Estabilidade e controle

Estabilidade e Controle
Conceitos e Análise Básica
Lucas Rubiano de Souza Cruz
Maio de 2007

OObbjjeettiivvoo
 Apresentar conceitos básicos de estabilidade e
controle de aeronaves;
 Apresentar a relação destes conceitos com o
projeto e a construção de aeromodelos para o
Aerodesign.

TTóóppiiccooss
 Estabilidade
 Estabilidade Estática
Longitudinal
 Volume de Cauda da EH
 Balanceamento
 Estabilidade Estática
Látero-Direcional
 Volume de Cauda da EV
 Diedro e Posição da Asa
 Estabilidade Dinâmica
 Controle
 Controle na Decolagem
 Controle em Manobra
 Controle em Falha de
Motor (OPEN)
 Volume de Controle

EEssttaabbiilliiddaaddee
Estabilidade: Tendência de sempre retornar a
uma situação de equilíbrio.
Equilíbrio
Estável
Equilíbrio
Neutro
Equilíbrio
Instável

EEsstt.. EEssttááttiiccaa LLoonnggiittuuddiinnaall
 Tendência de retornar ao equilíbrio após uma
perturbação;
 Indica também a consonância da variação de
velocidade e de ângulo de ataque em regime
com o movimento inicial do avião.

EH/profundor a
picar
EH/profundor
a cabrar
Equilíbrio
sem
estabilidade
c.g. mais
traseiro
Cm > 0 para
CL = 0
dCm/dCL < 0
Ponto
Neutro
de = 0 e iht = 0

 Estabilidade Estática pode ser medida pela
distância entre o centro de gravidade e o ponto
neutro, a chamada Margem Estática
c
Centro
Aerodinâmico
(asa)
c.g. Ponto Neutro
(avião)
c/4 xc Hnc
Margem
estática

 Margem estática:
LEMBRAR QUE SERVO-MECANISMO
DEVE SER DIMENSIONADO PARA
Manche fixo (profundor fixo);
Manche livre (“hinge moment” nulo);
SUPORTAR OS HINGES!!!
 Para aeromodelos, margem estática manche
fixo é mais adequada (servo-mecanismo
mantém profundor fixo);

 Margem Estática (manche fixo)
ù
H C a
T
- = ¶ k x
( ) úû
êë é
= - n 1
- -
n 1
¶
a
M
C
ht
L
1
Margem
estática Distância
do ponto
neutro ao
c.a. da asa
Distância
do c.g. ao
c.a. da asa
Volume de
cauda

VVoolluummee ddee CCaauuddaa EEHH
S l
HT HT
S c
W
ht n =
Centro
Aerodinâmico
(asa)
Ponto
Neutro
(avião)
Centro
Aerodinâmico
(EH)
lht

Asa-fuselagem
Avião
completo
Efeito da
Empenagem
Horizontal

BBaallaanncceeaammeennttoo
 Ponto neutro não depende de c.g., porém
margem estática depende;
 Mudanças de Balanceamento alteram a
estabilidade!
CARGA
ou
EQUIPAMENTOS
c.g.
DEFINIR” A
C.G.
BASTA “DO NÃO POSIÇÃO

EEssttaabb.. EEssttáátt.. LLáátteerroo--DDiirreecciioonnaall
 A estabilidade estática látero-direcional é
avaliada em função de dois parâmetros
adimensionais, Cnb e Clb ;
b
V
Cn
Cl

EEssttaabb.. EEssttáátt.. LLáátteerroo--DDiirreecciioonnaall
 Estabilidade direcional (Cnb > 0) – aeronave
aproa o vento sob rajada, contribui para
estabilidade dinâmica e garante consonância
entre movimento inicial e regime;
 Estabilidade lateral (Clb < 0) – comportamento
convencional para controle em derrapagem;
Cnb > 0 Clb < 0
b
V

VVoolluummee ddee CCaauuddaa EEVV
 Principal contribuição para Cnb é a força
normal na empenagem vertical;
 Daí a importância do volume de cauda da
empenagem vertical;
S l
w
vt vt
S b
vt n =
b
V
Cnb
lvt

G
DDiieeddrroo ee PPoossiiççããoo ddaa AAssaa
 Os principais fatores que afetam Clb são:
Posição da asa (mais alta aumenta estabilidade);
Diedro (maior aumenta estabilidade);
Enflechamento (maior aumenta estabilidade);
Empenagem (maior aumenta estabilidade);
b
V
Clb < 0
L

EEsstt.. DDiinnââmmiiccaa LLoonnggiittuuddiinnaall
 Período curto:
Oscilação primariamente em velocidade de
arfagem e ângulo de ataque;
Velocidade e trajetória praticamente
constantes;
Movimento rápido, deve ser estável!

EEsstt.. DDiinnââmmiiccaa LLoonnggiittuuddiinnaall
 Fugóide:
Oscilação primariamente em velocidade e
trajetória (energia cinética e energia
potencial);
Ângulo de ataque praticamente constante;
Movimento lento, mas amplo, em geral
pouco amortecido, mas desejável estável;

EEssttaabb.. DDiinn.. LLáátteerroo--DDiirreecciioonnaall
 Modo de rolamento: inércia até atingir taxa de
rolamento constante, é rápido e, em geral,
estável;

 “Dutch-roll”: oscilação conjunta em guinada e
rolamento. Dinâmica rápida, deve ser estável!

 Modo espiral: lentíssimo movimento em
rolamento e guinada, em geral está próximo do
neutro, ligeira instabilidade é tolerável;
Instável
Estável

EEssttaabbiilliiddaaddee DDiinnââmmiiccaa
 Em geral, características adequadas de
estabilidade estática (longitudinal e látero-direcional)
produzem características aceitáveis
de estabilidade dinâmica para configurações
convencionais!!!

CCoonnttrroollee
Controle: Capacidade de manobrar a aeronave para uma
condição desejada ou mantê-la nesta condição.
ESTÁVEL!
PREJUDICAR ESTABILIDADE
O
SER BASTA DE EXCESSO CONTROLE!!!
NÃO PODE

CCoonnttrroollee nnaa DDeeccoollaaggeemm
 Aeronave deve ter controle suficiente para
rotação em torno DO TREM DE POUSO na
decolagem;

CCoonnttrroollee eemm MMaannoobbrraa
 Aeronave deve ser capaz de manobra com
velocidade de arfagem constante (o que
implica em fator de carga e ângulo de ataque
constante);
a
V
Delta
profundor
DeltaV na EH q
devido a q

CCoonnttrroollee eemm FFaallhhaa ddee MMoottoorr
 Leme suficiente para compensar momento do
motor ainda em funcionamento (em solo) e
derrapagem (no ar);
 Aileron suficiente para controlar rolamento;
 Ângulo de rolamento pode ser usado para
diminuir derrapagem;
f
V
b
OPEN

VVoolluummee ddee ccoonnttrroollee
 De forma semelhante à estabilidade, volume de
controle pode ser usado como referência de
capacidade de controle;
S l
lrud
S l
elev elev
S c
W
lail
lelev
elev n =
S l
rud rud
S b
W
rud n =
ail ail
S b
W
ail n =

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