Diédrico (aeronáutica) - Dihedral (aeronautics)

A inclinação para cima das asas e da cauda de uma aeronave, como vista neste Boeing 737 , é chamada de ângulo diédrico.
Esquema do ângulo diédrico e anédrico de uma asa de aeronave
Medindo o ângulo diedro

Na aeronáutica, diedro é o ângulo entre as asas esquerda e direita (ou superfícies da cauda) de uma aeronave. "Diédrico" também é usado para descrever o efeito da derrapagem na rotação da aeronave.

O ângulo diedro é o ângulo ascendente da horizontal das asas ou cauda de uma aeronave de asa fixa . "Ângulo anédrico" é o nome dado ao ângulo diedro negativo, ou seja, quando há um ângulo descendente da horizontal das asas ou cauda de uma aeronave de asa fixa.

O ângulo diedro tem uma forte influência no efeito diedro , que leva o seu nome. O efeito diedro é a quantidade de momento de rotação produzida em proporção à quantidade de derrapagem . O efeito diédrico é um fator crítico na estabilidade de uma aeronave em relação ao eixo de rotação (o modo espiral ). Também é pertinente à natureza da de uma aeronave rolo Holandês oscilação e capacidade de manobra sobre o rolo eixo.

O diedro longitudinal é um termo comparativamente obscuro relacionado ao eixo de inclinação de um avião. É o ângulo entre o eixo de sustentação zero da asa e o eixo de sustentação zero da cauda horizontal. O diedro longitudinal pode influenciar a natureza da controlabilidade sobre o eixo de inclinação e a natureza da oscilação do modo fugóide de uma aeronave .

Quando o termo "diedro" (de uma aeronave) é usado por si só, ele geralmente significa " ângulo diedro ". No entanto, o contexto pode indicar de outra forma que " efeito diedro " é o significado pretendido.

Diedro de ângulo versus diedro efeito

O ângulo diédrico é o ângulo ascendente da horizontal das asas de uma aeronave de asa fixa ou de quaisquer superfícies pareadas nominalmente horizontais em qualquer aeronave . O termo também pode ser aplicado às asas de um pássaro . O ângulo diedro também é usado em alguns tipos de pipas, como as pipas de caixa. As asas com mais de uma mudança de ângulo ao longo de todo o vão são consideradas poliédricas .

O ângulo diedro tem efeitos estabilizadores importantes em corpos voadores porque tem uma forte influência no efeito diedro.

O efeito diédrico de uma aeronave é um momento de rolamento resultante do veículo ter um ângulo de derrapagem diferente de zero . Aumentar o ângulo diedro de uma aeronave aumenta o efeito diedro sobre ela. No entanto, muitos outros parâmetros da aeronave também têm uma forte influência no efeito diedro. Alguns desses fatores importantes são: varredura da asa , centro de gravidade vertical e a altura e o tamanho de qualquer coisa em uma aeronave que muda sua força lateral conforme muda a derrapagem .

Diédrico longitudinal

O ângulo diédrico em uma aeronave quase sempre implica o ângulo entre duas superfícies emparelhadas , uma de cada lado da aeronave . Mesmo assim, é quase sempre entre as asas esquerda e direita . No entanto, matematicamente diédrico significa o ângulo entre quaisquer dois planos. Assim, na aeronáutica, em um caso, o termo "diedro" é aplicado para significar a diferença de ângulos entre duas superfícies frontal-traseira :

O diedro longitudinal é a diferença entre o ângulo de incidência da corda da raiz da asa e o ângulo de incidência da corda da raiz da cauda horizontal.

O diedro longitudinal também pode significar o ângulo entre o eixo de sustentação zero da asa e o eixo de sustentação zero da cauda horizontal, em vez de entre as cordas de raiz das duas superfícies. Este é o uso mais significativo porque as direções de levantamento zero são pertinentes ao corte longitudinal e estabilidade, enquanto as direções dos acordes de raiz não são.

História

Em geometria, o ângulo diedro é o ângulo entre dois planos. O uso da aviação difere ligeiramente do uso da geometria. Em aviação, o uso de " di hedral" evoluiu para significar o positivo, se o ângulo entre as abas esquerda e direita, enquanto o uso com o prefixo "an-" (como em " um hedral") evoluiu para significar o negativo, baixo ângulo entre as asas.

