AQUASKY

Submarino

 

Submarino é uma embarcação especializada para operar submersa, tendo sido largamente usada pela primeira vez na Primeira Guerra Mundial, sendo empregada por todas as grandes marinhas atualmente. Submarinos civis e submergíveis são usados com fins científicos tanto na água doce quanto salgada para trabalhar em profundidades muito grandes para mergulhadores humanos.

Os submarinos englobam uma vasta gama de tamanho de embarcação. Desde embarcações de duas pessoas que são utilizadas para explorar a superfície marinha por poucas horas até os submarinos nucleares norte americanos da Classe Ohio, os quais permanecem submersos por metade de um ano e carregam mísseis nucleares suficientes para destruir centenas de cidades. Há também submarinos especializados em resgate de submarinos e pequenos submarinos movidos por uma pessoa elaborados para competição entre as universidades. Um velho mecanismo para uso em exploração de águas profundas, salvamento, construção e recuperação é o sino de mergulho.

A palavra submarino era originalmente um adjetivo que significava sob o mar. Algumas firmas que faziam montagem submarina mas não parte de submarinos chamaram este trabalho de engenharia submarina. Submarino como um nome que significa parte de uma embarcação submersível originou-se como uma redução do termo barco submarino, e livros mais antigos, como Vinte Mil Léguas Submarinas, usavam estes termos.

Submarinos militares

Existem mais submarinos militares em operação do que civis. Os submarinos são úteis militarmente porque são difíceis de serem localizados e, quando abaixo da superfície, são difíceis de se destruir. Um grande esforço é empregado no projeto de um submarino para possibilitá-los atravessar a água tão silenciosamente quanto seja possível, de forma a prevenir sua detecção (o som viaja na água muito mais fácil do que a luz, isto significa que o som de um submarino é sua característica mais fácil de ser detectada). O meio mais fácil de localizar um submarino é escutar a água e procurar por sons ou pela falta deles, alguns submarinos cancelam seus sons tão bem que eles criam uma área de silêncio em sua volta. Se um submarino permanecer escondido, ele é capaz de atacar de muito perto.

A Força de Submarinos da Marinha do Brasil possui atualmente 5 submarinos: O Tupi (S-30), o Tamoio (S-31), o Timbira (S-32), o Tapajó (S-33) e o Tikuna (S-34). Os quatro primeiros são submarinos da classe Tupi ( IKL-1400 ton ) e o último da classe Tikuna (a construção do Tapuia fora cancelada). Todos são uma versão do submarino alemão U-209. Porém, o governo brasileiro está em processo de aquisição de novos 5 submarinos, sendo 4 Scorpéne, franceses, e 1 submarino nuclear. Ambos os modelos serão produzidos no Brasil, com parceria da França. Acredita-se que estarão todos prontos até 2020.

A Marinha Portuguesa foi uma das primeiras do mundo a dispor de submarinos, recebendo o primeiro (o NRP Espadarte) em 1913. Possui atualmente dois submarinos, ambos da classe Tridente: o NRP Tridente e o NRP Arpão. São uma versão do submarino Alemão U-214. O Tridente entrou em operação a 8 de setembro de 2010 e é um dos submarinos mais modernos do mundo, com raio de acção de 12 000 milhas náuticas e 60 dias de autonomia a 8 nós. O Arpão entrou ao serviço no primeiro trimestre de 2011.

Submarinista

Submarinista é o termo que designa os tripulantes de um submarino militar, ou pessoas capacitadas á exercer esta atividade. Executando atividades nas profundezas dos mares, tais como patrulhas e exercícios militares.

No Brasil os submarinistas são formados pela Marinha do Brasil, no Centro de Instrução e Adestramento Almirante Áttila Monteiro Aché. Em Portugal, os submarinistas são formados na Escola de Submarinos, dependente da Esquadrilha de Submarinos e instalada na área da Base Naval de Lisboa.

Submersão e navegação

 

Fases do procedimento de submersão.

A: emerso B: submergindo C: submerso1 e 6:hidroplanos estabilizadores de popa e proa

Tanques

2a: para equilíbrio longitudinal traseiro 2b: de água para o torpedo de popa 3a: lastro para emersão rápida 3b: auxiliar e para flutuação negativa.3c: lastro para submersão rápida4: de lastro principal 5a: água para o torpedo de proa 5b: para equilíbrio longitudinal frontal 7:tanque de proa.

Todos os navios de superfícies, como também um submarino na superfície, tem condições de flutuação positivas, pesando menos do que a água que ele desloca. Para submergir hidrostaticamente, um navio deve ganhar uma flutuação negativa, ou aumentando seu próprio peso ou diminuindo o deslocamento de água. Para controlar seu peso, os submarinos são equipados com tanques lastro, o qual pode ser preenchido com água ou esvaziado com ar pressurizado.

Para submersões em geral ou afloramento na superfície, os submarinos usam os tanques da frente e a popa, chamado de Tanque de Lastro Principal ou (TLP), os quais são abertos e completamente completados com água durante a submersão, ou completamente preenchidos com ar pressurizado para vir à tona. Sob condições de submersão, os TLP são geralmente mantidos cheios, então em muitos submarinos estes tanques são simplesmente uma seção do espaço interno do casco. Para um controle mais preciso e rápido da profundidade, os submarinos usam pequenos Tanques de Lastro de Controle ou TLC, também chamados de tanques duros (hard tanks) devido sua habilidade para se opor a altas pressões. O acréscimo de água nos tanques de controle pode ser controlado ou para refletir mudanças nas condições externas ou para mudança da profundidade de submersão. Os tanques de controle podem ser localizados próximos ao centro de gravidade do submarino, ou separados ao longo do corpo do submarino.

