Os freios aerodinâmicos são controles de vôo de uma aeronave para aumentar o arrasto a fim de reduzir a velocidade , principalmente durante uma descida rápida e após o pouso . Em planadores (e no ônibus espacial ), eles também permitem que você controle o ângulo de abordagem , uma vez que não há acelerador.
Os freios a ar na asa alteram o fluxo de ar em torno dela, afetando a distribuição de sustentação da aeronave:
No automobilismo , esse sistema pode ser encontrado em alguns carros como o Mercedes SLR , o Bugatti Veyron , o McLaren F1 ou mesmo o McLaren MP4-12C .
Esse tipo de frenagem é encontrado principalmente em aviões de caça. O Eurofighter Typhoon , o Super-Étendard ou o F-15 Eagle estão equipados com ele.
Eurofighter Typhoon landing, airbrake liberado
F-15 STOL / MTD (versão experimental produzida pela NASA) visto de cima, freio pneumático liberado
Freios de velocidade de cauda geralmente estão localizados na fuselagem, ao redor do bico para jatos de combate ou ao redor da unidade de força auxiliar para aviões. A posição desses freios de velocidade limita os distúrbios no fluxo de ar ao redor da aeronave. Eles são usados em particular no BAe 146 , no Fokker F70 ou no Blackburn Buccaneer .
No Buccaneer, sua localização possibilitava manter uma rotação elevada do motor, necessária para abastecer o sistema de sopro de flaps presente nas asas da aeronave, o que aumentava a sustentação criada principalmente durante os movimentos em baixa velocidade. Estando a rotação do motor ainda elevada, produziam um impulso significativo, o que não permitia manter uma rotação baixa. Isso explica por que os freios a ar foram colocados no fluxo dos turbojatos: para desviá-lo e reduzir o empuxo produzido.
Freios pneumáticos no cone da cauda de um BAe 146-300 .
Freio a ar de cauda em um Buccaneer .
Eles estão localizados na superfície superior, mas às vezes também sob a superfície inferior da asa. Eles são os mais comuns. Eles geralmente são perfurados para maximizar o arrasto. Em aviões comerciais, geralmente são spoilers , que também fornecem uma função de deformação diferencial.
Os freios a ar na asa alteram o fluxo de ar em torno dela, afetando a distribuição de sustentação da aeronave:
Freios a ar do C-160 Transall
Freios pneumáticos de dupla ação em um Letov LF-107 Luňák
Ele foi empregado do ônibus espacial para o planador. Este sistema de travagem permite uma desaceleração muito repentina devido à grande superfície desdobrada. Era, portanto, usado principalmente para aviões de combate (entre outros Mirage IV , Typhoon F2 ), que deveriam pousar em velocidades particularmente altas em pistas às vezes curtas. Os ônibus espaciais também usaram esse tipo de frenagem ao pousar.
Entre os aviões equipados, podemos citar o Caravelle ou as versões de teste do Concorde . Posteriormente, o surgimento dos reversores e o avanço dos freios nas rodas fizeram com que os pára-quedas de cauda desaparecessem gradativamente, restritivos demais para serem usados.
Frenagem de pára-quedas de um caça Typhoon F2
Frenagem de paraquedas de um Caravelle
Aterragem do vaivém espacial Atlantis
Um planador Schirm H301 com pára-quedas de cauda para pouso
O trem de pouso fornece uma superfície que gera um arrasto significativo. Sua saída, portanto, causa uma perda de velocidade que pode ser aproveitada pelo piloto para ajustar seu ângulo de aproximação.
Um avião voa graças a uma depressão que se forma na superfície superior da asa (ver aerodinâmica ). Esta depressão gera uma força aerodinâmica que pode ser dividida em dois componentes:
Os freios pneumáticos atuam principalmente no arrasto e têm uma ação fraca ou até nula no levantamento.
Um freio a ar é uma placa orientada obliquamente ou perpendicularmente ao fluxo. Isso resulta em um aumento da pressão de um lado da placa, mas não do outro (neste lado, a pressão ainda tende a diminuir, os fios de fluido sendo destacados da parede). Essa pressão se traduz em uma força aerodinâmica no avião, cujo principal componente terá o mesmo significado do arrasto.
