Mergulhadores da Marinha do Brasil recuperam grande parte do leme do Air France Airbus A330 do Oceano Atlântico, cerca de 745 milhas (1, 200 quilômetros) a nordeste de Recife. O acidente ocorrera oito dias antes, em 1 de junho, 2009. Veja mais fotos de voos. © Força Aérea Brasileira / Folheto / Imprensa Xinhua / Corbis Em 1 de junho, 2009, O voo 447 da Air France desceu inesperadamente, centenas de pés por segundo, antes de bater sua barriga no Oceano Atlântico, fragmentando o avião e matando todos os 228 passageiros e membros da tripulação. Hora extra, investigadores de acidentes foram capazes de juntar as peças do que deu errado naquela noite fatídica:uma combinação de clima severo, o mau funcionamento do equipamento e a confusão da tripulação fizeram com que a aeronave parasse e caísse do céu.
O vôo 447 enviou uma onda de choque pela indústria da aviação. A aeronave - um Airbus A330 - era um dos aviões mais confiáveis do mundo, sem fatalidades registradas voando comercialmente até o voo da Air France condenado. Em seguida, o acidente revelou a verdade assustadora:veículos mais pesados que o ar operam com tolerâncias muito estreitas. Quando tudo é cinco por cinco, um avião faz o que deve fazer - voar - quase sem esforço aparente. Na realidade, sua capacidade de permanecer no ar depende de uma interação complexa de tecnologias e forças, todos trabalhando juntos em um equilíbrio delicado. Altere esse equilíbrio de alguma forma, e um avião não conseguirá decolar. Ou, se já está no ar, ele vai voltar ao solo, frequentemente com resultados desastrosos.
Este artigo explorará a linha tênue entre voar alto e cair rapidamente. Vamos considerar 10 inovações críticas para a estrutura e função de uma aeronave moderna. Vamos começar com a única estrutura - asas - que todos os objetos voadores possuem.
Os aerofólios são moldados para gerar sustentação máxima. iStockphoto / Thinkstock Os pássaros os têm. O mesmo acontece com os morcegos e as borboletas. Dédalo e Ícaro os vestiram para escapar de Minos, rei de Creta. Estamos falando de asas, claro, ou aerofólios , qual função para dar sustentação a uma aeronave. Os aerofólios normalmente têm um formato leve de lágrima, com uma superfície superior curva e uma superfície inferior mais plana. Como resultado, o ar fluindo sobre uma asa cria uma área de maior pressão sob a asa, levando à força ascendente que tira o avião do solo.
Interessantemente, alguns livros de ciência invocam o princípio de Bernoulli para explicar a história edificante dos aerofólios. De acordo com esta lógica, o ar que se move sobre a superfície superior de uma asa deve viajar mais longe - e, portanto, deve viajar mais rápido - para chegar à borda de fuga ao mesmo tempo que o ar se move ao longo da superfície inferior da asa. A diferença de velocidade cria um diferencial de pressão, levando a levantar. Outros livros descartam isso como besteira, preferindo, em vez disso, confiar nas leis do movimento testadas e comprovadas de Newton:a asa empurra o ar para baixo, então o ar empurra a asa para cima.
Isso é um bigode ou uma hélice? iStockphoto / Thinkstock O vôo mais pesado que o ar começou com planadores - aeronaves leves que podem voar por longos períodos sem usar um motor. Os planadores eram os esquilos voadores da aviação, mas pioneiros como Wilbur e Orville Wright desejavam uma máquina que pudesse emular falcões, com forte, vôo motorizado. Isso exigia um sistema de propulsão para fornecer empuxo. Os irmãos projetaram e construíram as primeiras hélices de avião, bem como quatro cilindros dedicados, motores refrigerados a água para girá-los.
Hoje, o projeto e a teoria da hélice já percorreram um longo caminho. Em essência, uma hélice funciona como uma asa giratória, fornecendo elevador, mas em uma direção para a frente. Eles vêm em uma variedade de configurações, de duas lâminas, hélices de passo fixo para modelos de quatro e oito pás com passo variável, mas todos eles fazem a mesma coisa. Conforme as lâminas giram, eles desviam o ar para trás, e este ar, graças à lei de ação-reação de Newton, empurra as lâminas para a frente. Essa força é conhecida como impulso e trabalha para se opor arrastar , a força que retarda o movimento de avanço de uma aeronave.
