A Estabilidade de Aeronaves Empenagem Estrutura Aeronáutica

Empenagem Boeing 737

Augusto Fontanela

Arthur Cavalcanti

Gabriel Castanho

Gustavo Foscarini

João Gabriel Bokerskis

João Pedro Aguiar

Luis Saverio Stateri Rodrigues

RESUMO

A empenagem é uma estrutura traseira do avião constituída pela parte final da fuselagem constituída pelos estabilizadores vertical e lateral. Os estabilizadores são compostos pelos profundores, responsáveis pelos movimentos no eixo transversal, sendo feito diretamente por meio do manche fazendo o movimento de “cabrar” e “picar”. Há também a ação dos pedais que atuam no pelo leme de direção, responsável pelos movimentos de guinada no eixo vertical da aeronave, superfícies primarias de uma aeronave e essenciais para a estabilidade e controlabilidade de uma aeronave.

Palavras-chaves: Estabilidade de aeronaves. Empenagem. Estrutura aeronáutica. Esforços.

1 INTRODUÇÃO

O artigo veio com âmbito de resumir e simplificar, junto com a apresentação, os conhecimentos aprendidos em aula sobre a empenagem. Os principais materiais utilizados na pesquisa, foram: “STRUCTURAL REPAIR MANUAL, Cap. 55”, manuais de aeronaves de baixa performance e artigos de teoria de baixa/alta velocidade, a estrutura do projeto ficou dividido por componentes que constituem a empenagem, tipos de empenagem com exemplos reais de aeronaves e esforços sofridos pelo mesmo.

2 DESENVOLVIMENTO

2.1. A empenagem de aviões em geral, é uma parte da estrutura da aeronave que serve para dar estabilidade durante o voo, no geral, é uma asa mais curta. A maioria das aeronaves possuem uma empenagem conjunta, incorporando o estabilizador vertical e horizontal que controlam o yaw e o pitch. A empenagem é constituída do tailfin (vertical) e do tailplane (horizontal) e as partes que á ligam à fuselagem, em aviões comerciais isso engloba todas partes de controle de voo (mecânica e hidráulica) atrás do compartimento que segura a pressurização na parte de trás da fuselagem (vide Japan Airlines 123).

2.2.Na parte de trás do estabilizador horizontal temos o elevator, que é um aerofólio móvel que controla o pitch da aeronave no movimento de arfagem, alguns aviões possuem um estabilizador horizontal totalmente móvel. No estabilizador vertical, temos o rudder na parte traseira, usado para o controle de yaw. Na empenagem ficam o cockpit voice recorder, o flight data recorder e o ELT (emergency locator transmitter) por que a parte de trás do avião é mais protegida contra danos.

2.3. Trim

Alguns aviões possuem o sistema de trim, que é um compensador instalado no elevator e no rudder para ajustar as forças necessárias exercidas pelos pilotos em tais superfícies. Podem ser do tipo: Trim tab, uma pequena parte no final do elevator que muda as cargas sobre o mesmo; Stab trim, que muda o ângulo de ataque de todo estabilizador horizontal.

2.4. Fuselage mounted type.

Tipo comum de empenagem, instalado na maioria das aeronaves.

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2.5. Cruciform type.

O estabilizador horizontal é colocado no meio do estabilizador vertical, usado para manter o tailfin fora da esteira de turbulência do motor.

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2.6. T-tail type.

O estabilizador horizontal é colocado no topo do estabilizador vertical, tem todas características do cruciform type e ainda tem uma razão de planeio melhor, porém é mais fácil de entrar em parafuso chato e mais difícil de se recuperar em stall.

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2.7. Flying tailplane type

O estabilizador horizontal é inteiramente móvel, porém possui uma eficiência melhor em altos números mach, garante uma controlabilidade absurdamente grande.

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2.8. 737

No estudo do manual e artigos sobre reparos da empenagem da aeronave Boeing 737, foi possível averiguar como o mesmo funciona e sua importância. A empenagem é a estrutura do avião feita pela parte terminal da fuselagem e estabilizadores verticais e horizontal, incluindo o rudder, estrutura móvel fixada no estabilizador vertical que controla o movimento do avião para a esquerda ou direita e o elevator que é estrutura móvel fixada no estabilizador horizontal que controla o movimento do avião para cima ou para baixo. Ela permite ao piloto o controle do avião nos eixos longitudinal e vertical e assim tornando o avião aeronavegável.

Em suas primeiras versões o Boeing 737 tinha sua empenagem produzida via a utilização de ligas de Alumínio, material amplamente usado em diversos meios devido a sua grande abundancia na crosta terrestre e por suas características como leveza, condutividade elétrica, resistência á corrosão e baixo ponto de fusão, além de um baixo custo de reciclagem.

Com o avanço da tecnologia começou a era de implementar materiais compostos  e honeycomb na fabricação dos aviões, o material composto é produzido pela união de dois ou mais materiais, formando algo mais leve e mais resistente e o honeycomb é uma estrutura natural ou artificial que tem geometria de um favo de mel para permitir minimização de material usado assim reduzindo a massa do avião e com um custo menor e com grande resistência.

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Figura 1: Estabilizador horizontal                        Figura 2: Estabilizador vertical

2.9 Esforços

Durante um voo, as superfícies de voo devem resistir aos esforços de torção, tração, compressão, cisalhamento e flexão.

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Figura 3: torção         Figura 4: tração e compressão    Figura 5: cisalhamento Figura 6: flexão

Um evento de dano comum à empenagem é o TailStrike, que é um evento onde ocorre a colisão da extremidade da parte traseira do avião com o solo/pista, geralmente devido a aplicação de comandos bruscos a aeronave durante decolagem ou pouso. Tal incidente geralmente não traz risco a tripulantes e passageiros, porém pode acabar dando grandes prejuízos aos operadores que irão arcar com as perdas financeiras. Caso ocorra um tailstrike e o mesmo não seja reparado devidamente,  em um futuro próximo ele pode acabar sendo um fator contribuinte para falhas estruturais mais sérias.