Drag

Drag é a força que resiste ao movimento de uma aeronave através do ar. Existem dois tipos básicos: o arrasto parasitário e o arrasto induzido. O primeiro é chamado de parasita porque não funciona de forma alguma para auxiliar o vôo, enquanto o segundo, arrasto induzido, é o resultado de um elevador de desenvolvimento de aerofólio.

Parasita Drag

Parasita drag é composto de todas as forças que trabalham para retardar o movimento de uma aeronave. Como o termo parasita implica, é o arrasto que não está associado com a produção de um elevador. Isto inclui o deslocamento do ar pela aeronave, turbulência gerada na corrente de ar, ou um impedimento do movimento do ar sobre a superfície da aeronave e do aerofólio. Existem três tipos de arrasto parasitário: arrasto de forma, arrasto de interferência e atrito de pele.

Form Drag

Form drag é a porção de arrasto parasitário gerado pela aeronave devido à sua forma e fluxo de ar ao seu redor. Exemplos incluem a capota do motor, antenas e a forma aerodinâmica de outros componentes. Quando o ar tem que se separar para se mover ao redor de uma aeronave em movimento e seus componentes, ele eventualmente se junta novamente após passar pelo corpo. A rapidez e suavidade com que se junta é representativa da resistência que cria, a qual requer força adicional para ser superada.

Note como a placa plana na Figura 5-7 faz com que o ar gire em torno das bordas até que eventualmente se junte novamente a jusante. O arrasto da forma é o mais fácil de reduzir ao projetar uma aeronave. A solução é racionalizar o maior número possível de peças.

Arrastamento de Interferência

Arrastamento de Interferência vem da intersecção de correntes de ar que criam correntes de Foucault, turbulência, ou restringem o fluxo de ar suave. Por exemplo, a interseção da asa e da fuselagem na raiz da asa tem um significativo arrasto de interferência. O ar que flui ao redor da fuselagem colide com o ar que flui sobre a asa, fundindo-se em uma corrente de ar diferente das duas correntes originais. O maior arrastamento de interferência é observado quando duas superfícies se encontram em ângulos perpendiculares. As carenagens são usadas para reduzir esta tendência. Se um caça a jato transporta dois tanques asa idênticos, o arrasto total é maior do que a soma dos tanques individuais porque ambos criam e geram o arrasto de interferência. As carenagens e a distância entre as superfícies de elevação e os componentes externos (como as antenas de radar penduradas nas asas) reduzem o arrasto por interferência.

Skin Friction Drag

Skin friction drag é a resistência aerodinâmica devido ao contato do ar em movimento com a superfície de uma aeronave. Cada superfície, por mais aparentemente lisa que seja, tem uma superfície rugosa e esfarrapada quando vista ao microscópio. As moléculas de ar, que entram em contato direto com a superfície da asa, estão praticamente sem movimento. Cada camada de moléculas acima da superfície move-se ligeiramente mais rápido até que as moléculas se movimentem à velocidade do ar que se move em torno da aeronave. Esta velocidade é chamada de velocidade do fluxo livre. A área entre a asa e o nível de velocidade do fluxo livre é tão ampla quanto uma carta de jogar e é chamada de camada limite. No topo da camada limite, as moléculas aumentam a velocidade e movem-se à mesma velocidade que as moléculas fora da camada limite. A velocidade real a que as moléculas se movem depende da forma da asa, da viscosidade (aderência) do ar através do qual a asa ou o aerofólio se move, e da sua compressibilidade (quanto pode ser compactado).

O fluxo de ar fora da camada limite reage à forma da borda da camada limite tal como reagiria à superfície física de um objecto. A camada limite dá a qualquer objeto uma forma “efetiva” que geralmente é ligeiramente diferente da forma física. A camada limite também pode se separar do corpo, criando assim uma forma eficaz muito diferente da forma física do objeto. Esta mudança na forma física da camada limite causa uma dramática diminuição da elevação e um aumento do arrasto. Quando isto acontece, o aerofólio estagnou.

A fim de reduzir o efeito do arrasto por fricção da pele, os projetistas de aeronaves utilizam rebites de montagem embutidos e removem quaisquer irregularidades que possam sobressair acima da superfície da asa. Além disso, um acabamento liso e brilhante ajuda na transição do ar através da superfície da asa. Como a sujidade numa aeronave perturba o fluxo livre de ar e aumenta o arrasto, mantenha as superfícies de uma aeronave limpas e enceradas.

