A INTELIGÊNCIA DAS MÁQUINAS - TERCEIRA PARTE

North American P-51 Mustang: o desempenho lendário nasceu nas pranchetas

No mundo real, máquinas eficientes precisam também ser confiáveis para cumprir suas funções. Como elas são projetadas para atingir esse objetivo, é o foco deste artigo.

Noções de estabilidade e instabilidade de sistemas

Quando desenvolvemos qualquer tipo de máquina, quer seja um automóvel, um avião ou qualquer outra coisa, queremos que esta máquina seja estável, confiável e controlável. Outras características que desejamos é a velocidade de reação e a docilidade ao comando. Entretanto, como vimos na parte anterior, sistemas dinâmicos se tornam mais lentos quanto mais estáveis ficam e reagem mais rapidamente quanto mais próximos da instabilidade.

Cada sistema tem sua própria dinâmica, mas esse antagonismo entre estabilidade e velocidade de resposta dentro de um mesmo sistema é regra geral. Conseguir um sistema rápido e estável sempre depende de um projeto otimizado da dinâmica do sistema. Se mantivermos a mesma disposição dinâmica básica, quanto mais estável e amortecido mais o sistema se mostra preciso e lento, e quanto mais rápido o sistema responder, mais bravio e impreciso ao comando ele será.

Entretanto, se o sistema for extremamente estável ou instável, compromete-se a docilidade ao comando. Busca-se então ajustes desses sistemas dinâmicos que ofereçam um comportamento marginalmente estável.

Sistemas podem ter diferentes tipos de equilíbrio. Eles podem ser estáveis, instáveis, indiferentes. Há ainda sistemas metaestáveis (estáveis em condições restritas) e os metaestáveis com múltiplos estados de estabilidade.

Diferentes tipos de equilíbrio

Não há muito o que comentar sobre os tipos de equilíbrio estável e indiferente, pois são intuitivos. Entretanto, a idéia de um sistema puramente instável é meramente matemático, já que a instabilidade total tende ao infinito, enquanto no mundo real sempre haverá alguma limitação, e a limitação acaba impondo algum tipo de estabilidade. Sistemas reais instáveis apresentam uma instabilidade transitória entre dois ou mais estados de estabilidade, que, como veremos, são sistemas metaestáveis.

Já sistemas metaestáveis geralmente apresentam comportamentos não lineares. Eles são estáveis dentro de uma faixa de condições, porém, quando atingem o pico, ou tecnicamente chamados de ponto de virada, o sistema muda bruscamente para a instabilidade ou para uma nova condição de estabilidade.

Um bom exemplo de sistema metaestável com múltiplos estados de estabilidade é o clima do planeta. Nos últimos milhões de anos sabe-se que o planeta alternou ciclos de clima glacial e interglacial, porém a mudança dos padrões de temperatura nos registros fósseis indicam que a mudança de temperatura de um estado para o outro é abrupto, ocorrendo em questão de duas décadas ou menos. Em termos geológicos, a alteração da faixa de estabilidade do clima é muito rápida.

Veremos agora uma comparação entre sistemas estáveis e instáveis, vendo como as dinâmicas de estabilidade e instabilidade se manifestam, e de como elas podem ser controladas. Como modelo para os exemplos iniciais iremos estudar detalhes de projeto do avião de caça North American P-51 Mustang. Este avião tornou-se uma lenda do século 20 não apenas pela plasticidade artística de seu desenho, mas pela eficiência com que elementos de seu projeto foram somados para conseguir uma aeronave acima dos padrões dos seus pares e de seus adversários. Depois, o exemplo será estendido para outras aplicações com diferentes padrões de uso.

A estabilidade à rolagem

Como primeiro elemento de estabilidade, vejamos como o Mustang se mantém estável em rolagem, mantendo o nível transversal. Considere o desenho frontal do Mustang. Reparem que as asas apontam levemente para cima. Isto é o que chamamos de diedro positivo. O diedro positivo é um elemento que gera um vôo nivelado estável, apesar de qualquer perturbação que o avião venha a sofrer.

Leve diedro positivo para um vôo nivelado estável (desenho superior)

Exagerando o diedro, seu efeito fica bem visível. Quando o avião voa, cada asa gera uma força perpendicular à sua superfície. Em vôo nivelado, apenas as componentes verticais das forças de sutentação de cada asa equilibram a força peso. Enquanto isso, as componentes horizontais se anulam mutuamente. Como o avião possui um desenho simétrico, as componentes resultam numa força combinada alinhada com a força peso e o avião permanece estável.

Diagrama de como o diedro positivo nivela automaticamente o avião

Se o avião sofre uma perturbação e rola, a componente vertical de sustentação da asa mais nivelada aumenta, enquanto a da outra diminui. Isso desloca a força combinada de sustentação para a asa mais nivelada, gerando um torque contrário à rolagem, e o avião volta a se nivelar sozinho.

Entretanto, quando o piloto necessita realizar uma manobra, ele tem de vencer antes a tendência de auto-nivelamento do avião. Assim, um bom avião possui diedro na medida certa. Se o diedro é pouco, não há auto-nivelamento suficiente, e se muito, o esforço de manobra aumenta em demasia, comprometendo a manobrabilidade.

Quando temos um avião com diedro negativo, como o Harrier e seu irmão naval, o Sea Harrier, o arranjo de forças se inverte, e quando o avião sofre uma perturbação, a força combinada gera um torque que incrementa a rolagem, tornando o avião instável, mas que rola com extrema facilidade.

No caso dos aviões de combate, agilidade é fator de sobrevivência, e esse fator foi sendo incrementado ao longo dos anos após a Segunda Guerra Mundial, ao ponto de exigir projetos cada vez mais instáveis.

Quando o Harrier entrou em serviço, no começo dos anos 1970, essa instabilidade era contrabalançada por uma eletrônica ainda rudimentar de estabilização, e os pilotos do primeiro esquadrão foram escolhidos a dedo pela sua habilidade, devido à falta de docilidade ao comando.

