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           CARACTERÍSTICAS DE UM PROJETO DE UM AEROMODELO

                                          SEGUNDA PARTE

                                                                                                                                                Por: Paulo Salvado

 

  

                Coyright 2000 Editora Bruno Sob concessão da Revista Brasil Modelismo

        O presente texto e imagens que acompanham são propriedade autoral da Editora Bruno e somente podem ser copiados ou impressos mediante prévia e expressa autorização da Revista Brasil Modelismo. Penas da Lei.

Infelizmente, não se pode aplicar em aeromodelos os mesmos requisitos dos aviões reais devido ao efeito escala. Uma asa de aeromodelo com 15cm de corda movendo-se à 25 km/h não tem uma sustentação proporcionalmente igual a de um avião real com alguns metros de corda e voando à 400 km/h ou mais. Isto acontece porque um número infinitamente menor de moléculas passam por uma asa de aeromodelo, se comparado com uma asa de uma grande aeronave. Um fator baseado na viscosidade de fluidos (neste caso o ar), chamado número de Reynolds, é utilizado para expressar as diferenças de reações entre, por exemplo, os comportamentos de um perfil de asa de um avião real e de um mesmo perfil de tamanho reduzido aplicado em uma asa de aeromodelo. Existe uma grande diferença em desempenho entre os dois com tendência para tomar tudo mais crítico no lado da miniaturização. E por isso que um aeromodelo em escala exata e reduzida de um "Supermarine Spitfire", que foi um dos melhores aparelhos de caça da Segunda Guerra Mundial, não voa tão bem como o original. Por causa desta parte negativa do efeito escala é que está crescendo cada vez mais o número de adeptos da modalidade "escala-gigante" com aeromodelos com tamanho reduzido apenas para 1/4, 1/3 ou menos do tamanho do protótipo. Quanto maior for a corda do aeromodelo, mais o comportamento da sua asa se aproxima daquela de um avião real. Devido a isto, apesar de que. teoricamente, grandes alongamentos possam melhorar a eficiência de uma asa, aeromodelistas mais experientes muitas vezes preferem utilizar uma corda maior e pequeno alongamento para tirar proveito de uma possível minimização do efeito escala. Em conseqüência, é comum encontrar-se aeromodelos, alguns deles detentores de recordes em suas modalidades, com alongamentos variando entre 18:1 e 4:1, com média de 10:1 para aeromodelos com motor a elástico e 7:1 para modelos motorizados de vôo-livre, utilizando vários formatos de asas e diferentes perfis.

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A obtenção de perfis com máxima eficiência já não é tão importante para os aeromodelos VCC, com exceção daqueles para provas de velocidade. Geralmente, os modelos VCC apresentam pequenos alongamentos. Projetos de modelos acrobáticos requerem o máximo possível de superfície alar, o que faz com que suas asas se pareçam com verdadeiras pranchas de surf. Em um esforço para dotar de boa aparência essas asas tão desproporcionais, os projetistas as desenham com contornos de linhas agradáveis à visão que transformam os atuais VCC acrobáticos em máquinas extremamente estéticas. Asas de modelos VCC de acrobacia têm alongamentos variando entre 3:1 e 5:1 e são geralmente trapezoidais ou elípticas.

 

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Alguns aeromodelos de vôo-livre com longos momentos de cauda apresentam estabilizadores de grande superfície, o que contradiz a regra citada no último parágrafo do artigo "A Aerodinâmica dos Aeromodelos" (Brasil Modelismo nY 8, pág. 19). Esta exceção é encontrada em aeromodelos de vôo-livre motorizados que têm suas asas montadas em pilones sobre a fuselagem. A alta potência dos seus motores faz com que eles voem em grande velocidade, mesmo em subida. Para suportar de forma eficiente a fase planada do vôo esses aparelhos são dotados de grande superfície alar. Uma vez que a sustentação é diretamente influenciada pela área da asa e pelo quadrado da velocidade, um tremendo excesso de sustentação é gerado durante a fase motorizada do vôo. Por causa disto é que o projetista utiliza um estabilizador de grande tamanho e auto-sustentável que não só aumenta a sustentação em vôo planado como também previne que a asa faça o aeromodelo realizar um "looping" (uma trajetória circular no plano vertical) quando sob potência do motor. Mas porque então um aeromodelo com estas características não tende a mergulhar durante o planeio? A resposta está no posicionamento do CG que fica localizado entre 70% e 100% da corda medido a partir do bordo-de-ataque. Sem o estabilizador auto-sustentável, o CG teria de ficar bem mais a frente e provocaria um "looping" sob potência.