Arrasto induzido

O segundo tipo básico de arrasto é o arrasto induzido. É um fato físico estabelecido que nenhum sistema que funcione no sentido mecânico pode ser 100% eficiente. Isto significa que qualquer que seja a natureza do sistema, o trabalho requerido é obtido à custa de certo trabalho adicional que é dissipado ou perdido no sistema. Quanto mais eficiente o sistema, menor essa perda.

Em vôo nivelado, as propriedades aerodinâmicas de uma asa ou rotor produzem um elevador necessário, mas isso só pode ser obtido às custas de uma certa penalidade. O nome dado a esta penalidade é arrastamento induzido. O arrastamento induzido é inerente sempre que um aerofólio produz um elevador e, na verdade, este tipo de arrastamento é inseparável da produção de um elevador. Consequentemente, ele está sempre presente se o elevador for produzido.

Um aerofólio (asa ou pá de rotor) produz a força de elevação fazendo uso da energia do fluxo de ar livre. Sempre que um aerofólio está produzindo elevação, a pressão na superfície inferior é maior que a da superfície superior (Princípio de Bernoulli). Como resultado, o ar tende a fluir da área de alta pressão abaixo da ponta para cima até a área de baixa pressão na superfície superior. Nas proximidades das pontas, há uma tendência para a equalização destas pressões, resultando em um fluxo lateral para fora da superfície inferior até a superfície superior. Este fluxo lateral dá uma velocidade de rotação ao ar nas pontas, criando vórtices que seguem atrás do aerofólio.

Quando a aeronave é vista da cauda, estes vórtices circulam no sentido anti-horário em torno da ponta direita e no sentido horário em torno da ponta esquerda. Quando o ar (e os vórtices) rolam para fora da parte de trás da asa, eles se inclinam para baixo, o que é conhecido como downwash. A figura 5-10 mostra a diferença entre a inclinação para baixo em altitude e perto do solo. Tendo em conta a direcção de rotação destes vórtices, pode ser visto que eles induzem um fluxo de ar para cima para além da ponta e um fluxo de ar para baixo atrás da borda de fuga da asa. Isto induzido para baixo não tem nada em comum com a folga para baixo que é necessária para produzir elevação. É, na verdade, a fonte do arrasto induzido.

Downwash aponta o vento relativo para baixo, portanto quanto mais para baixo tiver, mais o seu vento relativo aponta para baixo. Isso é importante por uma razão muito boa: a elevação é sempre perpendicular ao vento relativo. Na Figura 5-11, você pode ver que quando você tem menos inclinação para baixo, seu vetor de elevação é mais vertical, oposto à gravidade. E quando você tem mais para baixo, o seu vetor de elevação aponta mais para trás, causando arrasto induzido. Além disso, é necessária energia para que as suas asas criem vórtices e vórtices para baixo, e essa energia cria drag.

Quanto maior o tamanho e força dos vórtices e conseqüente componente de fluxo de ar para baixo sobre o aerofólio, maior será o efeito de arrasto induzido. Esta inclinação para baixo sobre a parte superior do aerofólio na ponta tem o mesmo efeito que dobrar o vector de elevação para trás; portanto, a elevação é ligeiramente à ré de perpendicular ao vento relativo, criando um componente de elevação para trás. Isto é arrastamento induzido.

Para criar uma pressão negativa maior no topo do aerofólio, o aerofólio pode ser inclinado para um AOA mais alto. Se o AOA de um aerofólio simétrico fosse zero, não haveria diferença de pressão e, consequentemente, não haveria nenhum componente de inclinação para baixo e nenhum arrasto induzido. Em qualquer caso, à medida que o AOA aumenta, o arrasto induzido aumenta proporcionalmente. Para afirmar isto de outra forma – quanto menor a velocidade do ar, maior o AOA necessário para produzir elevação igual ao peso da aeronave e, portanto, maior o arrasto induzido. A quantidade de arrasto induzido varia inversamente com o quadrado da velocidade do ar.

Conversamente, o arrasto parasitário aumenta à medida que o quadrado da velocidade do ar aumenta. Assim, em estado estacionário, à medida que a velocidade do ar diminui para se aproximar da velocidade de perda, o arrasto total torna-se maior, devido principalmente ao forte aumento do arrasto induzido. Da mesma forma, à medida que a aeronave atinge sua velocidade nunca superior (VNE), o arrasto total aumenta rapidamente devido ao acentuado aumento do arrasto parasitário. Como visto na Figura 5-6, em alguma determinada velocidade, o arrasto total está na sua quantidade mínima. Na figura 5-6, a velocidade máxima da aeronave, o impulso necessário para superar o arrasto está no mínimo, se o arrasto estiver no mínimo. A potência mínima e a resistência máxima ocorrem em um ponto diferente.

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