voo planado -Gliding flight

O voo planado é um voo mais pesado que o ar sem o uso de empuxo ; o termo volplaning também se refere a este modo de voo em animais. É empregado por animais planadores e por aeronaves como planadores . Este modo de voo envolve voar uma distância significativa horizontalmente em comparação com sua descida e, portanto, pode ser distinguido de uma descida descendente principalmente em linha reta, como com um pára-quedas redondo.

Embora a aplicação humana do voo planador geralmente se refira a aeronaves projetadas para esse fim, a maioria das aeronaves motorizadas é capaz de planar sem potência do motor. Tal como acontece com o vôo sustentado, o deslizamento geralmente requer a aplicação de um aerofólio , como as asas de aeronaves ou pássaros, ou a membrana de deslizamento de um gambá planador . No entanto, o deslizamento pode ser alcançado com uma asa plana (sem curvatura ), como com um simples avião de papel , ou mesmo com o lançamento de cartas . No entanto, algumas aeronaves com corpos de elevação e animais como a cobra voadorapode alcançar o vôo planado sem asas, criando uma superfície achatada por baixo.

Aeronaves ("planadores")

A maioria das aeronaves com asas pode planar até certo ponto, mas existem vários tipos de aeronaves projetadas para planar:

• Planador , também conhecido como planador
• asa delta
• Parapente
• Planador de velocidade
• Pára-quedas Ram-air
• Pipa de rotor , se não amarrada, conhecida como planador rotativo ou giroglider.
• planador militar
• Avião de papel
• Planador controlado por rádio
• Planador de foguete
• Wingsuit

A principal aplicação humana é atualmente recreativa, embora durante a Segunda Guerra Mundial planadores militares tenham sido usados ​​para transportar tropas e equipamentos para a batalha. Os tipos de aeronaves que são utilizados para esporte e recreação são classificados como planadores (sailplanes) , asa delta e parapentes . Esses dois últimos tipos geralmente são lançados a pé. O design de todos os três tipos permite que eles subam repetidamente usando o ar ascendente e depois deslizem antes de encontrar a próxima fonte de sustentação. Quando feito em planadores (planadores), o esporte é conhecido como planador e às vezes como planador. Para aeronaves lançadas a pé, é conhecido como asa delta e parapente . Os planadores controlados por rádio com asas fixas também são pilotados por entusiastas.

Além dos motoplanadores, algumas aeronaves motorizadas são projetadas para planadores de rotina durante parte de seu voo; geralmente ao pousar após um período de um voo motorizado. Esses incluem:

• Aeronaves experimentais , como o norte-americano X-15 , que deslizou para trás usando seu combustível
• Naves espaciais como os ônibus espaciais , SpaceShipOne e o russo Buran

Algumas aeronaves não são projetadas para planar, exceto em caso de emergência, como falha de motor ou exaustão de combustível. Veja a lista de voos de companhias aéreas que exigiram voo planado . Planar em um helicóptero é chamado de autorrotação .

Animais planadores

Aves

Vários animais evoluíram separadamente deslizando muitas vezes, sem nenhum ancestral único. As aves, em particular, usam o voo planador para minimizar o uso de energia. Aves grandes são notavelmente hábeis em planar, incluindo:

• Albatroz
• Condor
• Abutre
• Águia
• Cegonha
• Pássaro de fragata

Como as aeronaves recreativas, as aves podem alternar períodos de planagem com períodos de planagem no ar ascendente e, assim, passar um tempo considerável no ar com um gasto mínimo de energia. A grande fragata , em particular, é capaz de voos contínuos de várias semanas.

Mamíferos

Patagia em um esquilo voador

Para ajudar no deslizamento, alguns mamíferos desenvolveram uma estrutura chamada patagium . Esta é uma estrutura membranosa encontrada esticada entre uma variedade de partes do corpo. É mais altamente desenvolvido em morcegos. Por razões semelhantes às das aves, os morcegos podem planar com eficiência. Nos morcegos, a pele que forma a superfície da asa é uma extensão da pele do abdômen que vai até a ponta de cada dedo, unindo o membro anterior ao corpo. O patagium de um morcego tem quatro partes distintas:

1. Propatágio: o patágio presente do pescoço até o primeiro dedo
2. Dactilopatágio: a porção encontrada dentro dos dígitos
3. Plagiopatágio: a porção encontrada entre o último dígito e os membros posteriores
4. Uropatágio : a porção posterior do corpo entre os dois membros posteriores

Outros mamíferos, como gambás e esquilos voadores , também deslizam usando um patagium, mas com eficiência muito menor do que os morcegos. Eles não podem ganhar altura. O animal se lança de uma árvore, espalhando seus membros para expor as membranas deslizantes, geralmente para ir de árvore em árvore nas florestas tropicais como um meio eficiente de localizar alimentos e fugir de predadores. Esta forma de locomoção arbórea , é comum em regiões tropicais como Bornéu e Austrália, onde as árvores são altas e muito espaçadas.

