engenharia aeronautica

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

IPA – EMC5352 & Equipe AERODESIGN

MATERIAL DE APOIO

FLORIANÓPOLIS

2010-1

UFSC

UFSC Aerodesign Material de Apoio - IPA Prof. Juliano Toporoski Micheletto

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1. GLOSSÁRIO DE ENGENHARIA AERONÁUTICA

1.1 SISTEMA DE COORDENADAS

Eixos de coordenadas e movimentos

EIXO TERMO – Português (inglês) SUPERFÍCIE ATUANTEX Rolamento, Inclinação lateral ou bancagem (Roll) Aileron (Aileron)

YArfagem ou Tangagem (Pitch)

Picar – descer (Pitch down) Cabrar - subir (Pitch up)

Profundor (Elevator)

Z Guinada (Yaw) Leme de direção (Rudder)

UFSC


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1.2 NOMENCLATURA AERODINÂMICA – ASA (Wing)

ASA Item Descrição Termo em inglês

1 Winglet Winglet / Wing Tip /End Plate

2 Aileron Aileron

3 Aileron de alta velocidade High Speed Aileron

4 Mecanismo do Flap Flap track fairing

5 Slat Slat

6 Flap Flap

7 Freio aerodinâmico Speed Brake

8Linha média aerodinâmica

Mean aerodynamic line

9 Corda / Perfil da raiz da asa

Chord / Wing root chord

10Corda / Perfil de ponta de asa

Chord / Wing tip chord

11 Bordo de ataque Leading edge

12 Bordo de fuga Trailing edge

1.3 NOMENCLATURA AERODINÂMICA – EMPENAGEM (Empennage)

ASA Item Descrição Termo em inglês

1 Cone de cauda Tail / Tail boom / Tail cone

2 Estabilizador horizontal Horizontal Stabilizer

3 Profundor Elevator

4 Estabilizador vertical Vertical Stabilizer

5 Leme / Deriva Rudder

6 Compensador do profundor

Elevator Trim Tab

7 Compensador do leme Rudder Trim Tab

UFSC


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Exemplos:

Aeronave Parte Termo em inglês

Boeing 747

SLAT Slat

Montante / Suporte do motor

Engine Mount

Trem de pouso principal

Main landing gear / Undercarriage

Flap Flap

Embraer 190

Winglet Winglet

Freio aerodinâmico / Spoiler

Spoiler / Speed brake

Flap(Flap estendido)

Flap(Deployed flap)

Mecanismo de flap

Flap track. Fairing (carenagem)

Airbus A319

Cabine de comando

Cockpit

Cabine de passageiros

Passenger Cabin

Wingtip Wingtip

Reversor Reverse Thrust

Bico Radome

Trem de pouso frontal

Front landing gear/ Front wheel

Piper L-18C Super Cub

Hélice Propeller

Suporte da asa Wing mount

Trem de pouso principal

Main landing gear / Undercarriage

Amortecedor Dumper

Bequilha Tail wheel

UFSC


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1.4 NOMENCLATURA ESTRUTURAL

Outras partes:1 Tanque de combustível Fuel tank2 Longarina Spar3 Perfil Rib4 Longarina de reforço Stringer5 Ponta de asa Wing tip6 Motor Engine7 Capô / Carenagem do

motorCowling / Nacelle

8 Hélice Propeller9 Parede de fogo Firewall

1.5 NOMENCLATURA DE ACESSÓRIOS - AERODESIGN

Exemplo Aeronave elétrica :

1 Motor Elétrico sem escova (Brushless)2 Controlador de Velocidade (ESC)3 Bateria LiPo (Lítio – Polímero)4 Receptor5 Servo de comando1 2

3

4 5

UFSC


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Exemplo: Aeronave Céu Azul 2004

1.6 SIMBOLOGIA

Índices subscritos:

w – Asah – Estabilizador Horizontalv – Estabilizador Vertical

Símbolos Descrição Description (English) UnidadesEngenharia

AR Relação de alongamento Aspect ratio -a0 Inclinação da curva Cl x α (perfil) Foil lift-curve slope 1/radaI (aw) Inclinação da curva Cl x α (asa) Wing lift-curve slope 1/rad

aII (ah) Inclinação da curva CL x α (estabilizador) Stabilizer lift-curve slope; 1/radb Envergadura Wing spam mc Corda; velocidade do som. Chord; sound speed m; m/scmac Corda média aerodinâmica Mean aerodynamic chord mcr Corda na raiz da asa Root chord m

ct Corda na ponta da asa Tip chord mCD Coeficiente de arrasto da asa Wing drag coefficient -

