Superfícies de controle de vôo - Flight control surfaces

Mover o manche para a esquerda move o aileron da asa esquerda para cima e o da direita para baixo, fazendo com que o avião abaixe a asa esquerda.  Puxar o manche move os elevadores para cima, fazendo o avião erguer o nariz.  Pressionar o pedal direito do leme move o leme para a direita, fazendo o avião virar o nariz para a direita.
Superfícies básicas de controle de aeronaves e movimento.

As superfícies de controle de vôo da aeronave são dispositivos aerodinâmicos que permitem ao piloto ajustar e controlar a atitude de vôo da aeronave .

O desenvolvimento de um conjunto eficaz de superfícies de controle de vôo foi um avanço crítico no desenvolvimento de aeronaves. Os esforços iniciais no projeto de aeronaves de asa fixa tiveram sucesso em gerar sustentação suficiente para tirar a aeronave do solo, mas uma vez no ar, a aeronave se mostrou incontrolável, muitas vezes com resultados desastrosos. O desenvolvimento de controles de vôo eficazes é o que permitiu um vôo estável.

Este artigo descreve as superfícies de controle usadas em uma aeronave de asa fixa de design convencional. Outras configurações de aeronaves de asa fixa podem usar superfícies de controle diferentes, mas os princípios básicos permanecem. Os controles (manche e leme ) para aeronaves de asa rotativa ( helicóptero ou autogiro ) realizam os mesmos movimentos sobre os três eixos de rotação , mas manipulam os controles de voo rotativos ( disco do rotor principal e disco do rotor de cauda ) de uma maneira completamente diferente.

As superfícies de controle de vôo são operadas por sistemas de controle de vôo de aeronaves .

Desenvolvimento

Os irmãos Wright são creditados com o desenvolvimento das primeiras superfícies de controle práticas. É uma parte principal de sua patente sobre voar. Ao contrário das superfícies de controle modernas, eles usaram o empenamento das asas . Em uma tentativa de contornar a patente de Wright , Glenn Curtiss fez superfícies de controle articuladas, o mesmo tipo de conceito patenteado pela primeira vez cerca de quatro décadas antes no Reino Unido . As superfícies de controle articuladas têm a vantagem de não causar tensões que são um problema de empenamento das asas e são mais fáceis de incorporar às estruturas.

Eixos de movimento

"pitch" é uma rotação nariz para cima / nariz para baixo, "roll" é uma rotação que levanta uma asa e abaixa a outra, rotação "yaw" move o nariz na direção esquerda / direita
Rotação em torno dos três eixos
Mnemônicos para lembrar os nomes dos ângulos

Uma aeronave é livre para girar em torno de três eixos que são perpendiculares entre si e se cruzam em seu centro de gravidade (CG). Para controlar a posição e a direção, um piloto deve ser capaz de controlar a rotação em torno de cada um deles.

Eixo transversal

O eixo transversal , também conhecido como eixo lateral , passa através de uma aeronave da ponta da asa para a ponta da asa. A rotação em torno desse eixo é chamada de passo . A inclinação muda a direção vertical para a qual o nariz da aeronave está apontando. Os elevadores são as superfícies de controle primárias para inclinação.

Eixo longitudinal

O eixo longitudinal passa pela aeronave do nariz à cauda. A rotação em torno desse eixo é chamada de roll . O deslocamento angular em torno desse eixo é denominado banco. O piloto muda o ângulo de inclinação aumentando a sustentação em uma asa e diminuindo na outra. Esta elevação diferencial causa rotação em torno do eixo longitudinal. Os ailerons são o controle primário do banco. O leme também tem um efeito secundário na inclinação lateral.

Eixo vertical

O eixo vertical passa por uma aeronave de cima para baixo. A rotação em torno desse eixo é chamada de guinada . Yaw muda a direção que o nariz da aeronave está apontando, para a esquerda ou para a direita. O controle principal da guinada é com o leme. Os ailerons também têm um efeito secundário na guinada.

É importante observar que esses eixos se movem com a aeronave e mudam em relação ao solo conforme a aeronave se move. Por exemplo, para uma aeronave cuja asa esquerda está apontando diretamente para baixo, seu eixo "vertical" é paralelo ao solo, enquanto seu eixo "transversal" é perpendicular ao solo.

Superfícies de controle principais

As principais superfícies de controle de uma aeronave de asa fixa são fixadas à estrutura da aeronave em dobradiças ou trilhos, de modo que possam se mover e, assim, desviar o fluxo de ar que passa sobre elas. Este redirecionamento do fluxo de ar gera uma força desequilibrada para girar o avião em torno do eixo associado.

