Novo projeto: Republic P-47 D Thunderbolt - env. 27 pol.

[Carlos Flaquer da Rocha]

Ricardão, mais uma interferência. Será que a situação do diagrama procede? Podemos supor que, estando correto meu desenho, e sendo o ângulo alfa = ângulo beta, é certo supor que uma força compensa a outra (somando os vetores) e o avião voa nivelado, de acordo com o vetor resultante? Ou será que eu viajei de bonde na maionese? (os ângulos do desenho estão um pouco exagerados)

Vejo que você está utilizando escalas diferentes para grandezas diferentes (escala de velocidade, escala de tamanho, escala de potência etc.). Eu me lembro das aulas de Teoria dos Modelos. É isso mesmo?

Obrigado pela paciência!

[Ricardão]

Carlos:

O ângulo de incidência da asa não faz obrigatóriamente o modelo ter tendência a voar nem desnivelado e nem nivelado; ele só aumenta a sustentação da asa. O que faz o avião voar desnivelado e um conjunto de condições aerodinâmicas que posicionam o centro de pressão deslocado da posição do CG, obrigando o avião a se inclinar para equilibrar os momentos. A inclinação da linha de referência do avião é o ângulo de ataque, que é diferente do ângulo de incidência da asa.

Como eu já disse, esta análise é do vôo sem motor e porisso ainda não precisamos pensar em inclinar o motor, mesmo assim, o downthrust é uma forma de obrigar o ângulo de ataque a se zerar "na marra"; dá para projetar um avião que voe nivelado sem precisar inclinar o motor.

Abraço!

Carlos:

Acabei nâo respondendo a sua pergunta sobre as escalas. Isso aí segue a teoria dos modelos, a escala de velocidades é igual á escala de dimensões lineares porque a escala de tempos é 1:1. Não falei nada de escala de potência.

[Carlos Flaquer da Rocha]

Devidamente anotado. Obrigado.

[Alvaro Sala]

Preciso informações mais básicas.
Na figura o meu moto planador está voando nivelado. O estabilizador está a 0° com a linha preta horizontal. A linha vermelha é o ângulo da asa em relação ao estabilizador (que pra mim chama-se decalagem).
Como o modelo está planando, a trajetória deve ser uma descendente representada pela linha verde.
Pergunto: O ângulo de ataque é o formado entra as linhas verde e vermelha? E o ângulo de incidência é formado entre a preta e a vermelha?

[Ricardão]

Aeromodelo em vôo nivelado significa que a linha de referência do avião/fuselagem está na horizontal.

O ângulo de incidência da asa é formado pelas linhas vermelha e preta; o ângulo de incidência do estabilizador é zero - a decalagem que você gosta, neste caso é igual ao ângulo de incidência da asa.

Pelo que entendi do software, a corrente de ar está sempre na horizontal no túnel de vento e o ângulo de ataque é o formado pela linha de referência do avião e a corrente de ar. Significa que o ângulo de ataque na sua figura é zero.

O ângulo formado pela linha verde e a preta é definido no software como ângulo de descida Gamma ( Descent angle arc tg(Cd/Cl) ) e dá para fazer gráficos usando essa variável como um dos eixos.

As figuras mostram como o software representa o avião quando Alpha é zero e quando o Alpha é 6,5º.

Correção: Aeromodelo em vôo nivelado não significa obrigatóriamente que a linha de referência do avião/fuselagem está na horizontal, significa que a trajetória de vôo é horizontal. No caso da figura, o ângulo de ataque é zero e só porisso a trajetória e a linha de referência do avião são coincidentes.

[alexcmag]

Só complementando algumas coisas...

As curvas polares recebem este nome porque as informações exibidas são coeficientes (Cl, Cd, Cm, Cl/Cd, etc) expressos em função de ângulo. Ocorre que no nosso caso elas estão em um par de eixos cartesianos, mas o eixo "X" não contém grandezas lineares (tempo, distância, etc.) mas angulares. Ao pé da letra talvez não devessem mesmo ser chamadas de polares, mas existe motivo para isto.

Quanto à pesquisa e cálculos matemáticos e físicos sobre modelos, existe uma frase atribuída a Leonardo Da Vinci que diz que "Aprender é a única coisa de que a mente nunca se cansa, nunca tem medo e nunca se arrepende.", e é a essência do ser humano.

Se a humanidade nunca tivesse tentado entender como os pássaros voavam, não teríamos aviões e aeromodelos. Se nunca tivesse tentado entender como a eletricidade funciona, não estaríamos aqui trocando estas informações.

