FEMEC43012-Aula-06-Sistema-AsasFuselagem

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Fundamentos de Aeronáutica I 
 
 Aula 6 
 Asas & Fuselagem 
 2012 
 
 Prof. Dr. Odenir de Almeida 
 
 Laboratório de Mecânica dos Fluidos 
 UFU – Universidade Federal de Uberlandia 
Conteúdo 
1. Fuselagem; 
 
2. Asas; 
 
3. Empenagens; 
Fuselagem 
Fuselagem 
 
• Do francês fusel, que significa “em forma de fuso”; 
 
• A fuselagem é parte fundamental da estrutura do avião, onde são fixadas as 
asas e empenagem, e em muitas aeronaves monomotoras o motor e seus 
acessórios são montados na fuselagem; 
 
• A fuselagem aloja a carga paga (pilotos, passageiros e bagagens). Algumas 
vezes, o combustível também está contido na fuselagem, porém as 
modernas aeronaves transportam o seu combustível em tanques na asa; 
 
• A estrutura da fuselagem pode ser classificada em três tipos: treliça, 
monocoque e semi-monocoque; 
 
 
 
Fuselagem 
Fuselagem tipo Treliça (truss-type fuselage) 
 
• Feita geralmente de tubos sem costura, utilizando ligas de metais como aço 
cromo-molibdênio ou alumínio-zinco. A treliça é geralmente revestida com 
tela ou chapa metálica. A tela é retesada com dope, pintada e encerada 
para tornar a superfície lisa e polida. Todavia, a cobertura de tela adiciona 
pouca resistência à fuselagem. Este tipo de construção é ainda usado na 
construção de algumas aeronaves. 
 
 
 
Longarina 
Membros ou braços diagonais 
Membros ou 
braços verticais 
Fuselagem 
Fuselagem tipo Treliça (truss-type fuselage) 
 
• A construção básica da fuselagem que se manteve em uso por muitos anos 
foi a tipo Pratt, que consiste de longarinas de tubos de aço soldados e 
membros de compressão reforçados com braços diagonais de arame ou 
hastes. Isto, eventualmente, abriu caminho para a construção de treliça tipo 
Warren, a qual usa madeira ou tubos de aço soldados e braços diagonais. 
 
• Além da função de transportar a carga paga, a fuselagem serve como ponto 
de fixação para as superfícies da empenagem, asas, trem de pouso e 
motor. Como todos os pontos de cargas passam pela fuselagem, uma 
resistência extra é essencial nos pontos de junção. Independentemente do 
material do qual a fuselagem é construída, os pontos de fixação serão de 
metal. 
 
 
Fuselagem 
Fuselagem tipo Monocoque (Monocoque) 
 
• Do francês e significa “revestimento único”; 
 
• Esse tipo de construção de fuselagem baseia-se na resistência do 
revestimento para suportar a carga principal. O revestimento reforçado é 
rebitado por completo à estrutura dos membros estruturais. Esta estrutura 
apresenta anéis verticais (cavernas) que servem para dar forma ao conjunto. 
 
• A estrutura monocoque é raramente usada em sua forma verdadeira, sendo 
mais comum o uso de uma variante chamada semi-monocoque. 
 Revestimento Caverna 
Anteparo 
Pontos de fixação da asa 
Revestimento 
Caverna ou 
anteparo 
Fuselagem 
Fuselagem tipo Semi-Monocoque (Semi-Monocoque) 
 
• Uma modificação chamada de "construção semi-monocoque" é a mais 
frequentemente usada hoje. Os esforços não são suportados somente pelo 
revestimento e cavernas, mas também por dois novos membros estruturais 
longitudinais: longarinas (longerons) e perfis reforçadores. 
 
• O revestimento é rebitado às cavernas e reforçadores, o que dá à fuselagem 
seu formato e garante uma resistência extra. Além disso, a ausência de 
braços diagonais internos proporciona um espaço maior para o transporte de 
cargas. A fuselagem semi-monocoque é de fácil construção no formato 
aerodinâmico. Rebites escareados são usados para diminuir o arrasto. 
 