British Aerospace Harrier: diedro negativo para maior agilidade


Na década de 1980, com o aprimoramento da eletrônica digital, surge o avião de testes X-29, que testaria, sobre a reconstrução de dois caças F-5 normais, várias técnicas construtivas e de materiais, mas o principal foco foram a aerodinâmica radical de asa de enflechamento invertido e canard, e seu sistema de estabilidade de vôo.

"Canard" é pato em francês e o uso da palavra em aeronáutica teve origem no 14bis  de Santos-Dumont, que com seus planos de controle na dianteira foi descrito como "voar como um pato". Atualmente descreve os aviões em que o plano de controle longitudinal fica na seção dianteira da fuselagem em vez de na cauda.

O X-29 e sua inusitada aerodinâmica

O X-29 fora construído para ser extremamente instável a partir de sua aerodinâmica em troca de extrema manobrabilidade, enquanto a estabilidade era obtida por meio de sistemas digitais de controle. Sem estes computadores, o avião é instável muito além da habilidade de qualquer ser humano, porém com manobrabilidade suficiente para escapar de qualquer míssil guiado então existente.

O teste do X-29 foi um sucesso total, e aviões como o bombardeiro B-2, os caças F-22 Strike Eagle e F-35 Joint Strike e toda uma nova geração de caças sem piloto (drones) são seus descedentes diretos, pois todos possuem aerodinâmica altamente instável estabilizada por sistemas de controle avançados.

Diferenças aerodinâmicas 

Ainda sobre a estabilidade do diedro, um caso interessante de citar é o do cargueiro ucraniano Antonov AN-225. É visível na foto o quanto este avião possui de diedro negativo acentuado das asas. Mas por que um avião de carga precisaria de um detalhe aerodinâmico instável, característico de aviões de caça?

Antonov AN-225 e o diedro negativo: instabilidade como remédio contra o excesso de estabilidade

Tudo começa pela concepção de função. O AN-225 é um cargueiro e, como tal, seu vão de carga precisa ser livre das estruturas de sustentação das asas, que foram instaladas na parte alta da estrutura. Se o AN-225 tivesse asas sem diedro, a força de sustentação seria aplicada na parte alta do avião, enquanto o centro de gravidade seria baixo, especialmente com o avião carregado. Esta configuração de forças é estabilizante, mas no caso do enorme AN-225 conduziria a um avião tão estável que seria difícil manobrá-lo.

Ao projetar asas em considerável diedro negativo, além da introdução do efeito instabilizante dessa configuração em oposição ao efeito estabilizador das asas altas, o ponto de aplicação da força combinada de sustentação fica mais baixo e próximo do centro de gravidade do avião.

Ao introduzir comportamentos opostos de estabilidade e instabilidade, consegue-se um avião ágil e dócil ao comando, apesar de todo seu tamanho.

A estabilidade direcional

Quando o Mustang foi criado, a capota da cabine consistia de gaiola com material transparente até certo ponto e continuava como parte do cone da fuselagem até encontrar a raiz do estabilizador vertical. Este era um padrão de projeto dos caças americanos da época, como o Curtiss P-40 e o Republic P-47 Thunderbolt.

Os americanos lutando na Inglaterra logo perceberam a vantagem tática da visibilidade da capota em bolha transparente adotada pelos ingleses, fazendo surgir a versão mais clássica do Mustang, a versão P-51D. As modificações no Mustang P-51D foram além da instalação da capota-bolha. A parte após ela foi eliminada e a fuselagem foi rebaixada até ficar nivelada com o nariz do avião.

Variantes B e D do Mustang, incluindo a sub-variante com a barbatana dorsal


Entretanto, quando os primeiros P-51D  começaram a voar na Inglaterra, os pilotos notaram uma oscilação de cauda, ou “shimmy”, em algumas condições de vôo. O shimmy ocorria porque houve uma redução da área lateral do avião atrás do centro de gravidade. Para pequenos desvios, a área do estabilizador vertical era insuficiente para gerar uma força de restituição à posição alinhada com o fluxo de ar, e deixava a traseira “solta”. Qualquer perturbação, e a traseira do avião saía um pouco de lado. Quando a força sobre o estabilizador ficava grande o suficiente para restituir o alinhamento, a cauda era jogada de volta, mas de novo não havia área lateral para mantê-la alinhada, causando um excesso de correção, e o processo se repetia no sentido contrário, ficando o avião ficava com a cauda “abanando”, com prejuízo para o controle e até para o desempenho.

A correção do problema foi rápida. Bastou instalar uma barbatana dorsal como extensão da raiz do estabilizador vertical. Com ela, a área lateral necessária para a estabilização foi recuperada e o avião voltou a ser a maravilha dinâmica que sempre foi.

A eliminação de um simples prolongamento da cabine foi suficiente para gerar a instabilidade, enquanto uma ínfima barbatana recuperou esta estabilidade, mostrando o quanto a excelência do desempenho do Mustang fora construída sobre uma estabilidade marginalmente crítica.

Praticamente o mesmo princípio — bolha e pequena barbatana dorsal — foi aplicado pelos engenheiros da Embraer ao projetar o turboélice EMB 312 Tucano em meados da década 1970.

Tucano com insígnia da Força Aérea Colombiana


A estabilidade direcional sobre rodas

O leitor já deve ter visto um carrinho de supermercado com uma roda direcional oscilando feito louca. Incomoda, inclusive, pegar um carrinho neste estado.

O rodízio direcional se mantém alinhado com a trajetória do carrinho graças a um elemento geométrico de direção, chamado trail, ou avanço. Se a roda se desvia, o desalinhamento entre o ponto de contato e o eixo do pivô de direção gera um torque que realinha a roda. Esse torque é tão maior quanto maior o trail e mais fiel à trajetória fica a roda, e, portanto, estável. Entretanto, se exageradamente grande, o trail prejudica a docilidade ao toque do consumidor. Então, o trail do rodízio é projetado próximo da estabilidade crítica.