CDi Coeficiente de arrasto induzido Induced drag coefficient -Cd Coeficiente de arrasto de seção Section drag coefficient -Cd0 Coeficiente de arrasto de seção para Cl = 0 Zero lift section drag coefficient -

Cd Coeficiente de arrasto parasita Parasite drag -CL Coeficiente de sustentação da asa Wing lift coefficient -

Cl Coeficiente de sustentação do perfil Section lift coefficient -

UFSC


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Cl0 Coeficiente de sustentação para � = 0 Zero attack angle section coefficient -

CM Coeficiente de momento da asa Wing pitching-moment coefficient -Cm Coeficiente de momento do perfil Foil pitching-moment coefficient -

Cn Coeficiente de momento de Yaw Yawing-moment coefficientD Arrasto (atrito aerodinâmico) Drag Ne Fator de eficiência de Oswald; Excentricidade

de rodaOswald efficiency factor; Wheel eccentricity

-

E (T) Empuxo (T) Thrust Nf Coeficiente de atrito de rolamento Rolling Friction coefficient -g Aceleração da gravidade Gravity acceleration m/s²hn Ponto neutro Neutral point % cmac

L Força de sustentação Lift Nl Comprimento característico Characteristic length mlh Distância do CG a linha de 25% da cmac do

estabilizador horizontalDistance from the GC to the 25% horizontal tail mean aerodynamic chord.

m

M Momento; Número de Mach Moment; Mach number N.mma Massa da aeronave vazia Empty mass kg

mpy Massa da carga útil Payload kgmt Massa total Mass kgmTO Massa de decolagem Take-off mass kgN Momento de guinada Yawing moment N.mn Fator de carga Load factor N/kgp Pressão Pressure PaQ Resistência de rolamento Ground friction Nq Pressão dinâmica Dynamic pressure N/m²Rn (Re) Número de Reynolds Reynolds number -S Área de referência Reference area m²t Tempo; Espessura Time; Thickness s; mV Volume de cauda Tail volume coefficient -v Velocidade Velocity m/svs Velocidade de estol Stall speed m/svA Velocidade de manobra Maneuver speed m/svTO (vs`) Velocidade de decolagem Takeoff speed m/sW Peso Weight N; kgfx Distância; comprimento da pista. Length ; takeoff distance mz Altura característica Characteristic height m Ângulo de ataque Angle of attack grausα0 Ângulo de ataque para sustentação nula. Angle of attack for zero lift grausαi Ângulo de incidência Incidence angle grausαie Ângulo de ataque induzido Induced attack angle graus

β Ângulo de Yaw Yawing angle grausΛ Ângulo de enflechamento da asa Sweep angle grausηt Rendimento de cauda Tail efficiency factor -λ Fator de conicidade da asa Taper ratio -υ Viscosidade cinemática Kinematic viscosity m²/sρ Densidade Density kg/m³

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1.7 FORÇAS ATUANTES

Orientação vento relativo

UFSC


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1.8 FORMULÁRIO PARA CONSULTA

Conceitual

Asa retangular: AR = b/c

Asa com conicidade:

Aerodinâmica

Desempenho

ELíq. = EBruto - D

Estruturas

(tração;compressão - flexão)

(cisalhamento)

(ângulo de torsão)

EstabilidadeUFSC


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1.9 MATERIAIS AERONÁUTICOS

Materiais [g/cm³] E [GPa] t [Mpa] c [Mpa] [Mpa]3Madeira Balsa (fibra paralela) 0,15 3,30 14,00 12,00 2,004Madeira Caixeta (Marupá) 0,40 7,26 64,04 33,05 6,965Madeira Cedro 0,53 9,80 58,10 39,00 -4Madeira Freijó 0,48 10,20 91,40 50,70 8,331Alumínio 7075-T6 2,77 68,94 572,26 - 2 503,001Aço Carbono 4310 7,99 206,84 1310,00 - 2 862,002Epóxi 1,30 2,41 27,60 - -2Poliestireno OS 1,04 2,28 35,90 - -2Nylon (dry) 1,15 2,00 94,50 - 55,202Fibra de vidro 2,58 72,50 3448,00 - -1Fibra de vidro+epóxi, cura 120°C 1,82 22,06 434,37 420,58 -2 Fibra de Carbono 2,00 230 3300,00 - -