Proteção de fogo 
Asas 
Asas - Nomenclatura 
 
• As asas de uma aeronave são os membros que suportam o seu peso. Em 
vôo elas devem não só suportar seu próprio peso como também o peso total 
da aeronave. Existem inúmeros tipos de asas, tamanhos e formas de acordo 
com o projeto de cada construtor aeronáutico; 
 
• As asas podem ser fixadas na parte superior, intermediária ou inferior da 
fuselagem e portanto são ditas: asa-alta, asa-média ou asa-baixa; 
 
• Todas as asas possuem, basicamente, a mesma estrutura não importando 
para que tipo de aeronave elas foram projetadas. A secção de uma asa tem o 
formato de um aerofólio pré-determinado. A asa é construída de madeira ou 
metal e coberta com tela, plástico, fibra de vidro, ou metal. É fixada à 
fuselagem através de sua seção da raiz; 
 
• As asas são reforçadas, tanto interna como externamente, com montantes ou 
cabos. Independente de suas características, elas devem suportar todo peso 
para o qual foram projetadas para transportar, com um substancial fator de 
segurança. 
Asas 
Asas - Nomenclatura 
 
• Aeronaves com um único conjunto de asas recebem a nomenclatura de 
monoplanos; 
 
• As aeronaves com dois conjuntos de asas recebem a nomenclatura de 
biplanos; 
 
Monoplano Biplano 
Asas 
Asas - Nomenclatura 
 
• Longarinas: As longarinas são os elementos principais da estrutura da asa, 
devendo suportar esforços de flexão, compressão, torção, e cisalhamento. 
As longarinas estendem-se por todo o comprimento da asa, da raiz à ponta, 
e podem ser de madeira ou metal (liga de alumínio). Normalmente, a 
estrutura da asa é projetada com duas longarinas, isto é, uma estrutura 
consistindo de duas longarinas, suportes de compressão e interligadas por 
hastes. 
• Nervuras: As nervuras presas às longarinas, são os membros que dão 
formato à asa e transmitem as cargas aerodinâmicas do revestimento para 
as longarinas. As nervuras, quando feitas de madeira, são presas às 
longarinas de madeira por meio de pregos e cola. Quando de metal, elas são 
fixadas às longarinas de madeira através de braçadeiras ou grampos. As 
nervuras são frágeis aos esforços de flexão, e por isso devem ser reforçadas 
contra empenos laterais. Quando fixadas em longarinas de metal, as 
nervuras de metal são rebitadas ou soldadas. O bordo de ataque é 
usualmente coberto com uma chapa de alumínio, a qual garante ao mesmo 
um formato bem definido. 
Asas 
Asas - Nomenclatura 
 
• Revestimento: O revestimento da asa pode ser de compensado, metal ou 
tela. Quando usando tela, o material usado é um tecido protegido por fitas e 
costurado às nervuras. Dope é aplicado ao tecido para esticá-lo e torná-lo 
impermeável. O compensado usado em algumas aeronaves vendidas em 
“kits” compõe uma cobertura resistente e de longa duração. Muitas das asas 
em madeira são também cobertas com tela. Hoje, o revestimento de metal é 
o mais usado. Ele se torna parte integrante da estrutura e, como o 
compensado, auxilia na absorção da maioria dos esforços. 
Asas 
Asas - Nomenclatura 
 
Revestimento 
Flape 
Aileron 
Ponta da asa 
Nervuras 
Longarina 
Tanque de Combustível 
Asas 
Asas - Nomenclatura 
 
Asas 
Asas – Classificação quanto à fixação na fuselagem 
 
• Asa Cantilever: Cantilever literalmente significa “uma barra ou longarina, 
rigidamente fixada em uma extremidade". Quando isto é aplicado para uma 
asa de avião, significa que não há nenhum montante externo. A asa inteira é 
suportada somente pela fixação de sua raiz à fuselagem. A maioria dos 
aviões leves com asa baixa usa asas cantilever. Note-se também, que a 
extremidade é livre para movimentar-se para cima ou para baixo, causado 
pela variação da carga ou pela turbulência do ar. Como uma ponte, a asa é 
flexível, torce e flexiona com as rápidas variações da carga e da turbulência. 
 
• Este tipo de asa, se usada em aeronaves de asa baixa, tem várias 
vantagens. Por ser mais espessa na raiz do que na ponta, é capaz de alojar 
um trem de pouso
quando recolhido. Trens retráteis para aeronaves de asa 
alta não são facilmente projetados. Nesses casos, trens fixos são mais 
frequentemente usados. As rodas, sendo fixadas na asa, podem ser mais 
afastadas, dando mais estabilidade à aeronave, quando no solo. 
Asas 
Asas – Classificação quanto à fixação na fuselagem 
 
• Uma asa cantilever é frequentemente construída em dois painéis (direito e 
esquerdo) e fixada através de vários parafusos e placas de reforço dentro da 
fuselagem. Alguns tipos de aviões empregam tanques de combustível de 
ponta de asa. Em princípio, pode parecer que os tanques impõem carga e 
esforços indevidos às asas. Entretanto, eles são aerodinamicamente 
projetados para prover estabilidade lateral, deslocamento mais suave e um 
aumento na resistência das asas durante exposição às cargas de rajadas. 
Asas 
Asas – Classificação quanto à fixação na fuselagem 
 