Nos esquilos voadores, o patagium se estende dos membros anteriores aos posteriores ao longo do comprimento de cada lado do torso. No planador do açúcar , a patagia se estende entre o quinto dedo de cada mão até o primeiro dedo de cada pé. Isso cria um aerofólio que lhes permite planar 50 metros ou mais. Este voo planado é regulado alterando a curvatura da membrana ou movendo as pernas e a cauda.

Peixes, répteis, anfíbios e outros animais planadores

Além de mamíferos e aves, outros animais, principalmente peixes voadores , cobras voadoras , sapos voadores e lulas voadoras também planam.

Peixe voador decolando

Os vôos de peixes voadores são tipicamente em torno de 50 metros (160 pés), embora possam usar correntes ascendentes na borda de ataque das ondas para cobrir distâncias de até 400 m (1.300 pés). Para deslizar para fora da água, um peixe voador move sua cauda até 70 vezes por segundo. Em seguida, ele abre suas barbatanas peitorais e as inclina levemente para cima para fornecer sustentação. No final de um deslizamento, ele dobra suas barbatanas peitorais para reentrar no mar, ou deixa sua cauda na água para empurrar contra a água para se levantar para outro deslizamento, possivelmente mudando de direção. O perfil curvo da "asa" é comparável à forma aerodinâmica de uma asa de pássaro. O peixe é capaz de aumentar seu tempo no ar voando direto ou em ângulo na direção das correntes ascendentes criadas por uma combinação de correntes aéreas e oceânicas .

As cobras do gênero Chrysopelea também são conhecidas pelo nome comum "cobra voadora". Antes de se lançar de um galho, a cobra faz uma curva em forma de J. Depois de empurrar seu corpo para cima e para longe da árvore, ele suga seu abdômen e abre suas costelas para transformar seu corpo em uma "asa pseudo-côncava", enquanto faz um movimento contínuo de ondulação lateral paralela ao solo para estabilizar sua direção no ar para pousar com segurança. As cobras voadoras são capazes de planar melhor do que esquilos voadores e outros animais planadores , apesar da falta de membros, asas ou quaisquer outras projeções semelhantes a asas, deslizando pela floresta e selva que habita com uma distância de até 100 m. Seu destino é principalmente previsto pela balística ; no entanto, eles podem exercer algum controle de atitude em voo "deslizando" no ar.

Os lagartos voadores do gênero Draco são capazes de voar por meio de membranas que podem ser estendidas para criar asas (patagia), formadas por um conjunto alargado de costelas.

O vôo planador evoluiu independentemente entre 3.400 espécies de rãs das famílias do Novo Mundo ( Hylidae ) e do Velho Mundo ( Rhacophoridae ). Esta evolução paralela é vista como uma adaptação à sua vida nas árvores, bem acima do solo. As características das espécies do Velho Mundo incluem "mãos e pés alargados, membranas cheias entre todos os dedos das mãos e dos pés, abas laterais da pele nos braços e pernas

Forças

Forças em um animal planador ou aeronave em voo

Três forças principais atuam em aeronaves e animais ao planar:

• peso – a gravidade atua na direção para baixo
• sustentação – atua perpendicularmente ao vetor que representa a velocidade do ar
• arrasto – atua paralelamente ao vetor que representa a velocidade do ar

À medida que a aeronave ou animal desce, o ar que se move sobre as asas gera sustentação . A força de sustentação atua ligeiramente à frente da vertical porque é criada em ângulos retos com o fluxo de ar que vem um pouco abaixo quando o planador desce, veja ângulo de ataque . Este componente horizontal de sustentação é suficiente para superar o arrasto e permite que o planador acelere para frente. Mesmo que o peso faça com que a aeronave desça, se o ar estiver subindo mais rápido que a taxa de afundamento, haverá um ganho de altitude.