Com o uso, trancos e acidentes, o rolamento de pivô direcional pode perder esferas, que se reacomodam juntas do lado oposto ao da roda, por conta do desalinhamento entre o peso do carrinho aplicado no rodízio e o ponto de contato da roda com o solo. Com a folga gerada, o rodízio se inclina, reduzindo o trail para aquém do limite de estabilidade e a roda oscila. Esta folga também alivia o rodízio de sua parcela do peso do carrinho, e ele passa a rodar sem carga, deixando-o mais livre para oscilar.

Rodízios direcionais: de estável para instável por danos simples

No automóvel temos o mesmo problema, porém de forma mais complexa. O trail é o elemento que gera o torque de realinhamento das rodas direcionais, que usamos quando soltamos o volante e deixamos o carro realinhar sozinho após uma curva. Mas se ele fosse projetado como criticamente estável como no caso do rodízio do carrinho de supermercado, o torque de realinhamento seria tão alto que deixaria a direção pesada demais para o motorista. Então os automóveis utilizam um trail instável. Ainda assim, o sistema se mostra estável, graças a outro elemento geométrico, que é a convergência/divergência das rodas.

A geometria da roda direcional não é linear. Se as rodas direcionais são mantidas alinhadas com a trajetória, o trail pequeno demais permitirá que as rodas oscilem, que é o chamado shimmy, também aparentado com a instabilidade do Mustang.

Ao adotar um ângulo de convergência/divergência, em linha reta, as rodas não se alinharão, mas se manterão em ângulo simétrico com a linha da trajetória reta. Este ângulo gera uma força lateral que força a roda a se auto-alinhar, mas não consegue pela oposição de outra força igual vinda da roda oposta e transmitida pelo mecanismo de direção. Assim como no caso do Mustang, pelo sistema ser baseado em ângulo, as relações de força não são lineares, e assim como no avião, a força lateral auto-alinhante cresce rapidamente com o ângulo de desvio. Com o ângulo de convergência/divergência apropriado, a força gerada de auto-alinhamento é grande o suficiente para tornar o sistema estável. Este ângulo é suficientemente pequeno para que o pneu acomode a força lateral por meio de sua elasticidade e não há desgaste prematuro da banda de rodagem por arrasto.

Em termos de estabilidade, não há diferença entre a convergência e a divergência das rodas, mas é na compatibilidade com outros elementos geométricos da suspensão que um tipo ou outro será escolhido.

Convergência/divergência: geometria de estabilização direcional

Há de se notar que a boa estabilidade direcional do automóvel é promovida por meio do ângulo apropriado de convergência/divergência e pela completa simetria entre as rodas. É por isso que o alinhamento de rodas é tão fundamental para a segurança do veículo, e também pelo qual veículos com estrutura deformada em colisões “puxam” para o lado, andam desalinhados com a trajetória, e podem comprometer a segurança, devendo, portanto, ser evitados.

A estabilidade de altitude

Por fim, vejamos o caso do estabilizador horizontal.

No Mustang P-51, assim como no caso geral das aeronaves convencionais, o estabilizador horizontal fica na traseira do avião, atrás do centro de massa da aeronave. Seu funcionamento é semelhante ao do estabilizador vertical que vimos antes.

Se o avião sofre uma perturbação, e ameaça mergulhar em direção ao solo, o estabilizador horizontal fica em ângulo com o fluxo de ar que, dada a posição traseira do estabilizador, gera um torque que levanta o nariz do avião. Se o avião tende a subir, ocorre o efeito contrário e o estabilizador repõe o nariz na posição nivelada. Então, ter o o estabilizador na traseira do avião é uma característica estabilizante do controle.

Já a superfície tipo canard é o oposto do estabilizador horizontal, já que é uma superfície que fica à frente do centro de gravidade. Se o avião equipado com canard sofre uma perturbação que aponta o nariz para o solo, a força aerodinâmica sobre o canard gera um torque que empurra o nariz ainda mais para baixo. O projeto de um avião canard é, portanto, naturalmente instável.

Saab Gripen: configuração delta com canard

O sistema de estabilizador traseiro gera um efeito discordante ao da perturbação, atenuando-a, e com isso consegue reestabelecer o equilíbrio do aparelho. Esta oposição é chamada de realimentação negativa e ela é estabilizante.

O canard gera um efeito concordante com a perturbação, incrementando-o e levando o avião à instabilidade. Esta concordância é a realimentação positiva e ela é desestabilizante.

Há de se notar que a adoção de canards num caça altera completamente a forma como ele é operado. Um exemplo disso está no contraste entre o recém-adquirido caça sueco Saab Gripen contra o antigo francês Mirage que ele irá substituir. Ambos os caças possuem asas em delta, finalizadas por superfícies de controle chamadas “elevons”, que juntam a função de profundor (elevador), aileron e flape.

No Mirage, com configuração delta pura, na decolagem e no pouso os elevenons são usados como profundores para manter o nariz do avião elevado. Sem sustentação adicional, o Mirage exige velocidades de pouso e decolagem elevados, o que também exige longas pistas.

O Gripen herda a filosofia operacional do Viggen, onde uma das prerrogativas era poder operar em pequenos trechos não preparados de rodovias. A adoção do canard permite que o caça use os elevons como flapes, enquanto os canards fazem a vez dos profundores, permitindo pousos e decolagens com menor velocidade mesmo carregado, e reduzindo muito a extensão necessária de pista. Entretanto, a operação da aerodinâmica do avião é bem mais complexa, embora este seja um problema para o computador de estabilidade da aeronave.

Operação básica das superfícies de controle do Saab Gripen

Há uma curiosidade histórica sobre essa relação ao canard e profundor traseiro. Entre os inventores pioneiros havia a impressão que o lugar correto para a instalação das superfícies de controle dos aviões era na frente. Este detalhe é visível em todos os projetos pioneiros, dos irmãos Wright a até o do nosso Santos-Dumont com seu 14bis, e muita gente ainda acredita nisso.