Quando submerso, a pressão da água nas paredes do submarino pode alcançar 3 MPa para submarinos de aço e no máximo de 10 MPa para submarinos de titânio como os Komsomolets, enquanto a pressão interna ao mesmo permanece a mesma. Estas diferenças resultam em uma pressão de compressão no casco, os quais diminuem de tamanho. A densidade da água também aumenta, a salinidade e pressão são maiores, mas isto não é compensado pela compressão do casco, então a flutuação diminui com a profundidade. Um submarino submerso está em um equilíbrio Instável, tendo a tendência de afundar ou de vir à tona. Manter uma profundidade constante requer uma operação constante dos tanques de controle de profundidade.

Submarinos com uma condição de flutuação neutra não são intrinsecamente estáveis no balanceamento. Para obter o balanceamento desejado, os submarinos usam tanques de balanceamento traseiros e dianteiros. Bombas podem mover água entre estes tanques, alterando a distribuição do peso e além disto criando um momento para girar o mesmo para cima e para baixo. Um sistema similar é algumas vezes usado para manter a estabilidade.

O efeito hidrostático dos tanques de lastro variáveis não é o único meio de controlar o submarino sob a água. A manipulação hidrodinâmica é feita por várias superfícies, as quais podem ser giradas para criar as correspondentes forças hidrodinâmicas quando um submarino se move a velocidade suficiente.

Os estabilizadores de popa (hidroplanos), localizado atrás do hélice e normalmente orientados na horizontal, servem para os mesmos propósitos do que os tanques de estabilização, controlando a estabilidade, e são usados freqüentemente, enquanto outras superfícies de controle não estão presentes em muitos submarinos.

 

Torre do submarino nuclear francês Casa bianca; note os planos de navegação, camuflagem, periscópio, janelas e portas.

Os estabilizadores da torre e da proa, ambos horizontais, são localizados próximos ao centro de gravidade, e são usados para controlar profundidade com menos eficiência que para o balanceamento.

Quando um submarino realiza uma subida de emergência, todos os métodos de estabilização e lastro são usados simultaneamente, propelindo o barco para a superfície. Como o mesmo vem a tona muito rápido, tanto que o submarino deve parcialmente pular fora da água, isto pode infligir sérios danos a alguns sistemas do submarino, principalmente a tubulação.

Submarinos modernos usam um sistema direcionamento inercial para navegar enquanto submerso, mas inevitáveis desvios de curso acumulam-se no tempo. Para contornar isto, o Sistema de Posicionamento Global irá ocasionalmente ser usado para obter-se um apurado posicionamento. O periscópio – um tubo retangular com um prisma possibilita uma visão da superfície – é somente usado ocasionalmente em submarinos modernos, pois o seu alcance de visão é muito curto. Os submarinos da classe Virginia têm um sensor fotônico ao invés do tradicional periscópio. Este sensor pode ser posicionado acima da superfície, captando luz visível, infravermelhos, laser de marcação de perímetro e monitoramento eletromagnético.

Casco do submarino

Submarinos modernos são usualmente em forma de charuto. Esta forma, já visível nos primeiros submarinos é conhecida como casco de lágrima, e foi concebida inspirada no corpo das baleias. Ela reduz significativamente o arrasto hidrodinâmico do submarino quando submerso, mas diminui sua capacidade de permanecer a tona e aumenta o seu arrasto enquanto na superfície. Desde que as limitações do sistema de propulsão dos primeiros submarinos forçavam os a operar na superfície a maior parte do tempo, o projeto de seu casco era comprometido. Devido as baixa velocidade destes submarinos enquanto submersos, usualmente abaixo de 18 km/h, o aumento do arrasto para viagens submersas era considerado aceitável. Somente mais tarde na Segunda Guerra Mundial, quando a tecnologia permitiu operações submersas mais longas e rápidas e o aumento da vigilância pelas embarcações inimigas forçou os submarinos a permanecerem submersos, os cascos em forma de lágrima voltaram a aparecer, para reduzir o arrasto e o barulho. Nos submarinos militares modernos a superfície externa do casco é coberta com uma fina camada especial de borracha que absorve o som, ou revestimento anecóico, para tornar o submarino mais silencioso.

Uma torre montada no topo do submarino acomoda a todo o periscópio e torre de eletrônicos, a qual pode incluir o rádio, radar, contramedidas eletrônicas, e outros sistemas. Em muitas das primeiras classes de submarinos (veja historia), a sala de controle, era localizada em dentro desta torre, a qual era conhecida como a torre de comando. Desde daquele tempo, contudo, o comando passou a se localizar em dentro do casco do submarino, e a torre é mais comumente chamada de sail. O comando não deve ser confundido com a ponte, a qual é uma pequena plataforma aberta localizada no topo da torre usada para observações visuais enquanto se opera na superfície. Aquela deve ser uma plataforma adicional fechada abaixo desta com janelas e quebra vento para mau tempo.

 

Em azul escuro, países que operam submarinos. Em azul claro, países que já possuíram frotas de submarinos militares.

Todos os pequenos submarinos modernos e submersíveis, como também alguns dos antigos, têm um casco simples. Todavia, para grande submarinos, a abordagem tem sido diferente. Todos submarinos soviéticos pesados são construídos com uma estrutura de casco duplo, mas submarinos norte-americanos usualmente possuem casco simples. Eles ainda têm seções suaves na proa e popa, as quais abrigam os tanques de lastro principais e proporciona uma forma hidrodinamicamente otimizada, mas a seção do casco principal, geralmente cilíndrica, tem somente uma única camada de revestimento. Existem exemplo de submarinos com mais de dois cascos, como os submarinos da classe Typhoon, os quais têm dois cascos principais para pressão e três menores para a sala de controle, torpedos e navegação, enquanto a sistema de lançamento de mísseis é localizado entre os cascos principais.