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Falamos do momento de cauda mas nada dissemos ainda sobre o momento de nariz que é a distância entre a asa e o nariz do avião medida na fuselagem. Teoricamente, quanto menor for o momento de nariz mais estável será a aeronave. Mas isso tem suas limitações porque com um nariz muito curto é quase impossível localizar corretamente o CG do aeromodelo a não ser com o emprego de muito chumbo, o que comprometeria o desempenho do aparelho. Aeromodelos de vôo-livre com motor a elástico têm um momento de nariz correspondente a aproximadamente 50% do momento de cauda; aeromodelos de vôo-livre motorizados tem momentos de nariz variando entre 5% a 10% do momento de cauda; aeromodelos VCC têm de 40% a 60% e os radiocontrolados entre 35% e 45%. Mede-se o momento de cauda entre os pontos intermediários das cordas da asa e do estabilizador e o momento de nariz entre o ponto intermediário da corda da asa e a extremidade máxima do nariz do aparelho. Na maioria dos aeromodelos, o momento de cauda é igual à metade da envergadura das asa, com exceção de alguns aparelhos de vôo-livre motorizados de competição. Muitos modelos VCC e radiocontrolados de acrobacia são "quadrados", isto é, têm comprimentos iguais ou quase iguais às suas envergaduras.

 

Os perfis dos estabilizadores podem ser chatos, simétricos ou plano-convexos para gerar sustentação. Os chatos são utilizados pela grande maioria dos aeromodelos, desde simples planadores lançados a mão (feitos de uma fina chapa de balsa) até complexos aparelhos radiocontrolados. Perfis simétricos são utilizados em estabilizadores cujas estruturas estão sujeitas a grandes esforços, como em aeromodelos radiocontrolados de acrobacia. Estabilizadores chatos ou simétricos não têm nenhum compromisso em ajudar na sustentação da aeronave e por isso não são utilizados em modelos de vôo-livre principalmente aqueles com asas montadas sobre pilones. Estabilizadores auto-sustentáveis, com perfis plano-convexo, são uma necessidade em projetos de aeromodelos cujas asas estejam montadas muito altas sobre a fuselagem ou em qualquer outro em que o CG esteja localizado a mais de 50% da corda a partir do bordo-de-ataque. Estabilizadores auto-sustentáveis também são necessários em modelos com motor a elástico de alto-desempenho (como os da modalidade "Wakefield") devido à grande potência do motor a elástico no início do vôo (situação muito parecida com aquela dos modelos de vôo-livre com motor a explosão) e da localização bem para trás do CG. O próprio peso do volumoso elástico dentro da fuselagem força uma transferência de parte da responsabilidade da sustentação do aeromodelo para o estabilizador.

 

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Para melhor obtenção da estabilidade, as asas de um aeromodelo deverão ser instaladas com um ângulo de ataque maior que o ângulo de ataque do estabilizador. A diferença varia entre 20 a 40 positivos. Isso é necessário porque em moderados ângulos de ataque o fluxo de ar sobre o extradorso da asa é suave e sem distúrbios de maior importância. Mas se o ângulo de ataque for aumentado em demasia, o fluxo de ar passa a não mais seguir o contorno do perfil e passa a se desgarrar até deteriorar completamente a sustentação. Esta situação ocorre quando a asa atinge um ângulo de ataque de geralmente 160 para um perfil "Clark-Y" (veja ilustração) criando o fenômeno que chamamos de estol. Mas se o estabilizador do aparelho estiver ajustado em um ângulo menor do que o da asa, ele continua efetivo mesmo depois da asa ter estolado e empurra a cauda para cima fazendo diminuir o ângulo de ataque da asa e, conseqüentemente, eliminando os efeitos do estol. O arranjo mais utilizado é ajustar o estabilizador a zero graus e a asa no ângulo de ataque positivo desejado, mantendo a diferença angular entre os já citados 20 a 40 porque, senão, a alta potência do motor, seja ele de combustão interna ou a elástico, fará com que o aeromodelo execute "loopings" ou uma trajetória de consecutivas estoladas. O termo ângulo de incidência é utilizado para definir o ajuste angular da asa ou do estabilizador em relação a alguma linha arbitrária que passa através do sentido longitudinal da fuselagem. Em alguns casos esta linha pode ser representada pela linha de tração (linha sobre a qual está o eixo do motor) e em outros por uma linha qualquer traçada na planta do projeto como, por exemplo, uma linha auxiliar do desenho da fuselagem. Não se deve confundir o ângulo de incidência com o ângulo de ataque que é o ângulo em que a asa corta o ar atmosférico; se bem que, em alguns casos, eles podem ser o mesmo.

