Aviação: dados de desempenho

Ressalta-se que as informações e dados dos fabricantes fornecidos no AFM/POH não são padronizados. Alguns fornecem os dados em forma de tabela, enquanto outros usam gráficos. Além disso, os dados de desempenho podem ser apresentados com base em condições atmosféricas padrão, altitude de pressão ou altitude de densidade. As informações de desempenho no AFM/POH têm pouco ou nenhum valor, a menos que o usuário reconheça essas variações e faça os ajustes necessários.

Para poder fazer uso prático das capacidades e limitações da aeronave, é essencial entender o significado dos dados operacionais. O piloto deve estar ciente da base dos dados de desempenho, bem como dos significados dos vários termos usados ​​para expressar as capacidades e limitações de desempenho. 

Como as características da atmosfera têm um grande efeito sobre o desempenho, é necessário rever dois fatores dominantes – pressão e temperatura. 

atuação 

Desempenho é um termo usado para descrever a capacidade de uma aeronave de realizar certas coisas que a tornam útil para determinados fins. Por exemplo, a capacidade de uma aeronave de pousar e decolar em uma distância muito curta é um fator importante para o piloto que opera dentro e fora de aeródromos curtos e não melhorados. A capacidade de transportar cargas pesadas, voar em grandes altitudes em altas velocidades e/ou viajar longas distâncias é essencial para o desempenho de aeronaves de linha aérea e executiva.

Os principais fatores mais afetados pelo desempenho são a distância de decolagem e pouso, taxa de subida, teto, carga útil, alcance, velocidade, manobrabilidade, estabilidade e economia de combustível. Alguns desses fatores são muitas vezes diretamente opostos: por exemplo, alta velocidade versus curta distância de pouso, longo alcance versus grande carga útil e alta taxa de subida versus economia de combustível. É a preeminência de um ou mais desses fatores que dita as diferenças entre as aeronaves e explica o alto grau de especialização encontrado nas aeronaves modernas.

Os diversos itens de desempenho da aeronave resultam da combinação das características da aeronave e do motor. As características aerodinâmicas da aeronave geralmente definem os requisitos de potência e empuxo em várias condições de voo, enquanto as características do motor geralmente definem a potência e o empuxo disponíveis em várias condições de voo. A correspondência da configuração aerodinâmica com o motor é realizada pelo fabricante para fornecer o máximo desempenho na condição específica do projeto (por exemplo, alcance, resistência e subida).  

Voo direto e nivelado 

Todos os principais componentes do desempenho de voo envolvem condições de voo em regime permanente e equilíbrio da aeronave. Para que a aeronave permaneça em vôo estável e nivelado, o equilíbrio deve ser obtido por uma sustentação igual ao peso da aeronave e um empuxo do motor igual ao arrasto da aeronave. Assim, o arrasto da aeronave define o empuxo necessário para manter o vôo constante e nivelado. 

Enquanto o arrasto parasita predomina em alta velocidade, o arrasto induzido predomina em baixa velocidade. Por exemplo, se uma aeronave em condição de voo estável a 100 nós é acelerada para 200 nós, o arrasto do parasita se torna quatro vezes maior, mas a potência necessária para superar esse arrasto é oito vezes o valor original. Por outro lado, quando a aeronave é operada em vôo constante e nivelado a uma velocidade duas vezes maior, o arrasto induzido é um quarto do valor original e a potência necessária para superar esse arrasto é apenas metade do valor original.

Quando uma aeronave está em vôo estável e nivelado, a condição de equilíbrio deve prevalecer. A condição de voo não acelerado é alcançada com a aeronave ajustada para sustentação igual ao peso e o motor ajustado para um empuxo igual ao arrasto da aeronave.

A velocidade máxima de voo nivelado para a aeronave é obtida quando a potência ou empuxo necessário é igual à potência ou empuxo máximo disponível do motor. A velocidade de voo de nível mínimo geralmente não é definida pelo empuxo ou requisito de potência, uma vez que as condições de estol ou estabilidade e problemas de controle geralmente predominam.  

Desempenho de escalada 

Se uma aeronave deve se mover, voar e executar, o trabalho deve agir sobre ela. O trabalho envolve força movendo a aeronave. A aeronave adquire energia mecânica quando se move. A energia mecânica vem em duas formas: (1) Energia Cinética (KE), a energia da velocidade; (2) Energia Potencial (PE), a energia armazenada de posição.

O movimento da aeronave (KE) é descrito pela sua velocidade (velocidade do ar). A posição da aeronave (PE) é descrita pela sua altura (altitude). Tanto KE quanto PE são diretamente proporcionais à massa do objeto. KE é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade do objeto (velocidade no ar). PE é diretamente proporcional à altura do objeto (altitude). As fórmulas abaixo resumem essas relações de energia:

KE = × m × v²

m = massa do objeto 

v = velocidade do objeto  

PE = m × g × h

m = massa do objeto 

g = força do campo gravitacional 

h = altura do objeto

Às vezes, usamos os termos “potência” e “impulso” de forma intercambiável ao discutir o desempenho na subida. Isso implica erroneamente que os termos são sinônimos. É importante distinguir esses termos. Impulso é uma força ou pressão exercida sobre um objeto. O empuxo é medido em libras (lb) ou newtons (N). A potência, no entanto, é uma medida da taxa de realização de trabalho ou transferência de energia (KE e PE). A potência é normalmente medida em cavalos de potência (hp) ou quilowatts (kw). Podemos pensar em potência como o movimento (KE e PE) que uma força (impulso) cria quando exercida sobre um objeto durante um período de tempo.