Relação de elevação para arrasto

Arraste vs Velocidade. L/DMAX ocorre no mínimo Arrasto Total (por exemplo, Parasita mais Induzido)

Coeficientes de Arraste e Elevação vs Ângulo de Ataque. A velocidade de estol corresponde ao Ângulo de Ataque no Coeficiente Máximo de Elevação

A razão sustentação-arrasto, ou razão L/D , é a quantidade de sustentação gerada por uma asa ou veículo, dividida pela arrasto que ele cria ao se mover pelo ar. Uma relação L/D mais alta ou mais favorável é tipicamente um dos principais objetivos no projeto de aeronaves; uma vez que a sustentação necessária de uma determinada aeronave é definida pelo seu peso, fornecer essa sustentação com menor arrasto leva diretamente a uma melhor economia de combustível e desempenho de subida.

O efeito da velocidade do ar na razão de descida pode ser representado por uma curva polar . Essas curvas mostram a velocidade no ar onde o afundamento mínimo pode ser alcançado e a velocidade no ar com a melhor relação L/D. A curva é em forma de U invertido. À medida que as velocidades reduzem, a quantidade de sustentação cai rapidamente em torno da velocidade de estol. O pico do 'U' está no arrasto mínimo.

Como a sustentação e o arrasto são proporcionais ao coeficiente de sustentação e arrasto, respectivamente, multiplicados pelo mesmo fator (1/2 ρ _ar v ² S), a relação L/D pode ser simplificada para o coeficiente de sustentação dividido pelo coeficiente de arrasto ou Cl/Cd, e uma vez que ambos são proporcionais à velocidade do ar, a razão de L/D ou Cl/Cd é então tipicamente plotada em relação ao ângulo de ataque.

Arrastar

O arrasto induzido é causado pela geração de sustentação pela asa. A sustentação gerada por uma asa é perpendicular ao vento relativo, mas como as asas normalmente voam em um pequeno ângulo de ataque , isso significa que um componente da força é direcionado para trás. A componente traseira desta força (paralela ao vento relativo) é vista como arrasto. Em baixas velocidades, uma aeronave deve gerar sustentação com um ângulo de ataque mais alto, levando a um maior arrasto induzido. Este termo domina o lado de baixa velocidade do gráfico de arrasto, o lado esquerdo do U.

O arrasto de perfil é causado pelo ar que atinge a asa e outras partes da aeronave. Esta forma de arrasto, também conhecida como resistência ao vento , varia com o quadrado da velocidade (ver equação de arrasto ). Por esta razão, o arrasto do perfil é mais pronunciado em velocidades mais altas, formando o lado direito da forma em U do gráfico de arrasto. O arrasto do perfil é reduzido principalmente pela redução da seção transversal e racionalização.

À medida que a sustentação aumenta de forma constante até o ângulo crítico, normalmente é o ponto em que o arrasto combinado é mais baixo, que a asa ou aeronave está realizando seu melhor L/D.

Os projetistas normalmente selecionarão um projeto de asa que produza um pico L/D na velocidade de cruzeiro escolhida para uma aeronave motorizada de asa fixa, maximizando assim a economia. Como todas as coisas na engenharia aeronáutica , a relação sustentação-arrasto não é a única consideração para o projeto da asa. Desempenho em alto ângulo de ataque e um estol suave também são importantes.

Minimizar o arrasto é de particular interesse no projeto e operação de planadores de alto desempenho (planos de vela) , o maior dos quais pode ter taxas de planeio próximas de 60 para 1, embora muitos outros tenham um desempenho inferior; 25:1 sendo considerado adequado para uso em treinamento.

Razão de deslizamento

Quando voado a uma velocidade constante no ar parado, um planador se move para frente uma certa distância por uma certa distância para baixo. A razão entre a distância para frente e para baixo é chamada de razão de planeio . A razão de planeio (E) é numericamente igual à razão sustentação-arrasto nestas condições; mas não é necessariamente igual durante outras manobras, especialmente se a velocidade não for constante. A razão de planeio de um planador varia com a velocidade do ar, mas há um valor máximo que é frequentemente citado. A razão de planeio geralmente varia pouco com o carregamento do veículo; um veículo mais pesado desliza mais rápido, mas quase mantém sua razão de planeio.

Razão de deslizamento (ou "finesse") é a cotangente do ângulo descendente, o ângulo de deslizamento (γ). Alternativamente, também é a velocidade de avanço dividida pela velocidade de afundamento (aeronaves sem motor):

${\displaystyle {L \over D}={{\Delta s} \over {\Delta h}}={v_{\text{forward}} \over v_{\text{down}}}}$

O número de deslizamento (ε) é o recíproco da razão de deslizamento, mas às vezes é confuso.

