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Curva Polar e MacReady para leigos
(PERFORMANCE AIRSPEEDS FOR DUMMIES)
"Após 18 anos trabalhando no FAA (como examinador do exame prático p/
pilotos) concluí que muitos pilotos e instrutores não são inteiramente
"confortáveis" com a relação entre velocidade (em relação ao ar) e Curvas
Polares. Se na forma gráfica os diagramas polares parecem muito "matemáticos"
para você então provavelmente a explicação abaixo lhe ajudará."
Vamos supor que nós temos quatro planadores idênticos, de cores diferentes.
Para o nosso teste nós iremos voá-los com as velocidade e taxa de afundamento conforme a seguinte tabela:
(para cada velocidade que ele voa, ele tem uma taxa de afundamento correspondente)
| Glider |
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| Velocidade |
26 Knots |
31 Knots |
42 Knots |
62 Knots |
| Taxa de queda |
1.8 Knots |
1.6 Knots |
1.9 Knots |
3.2 Knots |
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Se os quatro planadores começarem o vôo juntos, cada um com a
velocidade indicada na tabela, o "comportamento" será como mostrado no
desenho ao lado.Após 1 minuto as posições relativas ao ponto de origem são
apresentadas: O planador AZUL voou 2600 pés horizontalmente e desceu
180 pés. Da mesma forma o planador VERDE voou 3100 pés horizontalmente e
desceu 160. O AMARELO foi 4200 p/ frente afundando 190 e, por fim, o
VERMELHO foi 6200 p/ frente e afundando 320 pés.
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Se agora nós conectarmos os planadores com uma suave linha e trocarmos
a escala "distância" do gráfico por "velocidade" (AIRSPEED)
obtemos a famosa Curva Polar do planador.
Nota: A melhor tradução para a palavra SINK, na minha opinião, seria
afundamento.
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Então, oque nós podemos fazer com a Curva Polar ?
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Vamos supor que começamos o exercício com os planadores juntos a 320
pés acima do chão. Após todos tocarem o chão veremos o seguinte: O
planador Vermelho é o primeiro a tocar o chão (na verdade caiu pois não
deixamos ele arredondar e pousar). O planador AMARELO foi o que foi mais
longe. O AZUL tocou o chão na mesma hora que o AMARELO, mas foi o planador
que menos voou para a frente. O VERDE voou por mais tempo e pousou no
mesmo ponto que o VERMELHO.
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Os dois planadores, VERDE e AMARELO, representam pontos importantes da
Curva Polar:
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O VERDE tem a menor taxa de afundamento comparado com os outros. Se
manteve no ar por mais tempo mas não foi muito longe. Note que o caminho
do planeio dele intercepta o mais alto ponto da Curva Polar. Neste ponto
da curva nós encontramos a velocidade (31 KT) que tem a menor taxa de
afundamento (1.6KT) para o planador.
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O planador AMARELO tem a melhor taxa de planeio de todos. Significa
que ele voará mais longe que os outros para uma mesma perda de altitude. A
linha traçada da origem (ponto 0,0) do gráfico que tangencia a curva polar
nos dá, no ponto de tangência, a melhor velocidade em relação ao ar (41KT)
que o planador teria que voar p/ ter o melhor planeio.
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Se o ar estivesse sempre imóvel nós somente teriamos que obedecer a
velocidade que daria a melhor relação de planeio. Mínimo afundamento (como o do
planador VERDE) nos mantém no ar por mais tempo e melhor planeio (AMARELO) nos
dá a maior distância. Felizmente o ar se move na horizontal e vertical. Quando o
ar esta subindo mais rápido que a nossa taxa de afundamento então tambem
subimos. Quando o ar esta decendente temos que achar a melhor velocidade para
otimizar o nosso vôo.
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Para ver como uma decendente afeta o vôo compare o planador VERMELHO e
o AMARELO. Ambos entraram na massa de ar descendente (3 KT por minuto). A
taxa de afundamento de ambos aumentará de acordo em relação a real
altitude. O AMARELO está agora afundando a 4.9kts (1.9 original + 3 da
massa de ar). O VERMELHO está agora a 6.2 kts (3.2 + 3). Ambos entraram na
massa na mesma hora. O objetivo é sair da decendente com a maior altura
possivel. Apesar do Vermelho afundar mais rápido ele esta indo na
horizontal muito mais rápido (62kts vs 42 kts).
O resultado é que o VERMELHO sai da descendente mais alto que o AMARELO. Em
relacao ao chão o planador VERMELHO foi o que teve a melhor relacao de
planeio.
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Até agora voce deve ter notado que a velocidade dos nossos planadores não
foram escolhidos ao acaso. O VERDE voa na Velocidade de Mínimo Afundamento, o
AMARELO no melhor planeio relativo à massa (também conhecido como melhor L/D
lift/drag - sustentação / arrasto), o VERMELHO voa na melhor velocidade chamada
de "Velocidade de Vôo" quando o planador esta numa decendente de 3KS .
Por hora vamos definir "Velocidade de Voo" como a velocidade que resulta no
melhor planeio em relação ao chão para uma determinada direcão do vento
(tanto horizontal e vertical).
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Nos nossos exemplos a Curva Polar mostrou a performance do
planador relativa à massa de ar na qual ele estava voando. A curva foi
válida somente para o caso do planador voando relativo à massa de ar
estacionária (parada). Para a curva ser válida em relação ao chão ela tem
que ser deslocada na direção que a massa de ar esta se movendo. No exemplo
do ar descendente a 3kts devemos deslocar a curva p/ baixo (em 3 kts).
Veja no desenho ao lado.
Para determinar a velocidade para qualquer condição nos desenhamos a
linha desde a horigem ate o ponto de tangência. A velocidade indicada no
ponto de tangência seria a mais indicada na situação( neste exemplo 62
kts). Ficou surpreso?
