Aeronave: Características das Asas

Asas são aerofólios que, quando movidos rapidamente pelo ar, criam sustentação. Eles são construídos em muitas formas e tamanhos. O design da asa pode variar para fornecer certas características de voo desejáveis. O controle em várias velocidades de operação, a quantidade de sustentação gerada, o equilíbrio e a estabilidade mudam conforme a forma da asa é alterada. Tanto a borda dianteira quanto a borda traseira da asa podem ser retas ou curvas, ou uma borda pode ser reta e a outra curva. Uma ou ambas as bordas podem ser afiladas para que a asa seja mais estreita na ponta do que na raiz, onde se junta à fuselagem. A ponta da asa pode ser quadrada, arredondada ou até pontiaguda. A figura mostra uma série de formas típicas de bordos de ataque e de fuga de asas.

As asas de uma aeronave podem ser presas à fuselagem na parte superior, no meio da fuselagem ou na parte inferior. Eles podem se estender perpendicularmente ao plano horizontal da fuselagem ou podem se inclinar levemente para cima ou para baixo. Este ângulo é conhecido como diedro da asa. O ângulo diedro afeta a estabilidade lateral da aeronave. A figura mostra alguns pontos comuns de fixação da asa e ângulo diedro.

Estrutura da Asa 

As asas de uma aeronave são projetadas para levantá-la no ar. Seu projeto específico para qualquer aeronave depende de vários fatores, como tamanho, peso, uso da aeronave, velocidade desejada em voo e pouso e taxa de subida desejada. As asas das aeronaves são designadas esquerda e direita, correspondendo aos lados esquerdo e direito do operador quando sentado na cabine. 

Muitas vezes as asas são de design cantilever completo. Isso significa que eles são construídos de modo que nenhum suporte externo seja necessário. Eles são suportados internamente por membros estruturais auxiliados pelo revestimento da aeronave. Outras asas de aeronaves usam suportes externos ou fios para auxiliar no suporte da asa e no transporte das cargas aerodinâmicas e de pouso. Os cabos e escoras de suporte das asas são geralmente feitos de aço. Muitos suportes e seus acessórios de fixação têm carenagens para reduzir o arrasto. Suportes curtos e quase verticais chamados de escoras de júri são encontrados em escoras que se prendem às asas a uma grande distância da fuselagem. Isso serve para conter o movimento e a oscilação da escora causada pelo ar que flui ao redor da escora em vôo. A figura mostra amostras de asas usando órtese externa, também conhecidas como asas semicantilever. Asas cantilever construídas sem contraventamento externo também são mostradas.

O alumínio é o material mais comum para construir asas, mas elas podem ser de madeira coberta com tecido e, ocasionalmente, uma liga de magnésio foi usada. Além disso, as aeronaves modernas tendem a usar materiais mais leves e fortes em toda a estrutura e na construção das asas. Existem asas feitas inteiramente de fibra de carbono ou outros materiais compostos, bem como asas feitas de uma combinação de materiais para máxima resistência ao desempenho de peso.

As estruturas internas da maioria das asas são compostas por longarinas e longarinas que correm no sentido da envergadura e nervuras e formadores ou anteparas que correm no sentido da corda (borda de ataque a borda de fuga). As longarinas são os principais membros estruturais de uma asa. Eles suportam todas as cargas distribuídas, bem como pesos concentrados, como fuselagem, trem de pouso e motores. A pele, que está presa à estrutura da asa, suporta parte das cargas impostas durante o voo. Também transfere as tensões para as nervuras da asa. As nervuras, por sua vez, transferem as cargas para as longarinas das asas.

Em geral, a construção da asa é baseada em um dos três projetos fundamentais: 1. Monospar 2. Multispar 3. Box beam.

A modificação desses projetos básicos pode ser adotada por vários fabricantes. 

A asa monospar incorpora apenas um membro principal no sentido da envergadura ou longitudinal em sua construção. As nervuras ou anteparas fornecem o contorno ou a forma necessária ao aerofólio. Embora a asa monospar estrita não seja comum, esse tipo de projeto modificado pela adição de longarinas falsas ou teias de cisalhamento leves ao longo do bordo de fuga para suporte de superfícies de controle é usado às vezes. 