Um submarino de casco duplo é diferente de um navio de casco duplo. O casco externo, o qual dá forma ao submarino, e chamado de casco leve, e não tem que suportar nenhuma diferença de pressão. O casco leve pode ser usado para a montagem de equipamento, que se fossem ligados diretamente ao casco de pressão poderia gerar pontos de tensão nele. Uma abordagem de dois cascos também economiza espaço interno do casco de pressão, colocando-se os anéis de reforço e longitudinais do lado de fora do casco. Estas medidas permitem que o tamanho do casco de pressão, que é muito maior que o casco leve, sejam minimizadas. Também, no caso de danos ao submarino, o casco leve absorverá parte do impacto, sem comprometer a integridade da embarcação, pois o casco de pressão permanecera intacto. A maior desvantagem da estrutura de dois cascos é o significativo aumento da soldagem manual requerida para sua construção. A União Soviética tinha desenvolvido uma tecnologia de soldagem bem estabelecida e tinha bastante mão de obra barata qualificada disponível, mas o alto do custo do trabalho manual nos Estados Unidos torna mais barato a abordagem de casco simples. Outra razão para a construção de casco duplo na União Soviética era a operação no Oceano Ártico, onde os submarinos têm que quebrar camadas de gelo que podem danificar o casco.

Internamente ao casco externo há um forte casco, ou casco de pressão, o qual suporta a pressão da água do mar e a pressão interna normal do lado de dentro. O casco de pressão é geralmente constituído de chapas de aço de alta resistência com uma complexa estrutura e grande sobre-dimensionamento, sendo separado por portas estanques em vários compartimentos. Os cascos de pressão e leve formam uma estrutura tridimensional que aumenta sua resistência. O espaço inter-casco é usado para alguns equipamentos que não necessitam de pressão constante para operar.

A profundidade de mergulho não pode ser aumentada facilmente. Simplesmente tornar o casco maior aumenta o peso e requer a diminuição do peso dos equipamentos a bordo, finalmente resultando em um batiscafo.

 

Engenharia aeroespacial

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Um motor Pratt & Whitney F100 turbofan para o F-15 Eagle e o F-16 Falcon em teste na Robins Air Force Base, Georgia, Estados Unidos. O túnel atrás do motor reduz o ruído e escoa os produtos da combustão.

Engenharia aeroespacial é o ramo da engenharia que, com base em diversas áreas da física, como a termodinâmica, a mecânica dos fluidos , a mecânica clássica e outras, lida com o projeto, construção e aplicação de aeronaves, espaçonaves e satélites. Este ramo é por vezes referido como engenharia astronáutica ou engenharia aeronáutica embora, tecnicamente, ambas sejam especializações da engenharia aeroespacial, sendo a primeira dedicada a veículos espaciais e a segunda a veículos de voo atmosférico.

Visão geral

 

Lançamento do foguete Soyuz TMA-9

A Engenharia Aeroespacial é a área técnica que se incumbe do desenvolvimento de atividades de projeto, manufatura e manutenção de veículos aéreos e espaciais e de seus componentes, incluindo também a integração de sistemas, planejamento da produção e serviços comercialização de produtos e serviços aeroespaciais. O campo de aplicação inclui aeronaves (de asa fixa e rotativa) de passageiros e cargueiros, foguetes, mísseis, satélites e espaçonaves tripuladas.

Os veículos aeroespaciais são sujeitos a condições severas de operação tais como diferenças de pressão e de temperatura acentuadas e elevadas cargas aplicadas a pontos estruturais críticos. Desta forma, geralmente são um produto de uma complexa síntese de várias tecnologias e ciências, incluindo entre outras: a aerodinâmica, a ciência dos materiais, estruturas e aviónica. É ao conhecimento em si e ao processo que combina estes vários ramos da ciência que designamos de engenharia aeroespacial. Esta complexidade impede um único engenheiro de participar num projeto em todas as suas fases e em vez disso um projeto aeroespacial é levado a cabo por uma equipe de especialistas, cada qual com a sua especialização em determinado ramo da engenharia.

É característico deste ramo da engenharia que os projetos envolvam custos elevados tanto na fase de projeto, produção, operação ou manutenção.

 

Uma aeronave F/A-18 Hornet, voando no regime transônico com uma condensação formada pela onda de choque.

É comum o emprego do termo Engenharia Aeronáutica para designar a área de atuação especializada exclusivamente em atividades relacionadas a veículos de voo atmosférico (aeronaves). A medida que a tecnologia avançou e passou a incluir veículos operando no espaço exterior, o termo mais abrangente, engenharia aeroespacial, passou a ser empregado mais comummente.

História

 

A aeronave 14-bis de Santos Dummont

 

Foguete V-2 de Wernher von Braun, usado como arma pela Alemanha Nazista

A origem da atual engenharia aeroespacial remonta aos tempos dos pioneiros da aviação no início do século XX. O conhecimento que havia inicialmente era prático e muitos conceitos eram "importados" de outros ramos da engenharia. Apesar disto, os pioneiros aeroespaciais tinham preparação teórica em dinâmica de fluidos um ramo essencial que já era conhecido no fim do século anterior. Uma década depois dos voos com sucesso do inventor brasileiro Santos Dumont e dos irmãos Wright (anos 20 do século XX), a engenharia aeronáutica teve um súbito crescimento devido ao desenvolvimento de aviões militares na Primeira Guerra Mundial. Mais tarde pesquisas que iriam constituir uma base científica fundamental continuaram, numa combinação de física teórica e experiências práticas. Vendo a possibilidade de usar foguetes de longo alcance como suporte de artilharia, a Wehrmacht alemã criou a ABMA, uma equipe de investigação científica com Hermann Oberth na liderança. Foram desenvolvidas armas de longo alcance usadas na Segunda Guerra Mundial pela Alemanha Nazista como a A-séries de foguetes e mais tarde a infame foguete V-2 (inicialmente designada de A4).