As qualidades de estabilização aerodinâmica de um ângulo diedro foram descritas em um artigo influente de 1810 por Sir George Cayley .

Usos de ângulo diedro e efeito diedro

Análise de estabilidade de aeronaves

Na análise da estabilidade da aeronave, o efeito diedro também é uma derivada de estabilidade chamada C l, significando a mudança no coeficiente de momento de rolamento (o " C l ") por grau (ou radianos) de mudança no ângulo de derrapagem (o " ").

Provisão de estabilidade

O objetivo do efeito diedro é contribuir para a estabilidade do eixo de rotação. É um fator importante na estabilidade do modo espiral, às vezes chamado de "estabilidade de rolamento". O efeito diedro não contribui diretamente para a restauração do "nível das asas", mas indiretamente ajuda a restaurar o "nível das asas" por meio de seu efeito no modo de movimento espiral descrito abaixo.

Liberação de asa

Os projetistas de aeronaves podem aumentar o ângulo diedro para fornecer maior folga entre as pontas das asas e a pista. Isso é particularmente preocupante com aeronaves de asa aberta, cujas pontas das asas podem atingir a pista durante a rotação / toque na pista. Em aeronaves militares, o espaço angular diedro pode ser usado para a montagem de material e tanques de queda nos pontos rígidos das asas, especialmente em aeronaves com asas baixas. O efeito diédrico aumentado causado por esta escolha de design pode precisar ser compensado, talvez diminuindo o ângulo diedro na cauda horizontal.

Usando o ângulo diedro para ajustar o efeito diedro

Durante o projeto de uma aeronave de asa fixa (ou qualquer aeronave com superfícies horizontais), alterar o ângulo diédrico é geralmente uma maneira relativamente simples de ajustar o efeito diédrico geral. Isso é para compensar a influência de outros elementos de design no efeito diedro. Esses outros elementos (como varredura da asa, ponto de montagem vertical da asa, etc.) podem ser mais difíceis de mudar do que o ângulo diedro. Como resultado, diferentes quantidades de ângulo diedro podem ser encontradas em diferentes tipos de aeronaves de asa fixa. Por exemplo, o ângulo diedro é geralmente maior em aeronaves de asa baixa do que em aeronaves de asa alta semelhantes. Isso ocorre porque a "altura" de uma asa (ou "baixa" do centro de gravidade vertical em comparação com a asa) cria naturalmente um efeito mais diédrico. Isso faz com que seja necessário menos ângulo diedro para obter a quantidade de efeito diedro necessária.

Confusões comuns

O efeito diédrico é definido simplesmente como o momento de rolamento causado pela derrapagem e nada mais. Momentos rolantes causados ​​por outras coisas que podem estar relacionadas a derrapagens têm nomes diferentes.

O efeito diédrico não é causado pela taxa de guinada , nem pela taxa de alteração da derrapagem . Como o efeito diedro é percebido pelos pilotos quando "leme é aplicado", muitos pilotos e outros quase-especialistas explicam que o momento de rolamento é causado por uma asa se movendo mais rapidamente no ar e uma asa menos rapidamente. Na verdade, esses são efeitos reais, mas não são o efeito diedro, que é causado por estar em um ângulo de derrapagem, não por chegar a um. Esses outros efeitos são chamados de "momento de rolamento devido à taxa de guinada" e "momento de rolamento devido à taxa de derrapagem", respectivamente.

O efeito diédrico não é a estabilidade de rolamento por si só. A estabilidade de rolamento é menos ambiguamente denominada "estabilidade do modo espiral" e o efeito diedro é um fator que contribui para isso.

Como o ângulo diédrico cria efeito diedro e estabiliza o modo espiral

O ângulo diedro contribui para o efeito diedro total da aeronave. Por sua vez, o efeito diedro contribui para a estabilidade do modo espiral . Um modo de espiral estável fará com que a aeronave eventualmente retorne a um ângulo de inclinação nominal de "nível de asas" quando o ângulo das asas for alterado para ficar fora do nível.