Superfícies de controle de vôo do Boeing 727

Ailerons

Superfície do aileron

Os ailerons são montados na borda de fuga de cada asa perto das pontas das asas e se movem em direções opostas. Quando o piloto move o manche para a esquerda ou gira a roda no sentido anti-horário, o aileron esquerdo sobe e o aileron direito desce. Um aileron levantado reduz a sustentação naquela asa e um abaixado aumenta a sustentação, então mover o manche para a esquerda faz com que a asa esquerda caia e a asa direita suba. Isso faz com que a aeronave role para a esquerda e comece a virar para a esquerda. Centralizar o manche retorna os ailerons à posição neutra, mantendo o ângulo de inclinação . A aeronave continuará a girar até que o movimento oposto do aileron retorne o ângulo de inclinação a zero para voar em linha reta.

Elevador

O elevador é uma parte móvel do estabilizador horizontal , articulada na parte de trás da parte fixa da cauda horizontal. Os elevadores sobem e descem juntos. Quando o piloto puxa o manche para trás, os elevadores sobem. Empurrar o manche para frente faz com que os elevadores caiam. Elevadores elevados empurram a cauda para baixo e fazem com que o nariz se incline. Isso faz com que as asas voem em um ângulo de ataque mais alto , o que gera mais sustentação e mais arrasto . Centralizar o manche retorna os elevadores para neutro e interrompe a mudança de inclinação. Algumas aeronaves, como um MD-80 , usam uma guia servo dentro da superfície do elevador para mover aerodinamicamente a superfície principal para a posição. A direção de deslocamento da guia de controle será, portanto, em uma direção oposta à superfície de controle principal. É por esta razão que uma cauda MD-80 parece ter um sistema de elevador 'dividido'.

No arranjo canard , os elevadores são articulados na parte traseira de um avião dianteiro e se movem no sentido oposto, por exemplo, quando o piloto puxa o manche para trás, os elevadores descem para aumentar a sustentação na frente e levantar o nariz.

Leme

O leme é tipicamente montado na borda de fuga do estabilizador vertical , parte da empenagem . Quando o piloto pressiona o pedal esquerdo, o leme desvia para a esquerda. Pressionar o pedal direito faz com que o leme desvie para a direita. Desviar o leme para a direita empurra a cauda para a esquerda e faz com que o nariz gire para a direita. Centralizar os pedais do leme retorna o leme para a posição neutra e interrompe a guinada.

Efeitos secundários dos controles

Ailerons

Os ailerons controlam principalmente o rolo. Sempre que a sustentação é aumentada, o arrasto induzido também é aumentado. Quando o manche é movido para a esquerda para rolar a aeronave para a esquerda, o aileron direito é abaixado, o que aumenta a sustentação na asa direita e, portanto, aumenta o arrasto induzido na asa direita. O uso de ailerons causa guinada adversa , ou seja, o nariz da aeronave guinada em uma direção oposta à aplicação do aileron. Ao mover o manche para a esquerda para inclinar as asas, a guinada adversa move o nariz da aeronave para a direita . A guinada adversa é mais pronunciada para aeronaves leves com asas longas, como planadores. É neutralizado pelo piloto com o leme. Ailerons diferenciais são ailerons que foram montados de forma que o aileron descendente desvia menos do que o ascendente, reduzindo a guinada adversa.

Leme

O leme é uma superfície de controle fundamental, normalmente controlada por pedais, e não pelo manche. É o principal meio de controlar a guinada - a rotação de um avião em torno de seu eixo vertical. O leme também pode ser chamado para neutralizar a guinada adversa produzida pelas superfícies de controle de rotação.

Se o leme for aplicado continuamente em vôo nivelado, a aeronave guinará inicialmente na direção do leme aplicado - o principal efeito do leme. Após alguns segundos, a aeronave tenderá a se inclinar na direção da guinada. Isso surge inicialmente do aumento da velocidade da asa oposta à direção de guinada e da velocidade reduzida da outra asa. A asa mais rápida gera mais sustentação e, portanto, sobe, enquanto a outra asa tende a descer por causa de gerar menos sustentação. A aplicação contínua do leme mantém a tendência de rolamento porque a aeronave está voando em um ângulo com o fluxo de ar - derrapando em direção à asa dianteira. Ao aplicar o leme direito em uma aeronave com diedro, a asa esquerda terá um ângulo de ataque aumentado e a asa direita terá um ângulo de ataque diminuído, o que resultará em um giro para a direita. Uma aeronave com anédrico apresentará o efeito oposto. Este efeito do leme é comumente usado em aeromodelos, onde se suficientemente diédrico ou poliédrico for incluído no projeto da asa, o controle primário de rotação, como ailerons, pode ser totalmente omitido.

