Aviões: Componentes Principais (Fuselagem, Asas, Empenagem, Trem de Pouso, O Powerplant)

Embora os aviões sejam projetados para uma variedade de propósitos, a maioria deles possui os mesmos componentes principais. As características gerais são amplamente determinadas pelos objetivos do projeto original. A maioria das estruturas de aviões inclui uma fuselagem, asas, uma empenagem, trem de pouso e um motor. 

Fuselagem

A fuselagem é o corpo central de um avião e é projetada para acomodar a tripulação, passageiros e carga. Também fornece a conexão estrutural para a montagem das asas e cauda. Tipos mais antigos de projeto de aeronaves utilizavam uma estrutura de treliça aberta construída de tubos de madeira, aço ou alumínio. Os tipos mais populares de estruturas de fuselagem usadas nas aeronaves de hoje são o monocoque (francês para “concha única”) e o semimonocoque. 

Asas

As asas são aerofólios fixados em cada lado da fuselagem e são as principais superfícies de sustentação que sustentam o avião em voo. Existem vários designs, tamanhos e formas de asas usados ​​pelos vários fabricantes. Cada um atende a uma determinada necessidade em relação ao desempenho esperado para o avião em particular.

As asas podem ser fixadas na parte superior, central ou inferior da fuselagem. Esses projetos são chamados de asa alta, média e baixa, respectivamente. O número de asas também pode variar. Aviões com um único conjunto de asas são chamados de monoplanos, enquanto aqueles com dois conjuntos são chamados de biplanos. 

Muitos aviões de asa alta têm suportes externos, ou suportes de asa que transmitem as cargas de voo e pouso através dos suportes para a estrutura principal da fuselagem. Como os suportes da asa geralmente são fixados aproximadamente na metade da asa, esse tipo de estrutura da asa é chamado de semi-cantilever. Alguns aviões de asa alta e a maioria de asa baixa têm uma asa cantilever completa projetada para transportar as cargas sem suportes externos.

As principais partes estruturais da asa são longarinas, nervuras e longarinas. Estes são reforçados por treliças, vigas em I, tubos ou outros dispositivos, incluindo a pele. As nervuras da asa determinam a forma e a espessura da asa (aerofólio). Na maioria dos aviões modernos, os tanques de combustível são parte integrante da estrutura da asa ou consistem em recipientes flexíveis montados dentro da asa.  

Anexados à parte traseira, ou bordas de fuga, das asas estão dois tipos de superfícies de controle chamadas de ailerons e flaps. Os ailerons se estendem do ponto médio de cada asa para fora em direção à ponta e se movem em direções opostas para criar forças aerodinâmicas que fazem o avião rolar. Os flaps se estendem para fora da fuselagem até perto do ponto médio de cada asa. Os flaps são normalmente alinhados com a superfície da asa durante o vôo de cruzeiro. Quando estendidos, os flaps se movem simultaneamente para baixo para aumentar a força de sustentação da asa para decolagens e pousos.

Tipos alternativos de asas

Tipos alternativos de asas são frequentemente encontrados em aeronaves. A forma e o design de uma asa dependem do tipo de operação para a qual a aeronave se destina e são adaptadas a tipos específicos de voo. Essas variações de projeto são discutidas no Capítulo 5, Aerodinâmica de Voo, que fornece informações sobre o efeito que os controles têm nas superfícies de elevação de asas tradicionais para asas que usam tanto flexão (devido à ondulação) quanto deslocamento (através da mudança do CG da aeronave). Por exemplo, a asa da aeronave de controle de mudança de peso é altamente varrida em um esforço para reduzir o arrasto e permitir a mudança de peso para fornecer um vôo controlado.

empenagem

A empenagem inclui todo o grupo de cauda e consiste em superfícies fixas, como o estabilizador vertical e o estabilizador horizontal. As superfícies móveis incluem o leme, o profundor e um ou mais compensadores.

O leme é fixado na parte de trás do estabilizador vertical. Durante o vôo, é usado para mover o nariz do avião para a esquerda e para a direita. O profundor, que está preso à parte traseira do estabilizador horizontal, é usado para mover o nariz do avião para cima e para baixo durante o voo. As guias de compensação são pequenas porções móveis da borda de fuga da superfície de controle. Essas abas de compensação móveis, que são controladas a partir da cabine de comando, reduzem as pressões de controle. As abas de compensação podem ser instaladas nos ailerons, no leme e/ou no profundor.

Um segundo tipo de projeto de empenagem não requer um elevador. Em vez disso, ele incorpora um estabilizador horizontal de peça única que gira a partir de um ponto de articulação central. Este tipo de design é chamado de estabilizador e é movido usando a roda de controle, assim como o elevador é movido. Por exemplo, quando um piloto puxa a roda de controle para trás, o estabilizador gira para que a borda de fuga se mova para cima. Isso aumenta a carga aerodinâmica da cauda e faz com que o nariz do avião se mova para cima. Os estabilizadores têm uma aba anti-servo que se estende por sua borda de fuga.

A aba anti-servo se move na mesma direção que a borda de fuga do estabilizador e ajuda a tornar o estabilizador menos sensível. A aba anti-servo também funciona como uma aba de compensação para aliviar as pressões de controle e ajuda a manter o estabilizador na posição desejada. 

