Wing (aeronáutica)

O aerofólio é a superfície que proporciona a sustentação de um aeródino pela deflexão de uma massa de ar, devido ao seu movimento. No caso de um dispositivo de "asa fixa" ( avião ou planador ), é a asa , ao contrário de um dispositivo de asa rotativa ( helicóptero , giroplano ), onde é um rotor .

Descrição

Histórico

A área de vela necessária para o voo depende do peso e da velocidade e, portanto, da potência dos motores disponíveis. No início da aviação os motores disponíveis eram pesados e não muito potentes, a velocidade baixa; uma grande superfície de apoio foi portanto necessária, o que levou à construção de aeródinos com várias asas sobrepostas conectadas entre si por mastros e coberturas, porque a técnica da época não permitia a construção de asas de alto formato. Dispositivos de múltiplos planos eram, portanto, uma configuração frequente nos primeiros dias da aviação.

Na primeira metade do XX th século foram construídos aviões biplanos (duas asas sobrepostas) ou triplano (três camadas copa). Isso tornou possível obter sustentação adicional sem aumentar muito a envergadura e a massa da asa. Com o aumento da potência do motor, o surgimento de novos métodos de construção e novos materiais, a melhoria dos meios de cálculo e dimensionamento e o desenvolvimento da ciência da resistência dos materiais, ajudou a construção de aviões em para-lamas de metal mais espesso, mas sem blindagens reduza o arrasto e ganhe velocidade.

Desde a Segunda Guerra Mundial , quase todos os aviões têm sido monoplanos : suas asas consistem em duas asas em balanço ou em balanço colocadas em cada lado da fuselagem .

Posição na fuselagem

As asas são diferenciadas de acordo com sua localização na fuselagem:

asas baixas;
medianas;
alta;
guarda-sol, levantado acima da fuselagem.

As asas altas permitem que os motores e hélices sejam elevados para compensar a ingestão de corpos estranhos (ou água no caso de hidroaviões, como no Beriev Be-200 ) ou para facilitar o transporte de cargas volumosas no porão (por exemplo. Transall C-160). Em aviões leves de passageiros, eles fornecem melhor visibilidade para baixo, exceto em curvas (por exemplo, Cessna 152 ).

Terminologia

Longitudinalmente: a borda frontal é chamada de borda de ataque e a borda posterior de borda de fuga .

Transversal: a junção da asa com a fuselagem é chamada de raiz . A junção da borda de ataque com a fuselagem pode ser estendida para a frente por um vértice ( LERX ).

A ponta da asa (ou salmão ) pode ser simplesmente cortada, ou terminar com uma forma especial curvada para cima ou para baixo. Existem também barbatanas marginais ou winglets , simples (para cima) ou duplas (para cima e para baixo). As luzes de navegação são colocadas na ponta da asa: vermelhas à esquerda e verdes à direita.

Estrutura

Cada meia asa é composta por uma (ou mais) longarina fixada à fuselagem no nível da raiz . As nervuras suportam as superfícies superiores ( superior ) e inferiores ( lado inferior ) e transmitem cargas aerodinâmicas às vigas. O velame também pode ser o suporte de vários sistemas de navegação, como luzes de posição (nas extremidades), luzes de pouso ou pilotagem (detector de estol). Outros dispositivos também são fixados nele, por exemplo, hastes finas às vezes terminadas por escovas de fibra de carbono ( dispositivo de perda de potencial ) tornando possível eliminar a carga eletrostática formada pela fricção do ar.

Superfícies móveis

A asa tem superfícies móveis que permitem variar a sustentação e o arrasto:

ripas e venezianas de alta elevação ,
freios a ar (AF) ou spoilers . Os spoilers podem ser usados assimetricamente (em um lado) para controlar o rolamento do corpo.

e superfícies de controle que permitem o controle do avião:

superfícies de controle em roll: ailerons
superfícies de controle de inclinação e rotação nas asas delta : elevadores mais ailerons, separados ou agrupados ( elevons )

Winglet
Aileron de baixa velocidade
Spoiler de alta velocidade
Trilho do obturador
Ponta de ataque tipo Krüger
Ponta de ataque tipo ripa
Persianas interiores tipo Fowler
Persianas externas tipo Fowler
Spoiler ( elevador do triturador e spoiler )
Spoiler ( elevador do triturador e spoiler )

Carregando

A asa também pode ser usada como ponto de fixação para motores , trem de pouso e para transporte de cargas em aeronaves militares . Geralmente contém caixas que servem como tanques de combustível.

Geometria e aerodinâmica das asas

A geometria de uma asa é definida de acordo com vários elementos (ver em aerodinâmica as definições de termos relativos a uma asa de avião):

envergadura , área da asa , alongamento . A superfície da asa (rolamento) inclui não apenas as asas (fora da fuselagem), mas também a parte da fuselagem localizada entre as asas, na extensão do bordo de ataque e do bordo de fuga das asas.
seta : é o ângulo horizontal formado entre a posição do quarto frontal das cordas e o eixo transversal do avião.
diedro : é o ângulo vertical formado entre a posição do quarto frontal das cordas e o eixo transversal do avião.
perfil , corda , espessura .
ângulo de fixação : é o ângulo entre a corda do perfil de raiz e o eixo longitudinal de referência da fuselagem, geralmente horizontal em velocidade de cruzeiro. Em vôo de cruzeiro estabilizado, o ângulo de configuração é igual ao ângulo de ataque .