Fig. 1: O componente de levantamento não compensado produz uma força lateral F y , que faz a aeronave derrapar.
Fig. 2: A derrapagem diferente de zero define a asa inferior contra o vento para um ângulo de ataque mais alto, resultando em estabilização do momento de rotação P.
A aeronave é mostrada voando diretamente em direção ao visualizador.

Se um distúrbio fizer com que uma aeronave role para longe de sua posição normal de nível de asas, como na Figura 1, a aeronave começará a se mover um pouco para o lado em direção à asa inferior. Na Figura 2, a trajetória de vôo do avião começou a se mover para a esquerda enquanto o nariz do avião ainda aponta na direção original. Isso significa que o ar que se aproxima está chegando um pouco pela esquerda do nariz. O avião agora tem ângulo de derrapagem além do ângulo de inclinação. A Figura 2 mostra o avião conforme se apresenta para o ar que se aproxima.

Como o ângulo diedro cria um momento de rolamento a partir da derrapagem (efeito diedro)

Na Figura 2, as condições de derrapagem produzem maior ângulo de ataque na asa que abre para frente e menor ângulo de ataque na asa para trás. Esta alteração do ângulo de ataque por derrapagem é visível na Figura 2. Quanto maior o ângulo de ataque produz mais sustentação (no caso usual, quando a asa não está quase estolando), a asa dianteira terá mais sustentação e a asa traseira terá menos elevação. Essa diferença de sustentação entre as asas é um momento de rolamento e é causada pela derrapagem. É uma contribuição para o efeito diedro total da aeronave.

Como o efeito diedro estabiliza o modo espiral

O momento de rolamento criado pela derrapagem (rotulado como "P") tende a rolar a aeronave de volta ao nível das asas. O efeito mais diedro tenta rolar as asas na direção de "nivelamento" com mais força, e o efeito menos diedro tenta rolar as asas na direção de "nivelamento" com menos força. O efeito diédrico ajuda a estabilizar o modo espiral, tendendo a rolar as asas em direção ao nível em proporção à quantidade de derrapagem que se acumula. No entanto, não é toda a imagem. Ao mesmo tempo que o ângulo de derrapagem está aumentando, a nadadeira vertical está tentando virar o nariz de volta para o vento, como um cata-vento, minimizando a quantidade de derrapagem que pode estar presente. Se não houver derrapagem, não pode haver momento de rolamento restaurador. Se houver menos derrapagem, haverá menos momento de rolamento restaurador. A estabilidade de guinada criada pela aleta vertical se opõe à tendência do efeito diedro de rolar as asas para trás, limitando a derrapagem.

O modo espiral é a tendência de divergir lentamente ou a tendência de retornar lentamente ao nível das asas. Se o modo espiral for estável, a aeronave retornará lentamente ao nível das asas, se for instável, a aeronave lentamente divergirá do nível das asas. Efeito diédrico e estabilidade de guinada são os dois principais fatores que afetam a estabilidade do modo espiral, embora existam outros fatores que o afetam menos fortemente.

Outros fatores que contribuem para o efeito diedro

O CG de um parapente é muito baixo, contribuindo fortemente para o efeito diedro

Fatores de design diferentes do ângulo diedro também contribuem para o efeito diedro. Cada um aumenta ou diminui o efeito diedro total da aeronave em maior ou menor grau.

Recuam

O rebatimento da asa também aumenta o efeito diedro. Esta é uma das razões para a configuração anédrica em aeronaves com alto ângulo de varredura, bem como em alguns aviões comerciais, mesmo em aeronaves de asa baixa como o Tu-134 e Tu-154 , com os pequenos biplanos alemães 1930-1945 do Bücker Flugzeugbau , o treinador de dois lugares Bucker Jungmann e o mais famoso biplano de competição acrobática Bücker Jungmeister , ambos tendo aproximadamente 11 ° de varredura de asa dando a ambos os designs um grau de efeito diedro, além da pequena quantidade de diedro de ambos os designs dos biplanos.