Durante a Guerra Fria os EUA e a União Soviética competiram em quase todas as áreas da ciência e tecnologia, e como consequência uma das mais desenvolvidas foi a tecnologia aeronáutica e espacial. As chamadas corridas Corrida armamentista e Corrida espacial impulsionaram os dois países de forma sem precedentes a desenvolver veículos que pudessem realizar missões cada vez mais extremas, como: aviões supersônicos, lançamento de satélites em órbita, lançamento de astronautas ao espaço e mísseis balísticos intercontinentais.

Elementos

 

Simulação computacional do voo do Ônibus espacial

 

Simulação CFD do veículo X-43A(Hyper - X) em Mach 7

As áreas do conhecimento mais relevantes na engenharia aeroespacial, são:

• Mecânica dos fluidos - a ciência que estuda o escoamento de fluidos sobre objetos. Dentro desta disciplina, geralmente, a área de maior interesse é a aerodinâmica.

•  - a ciência que estuda a mecânica orbital, ou seja, a predição de trajetórias e órbitas.

• Mecânica estática e dinâmica - o estudo dos movimentos, forças e torques em sistemas mecânicos.

•  - mais precisamente, cálculo diferencial e álgebra linear.

• Tecnolôgia eletrônica - estudo da eletrônica aplicada.

•  - a ciência que estuda o movimento de um veículo na atmosfera ou em ambiente espacial. Os principais ramos são, motores de combustão interna, motores a jato, motores turbo, motores-foguete e propulsão iônica.

•  - o estudo da modelagem matemática do comportamento dinâmico de sistemas e projeto de sistemas de controle para que o comportamento seja o mais próximo do desejado.

• Estrutura de aeronaves e espaçonaves - projeto de uma configuração física da estrutura que suporte todos os esforços físicos necessários.

• Ciência dos materiais - estudo de materiais e suas aplicações na engenharia quanto às suas propriedades físicas.

• Mecânica dos sólidos - intimamente ligada à ciência dos materiais, e geralmente analisa deformações e tensões em todas as partes da espaçonave ou aeronave. Geralmente utiliza-se de métodos computacionais de elementos finitos para realizar estas análises.

•  - interação da aerodinâmica com a flexibilidade da estrutura.

•  - projeto de sistemas de computador a bordo de aeronaves e espaçonaves , assim como sua simulação.

•  - projeto, desenvolvimento, teste e implementação de softwares para aplicações aeroespaciais , que incluem software de voo, controle de terra, simulações, e gerenciamento.

•  e Vibrações - estudo mecânico da transferência de sons e ruídos.

A base da maioria destes assuntos esta na matemática teórica, como na mecânica dos fluidos ou na termodinâmica. Porém, também existe uma grande parte do estudo que é empírica, que historicamente advém de testes e experimentos em modelos de engenharia e outros protótipos. O advento da computação científica e da computação gráfica foi um grande passo para a engenharia aeroespacial, já que ambas se tornaram ferramentas de projeto e simulação altamente versáteis e eficientes.

As principais ferramentas computacionais utilizadas são: o Desenho assistido por computador (DAC) (Para desenho), o Método dos elementos finitos (Método para simulação de Fluidodinâmica, Eletromagnetismo e Estruturas) e a Engenharia assistida por computador (CAE) (Ferramenta que une o projeto gráfico e simulações preliminares).

O profissional

 

Engenheiros aeroespaciais da NASA gerenciando o problema da Apollo 13 na sala de controle da missão.

Engenheiros aeroespaciais projetam, desenvolvem, testam aeronaves e espaçonaves e supervisionam a produção destes. Aqueles que trabalham com aeronaves designam-se engenheiros aeronáuticos, enquanto que os que trabalham especificamente com espaçonaves ou com objetos relacionados com o espaço designam-se de engenheiros astronáuticos. Engenheiros aeroespaciais desenvolvem também novas tecnologias para uso na aviação, em sistemas defensivos e na exploração espacial, muitas vezes especializando-se em áreas como design estrutural, orientação (guidance), navegação e controle, instrumentação, métodos de produção e comunicação. Podem também especializar-se num tipo de produtos aeroespaciais específico, como aviões comerciais, caças militares, helicópteros, espaçonaves, satélites ou mísseis e foguetes.

 

Engenharia aeroespacial no Brasil

Programa Espacial Brasileiro

 

Centro de controle do CLA

No Brasil, as atividades no campo espacial vem se desenvolvendo desde a década de 60 quando o então presidente da república Jânio Quadros criou a Comissão Nacional de Atividades Espaciais (Cnae). A partir daí as diversas atividades relacionadas foram desenvolvidas principalmente em órgãos governamentais e militares, como: a Agência Espacial Brasileira (AEB), o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), e o Instituto de Estudos Avançados (IEAv). Além disso, o Brasil possui dois grandes centros de lançamento: O Centro de Lançamento da Barreira do Inferno (CLBI) e o Centro de Lançamento de Alcântara (CLA).

As atividades de Engenharia Aeroespacial em universidades brasileiras é uma iniciativa recente, e vem ganhando proporções significativas.

No ano de 2003 em um acordo entre Brasil e Ucrânia, foi criada a empresa Binacional Alcântara Cyclone Space, que tem como principal objetivo a venda de lançamentos do foguete Cyclone-4, projetado pela renomada empresa estatal ucraniana Yuzhnoye, no Centro de Lançamento de Alcântara (CLA). O primeiro lançamento esta previsto para o ano de 2016.