Elevação e estabilização clássicas (passiva)

Caso de duas superfícies

A estabilidade do passo é geralmente obtida por um posicionamento específico do centro de gravidade e pelo diferencial de levantamento de duas superfícies de apoio distantes uma da outra.

Essas duas superfícies têm tempos diferentes: é o V longitudinal . As superfícies podem ser organizadas de várias maneiras:

layout clássico: asa na frente, estabilizador sem carga na parte traseira (20 a 25% da superfície da asa). O estabilizador tem uma configuração mais baixa do que a da asa principal, é um pouco spoiler durante o cruzeiro. Seu potencial de momento nariz para cima equilibra o momento alto nariz para baixo dos flaps de alta sustentação, que aumentam muito a sustentação da asa.

O efeito de uma diferença de configuração é o seguinte: se uma perturbação aumenta o ângulo de ataque, a sustentação do plano do profundor varia proporcionalmente mais do que a da asa principal. Isso causa um torque cortante que reduzirá a incidência.

Exemplo quantificado:

Impacto da asa principal em vôo estabilizado: 3 ° (ângulo de levantamento zero do perfil - 4 °) Ângulo de ataque em vôo estabilizado do plano de profundidade: 1 ° Aumente a incidência devido ao distúrbio: 1 ° Aumento de sustentação da asa principal: 14% (7 ° + 1 ° em comparação com 7 °) Aumento de elevação do plano de profundidade: 100% (1 ° + 1 ° em comparação com 1 °)

disposição do pato : pequena área na frente, asa na parte traseira. Ambos carregam, a asa dianteira tendo um coeficiente de sustentação mais alto do que a traseira. A elevação não varia da mesma forma com o ângulo de ataque ( inclinação da elevação ).
arranjo tandem , superfícies vizinhas (Sky Pou, Quickie, Dragonfly). Ambos usam, idem pato.
Asa de gaivota , em forma de "M".
Asa em gaivota invertida , em forma de “W”.

Caixa de uma única superfície

As soluções ( asa voadora com ou sem flecha, asa Delta ) são várias:

asa sem flecha, utilização de perfil com dupla curvatura (positivo na parte frontal do perfil e negativo na parte posterior), asa varrida e torção negativa. A ponta da asa (mais para trás e passo mais fraco) atua como uma cauda estabilizadora, asa delta, perfil simétrico ou de baixa curvatura, elevações ligeiramente elevadas (dando um perfil de curvatura dupla)

Na ausência de um estabilizador traseiro, a estabilidade longitudinal, obtida por dispositivos que reduzem a elevação, é baixa e não permite o encaixe de abas que causariam momentos de descida do nariz muito elevados. O coeficiente de sustentação máximo permanece limitado, forçando um aumento na área da asa.

Estabilização assistida (ativa)

Neste caso, a aeronave pode ser centrada mais para trás e aerodinamicamente instável. A estabilização do pitch é assegurada por um computador e atuadores que controlam constantemente os lemes (fly by wire). Como a cauda é menos spoiler, o arrasto devido à estabilização é menor.

Ângulo de lança

As asas retas (perpendiculares à fuselagem), com deflexão zero, são adaptadas às velocidades subsônicas ( <Mach 0,7 )
A flecha das asas tem menos arrasto além de Mach 0,7-0,8 como asas retas.
Asas invertidas , raramente implementadas e favorecendo a manobrabilidade em vez da estabilidade
As asas de geometria variável são capazes de modificar a deflexão em vôo para aproveitar as vantagens oferecidas pelas asas retas e asas delta . Propostos por aerodinamicistas alemães durante a década de 1940 , eles não foram usados até os anos 1970 em aviões como o F-14 Tomcat , F-111 , Tornado , Su-17/20/22 e o MIG-23 . Uma configuração experimental (não continuada) é a da asa oblíqua (plano X, não confundir com o X-Wing ), que pode girar em torno de um ponto de fixação localizado na fuselagem e, portanto, apresentar uma flecha positiva. e negativo do outro. Para explorar esse conceito, a NASA Ames voou um protótipo AD-1 construído por Burt Rutan entre 1979 e 1982.

Formulário de plano

Asas elípticas . As asas com uma distribuição de sustentação elíptica teoricamente têm arrasto induzido mínimo em velocidades subsônicas ( Supermarine Spitfire ). Na prática, a vantagem sobre uma asa trapezoidal não é significativa.
As asas delta ( Mirage III , Concorde ) têm desempenho ideal em velocidades supersônicas (fineza em torno de 7), mas são menos eficientes em velocidades subsônicas (fineza Concorde em subsônico 11.5 em vez de 18 a 20 para um Airbus)
As asas de Rogallo são dois meios cones ocos de tecido, uma das asas mais simples de construir,
As asas em anel têm aerofólios unidos e melhor eficiência aerodinâmica (em tese, sempre) que as asas planas para a mesma razão de exposição (?). Na prática, os planos de carga que se encontram em suas extremidades são ligeiramente deslocados longitudinalmente, o que leva a dificuldades na estabilização do passo, reduzindo o valor da fórmula.

Aplicação da aerodinâmica à asa

Quando este apêndice se move em um fluido, sua forma particular induz tração do intradorso em direção ao extradorso , perpendicular ao plano de sua face. Se esse fluido for ar, ele permite o vôo. Mas quando não está se movendo em um fluido, sua forma induz uma tração da superfície superior em direção à superfície inferior, paralela ao plano de sua face e igual à relação X² / UZ + 3-2QS² ou, mais simplesmente, a o delta de pressão devido à diferença nas velocidades de fluxo entre as duas faces (ver Bernoulli ).