• Asa Semi-Cantilever: São as asas ligadas pela extremidade, usualmente 
fixadas à seção central da fuselagem, através de dois parafusos e um 
suporte aerodinâmico. O suporte deve ser grande e resistente para absorver 
esforços de tração e compressão. O arrasto provocado pelo suporte é 
desprezível já que as asas assim montadas são mais finas e mais eficientes. 
Se nenhum suporte for empregado, toda a carga será suportada pelas 
longarinas. Esse suporte é, geralmente, denominado, montante ou estal. 
Cessna 172 
Asas 
Asas – Classificação quanto à fixação na fuselagem 
 
• Asa Hubanada (Biplano): Esse tipo de aeronave possui duas asas, uma 
sobre a outra. Nessas aeronaves, normalmente, existem algum tipo de 
suporte necessário para transmitir a carga das asas para a fuselagem e vice 
versa. Um dos métodos mais antigos emprega cabos e montantes. Esses 
cabos são de aço, e suportam toda a carga sob tensão. 
Vicker 
Asas 
Asas – Classificação quanto à fixação na fuselagem 
 
Asas 
Asas – Classificação quanto ao número de asas e localização na 
fuselagem 
 
• A maioria dos aviões enquadra-se em duas categorias de classificação, 
quanto ao número de asas: monoplano e biplano. Algumas exceções são os 
triplanos, como o Fokker da 1ª. Guerra Mundial. 
Fokker DR-1 Triplano 
Asas 
Asas – Classificação quanto ao número de asas e localização na 
fuselagem 
 
• Para as aeronaves monoplano, a classificação difere conforme a posição da 
asa: 
 
• Asa baixa, quando o fuselagem assenta-se sobre a parte superior das asas 
ou através da parte inferior da fuselagem; 
• Asa média: quando as asas passam através do centro da fuselagem; 
• Asa alta: quando a asa passa pela parte superior da fuselagem; 
• Asa pára-sol: quando a fuselagem está suspensa abaixo da asa por meio de 
suportes; 
• Asa gaivota ou Gaivota invertida: é também empregada, seja por razões de 
estabilidade aerodinâmica ou para livrar a hélice, como no caso dos aviões 
anfíbios ou o F4U Corsair, caça da Segunda Guerra Mundial. 
Asas 
Asas – Classificação quanto ao número de asas e localização na 
fuselagem 
 
Asas 
Asas – APLICAÇÃO 
 
Asa Alta 
Aviões de Carga 
 
• Menor altura da fuselagem em relação ao solo; 
• Possibilidade do uso de rampas de embarque; 
• Menor espaço sob o piso; 
• Menor capacidade de alongamento da fuselagem; 
• Trens de pouso maiores e mais complexos; 
• Menor ação do efeito solo. 
 
Asas 
Asas – APLICAÇÃO 
 
Asa Média 
Aviões de Treinamento e Combate 
 
• Menor arrasto a grandes velocidades; 
• Estrutura mais complexa; 
• Comprometimento do espaço interno; 
 
Asas 
Asas – APLICAÇÃO 
 
Asa Baixa 
Aviões de Passageiros 
 
• Possibilidade de alongamento da fuselagem; 
• Maior aproveitamento do espaço interno da fuselagem; 
• Menor peso da fuselagem; 
• Maior espaço sob o piso; 
• Maior efeito solo; 
• Menor altura do motor em relação ao solo (se instalado sob a asa); 
• Maior altura da fuselagem em relação ao solo. 
 
Asas 
Asas – Classificação quanto ao formato 
 
• Quando se olha uma asa de cima para baixo pode-se ter uma visão do seu 
plano. Cada asa tem um formato particular, ditado pelos requisitos para o 
qual a aeronave foi projetada, levando em conta custo e desempenho. 
 
• Tipicamente, o formato da asa visa otimizar a estabilidade lateral, diminuir o 
número de Mach crítico, reduzir o arrasto induzido. 
 
• Os formatos de asa mais comuns são: 
– Retangular 
– Trapezoidal (afilada) 
– Elíptica 
– Enflexada 
– Delta (geometria fixa ou variável) 
 
Asas 
Asas – Classificação quanto ao formato 
 
Austrian Pc 6 
F-104 
Spitfire 
Convair B-58A Hustler 
Asas 
Asas – Classificação quanto ao formato 
 
F-14 Variable Wing 
Asas 
Asas – Redutores de vórtice de ponta de asa 
 
• A turbulência (vórtice) de ponta de asa é aerodinamicamente prejudicial e 
cria, muitas vezes, um grande arrasto. Para reduzir este efeito, são utilizados 
dispositivos para modificar a geometria das pontas das asas, seja afilando as 
pontas ou utilizando dispositivos como winglets e tanques de ponta de asa. 
 
