Fundamentos da Engenharia Aeronáutica com Aplicações ao

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  • Luiz Eduardo Miranda Jos RodriguesLuiz Eduardo Miranda Jos RodriguesLuiz Eduardo Miranda Jos RodriguesLuiz Eduardo Miranda Jos Rodrigues

    Fundamentos da Engenharia Aeronutica Fundamentos da Engenharia Aeronutica Fundamentos da Engenharia Aeronutica Fundamentos da Engenharia Aeronutica com Aplicaes ao Projeto SAEcom Aplicaes ao Projeto SAEcom Aplicaes ao Projeto SAEcom Aplicaes ao Projeto SAE----AeroDesign: AeroDesign: AeroDesign: AeroDesign:

    Aerodinmica e DesempenhoAerodinmica e DesempenhoAerodinmica e DesempenhoAerodinmica e Desempenho

    Salto/SP Edio do Autor

    2014

    1 Edio

  • Fundamentos da Engenharia Aeronutica com Aplicaes ao Projeto SAE-AeroDesign: Aerodinmica e Desempenho Luiz Eduardo Miranda Jos Rodrigues

    2LUIZ EDUARDO MIRANDA JOS RODRIGUES

    FUNDAMENTOS DA ENGENHARIA AERONUTICA COM APLICAES AO PROJETO SAE-AERODESIGN:

    AERODINMICA E DESEMPENHO

    1 edio

    Salto

    Edio do Autor 2014

  • Fundamentos da Engenharia Aeronutica com Aplicaes ao Projeto SAE-AeroDesign: Aerodinmica e Desempenho Luiz Eduardo Miranda Jos Rodrigues

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    1 edio 2014

    @ Copyright Luiz Eduardo Miranda Jos Rodrigues

    Brasil. Catalogao na fonte.

    www.engbrasil.eng.br, Salto/SP

    RODRIGUES, Luiz Eduardo Miranda Jos, 1973 - Fundamentos da Engenharia Aeronutica com Aplicaes ao Projeto SAE-AeroDesign:

    Aerodinmica e Desempenho / Luiz Eduardo Miranda Jos Rodrigues Salto/SP: www.engbrasil.eng.br, 2014.

    320p.

    ISBN: 978-85-918113-0-4

    1. Engenharia aeronutica. Aerodinmica. Desempenho de avies. Aerodesign.

    918113 CDD-629.1300981

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    Ao Estudante Que a presente obra represente um estmulo a todos os estudantes que admiram a engenharia aeronutica e buscam o entendimento dessa cincia que desperta o interesse e a curiosidade das pessoas e sirva como referncia bsica para o desenvolvimento e projeto de aeronaves destinadas a participar da competio SAE-AeroDesign.