O desempenho de subida positivo ocorre quando uma aeronave ganha PE aumentando a altitude. Dois fatores básicos, ou uma combinação dos dois fatores, contribuem para o desempenho positivo de subida na maioria das aeronaves: 

1. A aeronave sobe (ganha PE) usando excesso de potência acima do necessário para manter o voo nivelado, ou 

2. A aeronave sobe convertendo a velocidade do ar (KE) em altitude (PE).

Como exemplo do fator 1 acima, uma aeronave com um motor capaz de produzir 200 cavalos de potência (em uma determinada altitude) está usando apenas 130 cavalos de potência para manter o voo nivelado naquela altitude. Isso deixa 70 cavalos de potência disponíveis para escalar. O piloto mantém a velocidade constante e aumenta a potência para realizar a subida.

Como exemplo do fator 2, uma aeronave está voando nivelado a 120 nós. O piloto deixa o ajuste de potência do motor constante, mas aplica outras entradas de controle para realizar uma subida. A subida, às vezes chamada de subida de zoom, converte a velocidade do ar (KE) em altitude (PE); a velocidade do ar diminui para algo menos de 120 nós à medida que a altitude aumenta. 

Existem duas razões principais para avaliar o desempenho da subida. Primeiro, as aeronaves devem passar por cima de obstáculos para evitar atingi-los. Em segundo lugar, escalar para altitudes mais altas pode proporcionar melhores condições climáticas, economia de combustível e outros benefícios. O Ângulo Máximo de Subida (AOC), obtido no VX, pode fornecer desempenho de subida para garantir que uma aeronave ultrapasse obstáculos. A Taxa Máxima de Subida (ROC), obtida em VY, fornece desempenho de subida para obter o maior ganho de altitude ao longo do tempo. O ROC máximo pode não ser suficiente para evitar obstáculos em algumas situações, enquanto o AOC máximo pode ser suficiente para evitar os mesmos obstáculos.    

Desempenho de alcance 

A capacidade de uma aeronave de converter a energia do combustível em distância de voo é um dos itens mais importantes do desempenho da aeronave. Nas operações de voo, o problema da operação de alcance eficiente de uma aeronave aparece em duas formas gerais:

1. Para extrair a distância máxima de voo de uma determinada carga de combustível 

2. Para voar uma distância especificada com um gasto mínimo de combustível  

Um elemento comum para cada um desses problemas operacionais é a faixa específica; isto é, milhas náuticas (NM) de distância de vôo versus a quantidade de combustível consumida. O alcance deve ser claramente distinguido do item de resistência. O alcance envolve a consideração da distância de voo, enquanto a resistência envolve a consideração do tempo de voo. Assim, é apropriado definir um termo separado, resistência específica.

resistência específica = horas de voo / libras de combustível

resistência específica = horas de voo/hora / libras de combustível/hora

resistência específica = 1 / fluxo de combustível

O fluxo de combustível pode ser definido em libras ou galões. Se a resistência máxima for desejada, a condição de voo deve fornecer um fluxo mínimo de combustível. Na Figura no ponto A, a velocidade do ar é baixa e o fluxo de combustível é alto. Isso ocorreria durante as operações terrestres ou ao decolar e subir. À medida que a velocidade do ar aumenta, os requisitos de potência diminuem devido a fatores aerodinâmicos e o fluxo de combustível diminui para o ponto B. Este é o ponto de resistência máxima. Além desse ponto, os aumentos na velocidade do ar têm um custo. Os aumentos de velocidade do ar exigem potência adicional e o fluxo de combustível aumenta com potência adicional.

As operações de voo de cruzeiro para alcance máximo devem ser conduzidas de modo que a aeronave obtenha alcance específico máximo durante todo o voo. O intervalo específico pode ser definido pela relação a seguir.

Região de Comando Reverso 

As propriedades aerodinâmicas de uma aeronave geralmente determinam os requisitos de potência em várias condições de voo, enquanto as capacidades do motor geralmente determinam a potência disponível em várias condições de voo. Quando uma aeronave está em vôo estável e nivelado, uma condição de equilíbrio deve prevalecer. Uma condição de vôo não acelerado é alcançada quando a sustentação é igual ao peso, e o motor é ajustado para empuxo igual ao arrasto. A potência necessária para atingir o equilíbrio em vôo de altitude constante em várias velocidades do ar é representada em uma curva de potência necessária. A curva de potência necessária ilustra o fato de que em baixas velocidades próximas ao estol ou velocidade mínima controlável, a configuração de potência necessária para um voo nivelado e estável é bastante alta.

Voar na região de comando normal significa que, mantendo uma altitude constante, uma velocidade mais alta requer uma configuração de potência mais alta e uma velocidade mais baixa requer uma configuração de potência mais baixa. A maioria dos vôos de aeronaves (subida, cruzeiro e manobras) é realizada na região de comando normal. 

Voo na região de comando reverso significa voo em que uma velocidade mais alta requer uma configuração de potência mais baixa e uma velocidade mais baixa requer uma configuração de potência mais alta para manter a altitude. Isso não implica que uma diminuição na potência produz uma velocidade mais baixa. A região de comando reverso é encontrada nas fases de baixa velocidade do vôo. Velocidades de voo abaixo da velocidade para resistência máxima (ponto mais baixo na curva de potência) exigem configurações de potência mais altas com uma diminuição na velocidade do ar. Uma vez que a necessidade de aumentar a potência requerida com a diminuição da velocidade é contrária ao comando normal de voo, o regime de velocidades de voo entre a velocidade para a potência mínima requerida e a velocidade de estol (ou velocidade mínima de controle) é denominada região de inversão. comando. Na região de comando reverso,