Cálculo de sustentação com base em resultados de testes

Em 1915, o Congresso norte-americano criou o National Advisory Committee on Aeronautics (Naca - um precursor da Nasa). Durante as décadas de 20 e 30, a Naca conduziu testes de túnel de vento em centenas de formatos de aerofólios (formatos de corte transversal de asa). Os dados obtidos permitiram aos engenheiros calcular antecipadamente a quantidade de sustentação e arrasto que os aerofólios podem desenvolver em diversas condições de vôo.

O coeficiente de sustentação de um aerofólio é o número que relaciona sua capacidade de produção de sustentação à velocidade do ar, densidade do ar, área da asa e ângulo de ataque - o ângulo do aerofólio em relação ao fluxo de ar de entrada (discutiremos isso mais tarde, em mais detalhes). O coeficiente de sustentação de um aerofólio depende de seu ângulo de ataque.

imagem cortesia da NASA A inclinação da curva de sustentação de um aerofólio Naca

Eis uma equação padrão para o cálculo da sustentação usando um coeficiente de sustentação:

L = sustentação Cl = coeficiente de sustentação (rho) = densidade do ar V = velocidade do ar A = área da asa

Como exemplo, vamos calcular a sustentação de um avião com 40 pés de envergadura e um comprimento de perfil de 4 pés (área da asa = 160 pés quadrados), movendo-se a uma velocidade de 100 mph (161 km/h) ao nível do mar (146,7 pés, ou 45 metros por segundo). Suponhamos que a asa tenha uma seção transversal constante utilizando um formato de aerofólio Naca 1408 e que o avião esteja voando de forma que o ângulo de ataque da asa seja de 4 graus.

Sabemos que:

• A = 160 pés quadrados
• (rho) = 0,00238 slugs/ pé cúbico (ao nível do mar em um dia normal; slug é unidade americana de massa; 1 slug = 32,17 libras)
• V = 146,7 pés por segundo
• Cl = 0,55 (coeficiente de sustentação para aerofólio Naca 1408 a 4 graus AOA)

Agora, calculamos a sustentação:

• Sustentação = 0,55 x 0,5 x 0,00238 x 146,7 x 146,7 x 160
• Sustentação= 2.254 lbs

Também é possível fazer as contas usando o sistema métrico:

• A = 15 metros quadrados
• (rho) = 1,224 kg/m³ (ao nível do mar em um dia normal)
• V = 45 metros por segundo
• Cl = 0,55 (coeficiente de sustentação para aerofólio Naca 1408 a 4 graus AOA)

Fazendo o cálculo:

• Sustentação = 0,55 x 0,5 x 1,224 x 45 x 45 x 15
• Sustentação= 10.022 newtons, ou 1.022 kg-força

A conversão de libras para newtons não é precisa porque foram usadas aproximações diferentes em alguns dos fatores da fórmula. Tente seu projeto de aerofólio (em inglês) no website da Nasa usando um túnel de vento virtual.