Ailerons control the roll of an airplane.
Elevators control the pitch (the up and down motion) of an airplane.
Flaps are deployed when the plane is landing or taking off.
The rudder controls the yaw (side to side motion) of an airplane.
Roll is a blanking turn of an airplane. A roll to the right is accomplished by having the right aileron up and the left aileron down. A roll to the left would have the left aileron up and the right aileron down.
Pitch is the up and down motion of an airplane. To climb, the elevators are put in the up position. This pushes the tail down and the nose up. To dive, the elevators are put in the down position. This pushes the tail up and the nose down.
Yaw is the side-to-side motion of an airplane. To cause an airplane to yaw to the right, the rudder is deployed to the right. This pushes the tail to the left and the nose to the right. To cause an airplane to yaw to the left, the rudder is deployed to the left. This pushes the tail to the right and the nose to the left.
Structure
The Tupolev Tu-160, a supersonic, variable-geometry heavy bomber
The P-38 Lightning, a twin-engine fixed-wing aircraft with a twin-boom configuration.
A Sukhoi Su-27UB of the Russian Knights aerobatic team showing two vertical stabilizers
An F-16 Fighting Falcon, a US military fixed-wing aircraft
The Mexican unmanned aerial vehicle S4 Ehécatl at take-off
The structure of a fixed-wing aircraft consists of the following major parts:
- A long narrow often cylindrical form, called a fuselage, usually with tapered or rounded ends to make its shape aerodynamically smooth. The fuselage carries the human flight crew if the aircraft is piloted, the passengers if the aircraft is a passenger aircraft, other cargo or payload, and engines and/or fuel if the aircraft is so equipped. The pilots operate the aircraft from a cockpit located at the front or top of the fuselage and equipped with windows, controls, and instruments. Passengers and cargo occupy the remaining available space in the fuselage. Some aircraft may have two fuselages, or additional pods or booms.
- A wing (or wings in a multiplane) with an airfoil cross-section shape, used to generate aerodynamic lifting force to support the aircraft in flight by deflecting air downward as the aircraft moves forward. The wing halves are typically symmetrical about the plane of symmetry (for symmetrical aircraft). The wing also stabilizes the aircraft about its roll axis and the ailerons control rotation about that axis.
- At least one control surface (or surfaces) mounted vertically usually above the rear of the fuselage, called a vertical stabilizer. The vertical stabilizer is used to stabilize the aircraft about its yaw axis (the axis in which the aircraft turns from side to side) and to control its rotation along that axis. Some aircraft have multiple vertical stabilizers.
- At least one horizontal surface at the front or back of the fuselage used to stabilize the aircraft about its pitch axis (the axis around which the aircraft tilts upward or downward). The horizontal stabilizer (also known as tailplane) is usually mounted near the rear of the fuselage, or at the top of the vertical stabilizer, or sometimes a canard is mounted near the front of the fuselage for the same purpose.
- On powered aircraft, one or more aircraft engines are propulsion units that provide thrust to push the aircraft forward through the air. The engine is optional in the case of gliders that are not motor gliders. The most common propulsion units are propellers, powered by reciprocating or turbine engines, and jet engines, which provide thrust directly from the engine and usually also from a large fan mounted within the engine. When the number of engines is even, they are distributed symmetrically about the roll axis of the aircraft, which lies along the plane of symmetry (for symmetrical aircraft); when the number is odd, the odd engine is usually mounted along the centerline of the fuselage.
- Landing gear, a set of wheels, skids, or floats that support the aircraft while it is on the surface.
Some varieties of aircraft, such as flying wing aircraft, may lack a discernible fuselage structure and horizontal or vertical stabilizers.
Controls
A number of controls allow pilots to direct aircraft in the air. The controls found in a typical fixed-wing aircraft are as follows:
- A yoke or joystick, which controls rotation of the aircraft about the pitch and roll axes. A yoke resembles a kind of steering wheel, and a control stick is just a simple rod with a handgrip. The pilot can pitch the aircraft downward by pushing on the yoke or stick, and pitch the aircraft upward by pulling on it. Rolling the aircraft is accomplished by turning the yoke in the direction of the desired roll, or by tilting the control stick in that direction. Pitch changes are used to adjust the altitude and speed of the aircraft; roll changes are used to make the aircraft turn. Control sticks and yokes are usually positioned between the pilot’s legs; however, a sidestick is a type of control stick that is positioned on either side of the pilot (usually the left side for the pilot in the left seat, and vice versa, if there are two pilot seats).