Um motor de aeronave moderno aguarda pedidos em um aeroporto. O que Frank Whittle pensaria disso! iStockphoto / Thinkstock Em 1937, a aviação deu um salto gigante quando o inventor e engenheiro britânico Frank Whittle testou o primeiro motor a jato do mundo. Não funcionava como os aviões de hélice com motor a pistão da época. Em vez de, O motor de Whittle sugava o ar através das lâminas do compressor voltadas para a frente. Este ar entrou em uma câmara de combustão, onde se misturou com o combustível e queimou. Um fluxo superaquecido de gases correu do tubo de escape, empurrando o motor e a aeronave para frente.
Hans Pabst van Ohain, da Alemanha, pegou o projeto básico de Whittle e impulsionou o primeiro vôo de avião a jato em 1939. Dois anos depois, o governo britânico finalmente conseguiu decolar um avião - o Gloster E.28 / 39 - usando o design inovador do motor de Whittle. No final da Segunda Guerra Mundial, Jatos Gloster Meteor, que eram modelos sucessivos pilotados por pilotos da Royal Air Force, estavam perseguindo foguetes V-1 alemães e atirando neles do céu.
Hoje, os motores turbojato são reservados principalmente para aviões militares. Aviões comerciais usam motores turbofan, que ainda ingerem ar através de um compressor voltado para a frente. Em vez de queimar todo o ar que entra, Os motores turbofan permitem que um pouco de ar flua ao redor da câmara de combustão e se misture com o jato de gases superaquecidos que sai do tubo de escape. Como resultado, os motores turbofan são mais eficientes e produzem muito menos ruído.
Encha-o, por favor! Cerca de 70, 000 galões (265, 000 litros) de combustível para aquele avião de carga Antonov AN-124-100. © Pat Vasquez-Cunningham / ZUMA Press / Corbis As primeiras aeronaves movidas a pistão usavam os mesmos combustíveis que seu carro - gasolina e diesel. Mas o desenvolvimento de motores a jato exigia um tipo diferente de combustível. Embora alguns alas malucos defendessem o uso de manteiga de amendoim ou uísque, a indústria da aviação rapidamente decidiu-se pelo querosene como o melhor combustível para jatos de alta potência. O querosene é um componente do petróleo bruto, obtido quando o petróleo é destilado, ou separados, em seus elementos constituintes.
Se você tiver um aquecedor ou lâmpada a querosene, então você deve estar familiarizado com o combustível cor de palha. Aeronave comercial, Contudo, exigem um grau superior de querosene do que o combustível usado para fins domésticos. Combustíveis de aviação devem queimar de forma limpa, ainda assim, eles devem ter um ponto de inflamação mais alto do que os combustíveis para automóveis para reduzir o risco de incêndio. Os combustíveis para aviação também devem permanecer fluidos no ar frio da alta atmosfera. O processo de refino elimina toda a água em suspensão, que podem se transformar em partículas de gelo e bloquear as linhas de combustível. E o ponto de congelamento do próprio querosene é cuidadosamente controlado. A maioria dos combustíveis de jato não congela até que o termômetro alcance 58 graus Fahrenheit negativos (50 graus Celsius negativos).
Gary Krier fez o primeiro vôo da aeronave F-8 Digital Fly-By-Wire. Ele usava o computador do módulo de comando Apollo 15 para controle. Ele tinha uma memória total de 38K, dos quais 36K foram somente leitura. Imagem cortesia da NASA Uma coisa é colocar um avião no ar. Outra coisa é controlá-lo efetivamente sem cair de volta à terra. Em um simples avião leve, o piloto transmite comandos de direção por meio de ligações mecânicas para controlar superfícies nas asas, barbatana e cauda. Essas superfícies são, respectivamente, os ailerons, os elevadores e o leme. Um piloto usa ailerons para rolar de um lado para o outro, elevadores para inclinar para cima ou para baixo, e o leme para bombordo ou estibordo. Girando e bancando, por exemplo, requer ação simultânea nos ailerons e no leme, o que faz com que a asa mergulhe na curva.