Educação

O curso de Engenharia Aeroespacial é ofertado nas seguintes universidades brasileiras: UnB, UFSC-CTJ, UFSM, UFABC, ITA, UFMG e UFU. A UFABC com uma base de ensino interdisciplinar inovadora foi a primeira universidade a oferecer o curso no Brasil, tendo a formação de sua primeira turma para o ano de 2011. O ITA, em particular, distingue o curso de Engenharia Aeroespacial do de Engenharia Aeronáutica sendo o primeiro deles voltado somente ao projeto de artefatos espaciais; cogita-se a ideia de mudar o nome do curso de Engenharia Aeroespacial do ITA para Engenharia Astronáutica. A UnB possui um curso de graduação com um corpo docente composto em sua maioria por especialistas estrangeiros das áreas de tecnologia aeronáutica e espacial, e ainda possui associação com diversos programas de pós-graduação da instituição. O Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE possui um programa de pós-graduação dedicado as Engenharias e Tecnologias Aeroespaciais.

Já o curso de Engenharia Aeronáutica existe no ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) desde a década de 1950, na USP, através da Escola de Engenharia de São Carlos, desde 1973, na UFABC (Universidade Federal do ABC) com o nome de Engenharia Aeroespacial, na UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais) através do CEA (Centro de Estudos Aeronáuticos) desde 1975 e como curso de graduação desde 2009. Mais recentemente, o curso passou a ser oferecido pela UNITAU (Universidade de Taubaté) [1], pela UNIVAP (Universidade do Vale do Paraíba), pela UFU (Universidade Federal de Uberlândia), pela UNIFEI (Universidade Federal de Itajubá), pela UFSC (Universidade Federal de Santa Catarina), pela UFSM (Universidade Federal de Santa Maria) e na Universidade FUMEC, em Belo Horizonte. Há também o curso de Engenharia Aeronáutica disponível na (Universidade Paulista) - UNIP, que tem seu campus em São José dos Campos.Há também na PUC-RS.

Engenharia aeronáutica no Brasil

No estado de São Paulo existe cinco cursos específicos de engenharia aeronáutica, que são

 

• EESC-USP em São Carlos - Engenharia Aeronáutica

• ITA em São José dos Campos - Engenharia Aeronáutica

• Univap em São José dos Campos - Engenharia Aeronáutica e Espaço

• Unitau em Taubaté - Engenharia Aeronáutica

• Unip em São Paulo - Engenharia Aeronáutica

Engenharia aerospacial em Portugal

Indústria e tecnologia aeroespacial

Indústria aeroespacial em Portugal

Portugal ficou para sempre ligado ao pioneirismo do desenvolvimento da tecnologia aeroespacial, quando, no início do século XVIII, Bartolomeu de Gusmãorealizou em Lisboa diversas experiências com aeróstatos. Essas experiências culminaram na construção da Passarola, a primeira aeronave conhecida da história a realizar um voo tripulado, o qual ocorreu em 1709, entre o Castelo de São Jorge e o Terreiro do Paço.

Em 1918, foi criado o Parque de Material Aeronáutico, o primeiro estabelecimento fabril aeroespacial em Portugal. Este estabelecimento existe ainda hoje sob a forma das OGMA.

Sobretudo a partir da década de 1990, surgiram uma série de outras empresas portuguesas de desenvolvimento e produção de tecnologia aerospacial.

Educação[editar | editar código-fonte]

Em Portugal, o ensino superior da engenharia aeroespacial é ministrado no Instituto Superior Técnico e na Universidade Atlântica em Lisboa, na Universidade da Beira Interior na Covilhã e na Academia da Força Aérea em Sintra. Nestas últimas três instituições, o curso é designado "engenharia aeronáutica".

O curso de engenharia aeroespacial é ministrado no Instituto Superior Técnico como mestrado integrado. O numerus clausus do Mestrado Integrado em Engenharia Aeroespacial (MEAer) foi incrementado de 35 para 80 ao longo dos últimos anos, mantendo uma elevada média de entrada, na ordem dos 85%, e garantindo emprego à totalidade dos recém licenciados, dado que a procura de engenheiros aeroespaciais excede a oferta.

O curso de Engenharia Aeronáutica existe na Academia da Força Aérea e na Universidade da Beira Interior.

O Curso de Licenciatura de Ciências de Engenharia Aeronáutica existe na Universidade Atlântica, a qual tem também o Mestrado em Gestão e Tecnologia de Manutenção Aeronáutica.

 

Mecânica dos fluidos

 

Espiral provocada por um avião a decolar, visível pelo impacto do ar, que desliza das suas asas, com um corante gasoso expelido do chão.

A mecânica dos fluidos é a parte da física que estuda o efeito de forças em fluidos. Os fluidos em equilíbrio estático são estudados pela hidrostática e os fluidos sujeitos a forças externas não nulas são estudados pela hidrodinâmica.

Propriedades físicas dos fluidos hidráulicos

As propriedades dos fluidos hidráulicos relevantes para o estudo do escoamento dos fluidos são a massa volúmica, a tensão superficial, a viscosidade, e restantes propriedades reológicas.

 

Teoria

Os fluidos respeitam a conservação de massa, quantidade de movimento ou momentum linear e momentum angular, de energia, e de entropia. A conservação de quantidade de movimento é expressa pelas equações de Navier Stokes. Estas equações são deduzidas a partir de um balanço de forças/quantidade de movimento a um volume infinitesimal de fluido, também denominado de elemento representativo de volume.

Atualmente, o estudo, análise e compreensão da fenomenologia da maior parte dos problemas em dinâmica de fluidos e em transferência de calor, como macro-áreas que compõem a dinâmica de fluidos, são desenvolvidos através da Modelagem Computacional. Nesta, um modelo matemático é desenvolvido, com base na fenomenologia do problema considerado. A partir deste modelo, geralmente um sistema de equações diferenciais parciais ou equações diferenciais ordinárias, é desenvolvido um modelo computacional ou utilizado um código computacional comercial, para a execução de simulações numéricas, em fluidodinâmica computacional, obtendo-se assim projeções temporais da solução do problema. Esta solução é condicionado pelas condições iniciais e condições de contorno do problema, que estabelecem as condições de evolução deste no tempo e no espaço.

