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Saiba o que é aerodinâmica e teoria de voo dos aviões.

Atualizado: 5 de jan.

Aerodinâmica, do grego antigo ἀήρ aer (ar) + δυναμική (dinâmica), é o estudo do movimento do ar, particularmente sua interação com um objeto sólido, como uma asa de avião. A aerodinâmica é um subcampo da mecânica dos fluidos. O termo aerodinâmica é frequentemente usado de forma sinônima com a dinâmica do gás, a diferença é que a "dinâmica do gás" se aplica ao estudo do movimento de todos os gases e não se limita ao ar. O estudo formal da aerodinâmica começou no sentido moderno no século XVIII, embora observações de conceitos fundamentais como o arrasto aerodinâmico haviam sido estudados muito mais cedo. A maioria dos primeiros esforços na aerodinâmica foram direcionados para o vôo mais pesado do que o ar, que foi demonstrado pela primeira vez por Otto Lilienthal em 1891. Desde então, o uso da aerodinâmica por meio de análises matemáticas, aproximações empíricas, experimentação em túnel de vento e simulações de computador formaram uma base racional para o desenvolvimento de voos de objetos mais pesados do que o ar e uma série de outras tecnologias. O trabalho recente em aerodinâmica se concentra em questões relacionadas ao fluxo compressívelturbulência e camada limite e tem se tornado cada vez mais computacional


Histórico

A aerodinâmica moderna só remonta ao século XVII, mas as forças aerodinâmicas foram aproveitadas pelos humanos durante milhares de anos em veleiros e moinhos de vento e imagens e histórias de voo aparecem ao longo da história registrada, como a lenda da Grécia antiga de Ícaro e Dédalo. Conceitos fundamentais de continuidade , arrasto e gradientes de pressão aparecem no trabalho de Aristóteles e Arquimedes.


Em 1726, Sir Isaac Newton tornou-se a primeira pessoa a desenvolver uma teoria da resistência do ar, fazendo dele um dos primeiros aerodinâmicos. O matemático suíço Daniel Bernoulli seguiu em 1738 com Hydrodynamica em que descreveu uma relação fundamental entre pressão, densidade e velocidade de fluxo para o fluxo incompressível hoje conhecido como o princípio de Bernoulli , que fornece um método para calcular o elevador aerodinâmico. Em 1757, Leonhard Euler publicou as equações Euler mais gerais que poderiam ser aplicadas tanto a fluxos compressíveis quanto incompressíveis. As equações de Euler foram estendidas para incorporar os efeitos da viscosidade na primeira metade do século XIX, resultando nas equações de Navier-Stokes. As equações de Navier-Stokes são as equações governantes mais gerais do fluxo de fluidos e são difíceis de resolver para o fluxo em torno de tudo, exceto as formulas mais simples, como: 

Em 1799, Sir George Cayley tornou-se a primeira pessoa a identificar as quatro forças aerodinâmicas do voo ( peso , elevação , resistência aerodinâmica e impulso ), bem como as relações entre eles, e, nesse sentido, delineou o caminho para alcançar um voo mais pesado do que o ar para o próximo século. Em 1871, Francis Herbert Wenham construiu o primeiro túnel de vento , permitindo medidas precisas de forças aerodinâmicas. As teorias de arrasto foram desenvolvidas por Jean le Rond d'Alembert , Gustav Kirchhoff , e Lord Rayleigh. Em 1889, Charles Renard, engenheiro aeronauta francês, tornou-se a primeira pessoa a prever razoavelmente o poder necessário para o voo sustentado. Otto Lilienthal, a primeira pessoa a se tornar bem sucedida com voos de planador, também foi a primeira a propor linhas   aéreas curvas e finas que produziriam alta elevação e baixo arrastar. Com base nesses desenvolvimentos, bem como na pesquisa realizada em seu próprio túnel de vento, os irmãos Wright voaram no primeiro avião motorizado em 17 de dezembro de 1903. 

Uma réplica do túnel de vento dos irmãos Wright está em exibição no Virginia Air e Space Center. Os túneis de vento foram fundamentais no desenvolvimento e validação das leis da aerodinâmica.

Durante os primeiros voos, Frederick W. Lanchester , Martin Wilhelm Kutta e Nikolai Zhukovsky criaram teorias independentes que ligavam a circulação de um fluxo de fluido para levantar. Kutta e Zhukovsky passaram a desenvolver uma teoria bidimensional de asas. Expandindo o trabalho de Lanchester, Ludwig Prandtl é creditado com o desenvolvimento da matemática por trás de linhas de linha fina e linhas de elevação, bem como trabalhar com camadas de fronteira

À medida que a velocidade da aeronave aumentava, os designers começaram a encontrar desafios associados à compressibilidade do ar a velocidades próximas ou superiores à velocidade do som. As diferenças nos fluxos de ar sob tais condições causam problemas no controle da aeronave, aumento do arraso devido a ondas de choque e a ameaça de falha estrutural por flutter aeroelástico. A proporção da velocidade do fluxo para a velocidade do som foi denominada Número de Mach após Ernst Mach, que foi um dos primeiros a investigar as propriedades do fluxo supersônicoWilliam John Macquorn Rankine e Pierre Henri Hugoniot desenvolveu de forma independente a teoria das propriedades de fluxo antes e depois de uma onda de choque, enquanto Jakob Ackeret liderava o trabalho inicial de cálculo do elevador e arrastamento de linhas aéreas supersônicas. Theodore von Kármán e Hugh Latimer Dryden introduziram o termo transônico para descrever as velocidades de fluxo em torno de Mach 1, onde o arrasto aumenta rapidamente. Esse rápido aumento de arrasto levou os aerodinâmicos e os aviadores a discordar sobre se o voo supersônico era viável até que a barreira do som fosse quebrada pela primeira vez em 1947 usando o avião Bell X-1 . 

No momento em que a barreira do som estava quebrada, a compreensão dos aerodinâmicos do fluxo supersónico e do fluxo supersônico amadureceu. A Guerra Fria levou o projeto de uma linha em constante evolução de aeronaves de alto desempenho. A dinâmica de fluidos computacional começou como um esforço para resolver propriedades de fluxo em torno de objetos complexos e cresceu rapidamente até o ponto em que aeronaves inteiras podem ser projetadas usando software de computador, com testes de túnel de vento seguidos de testes de voo para confirmar as previsões do computador. Compreensão de supersônicos e hipersônicos. A aerodinâmica amadureceu desde a década de 1960, e os objetivos dos aerodinâmicos se deslocaram do comportamento do fluxo de fluidos da engenharia de um veículo, de modo que interage de forma pediculada com o fluxo de fluido. O design de aeronaves para condições supersônicas e hipersônicas, bem como o desejo de melhorar a eficiência aerodinâmica dos atuais sistemas de aeronave e propulsão, continua motivando novas pesquisas em aerodinâmica, enquanto o trabalho continua a ser feito em problemas importantes na teoria aerodinâmica básica relacionada à turbulência do fluxo e a existência e singularidade de soluções analíticas para as equações de Navier-Stokes.



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1 Comment

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Guest
Jan 04
Rated 5 out of 5 stars.

Excelente professor , com caprichos em execução e excelência no domínio do conteúdo.

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