Entretanto, esses aviões pioneiros sofriam de diversos males, da ineficiência aerodinâmica à falta de potência dos motores. O conjunto desses males disfarçavam as dificuldades inerentes à instável configuração canard.
Um dia, Santos-Dumont observou bem de perto o monoplano tipo V do seu concorrente Louis Blériot e percebeu esta sutileza.

Ele inverteu a configuração de Blériot para criar o Demoiselle, com motor dianteiro e estabilizadores traseiros, criando o primeiro avião auto-estável da história. Esta configuração se tornaria convencional para o setor aeronáutico até hoje.

Com a mesma concepção básica, a diferença entre o sentido que o avião voava tornou a concepção de Santos-Dumont um sucesso, enquanto o avião de Blériot seria relegado ao esquecimento, tudo por causa da diferença com que o sentido de deslocamento faz para tornar o avião estável ou instável.

Porém, diferente do que se possa pensar em parâmetros atuais, também Blériot usufruiria das idéias de Santos-Dumont, criando novos aparelhos a partir do sucesso do Demoiselle, sem nunca haver uma reclamação de plágio ou cópia de suas idéias entre ambos.

Santos-Dumont, Louis Blériot, Gabriel Voisin e outros entusiastas franceses eram competidores entre si nos avanços da aviação, e, apesar disso, eram amigos, freqüentavam abertamente as oficinas uns dos outros (além dos cafés parisienses) e trocavam livremente idéias, num ambiente intelectual aberto e muito fértil, semelhante ao atual movimento de software livre, enquanto os irmãos Wright e Glenn Curtiss se digladiavam em uma gerra de patentes nos Estados Unidos, estagnando o país na tecnologia aeronáutica.

Monoplano tipo V de Louis Blériot


O Demoiselle de Santos-Dumont

Foram várias as tentativas de se recriar projetos com canard ao longo dos anos, mas ela só retornou com sucesso após o projeto do caça sueco Saab Viggen e dos projetos de Burt Rutan. Com a necessidade cada vez maior de caças com alta manobrabilidade e com a contrapartida da evolução da eletrônica de estabilidade, o que se viu foi a multiplicação dos projetos de caças com canards, porém sem o mesmo modismo atingindo outros tipos de aeronaves.

E os automóveis?

Nos automóveis temos um efeito parecido. Veículos com tração dianteira oferecem força de tração à frente do centro de gravidade. Se o veículo desalinhar com a trajetória, a tração dianteira tende a realinhar o carro. Ela é, portanto, um fator estabilizante do veículo. Já a tração traseira, pela força de tração estar atrás do centro de massa do carro, em caso de desalinhamento do carro com a trajetória, há a tendência de incrementar esse desalinhamento. A tração traseira é um fator desestabilizante do veículo.

Podemos enxergar a questão de estabilidade de tração em cada eixo com um exemplo bem simples. Se pegarmos uma linha e amarrarmos na frente de um carrinho, não importa para onde se puxe a linha, a frente do carrinho sempre se voltará para alinhar com a linha. A tração dianteira gera o mesmo efeito. Se tentarmos empurrar o mesmo carrinho com uma caneta, qualquer mínimo desvio do carrinho será incrementado pelo impulso da caneta, a menos que uma correção seja feita. O efeito desestabilizante da tração traseira ocorre da mesma forma.

Tração traseira: instabilidade natural

Quando falamos em termos de estabilidade direcional, costuma-se dizer que carros de tração dianteira oferecem uma tendência subesterçante, que mantém o carro em trajetória reta, estável, enquanto a tração traseira incrementa o comportamento sobreesterçante do veículo, incrementando a virada instável do veículo em curva.

Diferentes comportamentos dinâmicos podem ocorrer em função do tipo de tração

Entusiastas preferem a tração traseira em função dessa maior instabilidade e da melhor resposta do veículo aos comandos do volante. Para motoristas leigos, entretanto, a característica estabilizante da tração dianteira mostra-se a mais segura em situações de emergência, e por isso vem substituindo a tração traseira em carros de série.

Carros de tração integral trabalham com as duas formas de tração, e a soma dos comportamentos estável e instável da tração nas quatro rodas criam carros equilibrados em alto desempenho, como no caso dos carros de rali.

Equilíbrio, desempenho, estabilidade e segurança

O P-51 Mustang não é o caça mais famoso da Segunda Guerra Mundial apenas pela perfeita plasticidade de seu desenho. Ele foi um caça excepcional porque balanceou cada recurso para criar um avião com desempenho excelente aliado à boa estabilidade (fundamental para precisão de mira) e docilidade ao comando. Esse sucesso pode ser medido por ele usar o mesmo motor Merlin (fabricado sob licença pela Packard nos EUA) do também memorável Supermarine Spitfire, mas batendo seu “irmão” em todos os principais elementos de desempenho.

Outro caça que voou lado a lado com o Mustang, o Republic Thunderbolt P-47, era conhecido como “Juggernaut” (algo como “objeto de sacrifício cruel”) dado o cuidado e o esforço com que seus pilotos precisavam ao pilotá-lo.

Equilíbrio entre recursos é uma palavra-chave quando falamos de projetos de sistemas dinâmicos, e isso regularmente é desconhecido, ignorado ou depreciado, com graves conseqüências. Em 1932, a Granville Brothers Aircraft criou um avião de desenho bastante peculiar, o Gee Bee modelo R Super Sporter, como um avião de corrida (corridas de aviões eram feitas entre dois pilões, como num circuito oval, em baixa altitude e com curvas de grande inclinação, uma condição das mais perigosas).

Gee Bee: um avião icônico, mas com passado manchado por instabilidades e mortes

Nesta época as teorias sobre dinâmica de sistemas ainda engatinhavam, e os projetistas foram seduzidos pelo canto das sereias (“mais é sempre melhor”). Eles maximizaram todos os elementos de desempenho para criar um avião “puro-sangue” para corrida: rápido, extremamente manobrável, sensível ao comando mesmo nas manobras mais enérgicas... Eles conseguiram isso, porém, como já podemos esperar, veio carregado de fragilidades, instabilidades e, apesar do desempenho brilhante, recebeu a fama de aeronave perigosa. Foram vários acidentes e mortes de pilotos, e logo os poucos aviões remanescentes foram aposentados e alguns ainda sobrevivem em museus.

