Apresenta

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Aerodinâmica do
X-31
Henrique Vitor Oliveira 033303 Henrique Manoel de
Abreu 033290 Eveline Fachini Spada
032522 João Baylon Dias 033475
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• Antes de começar a apresentação sobre o caça vale
  deixar claro alguns termos técnicos usados na
  aviação
• Stall ou Stol em português, é o termo utilizado
  para designar a condição do avião ou da
  superfície de sustentação (no caso a asa) em que
  diminui a sustentação e aumenta o arrasto devido
  a separação do fluxo de ar
• Canards também chamado de profundor, no caso do
  X-31 é uma pequena asa situada entre o bico e a
  linha das asas. Em aviões mais comuns vê-se essa
  peça na parte traseira da aeronave
• Strakes junto com os canards ajuda a manter o
  controle de passo nas manobras arriscadas. Na
  aeronave estão situados na mesma linha de arrasto
  entre as asas e o motor
• EFM (Enhanced Fighter Maneuverability), ou
  Manobrilidade realçada do caça
• Guinada leme traseiro responsável por direcionar
  o avião para a esquerda ou direita.

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Ilustração das partes que compões o X-31, atentem
para os carnads na parte frontal
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A grande vitória no desenvolvimento do X-31 foi
a descoberta da pressão de vetoração, que nada
mais é que um fluxo de ar direcionado na mesma
linha central do avião. Essa pressão de vetoração
dirige para o nariz do avião toda a potência do
motor, chamado de controle de passo, movendo o
bico para cima ou para baixo e a guinada para a
esquerda e direita. Para que essa pressão de
vetoração fosse alcançada três pás defasadas de
120 º entre si foram instaladas na boca do motor
e exaustão de modo que todo o empuxo realizado
pelo motor não se dispersasse. Veja a ilustração
abaixo
Pás da pressão de vetoração
As pás são feitas de uma fibra de carbono
capaz de suportar temperaturas acima de 1500 ºC.
Como o controle de passo do avião foi todo jogado
para o nariz da aeronave, os canards foram
posicionados na parte frontal e os Strakes
eventualmente na traseira.
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• O X-31 opera com um sistema digital de vôo
  chamado fly-by-wire (vôo por fio) em que três
  computadores (synchronous) centrais dirigem a
  superfície de vôo e quatros computadores
  restantes servem de reserva caso os três
  principais entrem em conflitos. O interessante é
  que nada é mecânico ou analógico, tudo digital.
• Fase 1 Essa fase é projeto conceitual. Durante
  essa fase a equipe do programa se preocupou em
  esboçar o payoff esperado dos conceitos de
  manobrilidade realçada do caça (EFM) para
  batalhas futuras no ar e definir as exigências
  técnicas do avião exigidas pelo demonstrador
  (governo)
• Fase 2 Foi realizado o projeto preliminar para
  o demonstrador e a aprovação para a manufatura do
  avião. Três revisões do projeto governamental
  foram realizadas para estabelecer o projeto
  proposto. Técnicos do U.S. Navy, Ministério
  Federal da Defesa da Alemanha e a NASA
  contribuíram para examinar cuidadosamente todos
  os aspectos do projeto
• Fase 3 A fase 3 iniciou e completou os detalhes
  do projeto e fabricou dois aviões, que foram
  montados na Rockwell Internacional (Boeing) na
  planta 42 em Palmdale, CA. Essa fase requeriu
  dos dois aviões vôos de teste nos limites aos
  quais a aeronave foi projetada. O primeiro avião
  ficou pronto em 1º de março de 1990, e seu
  primeiro vôo foi em 11 de outubro de 1990
  pilotado pelo piloto de teste da Rockewll Ken
  Dyson. O avião alcançou a velocidade de 340 mph
  (547,162 km/h) e uma altitude de 10.000 pés (3048
  m) nos iniciais 38 minutos de vôo. O segundo
  avião fez seu primeiro vôo em 19 de janeiro de
  1991, pilotado pelo suíço Dietrich Seeck.
  Tirando o fato que externamente os dois aviões
  eram idênticos, o segundo avião experimentou
  situações mais fortes assimétricas de guinada que
  o primeiro, por essa razão os membros da equipe
  do X-31 passaram a chamar o número dois de gêmeo
  malvado. A equipe testou o segundo variando a
  distância do strakes do nariz do jato, e
  encontraram que os dois aviões poderiam voar do
  mesmo jeito com 8 ½ polegadas de comprimento do
  strakes, deixando o gêmeo do mal não tão
  comprido, pois o seu comprimento foi corrigido.