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Se voce estivesse tentando determinar a Velocidade de Vôo através de uma
curva polar em um pedaço de papel voce encontraria o inconveniente de ter que
redesenhar a curva para cada velocidade da descendente. Aqui vai uma sugestão:
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Um jeito mais fácil para atingir o mesmo objetivo é redesenhar o
gráfico original adicionando a velocidade da descendente na parte superior
do eixo (escala) do afundamento.
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Nós podemos usar a mesma técnica para determinar a Velocidade de Voo para
qualquer direção do vento.
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Aqui vai uma generalização: Se o ar estiver descendo se acrescenta a
razão de descida na escala superior do AIR SINK. Estando numa ascendente
se subtrai a velocidade da ascendente da taxa de afundamento da asa. Com
vento de frente (ou uma componete do vento) desloca-se o ponto de origem
da reta para a direita na escala AIRSPEED. Se o vento estiver de cauda (ou
uma componente) se desloca o ponto de origem da reta para a esquerda na
escala AIRSPEED.
nota: As velocidades encontradas são somente válidas para vôos retos.
Estando a asa em curva outros fatores se aplicam.
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Nós podemos combinar as componentes vertical e horizontal do vento. O exemplo
mostra como combinar vento de frente com descendente.
"Você deve estar pensando, "Isto tudo é muito interessante mas como usar
este conhecimentos em vôo ? Eu não vou ficar carregando Curva Polar e
desenhar tangentes no ar para cada condição que eu encontrar". Você esta certo.
As informações aqui apresentadas devem ser traduzidas para um real uso."
Nota: O Jim a seguir dá algumas dicas de como utilizar o Variômetro para
chegar ao resultado desejado. Para planadores sei que a coisa fica fácil na
prática mas para Asa Delta a coisa fica complicada. Meu vário, por exemplo, é um
Ball. Não da para fazer oque ele sugere. Eu ja vi um instrumento ai no Brasil
que combina vário e velocímetro que permite voce entrar com a curva polar da sua
asa.
Voltando ao artigo do Jim:
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O variômetro e o velocímetro te darão o necessário. O processo usado
para determinar a "Velocidade de Vôo" (vou chama-la de VV) nos da a taxa
de descida da massa de ar e do planador dentro da massa de ar. Este total
é o valor dado pelo variômetro. Poderiamos selecionar algumas VV e
colá-las no painel adjacente ao variômetro.
O melhor seria adaptar um
anel móvel-rotativo ao redor do variômetro (ver figura). Então quando o
vario aponta para qualquer taxa de descida ele também apontará para a
correspondente VV. O nosso exemplo mostra as VV's de 42 a 63 para 3kt de
afundamento.
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Se voce apenas quer saber o suficiente sobre velocidade e performance para
passar no exame prático do FAA então voce poderia parar por aqui. O FAA quer que
voce entenda os conceitos bem o suficiente para não fazer coisas estúpidas como
voar cabrado p/ "esticar" seu voo quando, na verdade, voce deveria estar é
picando devido a situação.
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Apesar da Velocidade de Voo que tivemos discutido ate agora ser uma
das coisas que lhe fará voar melhor, a VV é muito lenta para a maioria das
competições de cross-country. Nestes casos estamos interessados em cobrir
pilões no menor tempo possivel. Isso indroduz uma nova definição de
Velocidade de Voo.
O crédito por desenvolver este conceito de VV é
dado a Paul MacCready, e o anel movel adicionado ao variômetro discutido
anteriormente é chamado MacCready speed ring. Voos cross-country utilizam
térmicas. MacCready notou que a VV entre térmicas deveria ser baseada na
força das térmicas. Se as térmicas estão fortes voce pode voar mais rápido
que a VV discutida aqui entre elas. Voce perderá mais altitude mas
compensará com a rápida subida na próxima termica. Assim voce alcançará o
topo da térmica mais cedo que voce teria em menor
velocidade.
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Nós podemos analizar a VV deste caso usando a mesma técnica descrita
neste artigo. Exceto que somaremos a taxa de subida que esperamos ter na
próxima térmica na curva polar.
Para ilustrar tal similaridade
assumimos que a taxa de subida de 3kts e vemos que o gráfico fica identico
do que tinha 3kts de afundamento. Ele mostra qua a VV entre as
térmicas no ar parado é de 62 kts se voce espera subir a 3 kts na próxima
térmica. O beneficio é que na media do cross-country, incluindo o tempo
rodando na termal, pode ser estimado pelo ponto na escala AIRSPEED onde a
linha tangente cruza a escala.
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Agora o anel de "velocidades" do variômetro pode ser rodado. Se nós
estimamos que teremos uma razão de subida de 3kts na próxima térmica então
ajustamos a flecha no anel para 3kts. Note que a VV tambem move para maior
velocidade para todas taxas de afundamento. Neste exemplo a VV para vento parado
é de 62 kts, como o gráfico previsto. A taxa de afundamento no ar parado nesta
velocidade é de 3.2kts, como tem sido para o planador vermelho nestas analises.
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Existe uma Curva Polar diferente para cada peso final de um mesmo
planador. Com o aumento do peso a curva se move para baixo e para a
direita. Se torna um pouquinho mais plana mas mantém aproximadamente o
mesmo formato. O mais pesado voara mais rapido e afundara mais, porém na
mesma razão que o mais leve. O L/D (melhor planeio) no mais pesado sera
atingido numa velocidade maior do que o mais leve.
Esta eh a razão pela
qual alguns pilotos levam lastro em competições quando as térmicas esdtão
fortes.
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Original por: Jim D. Burch / (tradução: Marcelo Varanda)
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