Porém, apesar de ser um avião perigoso, seu desenho característico, pequeno, atarracado e até simpático, o tornou um ícone da aviação da fase pré-guerra.



Infelizmente, as lições do Gee Bee sempre são esquecidas, e recorrentemente seus erros são repetidos para vermos o mesmo resultado final.

Vejam o vídeo a seguir sobre provas de arrancada 0-400 metros:




É visível nas imagens que o carro destabiliza-se nas trocas de marcha. O carro, da categoria Pro Mod, possui diferencial travado num eixo rígido. Quando a transmissão transfere potência pelo cardã, o torque transmitido tende a girar o diferencial, comprimindo a mola da suspensão traseira direita e aliviando a esquerda. Isto gera uma transferência de peso de uma roda para outra, fazendo com que a força resultante de tração seja maior na roda esquerda que na direita e esteja desalinhada com o centro de gravidade do carro, o que gera um torque de mudança de direção.

Na troca de marcha o torque do motor é aliviado, gerando uma perturbação para um lado e o acoplamento da nova marcha com nova tração cria outra perturbação no sentido oposto. O carro é acometido de uma perturbação no eixo de rolagem e outro no sentido de guinada, deixando o veículo completamente instável.

Além do projeto da suspensão e da tração, uma possível elasticidade da estrutura do carro poderia desalinhar elasticamente o eixo traseiro com o eixo transversal do veículo, que realinharia durante as trocas de marcha, com consequente interferência na estabilidade direcional.

Mas agora vejam o que isso ocasionou, resultando na última prova do piloto Vinicius Maschio, que infelizmente não sobreviveu ao terrível acidente:



Desta vez o carro entra em ressonância e perde completamente a estabilidade direcional, mesmo com o pára-quedas de frenagem aberto. Reparem que o piloto humano funciona como um controlador que tenta manter o carro em linha reta, e participa do comportamento instável do conjunto. Cada correção feita pelo piloto ocorre em atraso de fase, e ao invés de diminuir a oscilação, a promove, dentro de um sistema em realimentação positiva.

Como ocorre em sistemas realimentados positivamente, a perturbação vai crescendo progressivamente com o acúmulo de energia no sistema até à falha total, que, neste caso, resultará na capotagem e morte do piloto.

É curioso notar que as constantes correções de trajetória que este carro exigia custavam tempo precioso no final dos 400 metros. Enquanto corrigia um desvio de trajetória, o piloto não podia aplicar novamente toda potência de tração, ao custo de tempo na chegada. O exagero da preparação levou não só a um carro instável como também mais lento.

É um contra-senso. A boa engenharia nos ensina que muitas vezes menos é mais, e não raras vezes, muito mais.

O tempo perdido nas seguidas tentativas do piloto em corrigir a instabilidade do carro poderia ser em muito compensado por um carro mais equilibrado, controlável, mas menos potente, mas que poderia ser acelerado continuamente. As boas lições de engenharia do Mustang foram completamente ignoradas neste carro.

Na ânsia do “mais é sempre melhor”, a preparação pautou na maximização dos elementos de desempenho em linha reta, e esqueceram dos possíveis efeitos colaterais dessas escolhas radicais. No fim, à sombra do destino mortal do Gee Bee, o carro era mais lento, canhestro e perigoso ao que poderia ter sido. O canto das sereias fez mais uma vítima.

Era evidente para o piloto, para a equipe, para os organizadores e até para o público, a necessidade de retirar o veículo das competições até que correções na dinâmica do veículo fossem implementadas para estabilizá-lo, mas estamos num país onde a segurança está num plano inferior de importância ao do espetáculo. Agora é tarde, restam as lágrimas da família.

Então, que pelo menos fique a lição aos organizadores para situações similares no futuro. Este é um bom exemplo de que se pode montar um carro de corrida com o que há de melhor, e ainda assim se fazer má engenharia.

Que fique também a lição de que projetar e modificar sistemas dinâmicos é uma atividade de responsabilidade. Sistemas dinâmicos bem-ajustados possuem o potencial de criar grandes maravilhas. Se no passado os carros eram estáveis e desconfortáveis ou confortáveis porém instáveis, ou às vezes até mesmo as duas coisas, hoje os carros mais modernos conseguem oferecer conforto ao mesmo tempo que mantém o carro mais estável em diferentes tipos de piso. A cada dia há menos justificativas razoáveis para se modificar suspensões originais.

Porém, essa moda de rebaixar carro sem critério, cortando mola na esmerilhadeira, colocando suspensão a ar apenas porque “socadão fica da hora”, escondem enormes riscos à segurança, sem falar na perda do conforto. Se aconteceu o que está nos vídeos mostrados num veículo modificado por equipe profissional, que dirá nas suspensões mexidas por um “Zé Quarqué” da oficina da esquina. Sem critérios técnicos muito bem embasados, mexer na suspensão e nos pneus do carro geralmente é um passo para piorar o comportamento dinâmico do carro, e junto, comprometer toda segurança dos passageiros.

Os projetos de excelência não são os que promovem o máximo dos máximos, mas aqueles que promovem antes de mais nada o equilíbrio e a harmonia entre seus recursos. Engenharia não é só o ganha-ganha, mas ganha-se de um lado em troca de se perder de outro. Um projeto equilibrado é aquele onde a soma das vantagens dos recursos anula e suplanta as desvantagens que eles próprios oferecem. É assim que se faz boa engenharia. Esta é a maior lição que o projeto do Mustang deixa para os engenheiros de todas as gerações.

Mustang: uma lição de engenharia


Na próxima parte, fenômenos muito estranhos...

