Tipos de asa e sua aerodinâmica – Delta

Na postagem passada falamos sobre voo transônico (e as características loucas dele), e também do Mach crítico que acontece nesse tipo de voo. A asa em delta tem quase tudo a ver com o que foi dito antes, mas ela é feita com características próprias para a aeronave ser eficiente acima do voo transônico já que ela não fica muito tempo nesse tipo de voo, é só comparar o 777 com o concorde, enquanto no primeiro é mantido uma velocidade próxima de 0.87 em cruzeiro no concorde ele voa a Mach 2 já acima de certa altitude (o que em altitudes do 777 valeria mais velocidade ainda, mas a asa não foi projetada para tanto. No entanto o tipo mais refinado de construção e projeto de asa está justamente na Delta. Entre suas características presentes está a grande facilidade de se alcançar um nível de rigidez exigido pelo projeto. O grande volume interno para armazenamento de combustível, mesmo que a espessura da asa seja fina. Também tem a característica de ser altamente manobrável, principalmente nos tipos sem cauda.

A asa em delta é projetada especificamente para que quando ela ultrapassar a barreira do som toda a asa fique dentro da onda de choque (de pressão, lembra?), ao contrário da asa enflechada ou reta que poderia ser danificada ou perder sustentação voando a velocidades supersônicas. Apesar de aparentar ter mais área ela tem uma sustentação pior em baixas velocidades do que uma enflechada isso leva a aeronave a precisar de maiores velocidades de decolagem e pouso, o que é uma consequência a ser distribuída em outros itens da aeronave, tal como motores mais potentes ou alívio de peso. Temos vários tipos diferentes de configuração para asa em Delta, algumas estão presentes na imagem abaixo.

Há também a configuração de asa Cropped delta ou Ogival com canards tal como o encontrado no Tupolev 144, Eurofighter Typhoon e no mais novo caça brasileiro o SAAB Gripe. No geral os canards servem para estabilizar a aeronave e controlar a mudança causada no centro aerodinâmico pela passagem de velocidade subsônica para supersônica, ficou muito popular esse tipo de controle em aeronaves equipadas com Fly By Wire. O tipo mais comum de asa em Delta é a sem estabilizadores horizontais, em que são composta por uma espécie de ailerons com estabilizadores, comumente chamado também de elevons, onde quando um acompanha o movimento do outro ele funciona como leme horizontal (ou profundor) e quando eles se movimentam em sentido contrário a superfície age como um aileron.

Tupolev 144 e seus canards retráteis que funcionam quando a aeronave está em baixa velocidade para ajudar na estabilidade, ao contrário do Concorde que usa um formato Ogival nas asas o Tupolev usa um formato Double Delta com traseira reta.

Canards de um SAAB Gripen, aeronave que popularizou essa configuração, em ação, configuração de asa em Cropped Delta que reduz o arrasto e permite carga na ponta da asa.

No voo supersônico tem uma característica importante chamado de cone de mach, uma aeronave que voa a uma velocidade superior a do som cria no ar uma perturbação similar. Agora, no lugar de uma onda frontal de choque que forma um V sobre a superfície da água, se forma no ar um cone gigante, já que as ondas geradas pelo avião se propagam em todas as direções, o calculo para achar essa angulação é dado pela fórmula abaixo, lembrando que a velocidade do som varia de acordo com a temperatura e consequentemente com a altitude, mas para cálculos na aviação é considerado a temperatura a altitudes elevadas, que geralmente e menor e também afetam deixando a velocidade do som menor, sendo assim a aeronave tem grande margem para uso em baixas altitudes.

Observe como a onda de choque se forma em cima da asa, falaremos mais disso abaixo.

A diferença que isso faz é que existe 2 tipos de angulações, diferente do que você pode estar pensando agora no caso é que a angulação é realizada a frente dessa linha de mach, ou em tradução livre o bordo de ataque está a frente da linha e a asa dentro dessa linha, nessa configuração a asa se comporta como uma supersônica normal, sem interação entre os fluxos de ar que percorre a parte de cima da asa e a parte de baixo, nessa configuração também o bordo de ataque da asa tem vento em velocidade supersônica, abaixo as 2 imagens exemplificam como funciona isso.

Perceba como o fluxo de ar se junta e caminham juntos. Na figura o SW indica Onda de Choque (Shock Wave), que ficam na asa.

O outro tipo de configuração é a Highly Swept Wings, algo como Asas altamente enflechadas, nesse tipo de configuração ocorre interação entre os fluxos de ar gerando vórtices de ar e turbulência, seu bordo de ataque perto da raiz da asa voa a velocidades subsônicas, o que causa uma separação dos fluxos, a separação começa a partir da ponta e produz uma série de regiões verticais que têm fluxo cônico. Entre suas vantagens está no maior poder de sustentação da asa por causa do efeito de sucção dos vórtices de separação. Pode ocorrer o estouro de vortex quando em alto ângulo de inclinação, deixando assim de criar a sucção do vortex. é caracterizado também pela formação de vortex na ponta da asa quando em voo, diferentemente do primeiro tipo abordado.

Perceba o fluxo todo embolado e um grande vortex de ar sendo formado da ponta da asa. Nessa configuração não tem SW na asa.

Uma outra característica da asa em Delta, também encontrada na enflechada só que em menor escala é relativo ao ângulo de ataque da asa, nesse tipo de asa o ângulo é ainda maior que na enflechada, principalmente em operações de baixa velocidade, observe os vídeos do concorde em pouso, e por essa causa também ele tem o bico móvel. Uma asa em Delta é mais eficiente em termos de sustentação quando os ângulos de ataque são maiores, claro que tem um limite para esse ângulo, isso acontece porque o bordo de ataque da asa gera um vórtice de ar que impulsiona mais ainda o ar que está passando na asa, por conta dessa característica o trem de pouso principal é mais reforçado comparado com uma aeronave de asa convencional.

McDonnell (Hoje Boeing) F-18 e sua configuração com cauda traseira e asa em Delta de pouco enflechamento.

Próxima parte um tipo de asa que fez muito sucesso na segunda guerra mundial, a Elíptica