- Rudder pedals, which control rotation of the aircraft about the yaw axis. There are two pedals that pivot so that when one is pressed forward the other moves backward, and vice versa. The pilot presses on the right rudder pedal to make the aircraft yaw to the right, and on the left pedal to make it yaw to the left. The rudder is used mainly to balance the aircraft in turns, or to compensate for winds or other effects that tend to turn the aircraft about the yaw axis.
- A throttle, which adjusts the thrust produced by the aircraft’s engines. The pilot uses the throttle to increase or decrease the speed of the aircraft, and to adjust the aircraft’s altitude (higher speeds cause the aircraft to climb, lower speeds cause it to descend). In some aircraft the throttle is a single lever that controls thrust; in others, adjusting the throttle means adjusting a number of different engine controls simultaneously. Aircraft with multiple engines usually have individual throttle controls for each engine.
- Brakes, used to slow and stop the aircraft on the ground, and sometimes for turns on the ground.
Other possible controls include:
- Flap levers, which are used to control the position of flaps on the wings.
- Spoiler levers, which are used to control the position of spoilers on the wings, and to arm their automatic deployment in aircraft designed to deploy them upon landing.
- Trim controls, which usually take the form of knobs or wheels and are used to adjust pitch, roll, or yaw trim.
- A tiller, a small wheel or lever used to steer the aircraft on the ground (in conjunction with or instead of the rudder pedals).
- A parking brake, used to prevent the aircraft from rolling when it is parked on the ground.
The controls may allow full or partial automation of flight, such as an autopilot, a wing leveler, or a flight management system. Pilots adjust these controls to select a specific attitude or mode of flight, and then the associated automation maintains that attitude or mode until the pilot disables the automation or changes the settings. In general, the larger and/or more complex the aircraft, the greater the amount of automation available to pilots.
Componentes básicos
Seja um pequeno Cessna 140 ou um gigantesco Antonov An-225, qualquer avião possui algumas características em comum:
Partes fixas
- A presença de asa(s): o que parece ser um par de asas é, na verdade, uma estrutura única rigidamente conectada com a fuselagem da aeronave. Os aviões podem ser monoplanos (uma asa), biplanos (duas asas) ou triplanos (três asas). A maioria dos aviões é do tipo monoplano, com uma asa e um elevador atuando na sustentação e manobrabilidade. A asa é também onde geralmente se armazena o combustível da aeronave.
Tipos:
 Reta
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 Trapezoidal
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 Elíptica
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 Flecha
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 Enflechamento negativo
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 Flecha dobrada
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 De geometria variável
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 Em Delta
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 Delta com canard
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 Delta com timões
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 Delta dobrada
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 Ogival
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- A presença de uma fuselagem, ou corpo principal: em aeronaves menores, o combustível é estocado na parte traseira do seu corpo principal.
Tipos de fuselagens:
1 – para vôo subsônico
2 – para vôo supersônico
3 – para vôo subsônico e grande capacidade de carga
4 – para vôo supersônico e alta capacidade de manobra
5 – Hidroavião
6 – para vôo hipersônico.
- Um motor (grupo moto propulsor) que serve para o empuxo da aeronave tanto no solo quanto no ar. Um motor pode ser uma turbina a jato (motor a reação), um turbo-hélice ou a pistão. O(s) motor(es) podem estar localizados sob ou sobre as asas e/ou na parte traseira ou frontal da fuselagem.
Partes móveis
Motor a pistão com seis pás de hélices .
Turbina de um avião de passageiros exibindo seu interior .
Localização das diversas partes móveis de um avião.
- Ailerons: estão localizados na asa da aeronave. Atuam sempre ao mesmo tempo, mas em direção inversa, alterando a sustentação nas pontas da asa para que assim o avião possa rolar em torno do seu eixo longitudinal (bancagem).
- Leme de direcção: que se situa, na maioria dos aviões, na empenagem vertical, é uma parte móvel da aeronave que permite que a mesma gire em torno de seu eixo vertical (guinada).
- Leme de profundidade: estão localizados na empenagem horizontal. A função do leme de profundidade, é de basicamente alterar a estabilidade da asa para que a aeronave possa rolar em torno do eixo transversal (subir — termo técnico: cabrar — e baixar o nariz — termo técnico: picar).