Suponha que o avião esteja em equilíbrio, ou seja, sem aceleração. Esta situação corresponde a uma subida ou descida em velocidade constante ou a um vôo nivelado. A aeronave está sujeita a duas forças equilibradas:
Observe o ângulo formado pelo fluxo relativo em relação ao solo.
Sabendo disso , a lei de Newton nos dá uma projeção de acordo com a direção do ar relativo: onde depende apenas da velocidade e do coeficiente de arrasto .
Caso de mudança na taxa de descidaColoquemo-nos na situação em que o piloto deseja modificar sua altitude sem modificar sua velocidade (caso da aproximação). Suponha que o acelerador está totalmente reduzido ( ). A equação de equilíbrio é reescrita:
onde é constante.
Se o piloto aumenta sua razão de descida, ela aumenta . Para permanecer em equilíbrio, o coeficiente de arrasto deve, portanto , aumentar, o que é conseguido pela liberação dos freios a ar.
Caso de mudança de marchaColoquemo-nos na situação em que o piloto deseja reduzir a velocidade de sua aeronave sem modificar sua altitude. Temos então constante, o que torna possível reescrever a equação com uma constante :
.
Se diminuir, o piloto deve estender parcialmente seus freios de velocidade para aumentar e permanecer em equilíbrio. Por outro lado, se ele quiser aumentar sua velocidade, ele deve retraí-los.
O polar Eiffel mostra o rumo de acordo com o arrasto. Quando os freios de velocidade são liberados, o arrasto aumenta drasticamente. A curva, portanto, sofre uma única translação para a direita. Em alguns modelos, este grande aumento no arrasto é acompanhado por uma ligeira diminuição na sustentação.
A suavidade é a inclinação de descida que permite à aeronave cobrir a maior distância em relação ao solo a partir de uma determinada altitude. No pólo Eiffel, é a tangente à curva, de declive crescente, passando pela origem. A finura, portanto, diminui quando os freios a ar são estendidos, pois o polar é transladado para a direita.
Encontramos o fenômeno físico utilizado pelo piloto: ao estender os speedbrakes, o arrasto aumenta, portanto ele percorre menos distância para a mesma altitude com os speedbrakes estendidos. No caso de um planador, este princípio permite que o piloto gerencie sua altitude antes do pouso.
As técnicas utilizadas variam de acordo com o dispositivo, sendo o critério dominante as tensões que a estrutura deverá absorver.
A saída dos speedbrakes aumenta muito o arrasto (multiplicação por 8 a 10 em um planador). Este aumento violento na força é refletido na estrutura por:
Os esforços que a estrutura deve suportar são enquadrados por padrões. Para planadores, o JAR 22 afirma que:
O material usado para os freios de velocidade é geralmente o mesmo que para o resto da estrutura. Deve ser resistente à luz e ao impacto. Encontramos estruturas em favo de mel , metal ...
Existem basicamente dois sistemas de atuadores para freios a ar: sistemas de tubos e ligações para pequenos aviões e planadores, ou sistemas eletro-hidráulicos para jatos de combate e aviões comerciais.
Sistemas de ligaçãoOs freios de velocidade são estendidos ou retraídos pela força muscular do piloto. O joystick na cabine é geralmente uma haste, conectada a uma haste, que transmite o movimento ao longo da fuselagem por cabo ou tubo. Dependendo do tipo de freio pneumático montado na aeronave (pá simples, pá dupla, etc.), o movimento é então transformado na asa para permitir uma saída diretamente ligada à alavanca da cabine.
Sistema eletro-hidráulicoNeste caso, o circuito de controle é elétrico e o circuito de potência, hidráulico. O joystick, na cabine, envia informações ao computador da aeronave. Isso pode ser comparado com vários outros dados, como velocidade, altitude ou velocidade do motor. Em seguida, transmite ao circuito hidráulico a instrução de injetar ou retirar a quantidade de óleo necessária para garantir o correto posicionamento do cilindro de saída, que é conectado por um sistema de biela aos freios pneumáticos.