FONTES: 1- AIAA (2003), 2 - CALLISTER (1997), 3 - PACHECO (2006), 4 - IBAMA (2005), 5 - MORESCHI (2005)

Boeing 777

UFSC


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Grumman F-14 Tomcat

Boeing 787 Dreamliner

Airbus A380-800

UFSC


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1.10 ATMOSFERA

Para São José dos Campos, = 1.0927 kg/m3

UFSC


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2. OPERAÇÃO DE AERONAVES

2.1 Sistema de unidades para operação de aeronaves (Pilotos, controladores de voo)

Item Unidades para Operadores Abrv. ConversãoVelocidade Nó (knot) kt 1 kt = 1 nm/h

1 kt = 0,5144 m/s1 kt = 1,852 km/h1 kt = 1,6878 ft/s

Dimensão horizontal (distância) Milhas náuticas (nautical miles) nm 1 nm = 1852 mDimensão vertical (altura, altitude) Pés (feet) ft 1 ft = 0,3048 mPressão hecto Pascal (prefixo) hPa 1 hPa = 100 PaTemperatura Graus Celsius °CVolume (combustível) Galão (US fluid gallon)

LitrosgalL

1 gal = 3,785 L

Massa Libra (pound)kilo gramas

lbkg

1 lb = 0,4536 kg

Posicionamento do centro de gravidade Polegada ou % da corda média in 1 in = 25,4 mm

Curiosidade: Uma (1) milha náutica equivale a um minuto (1`) de circunferência média da terra, por isso é a unidade base para cálculos navegação.

360 graus x 60 minutos = 21600 minutosPerímetro da Terra aproximado = 40000 kmLogo, 40000 km/21600 min = 1,852 km = 1 nm

2.2 Circuito de tráfego aéreo próximo a aeródromos

2.3 NATO Phonetic Alphabet

A Alpha J Juliet S SierraB Bravo K Kilo T TangoC Charlie L Lima U UniformD Delta M Mike V VictorE Echo N November W WhiskeyF Foxtrot O Oscar X X-rayG Golf P Papa Y YankeeH Hotel Q Quebec Z ZuluI India R Romeo

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3. HISTÓRIA

Datas históricas da aviação e engenhariaJaneiro7, 1910 Primeiro voo de uma aeronave no Brasil - Dimitri Sensaud de Lavaud (Fr)13, 1908 Primeiro voo de uma aeronave em circuito fechado (completou 360 graus) - Henri Farman16, 1950 Fundação do ITAMarço2, 1969 Primeiro voo do Aerospatiale/BAC - Concorde3, 1915 Fundação da NACA8, 1912 Primeiro voo de um brasileiro no Brasil – Eduardo Pacheco Chaves30 (início) , 1922

Primeira travessia do Atlântico Sul – Gago Coutinho e Sacadura Cabral (Pt). Aeronave Fairey F III-D MkII (Lusitânia)

Abril10 Dia da Engenharia (Brasil)12, 196112, 1981

Primeiro voo espacial – Yuri Gagarin (Russia)Primeiro lançamento do ônibus espacial (Columbia)

19, 1709 Patente do balão para Bartolomeu de Gusmão22 Dia da Aviação de CaçaMaio14, 1952 Primeira apresentação da Esquadrilha da Fumaça15, 1984 Primeiro voo do caça Ítalo-Brasileiro AMXJunho2, 1999 Primeiro voo da aeronave ALX Super Tucano16, 2002 Primeiro voo da aeronave Embraer -190Julho6, 1914 Primeiro voo Rio-São Paulo sem escalas - Eduardo Pacheco Chaves16, 1969 Lançamento do foguete Saturno V, missão Apollo 1118, 2004 Primeiro voo da Equipe Céu Azul de Aerodesign – “Águia prateada”20, 1873 Dia do Nascimento de Alberto Santos Dumont20, 1969 Neil Armstrong é o primeiro homem a caminhar sobre a lua. Apollo 1126, 2007 Primeiro voo da aeronave Phenom 100 Embraer29, 1958 Fundação da NASAAgosto14, 2009 Primeiro voo – UFSC-AFW19, 1969 Fundação da EMBRAERSetembro23, 1913 Primeira travessia do Mediterrâneo – Roland Garros (França-Tunísia)Outubro12, 1954 Fundação da NEIVA18, 1976 Inauguração do Museu Aeroespacial – Campo dos Afonsos, RJ22, 1968 Primeiro voo do Embraer – 110 Bandeirante23, 1906 Dia do Aviador - Primeiro vôo do 14-bis28 Dia da Engenharia AeronáuticaNovembro12, 1906 Primeiro voo homologado (FAI) – 14 Bis - Santos Dumont15, 1988 Lançamento do ônibus espacial soviético Buran17, 1907 Primeiro voo do Demoiselle - Santos DumontDezembro18, 1960 Fundação da UFSC e do Departamento de Engenharia Mecânica - EMC

