4.6.1 Forças em turnos #

Se uma aeronave fosse vista em um vôo direto da frente [Figure 4-28], e se as forças que atuam na aeronave

Podiam ser vistos, o levantamento e o peso seriam aparentes: duas forças. Se a aeronave estivesse em um banco, seria evidente que o elevador não agia diretamente oposto ao peso, mas agora atua na direção do banco. Uma verdade básica sobre as curvas: quando o banco de aeronaves, o elevador age para dentro em direção ao centro da curva, bem como para cima.

A primeira lei do movimento de Newton, a lei da inércia, afirma que um objeto em repouso ou que se move em linha reta permanece em repouso ou continua a se mover em linha reta até agir por alguma outra força. Uma aeronave, como qualquer objeto em movimento, requer uma força lateral para fazê-la girar. Em uma curva normal, essa força é fornecida pela banca da aeronave para que o elevador seja exercido para dentro e para cima. A força de sustentação durante uma curva é separada em dois componentes em ângulos retos entre si. Um componente, que atua verticalmente e oposto ao peso (gravidade), é chamado de “componente vertical do levantamento”. O outro, que atua horizontalmente em direção ao centro da curva, é chamado de “componente horizontal do elevador”, ou força centrípeta. O componente horizontal do elevador é a força que puxa a aeronave de uma rota de voo reta para fazê-la girar. A força centrífuga é a “reação igual e oposta” da aeronave à mudança de direção e age igual e oposta à componente horizontal do levantamento. Isso explica por que, em uma curva executada corretamente, a força que gira a aeronave não é fornecida pelo leme. O leme é usado para corrigir qualquer desvio entre a trilha reta do nariz e a cauda da aeronave. Uma boa volta é aquela em que o nariz e a cauda da trilha da aeronave ao longo do mesmo caminho. Se nenhum leme for usado em uma curva, o nariz da aeronave guina para fora da curva. O leme é usado para colocar o nariz de volta em linha com o vento relativo.

Uma aeronave não é dirigida como um barco ou um automóvel. Para que uma aeronave gire, ela deve ser depositada. Se não estiver inclinado, não há força disponível para fazer com que ele se desvie de uma rota de vôo direta. Por outro lado, quando uma aeronave é inclinada, ela gira, desde que não esteja escorregando para o interior da curva.

Um bom controle direcional é baseado no fato de que a aeronave tenta virar sempre que está inclinada. Os pilotos devem manter esse fato em mente ao tentar manter a aeronave em um vôo direto e nivelado.

A meramente o banco da aeronave em uma curva não produz nenhuma mudança na quantidade total de sustentação desenvolvida. Como o elevador durante o banco é dividido em componentes verticais e horizontais, a quantidade de elevação se opondo à gravidade e o peso do avião é reduzida. Consequentemente, a aeronave perde altitude, a menos que seja criado um levantamento adicional. Isso é feito aumentando o AOA até que a componente vertical do elevador seja novamente igual ao peso. Uma vez que o componente vertical do levantamento diminui à medida que o ângulo da margem aumenta, o AOA deve ser aumentado progressivamente para produzir sustentação vertical suficiente para suportar o peso das aeronaves. Um fato importante para os pilotos lembrarem ao fazer curvas de altitude constante é que a componente vertical do elevador deve ser igual ao peso para manter a altitude.

A uma determinada velocidade, a taxa na qual uma aeronave gira depende da magnitude da componente horizontal do elevador. Verifica-se que o componente horizontal do elevador é proporcional ao ângulo de banco, ou seja, aumenta ou diminui respectivamente à medida que o ângulo do banco aumenta ou diminui. À medida que o ângulo de banco aumenta, o componente horizontal da sustentação aumenta, aumentando assim a podridão. Consequentemente, a qualquer velocidade do ar, a podridão pode ser controlada ajustando o ângulo do banco.

Para fornecer um componente vertical de sustentação suficiente para manter a altitude em uma curva de nível, é necessário um aumento no AOA. Como o arrasto do aerofólio é diretamente proporcional ao seu AOA, o arrasto induzido aumenta à medida que o levantamento aumenta. Isso, por sua vez, causa uma perda de velocidade no ar em proporção ao ângulo de banco. Um pequeno ângulo de banco resulta em uma pequena redução na velocidade do ar, enquanto um grande ângulo de banco resulta em uma grande redução na velocidade do ar. Empuxo adicional (Potência) deve ser

Aplicado para evitar uma redução na velocidade do ar nas voltas de nível. A quantidade exigida de impulso adicional é proporcional ao ângulo de banco.

Para compensar a elevação adicional, o que resultaria se a velocidade do ar fosse aumentada durante uma curva, o AOA deve ser reduzido ou o ângulo de margem aumentado, se uma altitude constante for mantida. Se o ângulo do banco for mantido constante e o AOA diminuiu, a podridão diminui. Para manter uma podridão constante à medida que a velocidade do ar aumenta, o AOA deve permanecer constante e o ângulo de banco aumentado.

Um aumento na velocidade do ar resulta em um aumento do raio da curva, e a força centrífuga é diretamente proporcional ao raio da curva. Em uma curva executada corretamente, a componente horizontal do levantamento deve ser exatamente igual e oposta à força centrífuga. À medida que a velocidade do ar aumenta em uma curva de nível constante, o raio da volta aumenta. Esse aumento no raio de turno causa um aumento na força centrífuga, que deve ser equilibrada por um aumento na componente horizontal do levantamento, que só pode ser aumentado aumentando o ângulo de margem.