Posição vertical do centro de massa

O centro de massa , geralmente chamado de centro de gravidade ou "CG", é o ponto de equilíbrio de uma aeronave. Se suspenso neste ponto e permitido girar, um corpo (aeronave) será equilibrado. A localização frontal-traseira do CG é de fundamental importância para a estabilidade geral da aeronave, mas a localização vertical também tem efeitos importantes.

A localização vertical do CG muda a quantidade de efeito diedro. Conforme o "CG vertical" se move para baixo, o efeito diedro aumenta. Isso é causado pelo centro de sustentação e arrasto estar mais acima do CG e ter um braço de momento mais longo. Portanto, as mesmas forças que mudam com as mudanças de derrapagem (principalmente força lateral, mas também sustentação e arrasto) produzem um momento maior sobre o CG da aeronave. Isso às vezes é chamado de efeito pêndulo .

Um exemplo extremo do efeito do CG vertical no efeito diedro é um parapente . O efeito diédrico criado pelo CG vertical muito baixo mais do que compensa o efeito diedro negativo criado pelo forte anédrico da asa necessariamente fortemente curvada para baixo.

Efeitos de muito efeito diedro

Um efeito colateral de muito efeito diedro, causado por ângulo diedro excessivo, entre outras coisas, pode ser o acoplamento de guinada (uma tendência de uma aeronave rolar em holandês ). Isso pode ser desagradável de se experimentar ou, em condições extremas, pode levar à perda de controle ou sobrecarregar uma aeronave.

Anédrico e poliédrico

Anédrico

Anédrico nas asas e na cauda de um RAF Harrier GR7A .
Vista frontal de um Antonov An-124 . As asas anédricas são vistas claramente.

Os caças militares geralmente têm um ângulo quase zero ou até mesmo anédrico, reduzindo o efeito diedro e, portanto, reduzindo a estabilidade do modo espiral. Isso aumenta a capacidade de manobra, que é desejável em aeronaves do tipo caça.

Os ângulos anédricos também são vistos em aeronaves com uma asa montada alta, como as aeronaves de carga Antonov An-124 e Lockheed C-5 Galaxy . Em tais projetos, a asa montada alta fica acima do centro de gravidade da aeronave, o que confere efeito diédrico extra devido ao efeito pêndulo (também chamado de efeito quilha ) e, portanto, ângulo diédrico adicional muitas vezes não é necessário. Esses projetos podem ter efeito diedro excessivo e, portanto, ser excessivamente estáveis ​​no modo espiral, de modo que o ângulo anédrico na asa é adicionado para cancelar parte do efeito diedro, de modo que a aeronave possa ser manobrada com mais facilidade.

Poliédrico

Hidroavião Beriev Be-12 com desenho de asa de gaivota. Observe a folga que este projeto dá às hélices acima da superfície da água.
O F4U-1 Corsair faz um pouso de porta-aviões em 1943. Observe o design da asa de gaivota invertida e os suportes curtos do trem de pouso.
McDonnell Douglas F-4 Phantom II mostrando asa poliédrica e cauda anédrica.

A maioria das aeronaves foi projetada com asas planas com diedro simples (ou anédrico). Algumas aeronaves mais antigas, como o Beriev Be-12, foram projetadas com asas de gaivota dobradas perto da raiz. Outros, como o Vought F4U Corsair , usaram um design de asa de gaivota invertida, o que permitiu estruturas de pouso mais curtas e distância extra ao solo para grandes hélices e cargas úteis externas, como tanques de combustível externos ou bombas. Os projetos de asa poliédrica modernos geralmente dobram para cima perto das pontas das asas (também conhecido como diédrico da ponta ), aumentando o efeito diédrico sem aumentar o ângulo que as asas encontram na raiz, que pode ser restrito para atender a outros critérios de projeto.

Poliédrico é visto em planadores e algumas outras aeronaves. O McDonnell Douglas F-4 Phantom II é um exemplo, único entre os caças a jato por ter pontas de asas diédricas. Isso foi adicionado depois que o teste de voo do protótipo de asa plana mostrou a necessidade de corrigir alguma instabilidade do modo espiral inesperado - dobrar as pontas das asas, que já foram projetadas para dobrar para operações de porta-aviões, foi uma solução mais prática do que reengenharia de toda a asa.

Referências

Notas de rodapé

Notas

links externos