Dimensionamento preliminar de uma seção de fuselagem: como funciona?

As aeronaves são sendo projetadas de forma a garantir o maior nível de confiabilidade e integridade estrutural possível. Tudo isso, ao mesmo tempo em que se busca aumento de economia de peso e maior capacidade de carga. A fuselagem compreende toda a estrutura central do avião e, para que ela cumpra sua função principal, é necessário que esteja devidamente dimensionada, para acomodar os passageiros, os membros da tripulação e toda a carga a ser transportada.

fuselagem

Neste artigo, explicamos alguns pontos importantes de como é feito o dimensionamento preliminar de uma seção de fuselagem . São aspectos essenciais, que, se lidos com atenção, proporcionarão o entendimento de um dos ramos mais importantes da Engenharia Aeronáutica. Boa leitura!

Métodos de dimensionamento preliminar

O dimensionamento preliminar é muito importante para que seja possível atestar a viabilidade do projeto de construção da fuselagem e das fases construtivas posteriores. Além disso, é nessa etapa que são prevenidos os erros estruturais que só seriam percebidos nas etapas realizadas em sequência, como na etapa de balanceamento da estrutura.

Existem diferentes métodos de dimensionamento preliminar de uma estrutura de fuselagem, dentre eles há a abordagem de Raymer, além da abordagem de Roskam e da abordagem de Barros. Em cada um destes, há um enfoque específico da forma em que se deve realizar o projeto conceitual de uma aeronave. Mas todos, necessariamente, partem de uma etapa de projeto preliminar, outra etapa referente ao projeto detalhado e, por fim, a etapa de fabricação.

Basicamente, faz-se necessário que você entenda os esforços solicitantes de cada estrutura, para poder dimensioná-la de maneira correta. Isso vale para desde estruturas simples até as mais complexas, como a fuselagem. Em geral, utiliza-se o método NACA para o dimensionamento dos elementos estruturais.2

As diferenças entre um método e outro baseiam-se principalmente nas especificações de cada uma destas etapas mencionadas e quais fases as compõem. Cada qual se baseia em uma determinada ordem de elaboração do projeto. Cabe, então, ao projetista conhecer e definir qual método melhor se enquadra em seu objetivo.

Cálculos utilizados

Independentemente do método de dimensionamento preliminar adotado, todos deverão lançar mão de cálculos para determinar, com base no modelo de aeronave escolhido, o peso que deverá ser transportado, a potência que será requerida pelo veículo aéreo, qual será a sua envergadura, entre outros.

Além desses cálculos, também são determinados o tamanho das portas, o número de assentos que deverão ser instalados e quais suas dimensões específicas. Tudo isso para favorecer que o passageiro esteja confortável durante o voo. Ainda, os cálculos determinam as dimensões da cabine para o piloto e os comissários, bem como o tamanho ideal e a capacidade dos compartimentos de carga.

Outro cálculo importante se refere à determinação da largura e o número mínimo de corredores, seguindo padrões que permitem uma eventual evacuação de emergência bem-sucedida.

É importante ressaltar que, atualmente, os padrões de conforto estabelecidos internacionalmente exigem que a largura de corredores sejam maiores e que haja uma quantidade menor de assentos do que o prescrito nos métodos consagrados.

Escolha de materiais

Os componentes da fuselagem são construídos com grande variedade de materiais e são unidos através de rebites, parafusos e soldagem ou adesivos. Nesse sentido, durante todo o processo de dimensionamento da fuselagem, a escolha deve partir de critérios adequados, que precisam prever os efeitos adversos das forças de estresse aos quais eles estarão sujeitos.

Como exemplo de condições adversas pode-se citar a pressão à qual a aeronave está constantemente submetida, as oscilações de temperatura, a suscetibilidade a impactos e, também, deformações. Além dos estresses físicos, a corrosão e o apodrecimento por fungos devem ser evitados, na escolha e emprego correto do material na estrutura.

Assim, os principais materiais empregados na construção de superfícies de asas e de estabilizadores, bem como nas paredes, nos pisos e nas superfícies de comando são o alumínio e a fibra de vidro ― ambos conferem uma melhor relação resistência-peso à parte estrutural que está sendo projetada.

Nas partes mais expostas às altas temperaturas, é possível encontrar materiais como aço e titânio. Já no corpo da fuselagem, há materiais como plásticos reforçados e madeira. Os materiais transparentes, como os vidros, são empregados em para-brisas e janelas.

É importante destacar que existem testes científicos sendo constantemente desenvolvidos. Eles estão em busca de resultados que promovam o aprimoramento no uso e na determinação do material a ser utilizado em cada um dos tipos de construção de fuselagem.

Tipos de construção de fuselagem

Como já foi dito, a fuselagem é a estrutura principal da aeronave. No entanto, há dois tipos principais de construção da mesma e um tipo intermediário. Os tipos principais são a treliça e o monocoque, já o tipo intermediário se chama semimonocoque.

A fuselagem do tipo treliça, na maioria das vezes, é constituída de tubos de aço arranjados de tal forma que podem suportar tanto as forças de tensão quanto de as forças de compressão.

O formato da treliça é geometricamente composto por uma série de tubos distribuídos de forma longitudinal e apoiada, tanto diagonal, quanto verticalmente. Isso confere um padrão triangular à estrutura e, com isso, permite que a mesma suporte as forças mencionadas.

A estrutura do tipo monocoque é composta por um conjunto de anéis de moldagens. Esse são revestidos por placas de alumínio, formando no interior da estrutura as chamadas cavernas.

No entanto, nesta estrutura, são os revestimentos que suportam os esforços solicitantes e, por isso, devem ser dimensionados adequadamente, a fim de manter a fuselagem rígida.

No tipo intermediário, o semi-monocoque, emprega-se técnicas de construção tanto do tipo treliça, quanto do tipo monocoque. Sua forma consiste em vigas distribuídas longitudinalmente, anéis de moldagem e reforços que, são empregados para evitar as forças de torções.

Dentre as vantagens desse tipo de construção está a facilidade de desenho e construção de uma fuselagem aerodinâmica.

A importância do estudo preciso

É importante destacar que a segurança do veículo aéreo projetado está diretamente relacionada com o grau de precisão empregado nessa etapa que abordamos.

Com isso, no estudo preciso do dimensionamento preliminar de uma seção de fuselagem são avaliados o tempo de vida e a integridade estrutural da aeronave. É também analisada sua viabilidade econômica, evitando custos de construção intoleráveis. Para que sejam atendidas essas premissas, o engenheiro aeronáutico precisa estar bem preparado e atento às inovações técnicas do mercado.

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