- Compensadores: superfícies que tem como finalidade diminuir a forca necessária a ser exercida pelo piloto durante as manobras de rolagem (bancagem), guinada e picadas/cabradas, assim como neutralizar a tendência de movimento da aeronave (como por exemplo, na perda de um dos motores). Normalmente são pequenas aletas na parte mais interna dos ailerons e profundores. No leme podem ser localizados na parte mais baixa do mesmo, mais junto ao charuto.
- Estabilizador vertical ou empenagem vertical: é um aerofólio de perfil simétrico, que tem como finalidade evitar que a aeronave glisse ou derrape durante uma curva (embora sozinho não seja capaz de evitar que esses efeitos ocorram), além de ser suporte do leme direcional, responsável pela guinada.
- Estabilizador horizontal ou empenagem horizontal: é um aerofólio de perfil simétrico que está localizado na cauda da aeronave, contra-balanceando a instabilidade da asa (que é gerada pela sustentação) para que a aeronave possa manter uma atitude em vôo suficiente para poder subir e/ou voar em uma altitude de cruzeiro e descer. Assim como o estabilizador vertical, é uma superfície vital na aeronave para que ela possa ser “voável”. Em algumas aeronaves de grande velocidade (alguns “jatos” comerciais ou turbo-hélices), o mesmo serve como compensador, sendo chamado também de stab trim, ou simplesmente trim.
- Trens de pouso ou trens de aterragem: Permitem que o avião transite em solo, gelo ou água (no caso dos hidro-aviões) e podem ser retráteis ou fixos.
- Flaps: É um dispositivo hipersustentador. Mudam o perfil da asa do avião, ajudando na sustentabilidade e no controle da velocidade da aeronave no ar, ambas em operações de baixa velocidade – especialmente importantes nas operações de pouso e decolagem. Atualmente os mais utilizados são os flaps “Fowler” que além de aumentar a curvatura da asas, aumentam também a área desta, aumentando assim a sustentação.
[editar] Sustentação
Boeing 747 da Air New Zealand decolando do Aeroporto Internacional de Christchurch, Nova Zelândia.
Air Force One voando sobre o monte Rushmore
Um avião alça vôo devido à reações aerodinâmicas que acontecem quando ar passa em alta velocidade pela asa. Quando isto acontece, ele é forçado a passar por baixo e por cima desta ao mesmo tempo. O comprimento da asa é maior na parte superior graças a uma curvatura e, em razão disto, o ar em velocidade não possui pressão suficiente para retornar ao perfil desta curvatura, gerando uma zona de baixa pressão na parte superior posterior da asa. Estando a pressão na parte inferior bem maior, em razão desta face não possuir um perfil curvado, mas mais próximo de uma reta, a asa se vale da diferença de impacto gasoso do ar atmosférico (maior em baixo, menor em cima) para adquirir sustentação. Algumas explicações invocam uma interpretação errada a partir do Princípio de Bernoulli, afirmando que o fluxo de ar na parte de cima de uma asa é mais rápido que na parte de baixo. A verdade é que ambos os fluxos possuem velocidades praticamente iguais, porém com direções diferentes. Ensaios exaustivamente repetidos mostram que uma molécula de ar que flui na parte inferior de uma asa a percorre muito mais rápido que uma mesma molécula na parte superior, obviamente pelo fato lógico de se deslocar numa trajetória mais direta e não curva, como acontece na superfície superior. Embora muito presente em quase todas as explicações sobre aerodinâmica, a teoria do ar mais rápido em cima da asa é uma explicação errada e ilógica, pois não há fonte energética que acelere o ar acima de uma asa. Trata-se apenas de uma questão de perfil de asa e aerodinâmica. É claro que o efeito do impacto das moléculas de ar de forma mais drástica na parte inferior da asa permite que esta, livre e em suas condições normais, tenda sempre à subir, nunca a descer.
Os aviões necessitam de uma velocidade elevada para que a diferença entre a pressão do ar sob e sobre a asa seja suficiente para a sustentação da aeronave. Devido a essas altas velocidades, um avião precisa percorrer uma certa distância em solo antes de alcançar a velocidade suficiente para a decolagem, o que justifica a necessidade de uma pista de decolagem em terreno longo e plano para a atingir. Para aeronaves maiores e mais pesadas, maior terá de ser o comprimento da pista e a velocidade necessária para a decolagem, dado o maior esforço necessário. A pista também atende ao propósito inverso: permite que a aeronave toque o solo em alta velocidade e tenha espaço para frenar com segurança, transitando suavemente entre veículo aéreo para terrestre novamente.
