Como um avião consegue voar de dorso se a asa fica de cabeça pra baixo? #perguntas

Valério, aerodinâmica é provavelmente o campo mais complexo da aviação e portanto a simplicidade de uma resposta se torna tão complexa quanto a ciência em si, mas vou tentar explicar muito resumidamente.

Existem diversos perfis de asa para diferentes tipos de aviões, alguns com uma curvatura maior na parte superior e outros simétricos, veja exemplos na figura abaixo:

Ao contrário da crença geral, um aerofólio assimétrico (com a parte de cima mais curvada) não gera mais sustentação do que um simétrico. A sustentação é produzida pelo ângulo de ataque, logo, um aerofólio simétrico produz tanta sustentação quanto um assimétrico.

Geralmente você consegue um coeficiente de sustentação (que é um tipo de medida) de aproximadamente 0.1 para cada grau de ângulo de ataque (AoA), então, grosso modo, você consegue 0.5 com 5 graus de AoA e 0.0 de sustentação a 0 graus de AoA.

Agora, se você aumentar a curvatura da parte superior da asa, você muda o ângulo em que a asa vai ter ZERO de sustentação, e pode ter algo como 0.5 a 3 graus AoA, 0.2 a 0 graus de AoA e 0.0 a -2 graus!

Ou seja, um perfil simétrico tem 0 de sustentação a 0 graus de AoA, enquanto um assimétrico produz 0.2 de sustentação com o mesmo zero grau de ângulo de ataque.

Tudo ok até aqui?

Então vamos responder uma parte de sua pergunta agora e depois continuamos com mais alguns detalhes. Uma aeronave acrobática consegue voar de dorso “na boa” porque geralmente seu perfil de asa é simétrico, assim como os dos caças a jato. Veja esta ilustração abaixo, é possível ver o perfil simétrico da asa do Extra 300:

Percebe que a parte de baixo da asa é idêntica a de cima? Então, por esse motivo, os aviões acrobáticos voam de dorso tão bem quanto em voo normal, já que um pequeno AoA produz a mesma sustentação em voo invertido ou normal.

Ô Lito, então quer dizer que um Cessna, que não tem perfil simétrico como o Extra, não poderia voar invertido?

Poderia sim! Perfis assimétricos também podem voar invertidos, a diferença é que o AoA teria que ser MUITO maior.

Hummm, então pra que ter o trabalho de construir perfis assimétricos se os simétricos produzem sustentação do mesmo jeito ao se aumentar o Ângulo de Ataque?

Por causa de um detalhezinho: Uma coisa chamada “arrasto”. O que faz um avião ir para frente é a potência do motor (tração) e o ar que ele tem que fazer força pra “furar” é chamado de arrasto aerodinâmico. Quanto mais potência você precisar para ir para frente, mais combustível você vai usar, e sabemos que combustível é algo que não se joga fora certo? Então, o menor arrasto ocorre quando a asa está bem próxima a zero graus de ângulo de ataque, portanto, se você puder manter sua aeronave produzindo sustentação com a asa perto de zero graus de AoA, obterá a máxima eficiência, por isso as aeronaves comerciais possuem perfis assimétricos em suas asas.

Em relação a mudanças estruturais para conseguir voar de dorso, não seriam necessárias grandes mudanças, as aeronaves já saem preparadas para suportar diversas forças. O problema maior em se voar de dorso na verdade é a alimentação de combustível. Um Cessna Skylane provavelmente teria o motor apagado se tentasse voar de dorso por mais do que alguns segundos, já que seu sistema de alimentação original não contempla o voo de dorso.

Lembre-se que o combustível fica na asa e o sistema de alimentação fica na parte de baixo do tanque, mas eu um voo invertido a parte de baixo do tanque vai para cima certo? Por este motivo as aeronaves acrobáticas possuem um sistema de alimentação diferente, que mantém pressão constante de combustível disponível na bomba tanto em voo invertido quanto nivelado e algumas aeronaves (como o Decathlon) possuem um sistema tão simples que é até usado em aeromodelos: a mangueira de combustível dentro do tanque possui um peso na ponta, pra onde o combustível for a mangueira vai.

De maneira bem simplificada, o perfil de asa e o ângulo de ataque é que produzem a sustentação necessária para voar de cabeça para baixo :)

Nota: os números de coeficiente de sustentação são apenas para ilustrar.

Tags: , ,

Sobre o Autor

Um técnico com bom senso :) 28 anos de aviação comercial, de Lockheed Electra a Boeing 787. Tentando simplificar a complexidade da aviação.
  • GabrielAP

    Explicou de maneira tão brilhante que fez a matéria parecer facil! Excelente, Lito, parabéns.

  • Goytá

    Já houve até o caso de nada menos que um DC-10 que voou de dorso por alguns segundos (além de também ter atingido velocidade supersônica, também por alguns segundos, no mesmo voo – duas coisas para as quais ele não foi projetado, mas aguentou). Foi no sequestro de um cargueiro da FedEx por um funcionário maluco que estava desesperado porque sabia que estava para ser demitido porque descobriram mentiras que ele falara na entrevista para o emprego – americano não perdoa essas coisas mesmo!

    Como funcionário, ele conseguiu uma carona num voo da empresa de Memphis para San Jose, Califórnia. Voos cargueiros saindo da base da empresa não têm (ou não tinham) nenhuma segurança, ainda mais levando só funcionários, daí que ele embarcou facilmente levando armas e ferramentas cortantes numa mochila. Uma vez voando, tentou matar os pilotos e fazer o avião cair para a família dele receber o seguro. (O idiota nem se tocou que todo avião desses tem “flight recorders” e que a investigação revelaria a causa.)