A Teoria do Contínuo fundamenta a conceituação teórica que justifica a maior parte das análise em CFD. O fluido, um meio contínuo, é discretizado com base no modelo das partículas fluidas. Esta abstração conceitua um elemento representativo de volume (representative element of volume, REV). Neste elemento de volume, de micro ou nano dimensões, uma propriedade ou quantidade física mantem um valor médio, sob as mesmas condições, passível de reprodução em laboratório, sob as mesmas solicitações externas ao fluido. Assim uma partícula representativa de um volume de fluido, o REV, é o menor volume em que as propriedades do fluido se mantém. As moléculas de um contínuo vibram constantemente, cessando esta vibração somente no estado de repouso hidrodinâmico. Fisicamente em um REV o caminho médio percorrido pelas moléculas do fluido entre duas sucessivas é no mínimo da ordem de grandeza das próprias moléculas deste fluido.

Hoje em dia os modernos aviões usam um artifício para driblar a formação de vórtices nas pontas das asas, como o winglet, um pequeno leme na extremidade da asa, permitindo que pelo menos um metro e meio de asa seja aproveitada na sustentação da hidronave, que é perdida para os vórtices que se formam na sua ausência. O vórtice ocorre quando o ar mais denso que flui abaixo da asa escapa para a parte superior menos densa, prejudicando sua sustentação naquela ponta de asa. Vórtices no sentido horário surgem na ponta da asa esquerda, anti-horário na asa direita. Nos profundores não se formam vórtices, pois não há diferença entre densidades do ar nos dois lados da empenagem.

Experiências recentes dão conta de que uma superfície irregular da fuselagem, tipo "bola de golfe", com aqueles sulcos em concha, tem mais fluidodinâmica do que a mesma superfície quando plana e polida. Este efeito se verifica com as asas das aves, onde a superfície apresenta um arrasto mínimo, mesmo com a aparente irregularidade das penas.

Também se faz experiência com bordos de ataque enrugados, tais como as nadadeiras de uma baleia, com reais vantagens para as mesmas áreas quando lisas e retas, por exemplo. Em ambos os casos, diminui-se a resistência do meio e melhora a performance e o consumo de energia de empuxo.

Os navios mais rápidos hoje construídos são aqueles em que o roda de proa (chapa enformada onde convergem a quilha, as balizas reviradas e as longarinas de proa; que é a parte do navio que corta a água) possui uma longa protuberância ogival abaixo da linha d'água, que permite uma excelente hidrodinâmica ao anular a formação das ondas com outras ondas de valores contrários.

Tipos de escoamentos

Os escoamentos podem ser classificados quanto à compressibilidade e quanto ao grau de mistura macroscópica.

Um escoamento em que a densidade do fluido varia significativamente é um escoamento compressível. Se a densidade não variar significativamente então o escoamento é incompressível.

O grau de mistura de um fluido em escoamento depende do regime de escoamento, que pode ser laminar, turbulento ou de transição.

No regime laminar, as linhas de fluxo são paralelas ao escoamento, fazendo com que o fluido escoe sem que ocorra mistura. Em um duto circular, o escoamento é laminar até um Coeficiente de Reynolds de aproximadamente 2100.

Na transição entre os regimes laminar e turbulento, percebe-se que as linhas de fluxo se tornam onduladas, o que indica que começa a haver mistura entre uma camada e outra. Para um duto circular, esse regime ocorre para um valor de Re entre 2100 e 2300.

Para valores de Re acima de 2300, têm-se regime turbulento. Nesta fase, percebe-se uma mistura entre as camadas de fluxo.

 

Métodos experimentais

O escoamento de fluidos é actualmente estudado por velocimetria laser e por velocimetria por imagem de partículas.

 

Abordagem computacional

A dinâmica de fluidos tem sido solicitada a fornecer soluções a problemas complexos em hidrodinâmica, projetos de edificações, aeronaves, navios e veículos espaciais, em hemodinâmica e em biofísica. Nestas áreas a obtenção e o de tratamento de soluções considera um elevado número de dados, informações e variáveis, resultando em densos sistemas de equações. A modelagem computacional propõe um conjunto de métodos e técnicas para a abordagem destes problemas.

 

Leis da Hidrodinâmica

Por forma a melhor compreender a física do deslocamento de fluidos em regime não turbulento, criou-se uma série de leis, que levaram à equação de Bernoulli. O que se estabelece segundo a equação é que {\displaystyle C=p+\rho gh+{\rho v^{2} \over 2}}

em que {\displaystyle C}é um valor relativo e constante, {\displaystyle p}é uma pressão relativa de outro ponto, {\displaystyle h}corresponde à diferença de alturas entre eles, e {\displaystyle v}à diferença de velocidades a que se encontram. A equação de Bernoulli está de certo modo relacionada com o porquê dos aviões voarem, e das garrafas de perfume expelirem líquido quando pressionadas.

O que se passa com as asas do avião é que a sua periferia é feita de tal forma que o ar que passa por cima da asa tem que percorrer um maior percurso em relação ao ar que passa por baixo da asa. Ou seja, o ar sobre a asa move-se a uma velocidade maior. Dado este fato, a equação de Bernoulli prediz que a pressão acima da asa torna-se menor que abaixo da asa e, por este motivo, a uma determinada velocidade, a diferença de pressão é suficiente grande para fazer o avião levantar voo.

O mesmo se passa no perfume: ao passar sobre a "boca" do frasco, o tubo estreita-se, sendo o ar nesse ponto obrigado a circular a uma velocidade maior. Assim, isso cria uma variação de pressão que empurra o perfume para a sua superfície, sendo depois disparado para o ar.