Aviões comerciais e militares modernos têm as mesmas superfícies de controle e tiram proveito dos mesmos princípios, mas eles eliminam as ligações mecânicas. As primeiras inovações incluíram sistemas de controle de vôo hidráulico-mecânicos, mas estes eram vulneráveis aos danos da batalha e ocupavam muito espaço. Hoje, quase todas as grandes aeronaves dependem do digital fly-by-wire sistemas, que fazem ajustes nas superfícies de controle com base nos cálculos de um computador de bordo. Essa tecnologia sofisticada permite que um avião comercial complexo seja pilotado por apenas dois pilotos.
Reprodução em tamanho real do planador dos irmãos Wright de 1902 em repouso no Memorial Nacional dos Irmãos Wright em Kitty Hawk, N.C. © Kevin Fleming / Corbis Em 1902, os irmãos Wright pilotaram a aeronave mais sofisticada da época - um planador de uma pessoa com "pele" de musselina esticada sobre uma estrutura de abeto. Hora extra, madeira e tecido deram lugar a madeira laminada monocoque , uma estrutura de aeronave na qual a pele do avião suporta parte ou todas as tensões. Fuselagens monocoque permitiram maior resistência, aviões mais aerodinâmicos, levando a uma série de recordes de velocidade no início do século XX. Infelizmente, a madeira usada nessas aeronaves exigia manutenção constante e se deteriorava quando exposta às intempéries.
Na década de 1930, quase todos os projetistas de aviação preferiram a construção toda em metal ao invés de madeira laminada. O aço era um candidato óbvio, mas era muito pesado para fazer um avião prático. Alumínio, por outro lado, era leve, forte e fácil de moldar em vários componentes. Fuselagens com painéis de alumínio escovado, mantidos juntos por rebites, tornou-se um símbolo da era da aviação moderna. Mas o material veio com seus próprios problemas, a mais séria é a fadiga do metal. Como resultado, os fabricantes desenvolveram novas técnicas para detectar áreas problemáticas nas peças metálicas de uma aeronave. As equipes de manutenção usam a varredura de ultrassom hoje para detectar rachaduras e fraturas por estresse, mesmo pequenos defeitos que podem não ser visíveis na superfície.
Nem todas as aeronaves modernas têm um sistema de piloto automático, mas muitos fazem, e pode ajudar em tudo, desde a decolagem até o cruzeiro e o pouso. iStockphoto / Thinkstock Nos primeiros dias da aviação, os voos eram curtos, e a principal preocupação do piloto não era cair no chão depois de alguns momentos emocionantes no ar. Conforme a tecnologia melhorou, Contudo, voos cada vez mais longos eram possíveis - primeiro nos continentes, então através dos oceanos, em seguida, em todo o mundo. A fadiga do piloto tornou-se uma preocupação séria nessas jornadas épicas. Como pode um piloto solitário ou uma pequena tripulação ficar acordado e alerta por horas a fio, especialmente durante sessões monótonas de cruzeiro em alta altitude?
Digite o piloto automático. Inventado por Lawrence Burst Sperry, filho de Elmer A. Sperry, a piloto automático , ou sistema de controle de vôo automático, ligou três giroscópios às superfícies de uma aeronave controlando o passo, rolar e guinar. O dispositivo fez correções com base no ângulo de desvio entre a direção do vôo e as configurações giroscópicas originais. A invenção revolucionária de Sperry foi capaz de estabilizar o voo normal de cruzeiro, mas também pode realizar pousos e decolagens sem assistência.
O sistema de controle automático de vôo das aeronaves modernas difere pouco dos primeiros pilotos automáticos giroscópicos. Sensores de movimento - giroscópios e acelerômetros - coletam informações sobre a atitude e o movimento da aeronave e fornecem esses dados aos computadores do piloto automático, quais sinais de saída para superfícies de controle nas asas e cauda para manter um curso desejado.
O tubo dobrado que se provou indispensável para voos modernos iStockphoto / Thinkstock Os pilotos devem manter o controle de muitos dados quando estão na cabine de um avião. Velocidade do ar - a velocidade de uma aeronave em relação à massa de ar através da qual ela está voando - é uma das coisas mais importantes que eles monitoram. Para uma configuração de voo específica, seja pousando ou em um cruzeiro econômico, a velocidade de um avião deve permanecer dentro de uma faixa bastante estreita de valores. Se voar muito devagar, pode sofrer um estol aerodinâmico, quando não há sustentação suficiente para superar a força da gravidade para baixo. Se voar muito rápido, pode sofrer danos estruturais, como a perda de retalhos.