Virando a aeronave

Ao contrário de virar um barco, a mudança da direção de uma aeronave normalmente deve ser feita com os ailerons, e não com o leme. O leme vira (guinada) a aeronave, mas tem pouco efeito em sua direção de deslocamento. Com aeronaves, a mudança de direção é causada pelo componente horizontal de sustentação, agindo sobre as asas. O piloto inclina a força de sustentação, que é perpendicular às asas, na direção da curva pretendida, girando a aeronave na curva. Conforme o ângulo de inclinação é aumentado, a força de levantamento pode ser dividida em dois componentes: um atuando verticalmente e outro atuando horizontalmente.

Se a elevação total for mantida constante, o componente vertical da elevação diminuirá. Como o peso da aeronave permanece inalterado, isso resultaria na queda da aeronave, se não fosse contra-atacada. Para manter o vôo nivelado, é necessário aumentar o profundor positivo (para cima) para aumentar o ângulo de ataque, aumentar a sustentação total gerada e manter o componente vertical da sustentação igual ao peso da aeronave. Isso não pode continuar indefinidamente. O fator de carga total necessário para manter o vôo nivelado está diretamente relacionado ao ângulo de inclinação . Isso significa que, para uma determinada velocidade no ar, o vôo nivelado só pode ser mantido até um determinado ângulo de inclinação. Além desse ângulo de inclinação, a aeronave sofrerá um estol acelerado se o piloto tentar gerar sustentação suficiente para manter o vôo nivelado.

Superfícies de controle principais alternativas

Algumas configurações de aeronaves possuem controles primários não padronizados. Por exemplo, em vez de elevadores na parte traseira dos estabilizadores, todo o plano traseiro pode mudar o ângulo . Algumas aeronaves têm uma cauda em forma de V e as partes móveis na parte de trás combinam as funções de elevadores e leme. Aeronaves de asa delta podem ter " elevons " na parte traseira da asa, que combinam as funções de elevadores e ailerons.

Superfícies de controle secundárias

KLM Fokker 70 , mostrando a posição dos controles de vôo dos flaps e liftdumpers. Os dumpers de sustentação são os painéis de cor creme levantados na superfície superior da asa (nesta foto, há cinco na asa direita). Os flaps são as grandes superfícies inclinadas na borda posterior da asa.

Spoilers

Superfícies de controle de vôo de bordo de fuga da asa de um Boeing 747-8 . Superior esquerdo: Todas as superfícies em posição neutra; Meio superior: o aileron direito está abaixado; Canto superior direito: spoilers levantados durante o vôo; Linha do meio: flaps Fowler estendidos (esquerda), estendidos mais (meio), articulados com a parte interna com fenda articulada ainda mais (direita); Linha inferior: spoilers levantados durante o pouso

Em aeronaves de baixo arrasto, como planadores , spoilers são usados ​​para interromper o fluxo de ar sobre a asa e reduzir significativamente a sustentação. Isso permite que um piloto de planador perca altitude sem ganhar velocidade no ar excessiva. Spoilers às vezes são chamados de "dumpers de elevação". Spoilers que podem ser usados ​​assimetricamente são chamados de spoilerons e podem afetar o rolamento de uma aeronave.

Abas

Os flaps são montados na borda de fuga na seção interna de cada asa (perto das raízes das asas). Eles são desviados para baixo para aumentar a curvatura efetiva da asa. Os flaps aumentam o coeficiente de sustentação máximo da aeronave e, portanto, reduzem sua velocidade de estol. Eles são usados ​​durante o vôo de baixa velocidade e alto ângulo de ataque, incluindo decolagem e descida para pouso. Algumas aeronaves são equipadas com " flaperons ", mais comumente chamados de "ailerons internos". Esses dispositivos funcionam principalmente como ailerons, mas em algumas aeronaves "caem" quando os flaps são acionados, agindo assim como um flap e um aileron interno de controle de rolagem.