 

Aeromodelos também podem voar sem qualquer diferença angular entre a asa e o estabilizador. De fato, essa regulagem é muito comum em quase todos os aparelhos VCC (para vôo circular controlado, ou "U control") e na maioria dos radiocontrolados. Modelos VCC, principalmente os de acrobacia, são projetados para manter suas características quando voando de forma normal ou de dorso (de cabeça-para-baixo), o mesmo acontecendo com os radiocontrolados de acrobacia. Mas estes últimos não mais precisam apresentar estabilidade inerente em torno do seu eixo longitudinal (têm pouco ou nenhum diedro) e não precisam dela porque os equipamentos de rádio atuais são de tal forma precisos que estes aparelhos voam todo o tempo tendo sua trajetória corrigida pelos comandos enviados pelo piloto. Se o rádio falhar o modelo acaba mergulhando para o chão (este tipo de desastre está cada mais sendo evitado pela eletrônica dos equipamentos). Mas isto não significa que o piloto tenha de travar uma árdua batalha com seu aeromodelo para mantê-lo nivelado. Aparelhos deste tipo têm o que chamamos de estabilidade neutra, que significa que eles tendem a se manter na trajetória definida pelo último comando dado pelo piloto.

 

Uma vez que os aeromodelos de vôo-livre não são controlados pelo aeromodelista após o lançamento ou decolagem, eles precisam possuir estabilidade inerente incorporada aos seus projetos; assim como os radiocontrolados de treinamento que têm diferenças angulares entre a asa e o estabilizador suficientes para trazerem o modelo de volta a uma trajetória reta e nivelada quando o comando de arfada for neutralizado após uma cabrada ou picada. Algumas vezes o termo decalagem éempregado para definir de forma mais simples a diferença angular entre a asa e o estabilizador de uma aeronave.

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Um recurso muito utilizado pelos aeromodelistas experientes para minimizar os efeitos do estol é o "washout". Esta palavra complicada, que se pronuncia uachaut, significa a incorporação de um ângulo de incidência progressivo às semi-asas, isto é, variando da raiz para as pontas. Nas asas com washout o ângulo de incidência das pontas é de 10 a 50 menor que na raiz. Isto faz com que a asa, se entrar numa situação de estol, entre em perda na raiz antes do que nas pontas, evitando a súbita diminuição da sustentação e diminuindo sensivelmente a velocidade da entrada em mergulho. O washout é muito útil em aeromodelos radiocontrolados de treinamento ou em aparelhos de grande carga alar como os modelos em escala e é imprescindível nas asas-voadoras que apresentam um acentuado enflechamento (os planos alares são inclinados para trás em relação à raiz) e incidência negativa nas pontas para manter a estabilidade em torno do eixo lateral compensando o efeito binário causado pelo CG e pelo CP (vide a primeira parte desta matéria na Brasil Modelismo n.0 9). As asas delta, que são asas-voadoras de formato triangular, não têm washout e sua estabilidade longitudinal é obtida pela deflexão do bordo-de-fuga para cima. O contrário do washout é o "washin" ("uachin") que é muito utilizado em aeromodelos de vôo-livre para forçá-los a realizar curvas para um determinado lado quando sob potência ou planando. O washin seria então a incorporação de uma incidência positiva nas pontas da asa em relação à sua raiz.

 

Os estabilizadores, como as asas, também apresentam formatos típicos. Os alongamentos em quase todos os tipos de aeromodelos variam ao redor de 4:1 com superfícies geralmente entre 30% e 40% da superfície alar e formatos semelhantes ao das asas. Os bordos marginais (pontas) são geralmente arredondados dando um toque de estética e individualidade aios projetos. Estabilizadores estão pouco sujeitos à formação de vórtices em suas pontas com exceção dos estabilizadores-sustentadores, o que faz com que tipos retangulares sejam tão eficientes como os trapezoidais ou elípticos.

