ângulo de ataque e, portanto, é impraticável para análises aerodinâmicas. Em vez disso, o centro aerodinâmico é usado e, como resultado, a sustentação e o arrasto incrementais devido à mudança no ângulo de ataque agindo neste ponto são suficientes para descrever as forças aerodinâmicas agindo no corpo dado.
Teoria
Dentro dos pressupostos incorporados na teoria do aerofólio fino, o centro aerodinâmico está localizado no quarto acorde (25% da posição do cordão) em um aerofólio simétrico, enquanto está próximo, mas não exatamente igual ao ponto do quarto acorde em um aerofólio curvado.
Da teoria do aerofólio fino:
- onde está o coeficiente de elevação da seção,
- é o ângulo de ataque em radianos, medido em relação à linha da corda .
- onde é o momento obtido no ponto de um quarto do acorde e é uma constante.
Diferenciando com relação ao ângulo de ataque
Para aerofólios simétricos , então o centro aerodinâmico está a 25% da corda. Mas, para aerofólios curvos, o centro aerodinâmico pode ser ligeiramente inferior a 25% da corda da borda de ataque, o que depende da inclinação do coeficiente de momento ,. Esses resultados obtidos são calculados usando a teoria do aerofólio fino, portanto, o uso dos resultados é garantido apenas quando as suposições da teoria do aerofólio fino são realistas. Em experimentos de precisão com aerofólios reais e análises avançadas, o centro aerodinâmico muda ligeiramente de localização conforme o ângulo de ataque varia. Na maioria da literatura, entretanto, o centro aerodinâmico é considerado fixo na posição de 25% da corda.
Papel do centro aerodinâmico na estabilidade da aeronave
Para estabilidade estática longitudinal : e
Para estabilidade estática direcional: e
Onde:
Para uma força atuando longe do centro aerodinâmico, que está longe do ponto de referência:
Que para pequenos ângulos e , , , simplifica para:
Caso Geral: Da definição do AC segue-se que
- .
- .
A margem estática pode então ser usada para quantificar a CA:
Onde:
- = coeficiente de momento de guinada
- = coeficiente de momento de lançamento
- = coeficiente de momento de rolamento
- = X-force ~ = Arrasto
- = Força Y ~ = força lateral
- = Z-force ~ = Lift
- ref = ponto de referência (sobre quais momentos foram tirados)
- c = comprimento de referência
- S = área de referência
- q = pressão dinâmica
- = ângulo de ataque
- = ângulo de derrapagem
SM = Margem Estática
Veja também
- Mecânica de voo de aeronaves
- Dinâmica de vôo
- Estabilidade estática longitudinal
- Teoria do aerofólio fino
- Transformada de Joukowsky