A asa multispar incorpora mais de um membro longitudinal principal em sua construção. Para dar o contorno da asa, muitas vezes são incluídas nervuras ou anteparas.

O tipo de viga caixa de construção da asa usa dois membros longitudinais principais com anteparas de conexão para fornecer resistência adicional e dar contorno à asa. Uma folha corrugada pode ser colocada entre as anteparas e o revestimento externo liso para que a asa possa suportar melhor as cargas de tensão e compressão. Em alguns casos, reforços longitudinais pesados ​​são substituídos pela superfície superior da asa e reforços nas chapas corrugadas da superfície inferior. Uma combinação de folhas corrugadas na superfície superior da asa e reforços na superfície inferior às vezes é usada. As aeronaves da categoria de transporte aéreo geralmente utilizam a construção de asas de viga de caixa.

Longarinas de Asa 

As longarinas são os principais membros estruturais da asa. Correspondem aos longões da fuselagem. Eles correm paralelos ao eixo lateral da aeronave, da fuselagem em direção à ponta da asa, e geralmente são presos à fuselagem por encaixes de asa, vigas planas ou uma treliça.

As longarinas podem ser feitas de metal, madeira ou materiais compostos, dependendo dos critérios de projeto de uma aeronave específica. As longarinas de madeira são geralmente feitas de abeto. Eles podem ser geralmente classificados em quatro tipos diferentes por sua configuração de seção transversal. Conforme mostrado na Figura, eles podem ser (A) sólidos, (B) em forma de caixa, (C) parcialmente ocos ou (D) na forma de uma viga I. A laminação de longarinas de madeira maciça é frequentemente usada para aumentar a resistência. A madeira laminada também pode ser encontrada em longarinas em forma de caixa. A longarina na Figura teve material removido para reduzir o peso, mas mantém a resistência de uma longarina retangular. Como pode ser visto, a maioria das longarinas das asas são basicamente retangulares com a dimensão longa da seção transversal orientada para cima e para baixo na asa.

Atualmente, a maioria das aeronaves fabricadas tem longarinas de asa feitas de alumínio extrudado sólido ou extrusões de alumínio rebitadas juntas para formar a longarina. O aumento do uso de compósitos e a combinação de materiais devem tornar os aviadores vigilantes quanto às longarinas das asas feitas de uma variedade de materiais. A figura mostra exemplos de seções transversais de longarina de asa de metal. 

Em uma longarina de viga I, a parte superior e inferior da viga I são chamadas de tampas e a seção vertical é chamada de alma. A longarina inteira pode ser extrudada a partir de uma peça de metal, mas muitas vezes é construída a partir de múltiplas extrusões ou ângulos formados. A teia forma a porção de profundidade principal da longarina e as tiras de tampa (extrusões, ângulos formados ou seções fresadas) são presas a ela. Juntos, esses membros suportam as cargas causadas pela flexão das asas, com as tampas fornecendo uma base para a fixação da pele. Embora as formas das longarinas na Figura sejam típicas, as configurações reais das longarinas das asas assumem muitas formas. Por exemplo, a teia de uma longarina pode ser uma placa ou uma treliça, conforme mostrado na Figura. Poderia ser construído a partir de materiais leves com reforços verticais empregados para resistência.

Também pode não ter reforços, mas pode conter furos flangeados para reduzir o peso, mas manter a resistência. Algumas longarinas de asa de metal e composto mantêm o conceito de viga I, mas usam uma teia de onda senoidal.

Além disso, existe um design web de spar à prova de falhas. À prova de falhas significa que, caso um membro de uma estrutura complexa falhe, alguma outra parte da estrutura assume a carga do membro com falha e permite a operação contínua. Uma longarina com construção à prova de falhas é mostrada na Figura. Esta longarina é feita em duas seções. A seção superior consiste em uma tampa rebitada na placa da alma superior. A seção inferior é uma única extrusão que consiste na tampa inferior e na placa da alma. Essas duas seções são unidas para formar a longarina. Se qualquer seção deste tipo de longarina quebrar, a outra seção ainda poderá carregar a carga. Este é o recurso à prova de falhas.

Como regra, uma asa tem duas longarinas. Uma longarina geralmente está localizada perto da frente da asa e a outra a cerca de dois terços da distância em direção ao bordo de fuga da asa. Independentemente do tipo, a longarina é a parte mais importante da asa. Quando outros membros estruturais da asa são colocados sob carga, a maior parte da tensão resultante é passada para a longarina da asa.