    Os pilotos conseguiram dominá-lo, impedir a queda e pousar o avião (que foi consertado e voou de novo), ao preço de ficarem gravemente feridos e com sequelas permanentes que os impediram de continuar na profissão, mas na luta para dominar o sequestrador, sem poder controlar o avião e muitas vezes esbarrando a esmo nos controles, aconteceram esses lances cinematográficos de movimentos completamente desordenados do avião nos céus. (O sequestrador pegou prisão perpétua.)

    OK, o DC-10 teve aquele problema sério de projeto das portas do compartimento de bagagem que causou vários desastres horríveis (conheço via Internet o sobrinho de um morto naquele desastre com o DC-10 da Turkish Airlines na França – ele tem pavor de avião). Também teve aquele procedimento de manutenção não recomendado, mas que todas as companhias aéreas faziam, que detonava os “pylons” dos motores das asas. Mas fora isso, que avião incrivelmente robusto para aguentar algo assim!

    O login do Disqus não está funcionando hoje, não sei o que é… Mas sou eu mesmo!

  • Mf Inforzatto

    Muito bom Lito!

  • http://www.facebook.com/profile.php?id=100003197680486 Leonardo Meca

    nunca achei que isso fosse tao complexo! 

  • Valério

    Muito obrigado Lito. Como sempre, é uma resposta que vale por uma aula!!!

  • Grigolati

    Cara estava com dificuldade em aerodinamica e vc ajudou um montão… obrigado virei fã

  • sergio

    muito bom mesmo essa aula 

  • Santosjosa

    Uma pergunta de leigo: Então existe mesmo essa diferença de pressão causada pela diferença de velocidade do ar nas faces da asa? O que aconteceria se o ângulo de ataque fosse diferente? Obrigado.

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Sim, existe e provavelmente você vê este fenômeno todo dia ao usar um desodorante aerosol ou spray. Não entendi sua pergunta sobre ângulo de ataque diferente? 

  • Ernando GMP

    Cara já tinha visto isso no curso técnico, mas vc foi excelente externando isso com uma grande riqueza de detalhes.. Parabéns..

  • http://www.facebook.com/wanderley.raphael Wanderley Raphael

    Muito, muito bem explicado. Tirei bastantes dúvidas depois desta matéria. Está de Parabéns !!!

  • Marcelo Bottcher

    OPssss… a quem pensa que voar e apenas ficar em cima do ar
    mais o logico e correto e imaginar o ar apenas como um fluido
    esqueça das regras gerais da força da gravidade e procure se basiar em leis de fluidos
    portanto tanto faz se estiver de cabeça pra baixo como em vertical
    so preciso vencer a lei do impulso se mantendo em movimento ( para isso temos hélices e turbinas ) que mantem o avião em movimento em uma linha reta
    a asa se sustenta não somente ao ar mais também ao movimento rs …

  • Julio Ribeiro Marques

    Lito,
    Que tipo de perfil poderia gerar o máximo de sustentação ??
    A idéia é um avião para subir rápido (mesmo que não tenha uma velocidade de cruzeiro grande).
    Bastante potência e uma asa de grande sustentado seria o indicado certo ??
    Mas que tipo de asa… ??
    Obrigado

    • Gustavo Pilati

      A sustentação depende do perfil e da área de asa.

      Sustentação vem sempre junto com arrasto. Quanto maior a sustentação (seja por ângulo de ataque ou pelo perfil da asa) o arrasto irá aumentar.

      Um planador por exemplo tem uma grande área de asa, com um alongamento muito grande (gerando assim sustentação) e um perfil pouco assimétrico (com o mínimo de arrasto possível).

      Já aqueles aviões de STOL (Short Takeoff and Landing) possuem um perfil mais espesso que gera bastante sustentação porém com bastante arrasto, sendo assim é necessário bastante potência para tornar um destes aviões viável.

      Ou seja, tem sempre esse “trade-off” entre sustentação vs arrasto :)

      Procure pelos “NACA airfoils”. Eles são classificados em numeros normalmente de 4 dígitos, por ex NACA 2412.

      Aqui um gerador de perfis: http://airfoiltools.com/airfoil/naca4digit

      • Julio Ribeiro Marques

        Perfeito !!!!
        Sem duvida a idéia que “busco” é baseada nas aeronaves STOL (como TwinOtter, Bufallo, Pilatus Porter), seria uma aeronave mais especificamente para Paraquedismo, onde é importante subir rápido, com potência de sobra e sem se importar com a velocidade de cruzeiro !!!
        Quanto você cobraria pra projetar uma asa para uma aeronave para 5 pessoas com 1.800kg de peso maximo de decolagem ou 9 pessoas com 2.500kg de peso maximo de decolagem com essas especificações (STOL) ??

        • Gustavo Pilati

          Fico lisonjeado com a solicitação, mas não sou engenheiro aeronáutico. Tenho a base para voar e entender o que acontece na asa, agora projetar uma asa é um buraco bem mais fundo e que sai da minha alçada. (Não sei nem por onde começar os cálculos disso hahaha)

          No ITA tem o curso superior de engenharia aeronáutica, acho que eles podem te ajudar melhor ;)

          • Julio Ribeiro Marques

            De qualquer forma agradeço !!!
            Se souber de alguém que possa fazer isso, ficarei ainda mais agradecido…

Topo