Como um avião voa? 🤔

Boa parte de nós já ouviu falar de diversas teorias de como o avião voa. Muitas delas nos deixam com uma pulga atrás da orelha, mas venho aqui apresentar minha visão de forma simples sobre esse tema.

Bom, vamos lá...

Primeiramente, vamos classificar as nossas quatro principais forças de voo.

- Thrust (tração): força criada pelo nosso motor

- Drag (arrasto): força oposta a nossa tração (arrasto parasita + arrasto induzido = arrasto total)

- Weight (Peso): Força peso = massa da acft x aceleração da gravidade

- Lift (Sustentação): força mecânica gerada por um objeto sólido que viaja através de um fluido (ar)

A tração ocorre através da força criada pelo nosso powerplant (motor) da acft. Temos a queima de combustível onde, a energia térmica é transformada em energia cinética e consequentemente gira as nossas hélices para empurrar o ar para trás, fazendo com que o nosso avião seja deslocado para frente.

O arrasto acontece devido ao atrito do ar com as superfícies sólidas da acft. Podemos concluir como "resistência ao avanço". (Abordaremos de forma mais completa em outro post)

A nossa força peso nada mais é que a massa da aeronave (Kg ou Lbs) que multiplicada com a aceleração da gravidade aproximada de 10 m/s², é dada em N (Newton). Ou seja, é a força contrária a nossa Lift (sustentação).

Agora vamos falar da sustentação com maior detalhe!

Como já é conhecido por boa parte, o aerofólio ou a asa de nosso avião, muitas vezes possuem uma curvatura, a qual aumenta a nossa eficiência de sustentação. Mas pera lá...

Já jogaram avião de papel pelo ar? Pois bem, muitos deles não possuem curvaturas em suas asas, mas voam.

Então, primeira conclusão que podemos tirar disso: todas as formas possuem relação aerodinâmica com o nosso fluido (ar), inclusive a fuselagem de nosso avião.

Não importa se minha asa for reta ou curva, o meu avião vai voar!

A 3ª de Lei de Newton e o princípio de Bernoulli fazem parte desse trabalho magnífico.

Abaixo podemos observar com maior detalhe o que é cada um na forma de álgebra.

3ª Lei de Newton: “A toda ação há sempre uma reação oposta e de igual intensidade"

F = m. a (Força é igual a massa da aeronave vezes a aceleração)

Pela Lei de Newton podemos observar que a massa de ar deslocada para baixo causará uma reação contrária de mesma intensidade, ou seja, empurrará nossa asa para cima.

Princípio de Bernoulli: "Dentro de um fluxo de fluido horizontal, pontos de velocidade de fluido mais alta terão menos pressão que pontos de velocidade de fluido mais baixa"

P + (p.V²/2) = Constante

P = Pressão do ar ; p = densidade do ar ; V = velocidade do ar

(p.V²/2) = Pressão dinâmica

Pelo princípio de Bernoulli podemos observar:

- Fluido mais acelerado na parte superior da asa, consequentemente o ar exercerá menor pressão na superfície superior da asa;

- Fluido menos acelerado na parte inferior da asa, consequentemente o ar exercerá maior pressão na superfície inferior da asa;

A velocidade do fluido é mais acelerado na parte de cima, devido a força de atrito do ar em contato com a superfície da asa ser menor em relação a superfície inferior. Isso ocorre devido ao shape (formato da asa) e ângulo de ataque. O ar que bate embaixo da asa sofrerá um maior strike (pancada) e maior desaceleração de suas partículas.

Fórmula da sustentação: L = CL. p.V²/2. A

L = Lift (Sustentação) ; CL = Cofficient of lift (Coeficiente de sustentação), p = density (Densidade) ; V = Velocity (Velocidade) ; A = area (área)

E por fim, lá vem a nossa amiga sustentação! Vamos lá:

- Relação de direta proporcionalidade

- CL = L / (p.V²/2.A), quanto maior meu CL, maior será minha sustentação

- p: Já percebeu aquela facilidade maior do avião decolar quando o nosso ar está mais denso (seco e frio)? Ou seja, quanto maior a densidade, maior será a sustentação.

- Velocidade: Sabe aquele momento tiramos motor do avião e ele já tende a descer? Pois é, se não elevarmos o ângulo de ataque para compensar essa perda de sustentação ele vai descer.

- Área: Sabe aquele momento que colocamos flaps e o avião da uma subidinha? É.. então, ganhamos maior área de asa e consequentemente o avião ganhou maior sustentação. O contrário acontece quando recolhemos os flaps.

Essa relação de sustentação também pode ser aumentada quando inclinamos mais ainda o nosso perfil de asa (ângulo de ataque).

Dica: faça esse teste com um automóvel em movimento, utilizando a sua mão. Compreendeu?!

Quando estamos em regime de voo constante, ou seja, sem variação de altitude ou aceleração/desaceleração, podemos concluir que a somatória das forças em Y e X são iguais a 0, até que uma força seja aplicada para sair desse regime (1ª Lei de Newton - Princípio da inércia).

Em Y temos Lift e Weight

Em X temos Tração e Arrasto

Para o nosso avião atingir qualquer uma dessas forças, primeiro precisamos do ar! Sem ele nada acontece... ele é a solução e o problema. Como podemos notar na figura da asa, o avião voa coberto por um fluido chamado ar que, devido ao deslocamento relativo, passa por nossa asa através do processo de escoamento. Esse escoamento poderá ser turbulento ou laminar (quanto menos turbulento melhor, pois aumentará a eficiência de nosso escoamento e consequentemente efeito aerodinâmico de sustentação!).

Pois bem, entendendo de forma simples esses conceitos abordados poderemos voar nossa aeronave e compreender as nossas reações aerodinâmicas. Claro que existem explicações muito mais aprofundadas sobre o tema, mas o foco aqui não é entrar em aerodinâmica aplicada.

Um abraço e bons voos!