[alexcmag]

Dividi o tópico para facilitar o fluxo de informações.

De volta à parte técnica, intuitivamente tenho a impressão de que na situação em o Álvaro postou (incidência positiva em relação ao horizonte, mesmo que o vôo esteja sendo descendente), pode até planar, mas não com velocidade constante pois o arrasto tende a ser maior que o componente horizontal da força peso.

Já com motor, obviamente dá para voar na horizontal porque há uma força (empuxo do motor) equilibrando o arrasto.

[Ricardão]

Planando em equilíbrio, o avião irá usar parte do peso para anular o arrasto e manter a velocidade constante; porisso a trajetória de vôo será na descendente, seguindo a taxa de planeio.

Os ângulos de incidência só fazem variar as características dos perfis de asa e estabilizador (CL, CD, CM) e são fixos para a linha de referência do avião.

Variando o ângulo de ataque, varia a direção em que a corrente de ar atinge asa e estabilizador, variando as "incidências efetivas" e fazendo com que varie a posição do centro de pressão. Cada trimagem (incidências e posição do CG) apresenta só um angulo de ataque para o qual o avião estará em equilíbrio, para todos os demais ângulos de ataque o avião terá tendência de levantar ou abaixar o nariz. Sempre que o avião se desequilibra, a cauda irá tentar equilibrá-lo novamente, tão mais rápido quanto maior for o volume de cauda e consequentemente a margem estática.

Felizmente, nos modelos RC a gente tem a possibilidade de alterar o perfil do estabilizador durante o vôo e corrigir a sustentação do estabilizador para atingir novamente o equilíbrio, com outro ângulo de ataque.

O efeito do motor ainda é um pouco nebuloso para mim. Estava evitando falar dele, uma vez que não está sendo considerado nesta análise.

O que é certo, é que a função do motor é gerar empuxo, se opondo ao arrasto e mantendo o vôo nivelado. Isso pode ser conseguido aumentando a velocidade do avião, de maneira a aumentar a sustentação o suficiente para nivelar a curva de descida.

Alterar a velocidade significa se preocupar com mais uma variável que vai afetar o equilíbrio do avião em vôo, o profundor tem que ser também atuado para atingir a situação de equilíbrio.

O motor traz também outras influências ao vôo, como o Alexcmag alertou em seu post mais acima. São gerados outros momentos e a própria corrente de ar é afetada - isso é o que ainda considero nebuloso e tenho preferido acertar na prática, nem sempre com sucesso.

O empuxo é uma variável independente da Aerodinâmica do avião e pode também ser usado para "puxar" o avião na direção que a gente desejar, o que é feito com muita frequência nos aeromodelos elétricos e mascara as reais características aerodinâmicas de vôo. Porisso estou em primeiro lugar analisando o aeromodelo sem o motor.

Em tempo: Usar o motor para corrigir as tendências do aeromodelo ou fazê-lo voar com características aerodinâmicas pobres não tem nada de errado, é uma questão de opção e facilita em muito a trimagem do aeromodelo; não posso dizer que nunca usei ou que nunca vou usar.

[Ricardão]

Conhecendo agora a posição do NP já dá para fazer as contas e saber qual é a margem estática (SM) para qualquer posição que a gente queira colocar o CG. Procuro trabalhar com margem estática maior que 0,2, mas o Deperrois e outros dizem que não dá para sugerir uma margem estática como “a boa”, cada um deve experimentar e concluir qual é o seu próprio limite. Uma coisa é certeza: quanto maior o número, maior a estabilidade estática do avião – a sensibilidade aos comandos de profundor também será maior.

As posições de CG que a gente indica no software, são medidas a partir do ponto x=0, que é a posição do bordo de ataque, no centro da asa, inclusive a posição do NP.

A porcentagem da corda que a medida da posição do CG representa, deve ser calculada pela corda média. Quando a asa é retangular, a corda média é igual à corda da asa e a gente pode multiplicar a corda média por uma porcentagem (por exemplo 30%) que o resultado é a posição do CG no software, para esse percentual da corda média.

Quando a asa é trapezoidal, elíptica ou quase elíptica como a deste modelo, a corda média é menor que a corda da raiz e a distância até os bordos de ataque na raiz da asa e na “asa média” ficam diferentes, porque o BA da asa média está deslocado do BA da raiz da asa; se a gente calcular 30% da M.A.C. e medir a partir do BA da raiz asa real, esse ponto ficará mais próximo dos BA’s e a porcentagem real do M.A.C. será menor.