Tipos de aviões
Aviões monomotores, bimotores e turbo-hélices
Um Cessna 172, um avião monomotor.
Os aviões monomotores, bimotores e turbo-hélices fazem uso de um motor que faz girar uma hélice, criando o empuxo necessário para a movimentação da aeronave para frente. Em particular os turbo-hélices são motores à reação (jato) que impulsionam uma hélice.São relativamente silenciosos, mas possuem velocidades, capacidade de carga e alcance menores do que os similares a jato. Porém, são sensivelmente mais baratos e econômicos do que os aviões a jato, o que os torna a melhor opção para pessoas que desejem possuir um avião próprio ou para pequenas companhias de transporte de passageiros e/ou carga.
Aviões a jato
Aviões a jato fazem uso de turbinas para a criação da força necessária para a movimentação da aeronave para frente. Aviões a jato possuem muito mais força e criam um impulso muito maior do que aviões que fazem uso de turbo-hélices. Como conseqüência, podem carregar muito mais peso e possuem maior velocidade do que turbo-hélices. Um porém é a grande quantidade de som criada por uma turbina; isto torna aviões a jato uma fonte de poluição sonora.
Grandes widebodies (“corpos largos”), como o Airbus A340 e o Boeing 777, podem carregar centenas de passageiros e várias toneladas de carga, podendo pecorrer uma distância de até 16 mil quilómetros – pouco mais que um quarto da circunferência terrestre.
Aviões a jato possuem altas velocidades de cruzeiro (700 a 900 km/h) e velocidades de decolagem e pouso (150 a 250 km/h).
Numa operação de aterrisagem, devido à alta velocidade, o avião a jato faz grande uso dos flaps para permitir uma aproximação em velocidade mais baixa (pois estes aumentam a superfície das asas e consequentemente a sustentação), e do reverso (a turbina gera um fluxo de ar para frente, e não para trás), com o intuito de diminuir a velocidade da aeronave após tocar o solo.
Eles possuem um dispositivo na turbina chamado reverso.O reverso os ajuda na frenagem do pouso e(se precisar),no procedimento de aborto de decolagem(RTO).
Aviões supersônicos
Dois F-22 da Lockheed Martin, em vôo.
Aviões supersónicos, como o Concorde e caças militares, fazem uso de turbinas especiais, que geram potência necessária para um voo mais rápido que a velocidade do som. Além disso, o desenho do avião supersónico apresenta certas diferenças com o desenho de aviões subsónicos, tudo de modo a superar do modo mais fácil possível o atrito do aparelho com o ar.
Nos caças, a área das asas são reduzidas, visando o menor atrito com o ar (que permite alcançar velocidades extremas), necessitando de uma velocidade muito grande para compensar essa característica. A velocidade de decolagem de certos caças chega à 300km/h, outros precisam de mais velocidade. Por isso, jamais se vai ouvir que um caça fez uma aterrissagem forçada, pois na ausência de altas velocidades estas aeronaves não planam, caem rapidamente, como uma jaca.
Em porta-aviões, usa-se uma espécie de catapulta linear, movida à pressão do vapor proveniente do próprio motor da embarcação. Essa catapulta fica abaixo da pista, ficando visível apenas um gancho no chão da pista, que encaixa no trem de pouso dianteiro da aeronave e a impulsiona fazendo-a atingir a velocidade necessária para decolagem em uma pista curta. À primeira vista, a parte visível desse sistema se assemelha a um trilho. No pouso a velocidade é igualmente alta. Então o caça abaixa um bastão com um gancho na ponta (localizado na parte traseira do avião), que prende-se à cabos de aço esticados na pista, ajudando a parar rapidamente.
O voo em velocidade supersónica cria muito mais poluição sonora do que o voo em velocidades subsónicas. Isto limita os voos supersónicos a áreas de baixíssima ou nenhuma densidade populacional. Quando passam numa área de maior densidade populacional, os aviões supersónicos são obrigados a voar em velocidade subsónica.