Em uma curva escorregadia, a aeronave não está girando na taxa apropriada para o banco que está sendo usado, pois a aeronave está girando em direção ao lado de fora da rota de giro. A aeronave está inclinada demais para a podridão, então o componente de elevação horizontal é maior que a força centrífuga. [Figure 4-29] O equilíbrio entre o componente de elevação horizontal e a força centrífuga é restabelecido pela diminuição da margem, aumentando a podridão ou uma combinação das duas mudanças.

Uma curva de derrapagem resulta de um excesso de força centrífuga sobre o componente de elevação horizontal, puxando a aeronave para fora da curva. A podridão é grande demais para o ângulo do banco. A correção de uma curva de derrapagem envolve uma redução na podridão, um aumento no banco ou uma combinação das duas mudanças.

Para manter uma determinada podridão, o ângulo de banco deve variar com a velocidade do ar. Isso se torna particularmente importante em aeronaves de alta velocidade. Por exemplo, a 400 milhas por hora (mph), uma aeronave deve ser inclinada a aproximadamente 44° para executar uma curva de taxa padrão (3° por segundo). Nesse ângulo de banco, apenas cerca de 79% do levantamento da aeronave compreende a componente vertical do elevador. Isso causa uma perda de altitude, a menos que o AOA seja aumentado suficientemente para compensar a perda de sustentação vertical.

4.6.2 Forças em subidas #

Para todos os efeitos práticos, o levantamento das asas em uma subida normal de estado estacionário é o mesmo que em um vôo de nível constante na mesma velocidade do ar. Embora a trajetória de vôo da aeronave tenha mudado quando a subida foi estabelecida, o AOA da asa em relação à rota de vôo inclinada reverte para praticamente os mesmos valores, assim como o elevador. Há uma mudança momentânea inicial, conforme mostrado na Figura 4-30. Durante a transição de um voo direto para uma subida, uma mudança na sustentação ocorre quando a pressão do elevador traseiro é aplicada pela primeira vez. Elevar o nariz da aeronave aumenta o AOA e, momentaneamente, aumenta a sustentação. O levantamento neste momento agora é maior que o peso e inicia a escalada da aeronave. Após a estabilização do caminho de vôo na inclinação ascendente, o AOA e o Lift voltam a voltar para os valores de vôo nivelados.

Se a subida for inserida sem alteração na configuração de potência, a velocidade do ar diminui gradualmente porque o impulso necessário para manter uma determinada velocidade no vôo nivelado é insuficiente para manter a mesma velocidade no ar em uma subida. Quando o caminho de vôo é inclinado para cima, um componente do peso da aeronave atua na mesma direção e paralelamente ao arrasto total da aeronave, aumentando assim o arrasto total efetivo. Consequentemente, o arrasto total é maior que a potência e a velocidade diminui. A redução da velocidade do ar gradualmente resulta em uma diminuição correspondente no arrasto até que o arrasto total (incluindo o componente de peso agindo na mesma direção) seja igual ao empuxo. [Figure 4-31] Devido ao momento, a mudança na velocidade do ar é gradual, variando consideravelmente com as diferenças no tamanho da aeronave, peso, arrasto total e outros fatores. Consequentemente, o arrasto total é maior que o empuxo e a velocidade diminui.

Geralmente, as forças de empuxo, arrasto, levantamento e peso voltam a se equilibrar quando a velocidade do ar se estabiliza, mas em um valor menor do que em um vôo direto e nivelado na mesma configuração de energia. Como o peso das aeronaves está agindo não apenas para baixo, mas para trás com arrasto durante uma subida, é necessária uma potência adicional para manter a mesma velocidade do ar em um vôo nivelado. A quantidade de potência depende do ângulo de subida. Quando a subida é estabelecida o suficiente para que não haja energia suficiente disponível, resulta uma velocidade mais lenta.

O impulso necessário para uma subida estabilizada é igual a arrasto mais uma porcentagem do peso, dependendo do ângulo de subida. Por exemplo, uma subida de 10° exigiria o impulso para igualar arrasto mais 17% do peso. Subir em linha reta exigiria o impulso para igualar todo o peso e arrasto. Portanto, o ângulo de subida para o desempenho da subida depende da quantidade de excesso de energia disponível para superar uma parte do peso. Observe que as aeronaves são capazes de sustentar uma subida devido ao excesso de impulso. Quando o excesso de impulso desaparece, a aeronave não consegue mais subir. Neste ponto, a aeronave atingiu seu “teto absoluto”.

4.6.3 Forças em descidas #

Como nas subidas, as forças que atuam na aeronave passam por mudanças definitivas quando uma descida é inserida em um vôo direto e de nível. Para o exemplo a seguir, a aeronave está descendo com a mesma potência usada em vôos diretos e nivelados.

À medida que a pressão para frente é aplicada ao garfo de controle para iniciar a descida, o AOA diminui momentaneamente. Inicialmente, o momento da aeronave faz com que a aeronave continue brevemente na mesma trajetória de voo. Neste instante, o AOA diminui, fazendo com que o levantamento total diminua. Com o peso agora maior que o levantamento, a aeronave começa a descer. Ao mesmo tempo, a rota de vôo vai de nível para um trajeto descendente. Não confunda uma redução na sustentação com a incapacidade de gerar sustentação suficiente para manter o vôo nivelado. A rota de voo está sendo manipulada com o impulso disponível na reserva e com o elevador.

Para descer com a mesma velocidade do ar usada em vôos diretos e nivelados, a potência deve ser reduzida à medida que a descida for inserida. O componente do peso que atua para frente ao longo da trajetória de vôo aumenta à medida que o ângulo de descendência aumenta e, inversamente, diminui à medida que o ângulo de descida diminui. O componente do peso que atua para frente ao longo da trajetória de vôo aumenta à medida que o ângulo de descendência aumenta e, inversamente, diminui à medida que o ângulo de descida diminui.