Exemplos

Importância da razão de planeio no voo planado

Curva polar mostrando o ângulo de deslizamento para a melhor velocidade de deslizamento (melhor L/D). É o ângulo de planeio mais plano possível através do ar calmo, o que maximizará a distância voada. Esta velocidade no ar (linha vertical) corresponde ao ponto tangente de uma linha a partir da origem do gráfico. Um planador voando mais rápido ou mais lento que esta velocidade no ar cobrirá uma distância menor antes de pousar.

Embora a melhor razão de planeio seja importante ao medir o desempenho de uma aeronave planadora, sua razão de planeio em uma faixa de velocidades também determina seu sucesso (veja o artigo sobre planagem ).

Os pilotos às vezes voam no melhor L/D da aeronave, controlando com precisão a velocidade do ar e operando suavemente os controles para reduzir o arrasto. No entanto, a força do provável próximo levantamento, minimizando o tempo gasto no ar fortemente afundando e a força do vento também afetam a velocidade ideal para voar . Os pilotos voam mais rápido para passar rapidamente pelo ar que afunda e, quando se dirigem ao vento, para otimizar o ângulo de planeio em relação ao solo. Para alcançar maior velocidade em todo o país, os planadores (planadores) são frequentemente carregados com lastro de água para aumentar a velocidade do ar e, assim, alcançar a próxima área de sustentação mais cedo. Isso tem pouco efeito no ângulo de planeio, uma vez que os aumentos na taxa de afundamento e na velocidade do ar permanecem em proporção e, portanto, a aeronave mais pesada atinge L/D ideal em uma velocidade mais alta. Se as áreas de sustentação forem fortes no dia, os benefícios do lastro superam a taxa de subida mais lenta.

Se o ar estiver subindo mais rápido do que a taxa de afundamento, a aeronave subirá. Em velocidades mais baixas, uma aeronave pode ter uma razão de planeio pior, mas também terá uma taxa de afundamento menor. Uma velocidade aerodinâmica baixa também melhora sua capacidade de girar firmemente no centro do ar ascendente, onde a taxa de subida é maior. Uma taxa de afundamento de aproximadamente 1,0 m/s é o máximo que uma asa delta ou parapente prático poderia ter antes de limitar as ocasiões em que uma subida era possível apenas quando havia ar fortemente ascendente. Planadores (planadores) têm taxas mínimas de afundamento entre 0,4 e 0,6 m/s, dependendo da classe . Aeronaves como aviões de passageiros podem ter uma melhor razão de planeio do que uma asa-delta, mas raramente seriam capazes de térmicas por causa de sua velocidade de avanço muito mais alta e sua taxa de afundamento muito mais alta. (Observe que o Boeing 767 no incidente do Gimli Glider alcançou uma razão de planeio de apenas 12:1).

A perda de altura pode ser medida em várias velocidades e plotada em uma " curva polar " para calcular a melhor velocidade para voar em várias condições, como ao voar contra o vento ou ao afundar. Outras curvas polares podem ser medidas após carregar o planador com lastro de água. À medida que a massa aumenta, a melhor relação de deslize é alcançada em velocidades mais altas (a taxa de deslize não é aumentada).

Voando

Animais planadores e aeronaves podem alternar planagens com períodos de planagem em ar ascendente . Cinco tipos principais de sustentação são usados: térmicas , elevação de cumeeira , ondas de sotavento , convergências e subida dinâmica . O voo dinâmico é usado predominantemente por pássaros e alguns aeromodelos, embora também tenha sido alcançado em raras ocasiões por aeronaves pilotadas.

Exemplos de voo ascendente por pássaros são o uso de:

• Térmicas e convergências por aves de rapina , como abutres
• Elevação de cume por gaivotas perto de falésias
• Elevação de ondas por aves migratórias
• Efeitos dinâmicos perto da superfície do mar por albatrozes

Para os seres humanos, o vôo é a base para três esportes aéreos : vôo livre , asa delta e parapente .

Veja também

• Asa- delta motorizada  – Asa-delta motorizada com pé
• Competição de voo livre
• Lista de voos de companhias aéreas que exigiam planador
• Planador subaquático  - Tipo de veículo subaquático autônomo

Referências