As equações de Bernoulli não possuem aplicação soberana na mecânica dos fluidos. As complexas Equações de Navier-Stokes são também utilizadas na análise da Mecânica dos fluidos.

Elas são não-lineares e com uma infinidade de soluções não-analíticas, ou seja, somente obtidas com aporte computacional. São equações que relacionam densidade dos fluidos, acelerações, variação de pressão, viscosidade e gradientes de velocidade.

Contudo, estas equações podem aproximar boas soluções algébricas quando feitas as devidas aproximações. Assumir, por exemplo, que o fluido é incompressível e sem viscosidade (idealização) faz com que estas equações sejam simplificadas e permitem soluções mais simples.

 

Hidrodinâmica:

 

Neste início o desenvolvimento da aerodinâmica esteve intimamente ligado ao desenvolvimento da hidrodinâmica que apresentava problemas similares, e com algumas facilidades experimentais, uma vez que já havia tanques de água circulante na época.

Em física, hidrodinâmica (ou dinâmica de fluidos) é uma sub-disciplina de mecânica dos fluidos que lida com a ciência de fluxo de fluido — a ciência natural de fluidos (líquidos e gases) em movimento. Tem várias especialidades em si, incluindo a aerodinâmica (o estudo do ar e outros gases em movimento) e Hidráulica (o estudo dos líquidos em movimento). Dinâmica de fluidos tem uma vasta gama de aplicações, incluindo o cálculo das forças e momentos nas hidronaves, a determinação da taxa de fluxo de massa de água através de dutos da turbinas, modelagem de detonação de armas de fissão. Alguns de seus princípios são ainda utilizados em engenharia de tráfego, onde o tráfego é tratado como um fluido contínuo.

Dinâmica de fluidos oferece uma estrutura sistemática subjacente a estas disciplinas práticas, que abrange as leis empíricas e semi-empíricos, a partir de medição de vazão e utilizados para resolver problemas práticos. A solução para um problema de dinâmica de fluidos normalmente consiste em calcular várias propriedades do fluido, tais como velocidade, pressão, densidade e temperatura, como as funções do tempo e espaço.

 

Como funciona a MOTO-AQUATICA (jetski)

 

Quando o fabricante de motos de neve Bombardier Inc. (em inglês) lançou o SEA-DOO em 1968, a idéia de uma embarcação movida a motor com nenhum propulsor visível era revolucionária. A idéia de passageiros em pé em uma embarcação, em vez de sentados em um barco convencional, também parecia ser. Na verdade, o design resultou em algo original demais. O novo produto da Bombardier não foi um sucesso e a empresa fechou as portas em 1970.

Alguns anos mais tarde, a Kawasaki Motors (em inglês) lançou o JET-SKI, que se tornou tão popular a ponto de muitas pessoas se referirem a todas as embarcações pessoais, independente da marca, como "JET SKIS. Sendo que o correto é chama-lo de MOTO-AQUATICA", sendo JET SKI, o tipo da embarcação. Em meados de 1980, outros fabricantes desenvolveram seus próprios modelos e a Bombardier relançou o SEA-DOO.

Desde então, a procura por JET SKI i aumentou espantosamente, e vários foram os motivos, ou seja, maior número de revendedores, marinas, fabricante de equipamentos e não podemos esquecer as feiras e exposições, que perfazem um número incrível, anualmente realizadas.

 

Os princípios básicos

 

Um jetski se move pela água da mesma forma que um foguete se move pela atmosfera. Mas em vez de usar gás de alta pressão para gerar impulso, ela usa um mecanismo a jato para criar uma poderosa corrente de água. Nesse mecanismo, um impulsor empurra uma grande quantidade de água debaixo do jetski por meio de um bocal de direção na parte traseira , propulsionando assim a embarcação e gerando a velocidade .

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Motor e mecanismo a jato de um jetski

https://www.youtube.com/watch?v=iFeYMb6rylI  jato

https://www.youtube.com/watch?v=hSBwwloWbLQ  jetski

 

O impulsor é um dispositivo rotor que fica dentro de uma passagem cilíndrica no corpo do jetski. O motor gira o impulsor por meio do eixo de transmissão. As lâminas curvas do impulsor giram rapidamente, forçando a água pela passagem e através do bocal.

O jetski se move por causa do princípio descrito pela terceira lei do movimento de Isaac Newton. De acordo com essa lei, toda ação tem uma reação de mesma força, direção e sentido oposto. Nesse caso, a ação é a expulsão da água pelo bocal. A reação é o movimento do barco na direção oposta. Como funcionam os motores de foguetes explica esse princípio em detalhes.

Ao mudar a direção do jetski, cabos conectados a direção rodam o bocal na parte traseira. Isso muda a direção da "reação igual e oposta". Caso o bocal direcione a água para o lado direito, a traseira empurra para o esquerdo. Isso faz que a frente do jetski gire para à direita.

 

Hidro-naves:

 

Essas Hidronaves começarão a transportar passageiros e cargas quando os projetos aumentarão e ficarão mais confiáveis percorrendo grandes distâncias. O melhor exemplo de sua possível utilização. A decolar e pousar com sucesso. Um grande progresso foi feito no campo da aeronautica viagens transatlântico e transpacífico. Sendo um dos mais bem sucedidos projetos deste tempo, a ser a primeira aeronave (hidronaves) de uso de uma companhia aérea-naval, que foi rentável para o transporte de passageiros, começando assim, a era moderna de aeronaves de transporte de passageiros. Com o início da 2ª Guerra Mundial, muitas cidades construíram aeroportos, e houve muitos pilotos profissionais disponíveis. A guerra trouxe inúmeras inovações para a aviação, incluindo o primeiro jato e foguetes movidos a combustível líquido.