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    Nota do Autor O Livro Fundamentos da Engenharia Aeronutica com Aplicaes ao projeto SAE-Aerodesign foi idealizado para servir de material de apoio para o desenvolvimento de novos projetos destinados a participar da competio SAE-AeroDesign. O livro de aerodinmica e desempenho est dividido em quatro captulos didaticamente organizados como forma de propiciar ao estudante uma seqncia lgica dos tpicos apresentados e tem como objetivo fundamental incentivar a pesquisa e o desenvolvimento da engenharia aeronutica brasileira. No Captulo 1 tem-se uma introduo aos principais componentes de um avio e tambm so apresentadas as principais configuraes, bem como as superfcies de comando e os procedimentos necessrios para a realizao das manobras de voo. O Captulo 2 apresenta muitos conceitos importantes para um correto projeto aerodinmico da aeronave, neste captulo so apresentados os fundamentos sobre o projeto e seleo de perfis aerodinmicos, asas de dimenses finitas, distribuio de sustentao ao longo da envergadura da asa, dimensionamento aerodinmico da empenagen e determinao da polar de arrasto de uma aeronave completa. O Captulo 3 dedicado ao estudo do grupo moto-propulsor, sendo apresentado em detalhes os motores sugeridos pelo regulamento da competio AeroDesign, bem como so apresentadas as principais configuraes de montagem do motor na fuselagem. Neste captulo tambm dedicado um tpico para o estudo de hlices, onde apresentada uma teoria bsica e utilizada uma formulao matemtica para um modelo propulsivo que permite estimar de forma aproximada quais sero os valores da trao disponvel em funo da velocidade de voo para as hlices mais usuais utilizadas no AeroDesign, o captulo tambm apresenta as curvas de eficincia dessas hlices e deixa algumas sugestes para a realizao de ensaios estticos e dinmicos que proporcionem uma escolha adequada para a melhor hlice a ser utilizada no projeto. O Captulo 4 mostra em detalhes como realizar uma completa anlise de desempenho da aeronave com a apresentao de tpicos como a determinao das curvas de trao e potncia disponvel e requerida, a influncia da altitude nessas curvas, o desempenho de subida e planeio da aeronave, anlise das caractersticas de decolagem e pouso, o traado do diagrama v-n, a determinao do raio de curvatura mnimo, o traado do envelope de voo da aeronave com o clculo do respectivo teto absoluto de voo, o clculo do tempo estimado para a aeronave completar a misso, alm de ter um destaque especial para a determinao e o traado do grfico de carga til em funo da altitude densidade. A idia em apresentar um curso terico sobre o projeto de aeronaves para o AeroDesign basicamente se fundamentou na confeco e divulgao de um material didtico em portugus, uma vez que a imensa maioria da bibliografia encontrada est em ingls. O material apresentado est longe de ser uma referncia nica para a elaborao dos projetos, pois muito material de melhor qualidade pode ser encontrado na literatura aeronutica. O Livro Fundamentos da Engenharia Aeronutica com Aplicaes ao projeto SAE-Aerodesign vem como mais uma alternativa de estudos e pode sim servir como uma referncia importante para as equipes e alunos iniciantes no projeto. Como professor, acredito que a divulgao desse material possa servir como uma contribuio para o crescimento de nosso pas e gerar um pouco mais de conhecimento na rea da engenharia aeronutica, pois um pas alcana maturidade e crescimento atravs da educao, e de nada adianta termos um conhecimento se o mesmo estiver guardado em uma gaveta. Portanto, esse material de livre divulgao e espero que as equipes faam bom uso de seu contedo, pois essa uma pequena contribuio para o AeroDesign Brasil, e para os amigos da comisso organizadora que fazem a competio acontecer anualmente com uma qualidade cada vez maior. Para todos os alunos orientados por mim desde 2005 fica o meu agradecimento pela obteno de tantos resultados positivos e que permitiram a elaborao desse livro.

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    "Os pssaros devem experimentar a mesma sensao, quando distendem suas longas asas e seu voo

    fecha o cu... Ningum, antes de mim, fizera igual." Alberto Santos Dumont

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    SUMRIO

    Captulo 1- Conceitos Fundamentais.............................................................................................. 10

    1.1 Introduo ............................................................................................................................... 10

    1.2 Contedos Abordados .............................................................................................................. 12

    1.3 Definies e Componentes Principais de um Avio ................................................................. 13

    1.3.1 Fuselagem ......................................................................................................................... 14

    1.3.2 Asas .................................................................................................................................. 14

    1.3.3 Empenagem ...................................................................................................................... 16

    1.3.4 Trem de Pouso .................................................................................................................. 17

    1.3.5 Grupo moto-propulsor ....................................................................................................... 18

    1.4 Sistemas de Coordenadas Usado na Indstria Aeronutica ....................................................... 18

    1.5 Superfcies de Controle ............................................................................................................ 19

    1.6 Aplicao dos Conceitos Fundamentais em uma Aeronave Destinada a Participar da

    Competio SAE-AeroDesign ....................................................................................................... 22

    Captulo 2 Fundamentos de Aerodinmica .................................................................................. 25

    2.1 Definio de Aerodinmica...................................................................................................... 25

    2.2 A Fsica da Fora de Sustentao ............................................................................................. 25

    2.3 Nmero de Reynolds ............................................................................................................... 28

    2.4 Teoria do Perfil Aerodinmico ................................................................................................. 29

    2.4.1 Seleo e Desempenho de um Perfil Aerodinmico ........................................................... 30

    2.4.2 Foras Aerodinmicas e Momentos em Perfis ................................................................... 35

    2.4.3 Centro de Presso e Centro Aerodinmico do Perfil .......................................................... 38

    2.4.4 Perfis de Alta Sustentao ......................................................................