Isso pode ser corrigido e eu coloquei o campo Dist BA na planilha em Excel, mas só é necessário quando se quer saber a posição do CG para uma determinada porcentagem da M.A.C. Para efeitos práticos, o que se precisa saber é a posição do CG para a margem estática que a gente quer e isso a planilha calcula direito, mesmo quando o M.A.C. é diferente da corda da raiz.

Para este modelo, o valor de Dist BA é 7,1 mm, mas se calcular a posição do CG para 30% da M.A.C. com esse valor zero, o resultado real será 28,5% do M.A.C., que mesmo não estando 100% correto (como 30%) é uma boa aproximação e porisso vou deixar de entrar em detalhes de como calcular esse tal de Dist BA, quem não sabe como calcular deixe igual a zero que não irá prejudicar as análises.

Voltando ao que realmente interessa, preenchendo os valores de NP e Dist BA na planilha, ela irá calcular posições de CG para as seguintes condições:
- 25% da M.A.C.,
- 30% da M.A.C.,
- SM = 0,4,
- SM = 0,3,
- SM = 0,25,
- SM = 0,2,
dando o valor de margem estática e os percentuais para a raiz da asa e para a M.A.C. Tem também um campo no final que calcula a SM e os percentuais para a posição de CG que a gente digitar no campo ciano.

A figura mostra esses valores, e dá para ver que para SM = 0,2, o CG ficaria em x = 78,62 mm e representaria 54,2% da M.A.C. Uma porcentagem grande da M.A.C., porém o avião é capaz de voar com bons controles, quando o CG está nessa posição.

A faixa de variação para a posição do CG entre 25% da corda e SM=0,2 é de 78.62 – 40.08 = 38.54 mm, que para uma asa com raiz 152 mm é bastante, a gente pode concluir que é melhor trabalhar com o CG mais para a frente para ter melhor comando de profundor e com isso a SM do avião vai ser maior.

As posições escolhidas para as análises iniciais foram: xCG = 40 – 47 – 55 – 65 mm, que deu 4 polares (5 com a do NP) para a gente analisar o modelo.

Na próxima discuto como foram analisados os gráficos e decidido o que mudar no modelo.

[Ricardão]

Lembrando:
- os gráficos estão sendo plotados para “sustentação constante” – “constant lift” – CL constante e igual ao peso.
- está sendo verificado como ficam as outras variáveis para a situação em que o avião está em equilíbrio – que ocorre quando o GCm é zero e porisso o eixo y dos 4 gráficos expressa os valores de GCm; estar em equilíbrio significa que nessa situação o avião não tem tendências de levantar ou abaixar o nariz (sózinho).
- o avião está sendo analisado sem motor – mesmo a sustentação sendo igual ao peso, o avião estará seguindo uma trajetória descendente, de modo a equilibrar o arrasto.
- o ângulo de ataque Alpha expressa a atitude do avião em relação à horizontal, não expressa a trajetória de vôo, nem o ângulo entre a linha de referência da asa e a horizontal.

Além de mostrar se os perfis e incidências são adequados, a ajuda que os gráficos podem oferecer neste momento será para decidir a posição em que o CG deve ser colocado, de modo a chegar próximo de como a gente quer que o avião voe.

Necessário mesmo é analisar 3 variáveis: Alpha, Vinf e CL/CD; depois que tudo estiver decidido, a gente pode dar uma olhada nas outras variáveis ou mesmo fazer outras análises, como ver o que acontece quando a velocidade ou o Alpha são constantes e eventualmente mudar alguma coisa na configuração.

Vamos dar uma olhada nos gráficos plotados para NACA2412 e incidências 0º para asa e estabilizador e ver que informações podem ser tiradas.

O primeiro gráfico – GCm(Alpha):
- todos as curvas do gráfico cruzam o eixo x, mostrando que é possível o avião planar equilibrado (GCm = 0), para todas essas posições de CG;
- os ângulos de ataque para equilíbrio estão próximos de -1º para todas as posições de CG escolhidas – o valor desse ângulo de ataque em si não interfere no vôo, mas influi nas manobras em rolagem e, estéticamente, um nariz muito para cima ou para baixo pode fazer com que o vôo fique “deselegante” ou “estranho”; -1º até que está bom;
- o software conseguiu calcular pontos de operação para Alpha’s entre -1,5º e +6,5º; fora dessa faixa a sustentação fica menor que o peso e o avião não é capaz de voar;
- há muito mais pontos de operação com GCm negativo e Alpha positivo que o contrário, indicando que, fornecendo momento externo, essa configuração terá mais situações em que o nariz deve ser empurrado para cima.

Os outros 2 gráficos discuto mais tarde, em outro post...