AAD


Fontes das imagens:
Autor
http://lejournaldetintin.free.fr/affiche.php?action=detail&asso=31&annee=0&numero=4&menu=7&menu_id=701
http://www.enocasioneshagoclick.com/2008/10/escuadrn-click-por-qu-vuelan-los_18.html
http://marplebridgephotography.co.uk/aviation/
http://jbstuka.deviantart.com/art/Gee-Bee-Racer-93053661
http://pfmrc.eu/index.php?/topic/32971-saab-jas-39-gripen-park-jet/page__st__200
http://www.the-blueprints.com/blueprints/modernplanes/hawker/2240/view/hawker_siddeley_harrier_gr_mk_7/
http://www.tunemytoyota.com/forum/showthread.php?t=6840
http://www.mywallpapershd.net/wallpaper/saab-jas-39-gripen-fighter-aircraft-wallpaper/
http://www.wallsave.com/wallpaper/2560x1440/mustang-i-p-ww-free-hd-247407.html
http://www.the-blueprints.com/blueprints/ww2planes/ww2-north-american/31197/view/north_american_p-51d/
http://zonaforo.meristation.com/alguien-tiene-un-gif-de-arbustos-rodadores-t585615.html
http://full.visitagratis.com/t/imagenes/15803971/Aviones-de-la-Segunda-Guerra-Mundial-N-A-P-51-Mustang/
http://www.superstreetonline.com/techarticles/sstp_1004_camber_caster_toe_wheel_alignment/photo_02.html
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:X-29_in_Banked_Flight.jpg
canalembraergta.blogspot.com


53 comentários :

  1. Comentário antes de terminar a leitura. Chegou na parte do Antonov eu tive que compartilhar no Face.
    Estou concluindo a última habilitação técnica em manutenção de aeronaves, módulo aviônicos.
    Lá tive um mais do que excelente professor, Antonio Marco Souza que adora este avião e tudo que é máquina que tem motor forte e se move.... Ele merece ler isto tudo.

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  2. André, terminado de ler fica até difícil achar como dizer o que quero, mas enfim, sensacional, ótimo.
    Você explica questões até complexas de maneira muito clara.
    Fico no aguardo da continuação.

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  3. Sempre sensacional, Gryphon. Excelente texto, explicações e referências. Esses caças modernos são incríveis, são diversos sistemas de controle avançado interferindo um no outro e dizem que com um código com menos quantidades de linhas que alguns carros.

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  4. Parabéns pelo texto, fiquei impressionado com o nível técnico e facilidade de compreensão.

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  5. No início dos anos 90 eu trabalhava em uma pequena equipe de Opala SuperStock, e para evitar a instabilidade nas trocas de marcha usávamos barra anti rolagem na traseira, reduzia bem a rolagem. Para diminuir a "passarinhada" em retas, havia duas barbatanas verticais ao longo dos paralamas dianteiros, quase na junção com o capô. E o capô também ficava elevado (não fechado totalmente) junto ao parabrisas, para extrair o ar quente do cofre do motor e também evitar que a mistura ficasse muito rica, pois em altas rotações, como normalmente o capô em sua posição normal ficava muito próximo ao carburador, este tendia a "chupar" o capô, que acabava funcionando como uma borboleta de afogador! Tudo isso são coisas simples, mas que somadas faziam uma diferença enorme.

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    1. ArkAngel, poderíamos ficar horas conversando sobre isso, e pode acreditar, seria uma conversa deliciosa. Num carro de corrida sempre encontramos detalhes que podem atrapalhar ou fazer o carro andar ainda mais rápido.

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    2. Só pra ter uma idéia, nós políamos os colos do virabrequim até ficar bem liso, ganhávamos cerca de 700rpm na rotação máxima. Fora os retrabalhos no bloco do motor, carburador, etc., pois como o regulamento da categoria era bem limitado, tínhamos de tirar "leite de pedra" para alcançar resultados. Foi uma época de muito trabalho, mas também de muita alegria. Hoje, utilizo em meu trabalho o que aprendi naqueles tempos.

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    3. ArkAngel, essa de polir colo de virabrequim é a típica modificação para carro de corrida. Nunca se faz num carro de rua porque a superfície menos lisa ajuda na retenção do filme de óleo sobre a peça. Num motor de corrida, que dura pouca quilometragem, isso quase não é problema. Em alguns motores, especialmente os para provas de longa duração, quando se faz o polimento das superfícies, costuma-se apertar a folga entre o virabrequim e bronzinas para manter a pressão de óleo. Nesses casos também é comum nitretar (aquele acabamento dourado usado em brocas) colos e mancais para aumentar a dureza superficial da peça, tornando-a mais resistente ao desgaste.

      Outra que aprendi há muito tempo.
      Em motores de competição de longa duração é comum usar o sistema de carter seco, e muito óleo é usado nesses casos. Nesses motores, calor sempre é um inimigo, e o óleo é um grande transportador de calor.
      Nesses casos, o pessoal de preparação costuma alisar as superfícies internas não funcionais do bloco e dutos de retorno de óleo, a aplica-se aquele teflon de panela nessas superfícies. Como o óleo não adere, ele escorre rapidamente depois de usado e é reciclado mais rapidamente pro sistema de carter seco, onde ele pode jogar esse calor excessivo no radiador de óleo.
      Isso é preparação feita lá fora. Já conversei com vários preparadores nacionais, muitos deles com renome, e eles nunca ouviram falar nisso.

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    4. Já vi carros com cárter seco conter cerca de 15 litros de óleo. Aviões de acrobacia aérea também usam esse sistema para que o motor não fique sem lubrificação durante vôo invertido ou manobras que impliquem em forças G muito altas.
      Rapaz, isso dá assunto pra uma enciclopédia...se juntarmos então experiências pessoais, o tema tende so infinito...

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    5. ArkAngel, por isso mesmo, esse é assunto pra bater papo numa mesa, bem servida de comes e bebes.
      Eu já vi alguns sites que conseguem patrocínio e fazem regularmente encontros do pessoal do site com os leitores em cafeterias, por exemplo.
      Fica cada autor numa mesa e cada leitor senta na mesa mais interessante pra ele.
      Ali o papo rola solto e gostoso.
      Quem sabe um dia não conseguimos fazer um Ae-day?