Slats

Slats , também conhecidos como dispositivos de borda de ataque , são extensões para a frente de uma asa para aumento de sustentação e destinam-se a reduzir a velocidade de estol, alterando o fluxo de ar sobre a asa. As ripas podem ser fixas ou retráteis - as ripas fixas (por exemplo, como no Fieseler Fi 156 Storch ) oferecem excelentes capacidades de baixa velocidade e STOL , mas comprometem o desempenho em velocidades mais altas. Slats retráteis, como vistos na maioria dos aviões comerciais, fornecem velocidade de estol reduzida para decolagem e pouso, mas são retraídos para cruzeiro.

Freios a ar

Freios a ar na fuselagem traseira de um Eurowings BAe 146-300

Os freios a ar são usados ​​para aumentar o arrasto. Os spoilers podem atuar como freios a ar, mas não são puros freios a ar, pois também funcionam como dumpers de elevação ou, em alguns casos, como superfícies de controle de rolagem. Freios a ar são geralmente superfícies que se desviam para fora da fuselagem (na maioria dos casos simetricamente em lados opostos) para a corrente de ar a fim de aumentar o arrasto de forma. Como, na maioria dos casos, estão localizados em outras partes da aeronave, eles não afetam diretamente a sustentação gerada pela asa. Seu objetivo é desacelerar a aeronave. Eles são particularmente úteis quando uma alta taxa de descida é necessária. Eles são comuns em aeronaves militares de alto desempenho, bem como aeronaves civis, especialmente aquelas sem capacidade de empuxo reverso.

Controlar superfícies de aparagem

Os controles de compensação permitem que o piloto equilibre a sustentação e o arrasto produzidos pelas asas e as superfícies de controle em uma ampla faixa de carga e velocidade no ar. Isso reduz o esforço necessário para ajustar ou manter uma atitude de vôo desejada .

Guarnição do elevador

O trim do elevador equilibra a força de controle necessária para manter a força aerodinâmica correta na cauda para equilibrar a aeronave. Ao realizar certos exercícios de vôo, muitos ajustes podem ser necessários para manter o ângulo de ataque desejado. Isso se aplica principalmente ao vôo lento , onde uma atitude de nariz para cima é necessária, por sua vez exigindo muito ajuste, fazendo com que o plano de cauda exerça uma forte força descendente. A compensação do elevador está correlacionada com a velocidade do fluxo de ar sobre a cauda, ​​portanto, as mudanças de velocidade no ar para a aeronave requerem uma nova compensação. Um parâmetro de projeto importante para aeronaves é a estabilidade da aeronave quando ajustada para vôo nivelado. Quaisquer distúrbios, como rajadas ou turbulência, serão amortecidos em um curto período de tempo e a aeronave retornará à sua velocidade reduzida de vôo nivelado.

Apara cauda plana

Exceto para aeronaves muito leves, os compensadores nos elevadores são incapazes de fornecer a força e a amplitude de movimento desejadas. Para fornecer a força de compensação apropriada, todo o plano da cauda horizontal é ajustado em inclinação. Isso permite que o piloto selecione exatamente a quantidade certa de sustentação positiva ou negativa do plano da cauda enquanto reduz o arrasto dos elevadores.

Buzina de controle

Balanço de massa projetando-se de um aileron usado para suprimir a vibração

Uma buzina de controle é uma seção da superfície de controle que se projeta à frente do ponto de pivô. Gera uma força que tende a aumentar a deflexão da superfície reduzindo assim a pressão de controle experimentada pelo piloto. As buzinas de controle também podem incorporar um contrapeso que ajuda a equilibrar o controle e evita que ele vibre na corrente de ar. Alguns designs apresentam pesos anti-vibração separados.

(Em aeromodelos controlados por rádio, o termo "buzina de controle" tem um significado diferente.)

Guarnição de primavera

No arranjo mais simples, o ajuste é feito por uma mola mecânica (ou elástico ) que adiciona a força apropriada para aumentar a entrada de controle do piloto. A mola é geralmente conectada a uma alavanca de compensação do elevador para permitir que o piloto ajuste a força da mola aplicada.

Guarnição do leme e aileron

A maioria das aeronaves de asa fixa tem uma superfície de controle de compensação no profundor , mas aeronaves maiores também possuem um controle de compensação para o leme e outro para os ailerons. A compensação do leme serve para conter qualquer impulso assimétrico dos motores. O ajuste do aileron é para contrabalançar os efeitos do centro de gravidade sendo deslocado da linha central da aeronave. Isso pode ser causado por combustível ou um item de carga sendo carregado mais em um lado da aeronave em comparação com o outro, como quando um tanque de combustível tem mais combustível do que o outro.

Veja também

Notas

Referências

links externos