UFSC


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4. BIBLIOGRAFIA

ROSA E. (2005). Introdução ao Projeto Aeronáutico. 1.ed. Universidade federal de Santa Catarina - UFSC. Florianópolis, SC

ABBOTT I. H., DOENHOFF A. E, VON. (1958). Theory of wing sections. Dover.ANDERSON, J. D. (2007). Fundamentals of Aerodynamics . 4.ed. McGraw-Hill Higher Education.AKIRA AZUMA (2006). The Biokinetics of Flying and Swimming. 2.ed. AIAA.BABISTER A. W. (1961). Aircraft Stability and Control. University of Glasgow.BARROS C.P. Uma Metodologia Para o Desenvolvimento de Projeto de Aeronaves Leves Subsônicas. (Tese).

UFMG. Belo Horizonte, MG. 2001.BAUCHAU, O.A. (2002). Aerospace Structural Analysis. [apostila]. Georgia Institute of Technology.ETKIN B. (1959). Dynamics of Flight; Stability and Control. University of Toronto. Ed. John Wiley & Sons.ISCOLD, Paulo H. A., Introdução às Cargas nas Aeronaves, Curso PEE da EMBRAER.

http://www.demec.ufmg.br/Cea/Bibliografia/cargasnasaeronaves.pdf [34MB]JANE'S All the World's Aircraft 2004-2005KROO, ILAN. (2001). Aircraft Aerodynamics and Design Group. http://aero.stanford.edu (15 Abril, 2009).LOMAX, Torenbeek (1996). Structural loads analysis for commercial transport aircraft: Theory and practice,

AIAA educational series, Washington DC.LOTT Mario (1989). Resenha de Cálculo de Peso e Centragem, Cargas e Estruturas Aeronave Acrobática

Leve, 1989.MEGSON T.H.G. (2007). Aircraft Structures for Engineering Students. 4ed. Elsevier.NICOLAI L. (1984). Fundamentals of Aircraft Design. Dayton. Ohio. USA.RAYMER, D. (1992). Aircraft Design a Conceptual Approach. AIAA. http://www.aircraftdesign.comSELIG, M; DONOVAN; FRASIER. Airfoils At Low Speeds. http://www.ae.uiuc.edu/m-selig/ads.htmlSTINTON, Darrol. (2001). The Design of the Airplane. AIAA.TORENBEEK, E. (1976). Synthesis of Subsonic Airplane Design, Ed. Nijgh-Wolters-Noordhoff, Rotterdam,

Holanda.YANNE B. (2004). Attack of the Drones - A History of Unmanned Aerial Combat. Zenith Press.

Tabela de Materiais:

1- AIAA – American Institute of Aeronautics and Astronautics. Aerospace Design Engineers Guide. 5ª ed. Virginia, USA: AIAA, 2003.2 - CALLISTER, William D. Jr. Materials Science and Engineering an Introduction. 4ª ed. Salt Lake City, Utah, USA: John Wiley & Sons, Inc., 19973 - PACHECO, Alexandre. Propriedades Mecânicas da Madeira Balsa. Porto Alegre: UFRGS, 2006. Disponível: http://www.ppgec.ufrgs.br/alex/balsa/ [capturado em 22 out. 2007].4 – IBAMA. Banco de Dados de Madeiras Brasileiras. [on-line]. Disponível em: http://www.ibama.gov.br/lpf/madeira/introducao.htm [capturado em 04 de novembro de 2007].5 - MORESCHI, João Carlos. Propriedades Tecnológicas da Madeira. [Apostila]. Curitiba: UFPR, Departamento de Engenharia e Tecnologia Florestal, 2005.

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