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    6. Fico deslumbrado só de pensar em tal situação.

      Texto magnífico, bem como tudo que leio aqui no AE.

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    7. André,
      Não deixe esse "Ae-day" morrer por aqui! Creio que muitos aqui esperariam ansiosamente por um encontro desses!

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  6. Texto maravilhoso. Parabéns André

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  7. Texto magnífico, sem mais!

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  8. Muito bom, excelente post!!! Esse e outros posts de sua autoria poderiam muito bem se tornarem um belo videocast ou mesmo um seriado para a tv a cabo que é carente desse tipo de material precioso! Pense bem em transformar em vídeo no Youtube ou em seriado pq isso pode trazer ótimo retorno para você e difundir esses conhecimentos importantes para milhões de pessoas! Parabéns novamente! Abs

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    1. Lawrence, pra mim já é um grande sucesso estar aqui e sou muito grato ao BS e ao PK pela oportunidade de poder escrever sobre o meu entusiasmo. Preparar vídeos é algo complicado de fazer. Se já é difícil escrever um artigo desses, quanto mais fazer um seriado. Eu tenho um livro na cabeça, mas na condição de ter que ganhar a vida, fica complicado. Também tenho na cabeça um software pra celular pra ser usado nos artigos do Ae e que gostaria de fazê-lo em fonte aberta para apreciação e contribuição de todos os leitores, mas isso demandaria um tempo para o qual eu precisaria de um patrocínio pessoal pra me sustentar enquanto isso, e patrocínio no Brasil é complicado. O minuto em horário nobre numa Globo é caríssimo mas não faltam anunciantes, mas para um mero engenheiro difundir cultura...
      Num país sem cultura como o nosso, duvido que haja interesse em me contratarem para criar material para divulgação da engenharia, num país tão carente de mão de obra qualificada e com métodos de ensino ultrapassados, mas se alguém estiver lendo e se interessar, que entre em contato pelo blog. Sempre estou disponível para novos projetos.
      Infelizmente esta é a realidade.

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    2. Eu não falei q ia ser fácil ou simples... Rs... Mas dói menos do que você imagina.
      Se você pegar uma câmera de fotografia compacta ou celular que grave vídeo, colocar uma tela de computador perto de você e der aquela caprichada básica no visual, é ‘só’ colocar para gravar e vai trocando essas mesmas imagens que você colocou no post e for falando conforme no post, você mesmo pode fazer edições básicas em programas gratuitos e fáceis de usar... E o seu videocast está pronto!
      Essa é a melhor maneira de difundir esses conhecimentos importantes e atrair a atenção dos produtores de tv por exemplo, o máximo que pode acontecer é esse vídeo estourar no youtube e você ganhar uma grana com a audiência.
      Uma coisa é certa, para um profissional de TV, a parte mais trabalhosa já foi feita por você nesse post, transformar isso em um programa de tv, é relativamente fácil. E o mais importante, qualquer pessoa com boa vontade entende perfeitamente o que você fala... E pode inspirar muitas pessoas a estudar mais...
      Por último eu reservei um detalhe importante, existe uma lei em vigor que obriga as tvs a cabo a veicularem conteúdo nacional!
      Se eu morasse em Sampa, tentaria fazer algo mais concreto para ajudar, mas aqui do Rio complica! Abs

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    3. Lawrence, existe a lei, e mesmo assim, continua complicado. Veja que o Ae é seguramente um dos maiores blogs de carros no Brasil, e ainda assim, não conseguimos monetizar o site nem pra pagar nossos gastos com ele, quanto mais ter dinheiro pra ampliar o que oferecemos.
      O BS e o AK já tentaram emplacar um programa de carros na TV paga, até foi feito um piloto apresentado aqui, mas não decolou. Eu e o BS oferecemos para a Bosch uma coluna patrocinada, onde a cada 2 semanas uma das tecnologias da empresa seria focada e explicada, e naufragou por falta de verba de marketing.
      Até o Jalopnik Brasil naufragou por falta de patrocínio.
      Enquanto isso, o Google é o maior portal da internet e vive de patrocínio. Lá fora, há muito tempo, as pessoas aprenderam que a propaganda é a alma do negócio, mas aqui no Brasil se acha que propaganda é custo. Esse tipo de coisa desanima e muito.

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  9. Corsário Viajante04/01/14 16:41

    Muito bom, que facilidade para explicar coisas tão complexas!

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  10. Uma verdadeira aula de engenharia.
    Incrível como se pode fazer algo compreensível, com conceitos até que complexos e sem usar nenhuma equação. Muitos professores deveriam aprender isso.

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  11. Lorenzo Frigerio04/01/14 17:04

    Seria de se imaginar que, voando de cabeça para baixo, o P51 não prima pela estabilidade, e como caça, espera-se que tivesse que fazer isso em algumas ocasiões.
    "Trail", de que eu saiba, significa "seguir" em inglês, então essa palavra é o oposto de "avanço". Faz sentido em um carrinho de supermercado, porque você o esterça pela traseira, e as rodas dianteiras obedecem.
    Num automóvel, que é esterçado pela frente, não há "trail", mas "caster". Entretanto, o que estabiliza a direção de um automóvel é o ângulo de inclinação do pino mestre, que, no sentido descendente, aponta para fora das rodas do carro. Quando no projeto de suspensão de um veículo (inovação introduzida no Oldsmobile Toronado 1966 e, no Brasil, no Passat) essa linha chega a cruzar a perpendicular do pneu com o chão, terminando fora dela, diz -se que o carro tem raio negativo de rolagem. Isso é um fator altamente estabilizante do sistema - no lançamento do Passat, um comercial mostrava como seus pneus dianteiros podiam ser rasgados, que o carro permanecia rodando em linha reta.
    Fora isso, existe o cáster, que faz o volante voltar à posição central - isso obviamente depende da ligação entre as duas rodas. Um cáster mais alto deixa a direção menos "boba", porém mais pesada.
    O sistema de direção também é projetado para que as rodas divirjam nas curvas, visto que ao virarmos o carro, cada uma percorre um círculo de tamanho diferente.
    Em relação ao acidente com o Opala, causa-me estranheza o diferencial "soldado". Isso me parece uma tremenda duma gambiarra. O certo aí seriam diferenciais com algum esquema de bloqueio adequado para arrancadas. Fazer um motor de mil cavalos é fácil... fazer um diferencial, freios potentes, reforço de chassi, essa turma foge como o Diabo da Cruz. É aquela coisa bem brasileira... "custa caro", "não aparece" etc. Aliás, é raríssimo alguém que escreve em blog explicar aos entusiastas que a engenharia não faz um projeto de determinada maneira "porque acha bacana". Projetos são feitos visando mercado, condições de uso, público-alvo, disponibilidade de determinados componentes, custo de determinadas soluções, objetivos de vendas etc. O Gee Bee foi um projeto especial, quase conceitual, criado para uma finalidade específica... o popular "this machine is not fit for any purpose, use it at your own risk".
    No mais, parabéns pelo artigo e fico aguardando a próxima parte.