• Pode-se observar que, com exceção das asas retangulares, todos os planos 
de asa tentam atingir esse objetivo, A asa elíptica é provavelmente a mais 
eficiente desses planos subsônicos, mas sem dúvida, é uma das mais caras 
para construção. 
 
Asas 
Asas – Winglets 
 
• Muitas aeronaves modernas de alta velocidade utilizam uma pequena aleta 
nas pontas das asas. Essas aletas, voltadas para cima, evitam o vórtice de 
ponta de asa diminuindo o arrasto, e denominam-se de “winglets”. 
 
Asas 
Asas – Conceitos Aerodinâmicos 
 
• Afilamento: Com o bordo de ataque sendo inclinado para trás, o bordo de 
fuga pode, igualmente, ser inclinado para frente e, dessa forma, conseguir a 
desejada redução do “vórtice" de ponta de asa, sem dificuldades para a 
engenharia e construção, encontradas nas asas de formato elíptico. Esse 
afilamento do plano da asa é menos encontrado em aviões leves. Um 
afilamento na espessura das asas da raiz à ponta, é encontrado com 
frequência em aviões leves com asa cantilever. 
 
Asas 
Asas – Conceitos Aerodinâmicos 
 
• Diedro: O diedro, como visto de frente para a aeronave, é o ângulo de 
inclinação da asa para cima ou para baixo da raiz para a ponta, em relação 
ao eixo transversal da aeronave. A ação deste ângulo positivo é aumentar a 
estabilidade lateral. 
Asas 
Asas – Conceitos Aerodinâmicos 
 
• Enflexamento: O enflexamento é, também, uma técnica empregada para 
prover maior estabilidade à aeronave. A inclinação do bordo de ataque para 
trás (enflexamento positivo) tende a melhorar a estabilidade direcional; a 
inclinação para frente (enflexamento negativo) tende a gerar forças que 
diminuem a estabilidade direcional. 
• O enflexamento também resulta no decréscimo do tamanho da ponta da asa, 
diminuindo, dessa forma, o vórtice sempre presente. 
Asas 
Asas – Conceitos Aerodinâmicos 
 
• Asas de geometria variável: O uso de asas com geometria variável visa 
adequar o tamanho das asas à condição de vôo: asas menores para alta 
velocidade e asas maiores para baixa velocidade. Esta técnica é essencial 
para aviões ultra-sônicos, porque à medida que alcançam maiores 
velocidades não precisam de toda a sustentação que as asas podem 
produzir. Em altas velocidades o avião pode dispensar parte de suas asas, 
o que lhe dá a vantagem adicional de reduzir o arrasto. Uma das soluções 
adotadas é o enflexamento variável das asas, que é usado em alguns aviões 
supersônicos. 
Asas 
Asas – Conceitos Aerodinâmicos 
 
• Incidência: O ângulo formado entre a corda da asa e o eixo longitudinal da 
aeronave é denominado ângulo
de incidência. Ele é fixo e depende do 
projeto da aeronave. 
Empenagem 
Empenagem 
 
• O nome correto para a seção da cauda de uma aeronave é Empenagem. A 
empenagem inclui todo os componentes da cauda, consistindo de superfícies 
fixas como os estabilizadores horizontais e verticais. As superfícies móveis 
são o leme e profundor e uma ou mais superfícies de ajustes “trim tabs”. 
Profundor 
Leme 
Estabilizador Vertical 
Estabilizador Horizontal 
Compensadores 
Empenagem 
Empenagem 
 
• Outro tipo de empenagem não requer um profundor. Ao invés, incorpora em 
uma peça só, um estabilizador horizontal que pivota ou gira através de um 
eixo central posicionado na cauda. 
Estabilizador 
Ponto de pivotamento 
Antiservo 
Empenagem 
Empenagem 
 
• Os tipos mais comuns de empenagens são: 
Empenagem 
Empenagem – Cauda em V 
 
• O Beech Bonanza tornou a cauda em V popular, onde duas superfícies em 
ângulo fazem o papel das superfícies horizontais e verticais usadas na 
maioria das caudas convencionais. A porção fixa das duas superfícies atua 
como estabilizadores vertical e horizontal. As superfícies móveis podem 
mover-se juntas para agir como profundores comandadas puxando ou 
empurrando o manche, ou podem mover-se diferencialmente para atuar 
como leme de direção, comandadas pelos pedais do leme. 
Empenagem 
Empenagem – Cauda em V 
 
Referências 
O presente material foi baseado nas seguintes referências: 
 
1. Gouvea, R. P., FAMAER Familiarização Aeronáutica, Manual de Treinamento 
– Embraer, 2006. 
 
2. FAA-H-8083-25, Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge, US 
Department of Transportation, 2003.