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A palavra “estrutura” pode ter diferentes significados dependendo do contexto. Num contexto mais global de uma aeronave, poderíamos ter uma visão muito mais sistêmica da palavra estruturas, ou seja, a estrutura de uma aeronave seria formada por todos os seus componentes e como eles se relacionam para o funcionamento da aeronave.
Mais especificamente, vamos definir aqui é o que é estrutura do ponto de vista de engenharia de estruturas. Nesse ponto de vista, a estrutura é constituída pelos elementos que resistem aos carregamentos que a aeronave é submetida. A seguir serão mostrados elementos estruturais e quais são suas funções no funcionamento da estrutura da aeronave.
Existem desenhos esquemáticos conhecidos como cutaway (vista explodida). Eles ilustram de maneira simplificada a estruturas e a arquitetura dos sistemas da aeronave. A seguir é mostrado o Cutaway do Legacy 500 da Embraer.
De forma geral, as principais estruturas fixas de um avião são:
Os principais tipos de aeronaves são treliçadas, semimonocoque e monocoque (para aviões de tamanho intermediário).
Treliças são elementos estruturais que suportam esforços axiais. Esse tipo de fuselagem é geralmente construído soldando tubos de aço de ligas cromo-molibdênio de alta resistência. Do ponto de vista matemático, o tipo de construção não é bem uma treliça, uma vez que a ligação entre os tubos não forma uma rótula perfeita. É papel do engenheiro projetista, saber qual é o grau de engaste da ligação, para dimensionar de maneira correta (segura e leve) uma estrutura deste tipo. Falarei mais sobre isso quando estiver falando especificamente de juntas aeronáuticas. Em geral o revestimento é feito com tecido leve, que não funciona estruturalmente.
Na fuselagem monocoque (de único painel) a resistência é advinda basicamente do revestimento. Então todos os esforços (flexão, cisalhamento e torção) são resistidos pelo revestimento. A estrutura monocoque precisa ainda de algumas cavernas (Formes) para manter sua forma aerodinâmica. Estruturalmente, elas não resistem aos esforços, mas são importantes para evitar deformações excessivas no revestimento. Algumas cavernas são responsáveis por acomodar alguns componentes, como ferragens trem de pouso, motor, etc. Estas são mais reforçadas (Bulkheads).
Quando feito em materiais metálicos, esse tipo de estrutura tende a não ser muito eficiente, já que o revestimento para ser efetivo, precisa ser muito espesso. Outra alternativa para manter a arquitetura é a utilização de materiais compostos, que permitem a utilização de colmeias, que aumentam a resistência da fuselagem sem agregar muito peso.
Uma aeronave que segue essa configuração é o CB.10 Triathon projetada pelo professor Cláudio Barros no Centro de Estudos Aeronáuticos da UFMG. Seguem algumas imagens da estrutura da fuselagem.
O reforço com Honeycomb® é formado por camadas superiores e inferiores de fibra, dividida por um interior leve. Ao se separar os dois conjuntos de camadas, a resistência do painel á flexão aumenta muito, com pouquíssimo acréscimo no peso. O nome Honeycomb vem da semelhança do sanduíche com uma colmeia de abelhas.
Para superar a relação baixa entre resistência/peso, uma modificação chamada semimonocoque é proposta. Nessa configuração a fuselagem é reforçada por reforçadores longitudinais. Longerons são reforçadores que se estendem por diversos painéis e resistem à maior parte do momento fletor. Existem também reforçadores menores, que são mais numerosos e mais esbeltos.
Uma fuselagem semimonocoque é construída primariamente de ligas de alumínio e alguns componentes em aço e titânio, onde é necessária maior rigidez ou resistência à temperatura.
Um ponto positivo desde tipo de construção está no fato de que um elemento individual não resiste a todos os esforços, o que quer dizer que quando um elemento falha, ainda existe resistência residual da estrutura como um todo. Isso quer dizer que é mais simples projetar uma estrutura semimonocoque tolerante à dano.
Veja abaixo a estrutura da fuselagem de uma aeronave comercial.
Note as vigas de piso. Elas são responsáveis de transferir todo carregamento gerado pela carga paga para as cavernas. Elas também são projetadas de maneira robusta para que possam aumentar a resistência da fuselagem como um todo.
A maioria das asas tem configuração cantilever, ou seja, não necessitam de um suporte intermediário para resistir ao carregamento. As cargas são suportadas pela estrutura interna da asa e pela ligação da asa com a fuselagem. Outras aeronaves utilizam cabos ou montantes para diminuir os esforços internos na asa, possibilitando uma asa mais leve. Cabos são geralmente feitos de aço e montantes são geralmente carenados para reduzir o atrito.
Geralmente, a construção da asa é feita das seguintes maneiras:
Modificações desses projetos básicos são adotados por diversos fabricantes. Segue um projeto típico de uma asa:
Note que essa asa possui duas longarinas principais formando um caixão. Esse tipo de configuração é comum a diversos aviões comerciais.
Para aviões menores, a estrutura em geral é mais simples. O vídeo abaixo mostra a fabricação de uma asa de um avião leve.
Em um próximo tópico vamos abordar os mecanismos que fazem parte de uma aeronave. Antes disso, aproveite para saber se winglets melhoram o desempenho ou somente deixam o avião mais bonito.
Rodrigo Martins