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Alguns aeromodelos de vôo-livre motorizados têm seus estabilizadores ajustados em um ângulo diferente da horizontal. Em outras palavras, eles têm uma das pontas mais elevada do que a outra. Apesar que isto pareça um erro de construção ou um atentado à simetria do aparelho, este ajuste tem uma forte razão: o estabilizador inclinado controla a direção da curva na fase planada do vôo. Aeromodelos de vôo-livre, com motores de combustão interna ou a elástico, sobem muito depressa e quase na vertical. Sob esta condição, o estabilizador tem pouco efeito mas, quando o aparelho nivela e inicia o planeio, ele é forçado a realizar uma curva pela inclinação do estabilizador. O modelo tente a guinar para o lado em que está a ponta mais alta. O ângulo de inclinação dever ser ajustado através de testes de vôo mas varia ao redor de 20 a 60. Modelos que são impulsionados em alta velocidade por seus motores mas têm de voltar ao chão planando em círculos de forma suave devem empregar este tipo de regulagem. Isto inclui até os pequenos planadores lançados à mão que são "motorizados" pelo tremendo impulso dado pelo braço do aeromodelista.

 

O termo "leme" é comumente empregado para classificar toda a superfície vertical de estabilização, inclusive a parte móvel ou defletida. Mas, tecnicamente, deriva é a parte fixa enquanto que a parte móvel ou defletida é chamada leme. O leme móvel é encontrado em aeromodelos radiocontrolados e o defletido, que é fixo porém em um ângulo diferente da deriva, em aparelhos VCC (defletidos de modo a forçar o modelo para fora do círculo de vôo para manter os cabos bem esticados). As derivas e lemes variam demais em formato mas geralmente têm alongamentos entre 1:1 e 2:1. Pode ser que haja um formato ideal de deriva/leme para cada categoria ou modalidade mas é na estética que o projetista revela sua preferência (ou bom gosto) e, portanto, não se prende à regras predeterminadas. A ilustração apenas mostram algumas tendências mais marcantes. As áreas das derivas de aeromodelos motorizados ou planadores de vôo livre ou radiocontrolados (inclusive leme) variam entre 4% e 10% da área da asa. Os modelos com motor a elástico têm geralmente derivas grandes, entre 16% e 18%. Quanto mais perto das asas estiver a deriva, maior terá de ser a sua área e vice-versa. Em alguns casos são utilizadas derivas duplas presas às pontas do estabilizador. Neste caso elas deverão ser projetadas cada uma com uma área igual a 65% da superfície requerida para uma só deriva.

 

Como vimos na matéria Aerodinâmica dos Aeromodelos (Brasil Modelismo n. 8, pág. 15), o diedro é responsável pela estabilidade inerente de uma aeronave em torno do seu eixo longitudinal. Quando as asas ficam desniveladas, o diedro gera forças aerodinâmicas que fazem com que elas voltem à posição nivelada. Os diedros dos aeromodelos apresentam formas típicas e atípicas. As atípicas ou não-convencionais não são muito eficientes e são apenas empregadas em modelos em escala que têm de seguir, da forma mais precisa possível, as linhas do avião real que está reproduzindo. Os típicos podem ser diedro simples (ou diedro em "V"), quando apresenta apenas um ângulo na raiz da asa; diedro nas pontas, quando apresenta dois ângulos próximos às pontas das asas; polidiedro, quando tem três ângulos sendo um na raiz e os outros dois nas semi-asas e diedro elíptico, quando é formado por uma curvatura em elipse ou parábola até cada ponta-de-asa (vide a matéria "Sua Excelência o Aeromodelo" na Brasil Modelismo n. 6, pág. 12). O diedro elíptico é o mais eficiente de todos e, ao mesmo tempo, o mais difícil de ser incorporado ao aeromodelo. Alguns projetistas de planadores de vôo-livre e para interiores com motor a elástico gostam de utilizar este tipo de diedro, mas ele torna complicada a construção da asa. Planadores e modelos de vôo-livre com motor de combustão interna ou elástico geralmente utilizam o polidiedro ou diedro nas pontas. O diedro simples é mais utilizado em aparelhos radiocontrolados. A elevação nas pontas das asas em relação à raiz pode variar de zero até 11% da envergadura. Aeromodelos de acrobacia VCC e alguns radiocontrolados de competição utilizam asas sem qualquer diedro. Os VCC não necessitam ter estabilidade em tomo do seu eixo longitudinal enquanto que os radiocontrolados utilizam os comandos irradiados pelo piloto para manter as asas na posição desejada através dos ailerons.