Em aviões comerciais, tubos de pitot suportar o fardo de medir a velocidade no ar. Os dispositivos receberam o nome de Henri Pitot, um francês que precisava de uma ferramenta para medir a velocidade da água que flui em rios e canais. Sua solução foi um tubo fino com dois orifícios - um na frente e outro na lateral. Pitot orientou seu dispositivo de modo que o orifício frontal ficasse contra a corrente, permitindo que a água flua através do tubo. Ao medir o diferencial de pressão nos orifícios frontal e lateral, ele poderia calcular a velocidade da água em movimento.
Os engenheiros de aviões perceberam que poderiam realizar a mesma coisa montando tubos pitot na borda das asas ou projetando-se da fuselagem. Nessa posição, a corrente de ar em movimento flui através dos tubos e permite uma medição precisa da velocidade da aeronave.
A vista de uma torre de controle de tráfego aéreo. É lindo - e ocupado. © Bob Sacha / Corbis Até aqui, esta lista se concentrou em estruturas de aeronaves, mas uma das inovações mais importantes da aviação - na verdade, uma coleção de inovações - é controle de tráfego aéreo , o sistema que garante que a aeronave possa decolar de um aeroporto, viajar centenas ou milhares de milhas e pousar com segurança no aeroporto de destino. Nos Estados Unidos, mais de 20 centros de controle de tráfego aéreo monitoram o movimento de aviões em todo o país. Cada centro é responsável por uma área geográfica definida, de modo que enquanto um avião voa ao longo de sua rota, ele é transferido de um centro de controle para o próximo. Quando o avião chega ao seu destino, controlar transferências para a torre de tráfego do aeroporto, que fornece todas as instruções para colocar o avião no solo.
O radar de vigilância desempenha um papel fundamental no controle do tráfego aéreo. Estações terrestres fixas, localizados em aeroportos e centros de controle, emitem ondas de rádio de comprimento de onda curto, que viajam para aviões, golpeie-os e salte de volta. Esses sinais permitem que os controladores de tráfego aéreo monitorem as posições e os cursos das aeronaves em um determinado volume de espaço aéreo. Ao mesmo tempo, a maioria das aeronaves comerciais transportam transponders , dispositivos que transmitem a identidade da aeronave, altitude, curso e velocidade quando "interrogado" por radar.
Você pode ver claramente o trem de pouso neste E-2C Hawkeye quando ele se aproxima da cabine de comando do USS John C. Stennis. Stocktrek Images / Thinkstock Aterrar um avião comercial parece um dos feitos mais improváveis da tecnologia. Um avião deve descer de 35, 000 pés (10, 668 metros) até o solo e lento de 650 milhas (1, 046 quilômetros) a 0 milhas por hora. Oh, sim, e tem que colocar todo o seu peso - cerca de 170 toneladas - em apenas algumas rodas e suportes que devem ser fortes, ainda completamente retrátil. É de se admirar que o trem de pouso ocupe o primeiro lugar em nossa lista?
Até o final dos anos 1980, a maioria das aeronaves civis e militares usava três configurações básicas de trem de pouso:uma roda por suporte, duas rodas lado a lado em um suporte ou duas rodas lado a lado ao lado de duas rodas adicionais lado a lado. À medida que os aviões ficavam maiores e mais pesados, os sistemas de trem de pouso tornaram-se mais complexos, tanto para reduzir o estresse na roda e conjuntos de suporte, mas também para diminuir as forças aplicadas ao pavimento da pista. O trem de pouso de um avião superjumbo Airbus A380, por exemplo, tem quatro unidades de material rodante - duas com quatro rodas cada e duas com seis rodas cada. Independentemente da configuração, força é muito mais importante do que peso, então você encontrará aço e titânio, não alumínio, nos componentes de metal de um trem de pouso.
Orville Wright disse uma vez:"O avião permanece levantado porque não tem tempo para cair." Depois de escrever isso, Eu chamaria isso de um eufemismo de proporções épicas.
