Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Fox - Mecânica dos Fluidos- Ed: 8º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 166
Um aeroplano leve, com massa , tem uma seção convencional (NACA 23015) de asa de área planiforme . Determine o ângulo de ataque da asa para uma velocidade de cruzeiro . Qual é a potência requerida? Determine a “força-g” vertical instantânea máxima experimentada, se o ângulo de ataque for subitamente aumentado.
Passo 1
Neste problema temos alguns dados sobre avião leve, em que devemos encontrar o ângulo de ataque da asa, a potência necessária e a força-g máxima
Uma informação que devemos ter é que, assim como em casos aerodinâmicos, a força de arrasto é igual ao empuxo, por estarem na mesma direção.
Quanto a sustentação, como é uma componente perpendicular ao movimento do objeto, se iguala ao peso. Assim, temos
Passo 2
A força de sustentação é dada por:
Então, o coeficiente de sustentação é:
Pela Figura 9.17, para este coeficiente de elevação temos e o coeficiente de arrasto nesse ângulo de ataque é .
Portanto, o arrasto é:
Logo,
E, a potência necessária é:
Passo 3
O máximo ocorre quando o ângulo de ataque é subitamente aumentado para produzir a sustentação máxima. Pela figura 9.17, temos:
Logo,
O g máximo é dado pela aplicação da segunda lei de Newton:
onde é a aceleração perpendicular à direção do vôo.
Então,
Em termos de “g”: .
Esse resultado ocorre quando o avião está parado a , ou seja, quando o avião está voando em um trajetória de voo circular no plano horizontal. Para uma trajetória de vôo horizontal reta, a segunda lei de Newton é:
Em termos de “g”: .
Prontinho!!