Trem de pouso 

O trem de pouso é o principal suporte do avião quando estacionado, taxiando, decolando ou pousando. O tipo mais comum de trem de pouso consiste em rodas, mas os aviões também podem ser equipados com flutuadores para operações aquáticas ou esquis para pouso na neve.

O trem de pouso com rodas consiste em três rodas - duas rodas principais e uma terceira roda posicionada na frente ou na traseira do avião. O trem de pouso com uma roda montada na traseira é chamado de trem de pouso convencional. 

Aviões com trem de pouso convencional às vezes são chamados de aviões de roda traseira. Quando a terceira roda está localizada no nariz, ela é chamada de roda do nariz e o design é chamado de engrenagem de triciclo. Uma roda de nariz ou roda traseira direcionável permite que o avião seja controlado durante todas as operações enquanto estiver no solo. A maioria das aeronaves é dirigida movendo os pedais do leme, seja a roda do nariz ou a roda traseira. Além disso, algumas aeronaves são dirigidas por frenagem diferencial. 

A Usina

O powerplant geralmente inclui o motor e a hélice. A principal função do motor é fornecer energia para girar a hélice. Ele também gera energia elétrica, fornece uma fonte de vácuo para alguns instrumentos de voo e, na maioria dos aviões monomotores, fornece uma fonte de calor para o piloto e passageiros. O motor é coberto por uma carenagem, ou uma nacele, que são ambos os tipos de carcaça coberta. O objetivo da carenagem ou nacele é agilizar o fluxo de ar ao redor do motor e ajudar a resfriar o motor conduzindo o ar ao redor dos cilindros.  

A hélice, montada na frente do motor, traduz a força de rotação do motor em empuxo, uma força de ação para a frente que ajuda a mover o avião pelo ar. Uma hélice é um aerofólio rotativo que produz empuxo através da ação aerodinâmica. Uma área de alta pressão é formada na parte de trás do aerofólio da hélice e a baixa pressão é produzida na face da hélice, semelhante à forma como a sustentação é gerada por um aerofólio usado como superfície de elevação ou asa. Esse diferencial de pressão desenvolve o empuxo da hélice, que por sua vez puxa o avião para frente. Os motores podem ser girados para serem empurradores com a hélice na parte traseira.

Existem dois fatores significativos envolvidos no projeto de uma hélice que afetam sua eficácia. O ângulo de uma pá da hélice, medido em relação ao cubo da hélice, mantém o ângulo de ataque (AOA) (Ver definição no Glossário) relativamente constante ao longo do vão da pá da hélice, reduzindo ou eliminando a possibilidade de estol. A quantidade de sustentação produzida pela hélice está diretamente relacionada ao AOA, que é o ângulo em que o vento relativo encontra a pá. O AOA muda continuamente durante o voo, dependendo da direção da aeronave. 

O passo é definido como a distância que uma hélice percorreria em uma revolução se estivesse girando em um sólido. Esses dois fatores se combinam para permitir uma medição da eficiência da hélice. As hélices geralmente são combinadas com uma combinação específica de aeronave/grupo propulsor para obter a melhor eficiência em uma configuração de potência específica, e elas puxam ou empurram dependendo de como o motor está montado. 

Sub-componentes 

Os subcomponentes de um avião incluem fuselagem, sistema elétrico, controles de voo e freios.

A fuselagem é a estrutura básica de uma aeronave e é projetada para suportar todas as forças aerodinâmicas, bem como as tensões impostas pelo peso do combustível, tripulação e carga útil. 

A função primária de um sistema elétrico de aeronave é gerar, regular e distribuir energia elétrica por toda a aeronave. Existem várias fontes de energia diferentes em aeronaves para alimentar os sistemas elétricos da aeronave. Essas fontes de energia incluem: geradores de corrente alternada (CA) acionados por motor, unidades de energia auxiliares (APUs) e energia externa. O sistema de energia elétrica da aeronave é usado para operar os instrumentos de voo, sistemas essenciais, como antigelo, e serviços de passageiros, como iluminação da cabine. 

Os controles de voo são os dispositivos e sistemas que regem a atitude de uma aeronave e, consequentemente, a trajetória de voo percorrida pela aeronave. No caso de muitos aviões convencionais, os controles de voo primários utilizam superfícies articuladas na borda traseira chamadas elevadores para inclinação, ailerons para rolagem e o leme para guinada. Essas superfícies são operadas pelo piloto na cabine de comando ou por um piloto automático. 

No caso da maioria dos aviões modernos, os freios do avião consistem em várias pastilhas (chamadas pastilhas de pinça) que são hidraulicamente pressionadas uma em direção à outra com um disco giratório (chamado de rotor) entre elas. As pastilhas exercem pressão sobre o rotor que está girando com as rodas. Como resultado do aumento do atrito no rotor, as rodas inerentemente desaceleram e param de girar. Os discos e pastilhas de freio são feitos de aço, como os de um carro, ou de um material de carbono que pesa menos e pode absorver mais energia. Como os freios dos aviões são usados ​​principalmente durante os pousos e devem absorver enormes quantidades de energia, sua vida é medida em pousos e não em milhas.