Algumas aeronaves são capazes de voar em velocidades hipersónicas, geralmente, velocidades que superam cinco vezes a velocidade do som.
Projetando e construindo um avião
Pequenos aviões, para um ou no máximo dois passageiros, podem ser construídos em casa, por aviadores que possuem muito conhecimento técnico na área de física e aerodinâmica. Outros aviadores com menos conhecimentos fazem seus aviões usando kits de pequenas aeronaves, com peças pré-fabricadas, e montando a aeronave em casa.
Aviões produzidos desta maneira, porém, são os menos conhecidos. Dada a sua delicadeza, aviões construídos para exploração econômica de sua operação precisam passar por um processo minucioso e demorado de planejamento, por motivos de segurança impostos pelo órgão de aviação ou de transportes do país à companhia construtora. Isto pode durar até quatro anos, em pequenos turbo-hélices, a 12 anos, em aviões com o porte do A380. A Federal Aviation Administration, por exemplo, exige que a asa fixada à fuselagem consiga gerar seis vezes mais força de sustentação em relação ao seu peso (força exercida pela força de gravidade na aeronave).
Neste processo, estabelecem-se em primeiro lugar os objetivos da aeronave. Uma vez completos, a empresa construtora usa um grande número de desenhos e equações, tudo calculado em teoria, estimando o comportamento da aeronave. Os computadores são atualmente muito utilizados por companhias construtoras de aviões como um meio de desenho e planejamento do avião. Pequenos protótipos, ou certas partes do avião são, então, testados em túneis de vento, para verificar a aerodinâmica da aeronave.
Quando o avião é aprovado neste processo, constrói-se um número limitado destes aviões, para a sua testagem como um todo no solo. Atenção especial é dada aos motores (ou turbinas) e às asas.
Depois de aprovado, pelo processo acima indicado, a companhia construtora é autorizada por um órgão competente de aviação ou transportes em geral a fazer um primeiro vôo. Quando o comportamento da aeronave não apresenta suspeitas de falhas, os vôos-teste continuam até que o avião tenha cumprido todos os requisitos necessários. Então, o órgão público competente de aviação ou transportes do país aprova o projeto do avião e a companhia passa à produção em massa da aeronave.
Nos Estados Unidos, este órgão é a Federal Aviation Administration (FAA), e na União Européia, a Joint Aviation Authorities (JAA) e a European Aviation Safety Agency (EASA). Estas três são as entidades de regulamentação de aeronaves mais importantes do mundo. No Canadá, o órgão público encarregado de regulamentar e autorizar a produção em massa de aeronaves é o Transport Canada Civil Aviation (TCCA). No Brasil, o órgão é a Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC).
No caso do comércio internacional de aviões, uma licença do órgão público de aviação ou transportes do país onde a aeronave está a ser comercializada também é necessária. Por exemplo, aeronaves da Airbus precisam ser certificadas pela FAA para serem vendidas nos Estados Unidos e vice-versa, aeronaves da Boeing precisam ser aprovadas pela JAA para serem comercializadas na União Européia.
Produção industrializada
São relativamente poucas as companhias que produzem aviões em larga escala. Porém, a produção de um avião por uma dada companhia é um processo que envolve outras dezenas, ou talvez centenas, de outras empresas e fábricas, que produzem partes determinadas da aeronave. Por exemplo, uma empresa pode ser responsável pela produção do trem de pouso, enquanto outra é responsável pelo radar. A produção de tais peças não se limita a apenas algumas cidades de um dado país; no caso de grandes companhias de manufaturação de aeronaves, tais peças podem vir de diversas partes do mundo.
Uma vez fabricadas, as peças são enviadas para a fábrica principal da companhia aérea, onde está localizada a linha de produção. As diferentes peças juntam-se umas às outras, no final, produzindo a aeronave. No caso de grandes aviões, podem existir linhas de produção dedicadas especialmente à montagem de certas partes de grande porte da aeronave, como as asas e a fuselagem.
Quando pronto, um avião passa por uma rigorosa inspecção, em busca de falhas e defeitos, e sendo aprovada nesta inspecção, o avião é testado por um piloto, em um vôo-teste, de forma a assegurar que os controles da aeronave estão em ordem. Com este teste final, o avião está pronto para receber os “retoques finais” (configuração interna, pintura, etc), e pronto a ser enviado aos seus clientes.
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