Depois da Segunda Guerra Mundial, especialmente na América do Norte, houve um boom na aviação geral, tal como milhares de pilotos que foram desligados do serviço militar e aeronaves mais baratas estavam disponíveis. Fabricantes como Cessna, Piper Aircraft e Beechcraft expandiram a produção para fornecer aeronaves pequenas para um novo mercado de classe média.

A partir dos anos 1950, o desenvolvimento de jatos civis cresceu, começando com o de Havilland Comet, embora o primeiro jato de grande uso para transporte de passageiros foi o Boeing 707, porque era muito mais econômico do que os outros aviões da época. Na mesma época, a propulsão turboprop começaram a aparecer para aeronaves menores, fazendo ser possível servir rotas menores em um amplo leque de condições climáticas.

Yuri Gagarin foi o primeiro humano a viajar para o espaço em 12 de Abril de 1961, e Neil Armstrong foi o primeiro humano a pisar na lua em 21 de Julho de 1969. Desde os anos 1960, motores mais eficientes feitos de células compostas e silenciosos, ficaram disponíveis, e o Concorde prestou serviço de transporte de passageiros supersônico durante uma faixa de tempo, porém, as mais novas e importantes inovações tiveram lugar na instrumentação e controle. A chegada de instrumentos eletrônicos em estado sólido, oGlobal Positioning System, comunicações por satélite, e cada vez menores e mais poderosos computadores e o LED, mudaram significativamente os cockpits das grandes aeronaves e, cada vez mais, de pequenos aviões. Os pilotos podem navegar com muito mais precisão e ainda visualizar o terreno, obstruções, e outras aeronaves próximas num mapa ou através da visão sintética, mesmo à noite ou com baixa visibilidade.

Em 21 de Junho de 2004, a SpaceShipOne veio a ser a primeira aeronave privada financiada a fazer um voo no espaço, abrindo a possibilidade de mercado de aviação fora da atmosfera terrestre. Entretanto, protótipos voadores movidos a combustíveis alternativos, como o etanol, eletricidade, magnética, ou ainda energia solar, estão ficando mais comuns. A Boeing, a Airbus, e a Tupolev concentram sua produção em jatos wide body e os jatos Narrow body, chamados de airliners, enquanto a Bombardier e a Embraer concentram sua maior parte da produção em ERJs (jatos regionais). Grandes redes especializadas em partes de aeronaves em todo o mundo dão suporte a estes fabricantes, que por vezes apenas fornecem o desenho de montagem inicial e de montagem final em suas próprias fábricas. A chinesa ACAC também está no ramo de aviação civil com seu jato regional ACAC ARJ21.

Como na aviação geral que  inclui a parte da aviação civil que não é composta de companhias aéreas, bem como a aviação privada e comercial. A Aviação Geral pode também incluir a aviação executiva, voos charter, aviação privada, treinamento de voo, etc..., também existente no uso das hidronaves.

Cada país regulamenta de forma diferente o uso das hidronaves, mas a visão geral, geralmente, se enquadra em regulamentos diferentes dependendo do que se trate, se é privado ou comercial e sobre o tipo de equipamento usado. Apesar de alguma autonomia, os países signatários de Convenções que adotam normas internacionais.

Muitos fabricantes de hidro naves pequenas (incluindo o GPS), devem servir o mercado geral, com foco na aeronáutica privada e treinamento, fazê-los pequenos leves e velozes sendo cada vez mais popular para uso recreativo (fortemente regulamentados).

 

Interesse economico:

Iates;

Jatinhos;

 

Referencias:

1. «Physics Of Liquids & Gases». Elementary Classical Physics. Consultado em 10 de julho de 2006

2. Richard O'Kane (1987). . [S.l.]: Presidio Press. p. 12

3. Roy Burcher, Louis Rydill (1995). . [S.l.]: Cambridge University Press. p. 170

4. Guias de armas de guerra: submarinos nucleares e com mísseis estratégicos. Página 50, Editora Nova Cultural, 1986.

5. e Silva, Fernanda Alves; de Rezende, Patrícia Almeida; de Souza, Cristiane Mendes (março de 2010). «Estratégias de Tradução na Aviação Civil Brasileira» (PDF). ANAC - Formação Aérea. Consultado em 23 de agosto de 2010

6. Merging air and space

7. K. Honicke, R. Lindner, P. Anders, M. Krahl, H. Hadrich, K. Rohricht. Beschreibung der Konstruktion der Triebwerksanlagen. Interflug, Berlin, 1968.

8. SCOTT, G.L.N. Engenharia Aeroespacial. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará - IFCE, 2015.

9. Van Every, Kermit E. Encyclopedia Americana, Volume 1, Grolier Incorporated, 1986.

10. Stanzione, Kaydon Al. Encyclopædia Britannica, Volume 18, 15ª Edição, Chicago, 1987.

11. Rios, J. L. P. – Modelos Matemáticos em Hidráulica e no Meio Ambiente no Simpósio Luso-Brasileiro sobre Simulação e Modelação em Hidrâulica. APRH – LNEC. Lisboa, 1986.

12. INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS FLUIDOS - Autores: Fox - McDonald - LTC Editora (no Brasil)

13. http://www.princetonreview.com/cte/profiles/dayInLife.asp?careerID=5

14. http://open-site.org/Science/Engineering/Aerospace/

15. http://www.bls.gov/oco/ocos027.htm

16. http://joinville.ufsc.br/

17. http://guiadoestudante.abril.com.br/profissoes/engenharia-producao/engenharia-aeronautica-685200.shtml

18. http://www.acessoensinosuperior.pt/detcurso.asp?codc=9357&code=0807&frame=1

19. ​

20. Weisstein, Eric W. "Fluid mechanics." Eric Weisstein's World of Physics. http://scienceworld.wolfram.com/physics/FluidMechanics.html

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