As longarinas falsas são comumente usadas no projeto de asas. Eles são membros longitudinais como longarinas, mas não se estendem por toda a extensão da asa. Muitas vezes, eles são usados ​​como pontos de fixação de dobradiças para superfícies de controle, como uma longarina de aileron.

Costelas de asa 

As nervuras são as travessas estruturais que se combinam com longarinas e longarinas para compor a estrutura da asa. Eles geralmente se estendem do bordo de ataque da asa até a longarina traseira ou até o bordo de fuga da asa. As nervuras dão à asa sua forma curvada e transmitem a carga da pele e longarinas para as longarinas. Costelas semelhantes também são usadas em ailerons, profundores, lemes e estabilizadores.  

As nervuras das asas são geralmente fabricadas em madeira ou metal. Aeronaves com longarinas de madeira podem ter nervuras de madeira ou metal, enquanto a maioria das aeronaves com longarinas de metal tem nervuras de metal. As nervuras de madeira são geralmente fabricadas em abeto. Os três tipos mais comuns de nervuras de madeira são a tela de compensado, a tela de compensado leve e os tipos de treliça. Destes três, o tipo treliça é o mais eficiente por ser forte e leve, mas também é o mais complexo de construir.

A figura mostra nervuras de treliça de madeira e uma nervura de madeira compensada leve. As nervuras de madeira têm uma tampa ou tira de tampa presa ao redor de todo o perímetro da nervura. Geralmente é feito do mesmo material que a própria costela. A tampa da nervura endurece e fortalece a nervura e fornece uma superfície de fixação para a cobertura da asa. Na Figura, a seção transversal de uma nervura de asa com uma teia do tipo treliça é ilustrada. As seções retangulares escuras são as longarinas da asa dianteira e traseira. Observe que para reforçar a treliça, são usados ​​reforços. Na Figura, uma nervura de treliça é mostrada com um reforço contínuo. Proporciona maior suporte em toda a costela com muito pouco peso adicional. Um reforço contínuo endurece a tira da tampa no plano da nervura. Isso ajuda a prevenir a flambagem e ajuda a obter melhores juntas costela/pele onde a colagem de pregos é usada. Essa costela pode resistir à força motriz dos pregos melhor do que os outros tipos. Os reforços contínuos também são mais fáceis de manusear do que os muitos pequenos reforços separados necessários. A figura mostra uma nervura com uma teia de compensado leve. Ele também contém reforços para suportar a interface web/cap strip. A tira de tampa é geralmente laminada na teia, especialmente na borda de ataque.

Uma nervura de asa também pode ser chamada de nervura simples ou nervura principal. As nervuras da asa com localizações ou funções especializadas recebem nomes que refletem sua singularidade. Por exemplo, as nervuras localizadas inteiramente à frente da longarina frontal que são usadas para moldar e fortalecer a borda de ataque da asa são chamadas de nervuras do nariz ou nervuras falsas. As nervuras falsas são nervuras que não abrangem toda a corda da asa, que é a distância do bordo de ataque ao bordo de fuga da asa. As nervuras da extremidade da asa podem ser encontradas na borda interna da asa, onde a asa se conecta à fuselagem. Dependendo de sua localização e método de fixação, uma nervura de topo também pode ser chamada de nervura de anteparo ou nervura de compressão se for projetada para receber cargas de compressão que tendem a forçar as longarinas da asa juntas. 

Como as nervuras são lateralmente fracas, elas são reforçadas em algumas asas por fitas que são tecidas acima e abaixo das seções das nervuras para evitar a flexão lateral das nervuras. Fios de arrasto e anti-arrasto também podem ser encontrados em uma asa. Na Figura, eles são mostrados cruzados entre as longarinas para formar uma treliça para resistir às forças que atuam na asa na direção da corda da asa. Esses fios de tensão também são chamados de tirantes. O fio projetado para resistir às forças para trás é chamado de fio de arrasto; o fio anti-arrasto resiste às forças para a frente na direção da corda. A figura ilustra os componentes estruturais de uma asa de madeira básica. 