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Aperfeiçoando
Foram ao todo 108 missões efetuadas pela
Rockwell, que expandiu o ângulo de ataque para 40
º, antes dos testes serem movidos para a Dryden
em fevereiro de 1992. No caso do X-31 a pressão
de vetoração compensa a perda do controle por
stall, essa conclusão foi encontrada pela
Rockwell, que conseguiu ampliar o ângulo de
ataque do avião para mais de 30º. Por causa da
estabilidade básica do avião no alcance de
ângulos elevados, exibiu tolerância baixa para
guinadas laterais. O que tornou um problema para
elevados ângulos de ataques. O nariz do avião
captava dados através da Unidade de Navegação
Inercial e após longos períodos de vôos a 30º os
grandes valores calculados eram fictícios devido
a mudança da direção e magnitude do vento. O
problema foi resolvido implantando uma ponta de
prova chamada de Kiel no nariz do avião, que
ajudou o tubo piloto padrão da NASA a calcular o
fluxo de ar. A ponta de prova Kiel é curvada de
10º a baixo do padrão do piloto. As guinadas
laterais foram curvadas de 20º para conter as
oscilações que ocorriam para ângulos acima de
62º. Assim os problemas de leituras falsas foram
corrigidas. Logo as leituras estavam sempre 10º
abaixo da inclinação do avião.
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A equipe da Nasa junto com outras empresas
fizeram o teste de simulação de vôo do X-31 se
comparado com outros aviões e obtiveram
resultados excelentes. Graças aos estudos sobre a
aerodinâmica do X-31 a equipe foi capaz de
aprender mais sobre leis de controle pois a
aerodinâmica atual do avião é um pouco diferente
daquela estudada em túneis de vento. Só havia
mais um problema Quando os pilotos voavam acima
de 50º (52º para ser mais preciso) eles sentiam
forças que os puxavam para os lados que chamaram
de lurches (guinadas). A equipe de
desenvolvimento então adicionou tiras de ¼ de
polegadas no nariz do avião afim de mudar os
vórtices (redemoinhos) que fluiam dele.
Conseguiram reduzir os vórtices e o resultado foi
um ângulo de ataque máximo de 70º. Todos esses
problemas foram provocados por assimetria na
guinada do jato, pois a força de empuxo do motor
era muito forte. Esses estudos foram
significativos para a aerodinâmica do X-31.
70 º
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Em 29 de abril de 1993 conseguiu-se com o X-31
número 2 fazer uma manobra de 180º (meia volta)
usando um ângulo de ataque máximo de 70º, foi
chamada de Manobra de Herbst.
O avião foi testado novamente junto com outros
caças e seu resultado foi satisfatório
conseguindo efetuar manobras que os outros não
fizeram. Enquanto isso o X-31 número 1 foi
destruído em um teste feito no deserto ao norte
de Edwards, felizmente o piloto alemão Karl
Heinz-Lang conseguiu ejetar. A queda doi
ocasionada por um inesperado ponto de falha no
nariz do avião. Ao todo foram 580 vôos
durante o programa, 559 missões de pesquisa e 21
na Europa na demonstração em Paris.
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Especificações do X-31
- Projetado e construído por Rockwell
International Corporation's North American
Aircraft and Deutsche Aerospace. - Envergadura
de 23.83 feet ( 7,818 m) e um comprimento de
43.33 feet ( 14,216 m). - Motor único do tipo
General Electric F404-GE-400 turbofan engine . -
Peso do avião 16,100 pounds ( 35.5 t ) incluindo
4,100 pounds ( 9 t ) de combustível. -
Velocidade de projeto do X-31 era de Mach 0.9
alcançando uma altitude de 40,000 feet. -
Velocidade alcançada em teste da pressão de
vetoração efetiva foi de Mach 1.28 numa altitude
de 35,000 feet.
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Bibliografia http//www1.dfrc.nasa.gov/Gallery/Ph
oto/X-31/index.html