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A tração exerce um efeito sobre a estabilidade da aeronave em torno do seu eixo longitudinal. A hélice nada mais é do que uma asa rotativa que, em vez de produzir sustentação, produz tração ou empuxo. As pás de uma hélice criam sua própria resistência ao avanço e o arrasto resultante causa o efeito do torque, uma força que tende a girar todo o avião na direção oposta à da hélice. Se a hélice gira no sentido anti-horário, o torque faz a aeronave girar no sentido horário. Quanto maior for a potência do motor, maior será o efeito do torque. A maioria dos aeromodelos utilizam hélices que giram para a direita, o que faz com que eles apresentem tendência para guinar para a esquerda quando sob potência do motor. Como o diedro evita que uma semi-asa voe em nível mais baixo ou mais alto que a outra, deve-se então supor que quanto mais potente for o motor, maior deverá ser o ângulo do diedro. Os maiores ângulos de diedro são aqueles empregados pelos aeromodelos com motor a elástico para competições que utilizam hélices de grande diâmetro, que geram torques terríveis e requerem grandes efeitos compensatórios. Outro recurso é o desvio da linha de tração do motor que pode ser de 10 a 30 para o sentido oposto ao da tendência de guinada causado pelo torque, ou seja, se o torque da hélice tende a guinar o modelo para a esquerda, deve-se desviar a linha de tração para a direita e vice-versa.

 

Aeromodelos de asa-baixa precisam ter mais diedro do que os de asa-alta. Isto se deve ao que chamamos de efeito pendular que é resultado das localizações do CP e do CG. O ideal, para obtenção da estabilidade em torno dos eixos lateral e longitudinal, é que o CG (centro de concentração da massa do aeromodelo) fique abaixo do CP (centro da força de sustentação). Quanto mais para baixo o CG estiver em relação ao CP mais estável é a aeronave. Para explicar a ação do efeito pendular vamos supor que um aeromodelo com asa parassol (asa-alta localizada acima da fuselagem sobre um pilone ou estrutura) assuma uma posição com uma ponta-de-asa mais baixa que a outra. Imediatamente sua massa, atuando através do CG, tende a trazer o modelo de volta à posição nivelada, alinhando oCG na mesma vertical que o CP, exatamente como faz um pêndulo. É por essa razão que a maioria dos modelos de vôo-livre são dotados de asas-altas. Dá então para deduzir que um aparelho com o CG acima do CP não apresentará estabilidade inerente e é por isso que aeromodelos de asa-baixa têm de ter mais diedro do que os de asas alta ou média; é para trazer o CG o mais próximo possível do CP e, se possível, ultrapassá-lo. Mas esta regra também tem sua exceção: o piloto e seus comandos substituem o diedro nos aeromodelos radiocontrolados de acrobacia e os cabos de controle dos VCC’s dispensam o emprego de qualquer coisa para melhorar a estabilidade em torno do eixo longitudinal.

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Por simples questão da obtenção da máxima estabilidade é desejável que a massa do aeromodelo esteja o mais que possível concentrada em torno do CG. Um objeto de 30 gramas de peso que esteja a 15cm do CG tem o dobro do efeito de um outro com o mesmo peso porém situado a 7,5cm do CG. Qualquer componente como, por exemplo o motor, exerce uma certa resistência para iniciar um movimento e também adquire uma inércia que tende a manter o movimento depois de iniciado (Isaac Newtow enunciou isto em uma das suas famosas leis). É como pegar um alteres com os pesos nas pontas e tentar girá-lo na mão. Vamos ter de fazer um bocado de força para fazê-lo iniciar o movimento de rotação e depois despender um outro esforço para fazê-lo parar. Mas, se deslizarmos os pesos para o centro da barra, isto é, para junto do CG do alteres, ficará mais fácil girá-lo e depois pará-lo. Por causa disso, se um modelo é forçado a mudar de direção de forma imprevista, como resultado de uma rajada de vento, por exemplo, o peso do motor tende a manter o movimento indesejado causando instabilidade. Caudas muito pesadas são desvantajosas bem como asas com excesso de peso, especialmente quando suas pontas estão muito longe do CG. Fuselagens extremamente longas ou asas com grandes alongamentos tendem a afastar as massas do CG. Aeromodelistas experientes sabem que o nariz de um modelo de vôo-livre motorizado tem de ser bem curto. Em alguns casos eles chegam a posicionar o motor logo abaixo do bordo-de-ataque da asa (asa-alta, é lógico). Só há uma exceção para esta regra de concentração de massa: é a necessidade do posicionamento de objetos pesados, como o equipamento de rádio, o mais baixo possível na fuselagem. Isto faz com que o CG se desloque para baixo e, como já vimos, isto faz aumentar a estabilidade graças ao efeito pendular.

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Na próxima edição vamos abordar os efeitos da instabilidade espiral, efeitos da hélice sobre o aeromodelo e características gerais de cada projeto de aeromodelo conforme seu tipo.

 

 


Hobby Esportes: Divulgação do aeromodelismo e lealdade com o desportista


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