Na extremidade interna das longarinas da asa há alguma forma de encaixe da asa, conforme ilustrado na Figura. Estes fornecem um método forte e seguro para prender a asa à fuselagem. A interface entre a asa e a fuselagem é frequentemente coberta com uma carenagem para obter um fluxo de ar suave nesta área. A(s) carenagem(ões) pode(m) ser removida(s) para acesso aos acessórios de fixação da asa.

A ponta da asa geralmente é uma unidade removível, aparafusada na extremidade externa do painel da asa. Uma razão para isso é a vulnerabilidade das pontas das asas a danos, especialmente durante o manuseio no solo e o taxiamento. A figura mostra uma ponta de asa removível para uma asa de aeronave grande. Outros são diferentes. O conjunto da ponta da asa é construído em liga de alumínio. A tampa da ponta da asa é presa à ponta com parafusos escareados e presa à estrutura interspar em quatro pontos com parafusos de 1/4 de polegada de diâmetro. Para evitar a formação de gelo no bordo de ataque das asas de grandes aeronaves, o ar quente de um motor é muitas vezes canalizado através do bordo de ataque da raiz da asa à ponta da asa. Uma grelha na superfície superior da ponta da asa permite que este ar quente seja expelido para o mar. As luzes de posição das asas estão localizadas no centro da ponta e não são visíveis diretamente do cockpit. Como indicação de que a luz da ponta da asa está funcionando, algumas pontas das asas são equipadas com uma haste Lucite para transmitir a luz ao bordo de ataque. 

Pele de Asa 

Muitas vezes, a pele de uma asa é projetada para transportar parte das cargas de voo e de solo em combinação com as longarinas e as costelas. Isso é conhecido como design de pele estressada. A seção de asa cantilever toda em metal ilustrada na Figura mostra a estrutura de um desses projetos. A falta de reforço interno ou externo exige que a pele compartilhe parte da carga. Observe que a pele é endurecida para ajudar nessa função.

O combustível é muitas vezes transportado dentro das asas de uma aeronave de pele estressada. As juntas na asa podem ser seladas com um selante especial resistente a combustível, permitindo que o combustível seja armazenado diretamente dentro da estrutura. Isso é conhecido como design de asa molhada. Alternativamente, uma bexiga ou tanque de combustível pode ser instalado dentro de uma asa. A figura mostra uma seção de asa com um projeto estrutural de viga caixa, como aquele que pode ser encontrado em uma aeronave da categoria transporte. Esta estrutura aumenta a força enquanto reduz o peso. A vedação adequada da estrutura permite que o combustível seja armazenado nas seções de caixa da asa. 

O revestimento da asa de uma aeronave pode ser feito de uma ampla variedade de materiais, como tecido, madeira ou alumínio. Mas uma única folha fina de material nem sempre é empregada. O revestimento de alumínio moído quimicamente pode fornecer revestimento de espessuras variadas. Em aeronaves com design de asa de pele estressada, os painéis de asa estruturados em favo de mel são frequentemente usados ​​como revestimento. Uma estrutura de favo de mel é construída a partir de um material de núcleo semelhante ao favo de mel de uma colmeia de abelhas, que é laminado ou ensanduichado entre finas folhas de pele externa. A figura ilustra os painéis alveolares e seus componentes. Painéis formados assim são leves e muito fortes. Eles têm uma variedade de usos na aeronave, como painéis de piso, anteparas e superfícies de controle, bem como painéis de revestimento de asa. A figura mostra as localizações dos painéis de asa de construção em favo de mel em uma aeronave de transporte a jato. 

Um painel de favo de mel pode ser feito de uma ampla variedade de materiais. Favo de mel de núcleo de alumínio com uma pele externa de alumínio é comum. Mas o favo de mel em que o núcleo é uma fibra Arimid® e as folhas externas são revestidas com Phenolic® também é comum. Na verdade, existe uma infinidade de outras combinações de materiais, como aquelas que usam fibra de vidro, plástico, Nomex®, Kevlar® e fibra de carbono. Cada estrutura de favo de mel possui características únicas dependendo dos materiais, dimensões e técnicas de fabricação empregadas. A figura mostra toda a borda de ataque da asa formada a partir da estrutura em favo de mel.

Alcofas 

As naceles (às vezes chamadas de “pods”) são compartimentos simplificados usados ​​principalmente para abrigar o motor e seus componentes. Geralmente apresentam um perfil redondo ou elíptico ao vento reduzindo assim o arrasto aerodinâmico. Na maioria das aeronaves monomotoras, o motor e a nacele estão na extremidade dianteira da fuselagem. Em aeronaves multimotoras, as naceles dos motores são construídas nas asas ou presas à fuselagem na empenagem (seção da cauda). Ocasionalmente, uma aeronave multimotora é projetada com uma nacele alinhada com a fuselagem traseira do compartimento de passageiros. Independentemente de sua localização, uma nacele contém o motor e acessórios, suportes do motor, membros estruturais, um firewall, e pele e capota no exterior para orientar a nacele ao vento.

Algumas aeronaves têm naceles projetadas para abrigar o trem de pouso quando retraído. Recolher a engrenagem para reduzir a resistência ao vento é um procedimento padrão em aeronaves de alto desempenho/alta velocidade. A roda é a área onde o trem de pouso é fixado e guardado quando retraído. Os poços das rodas podem estar localizados nas asas e/ou fuselagem quando não fazem parte da nacele. A figura mostra uma nacela do motor incorporando o trem de pouso com o poço da roda se estendendo até a raiz da asa.

A estrutura de uma nacela geralmente consiste em membros estruturais semelhantes aos da fuselagem. Membros longitudinais, como longarinas e longarinas, combinam-se com membros horizontais/verticais, como anéis, formadores e anteparas, para dar à nacele sua forma e integridade estrutural. Um firewall é incorporado para isolar o compartimento do motor do resto da aeronave. Esta é basicamente uma antepara de aço inoxidável ou titânio que contém um incêndio nos limites da nacela, em vez de deixá-lo se espalhar por toda a estrutura da aeronave.

Os suportes do motor também são encontrados na nacele. Estes são os conjuntos estruturais aos quais o motor é fixado. Eles são geralmente construídos a partir de tubos de aço cromo/molibdênio em aeronaves leves e conjuntos forjados de cromo/níquel/molibdênio em aeronaves maiores.

O exterior de uma nacele é coberto com uma pele ou equipado com uma carenagem que pode ser aberta para acessar o motor e os componentes internos. Ambos são geralmente feitos de chapa de alumínio ou liga de magnésio com aço inoxidável ou ligas de titânio sendo usadas em áreas de alta temperatura, como ao redor da saída de exaustão. Independentemente do material utilizado, a pele é normalmente fixada à estrutura com rebites.

A carenagem refere-se aos painéis destacáveis ​​que cobrem as áreas nas quais o acesso deve ser obtido regularmente, como o motor e seus acessórios. Ele é projetado para fornecer um fluxo de ar suave sobre a nacele e proteger o motor contra danos. Os painéis de capuz são geralmente feitos de construção de liga de alumínio. No entanto, o aço inoxidável é frequentemente usado como revestimento interno da seção de energia e para as abas da capota e perto das aberturas das abas da capota. Também é usado para dutos de resfriador de óleo. As abas da carenagem são partes móveis da carenagem da nacele que abrem e fecham para regular a temperatura do motor. 

Existem muitos projetos de capô do motor. A figura mostra uma vista explodida das peças da carenagem de um motor horizontalmente oposto em uma aeronave leve. É fixado à nacela por meio de parafusos e/ou fechos de liberação rápida. Alguns motores alternativos grandes são fechados por capotas “casca de laranja” que fornecem excelente acesso aos componentes dentro da nacele. Esses painéis de cobertura são fixados ao firewall dianteiro por suportes que também servem como dobradiças para abrir a cobertura. As montagens da tampa inferior são presas aos suportes das dobradiças por pinos de liberação rápida. Os painéis laterais e superiores são mantidos abertos por hastes e o painel inferior é mantido na posição aberta por uma mola e um cabo. Todos os painéis da capota são travados na posição fechada por travas de aço sobrecentralizadas que são fixadas na posição fechada por travas de segurança com mola.

Um exemplo de nacela de um motor turbojato pode ser visto na Figura. Os painéis da carenagem são uma combinação de painéis fixos e facilmente removíveis que podem ser abertos e fechados durante a manutenção. Um capuz de nariz também é uma característica em uma nacela de motor a jato. Ele guia o ar para dentro do motor.