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    1. Lorenzo, existem algumas pequenas maravilhas do P-51 que eu não contei no texto. Uma delas é que o P-51 foi o primeiro caça a usar um perfil de aerofólio para a asa em fluxo laminar, e esse perfil era simétrico. A sustentação do P-51 era obtida por meio ângulo de ataque e não por assimetria do perfil. Em alta velocidade, o ângulo de ataque necessário é mínimo, e o arrasto também fica mínimo. Junte a isso o fato da asa ser de fluxo laminar e você tem um avião com o dobro da autonomia do Spitfire, que era um excelente avião, usando o mesmo motor e ainda conseguindo mais desempenho. E aí vem outro pulo do gato do P-51. Como o perfil é simétrico, a sustentação em vôo invertido é tão boa quanto em vôo normal. Outra vantagem que isso dava ao P-51 é que ele perdia pouca energia nas manobras por arrasto.

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    2. É igual ver a asa de um F5 sem a ponta de asa. Aquilo é tão fino, coisa de 1 polegada e simétrico, que parece que não voa de forma alguma.

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    3. Asa de F5? É por aí, mas isso me lembrou uma história, a do F-104 Starfighter.

      O Starfighter foi um avião azarado, apesar do desenho belíssimo. Tantos pilotos morreram nele que o avião recebeu vários apelidos, de "caixão voador" a "fazedor de viúvas".
      Quando a Europa, em especial a Alemanha Ocidental e a Itália precisaram de caças com vistas de transferência de tecnologia, os EUA forneceram o F-104 que já estava morto para o padrão americano. Os alemães arregaçaram as mangas e corrigiram os defeitos do F-104.
      Mas apesar disso, continuou fazendo vítimas.

      O Starfighter tinha um slat na borda de ataque da asa, feito em titânio, tão afiado quanto uma faca, o que obrigava a colocação de uma coberta de proteção com o avião em terra.
      Um dia, um mecânico distraído bateu o pescoço na borda de uma asa sem coberta, cortou as artérias e morreu.

      Com o avanço da aerodinâmica, nenhum outro caça teve um bordo de ataque ou de fuga tão aliado.

      Sobre asa fina e de perfil simétrico, esqueci de dizer que os modernos aviões de acrobacia usam o mesmo esquema.

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    4. Realmente o F-104 foi um desastre mesmo em termos operacionais. Eles fizeram parte da série Century norte americana iniciada com o F-100 SuperSabre e que diga-se de passagem, toda a série foi um desastre no Vietnam. Precisavam de longas pistas de decolagem, eram pesadões e de manobralidade não tão boa em baixas altitudes como os MiGs 17/19 e 21 (especialmente esse ultimo). E o patinho feio da historia (o Northrop F-5 Freedon Fighter - poseriormente Tiger II) teve que ser colocado em combate pois era a aeronave que tinha o desempenho mais próximo com os MiGs.

      E já que o assunto foi o Starfighter....em meados dos anos 80 os F-104 foram desativados na Alemanha. Ai algueem aventou a hipotese (n ão sei se partiu da Alemanha ou de onde foi) de vendê-los ao Brasil!

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    5. Heheh vocês são bons, dessa eu não sabia. Quando eu vi a asa do F-5 se a ponta eu realmente mesmo já tendo estudado aeronaves por 2 anos, sabendo o porque voa eu custei a acreditar. Pra decolar ele usa elevação do ângulo de ataque através do trem de nariz que ergue o nariz da aeronave.
      Lá dá pra entender a questão da instabilidade necessaria ao sistema para garantir rápida resposta.

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    6. Daniel, a questão dos caças Century serem tão ruins tem suas explicações. Era uma fase onde tudo era novo. Ainda estavam aprendendo a projetar a aerodinâmica supersônica, as estruturas, os primeiros assentos ejetáveis...

      No caso dos motores a jato havia uma dificuldade com a resposta ao acelerador, que era muito lenta.
      Os bombardeiros precisavam de paraquedas de pouso. Quando já estavam na aproximação final, abriam os paraquedas enquanto os motores eram mantidos com uma aceleração média. Caso o avião precisasse arremeter, bastava soltar o paraquedas e acelerar os motores.

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  12. marco a função de transferencia que se utiliza num sistema de controle de um caça ou um foguete usam deve ser uma coisa fantástica, sempre me empolgo com seus artigos. vou compartilhar

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  13. Quando eu leio estes ótimos artigos (ou aulas?) do André Dantas, não sei bem porque eu me lembro das bem antigas revistas Mecânica Popular (tradução da Popular Mechanics) que eu lia quando era criança.
    Elas tinham tamanho compacto (influência das Seleções do Reader's Digest?) e apesar de detalharem e se aprofundarem na matéria abordada (pelo menos é o que ficou na minha memória), eram interessantes até mesmo para os jovens ou leigos no assunto.
    O mesmo acontece com estes artigos.

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    1. BlueGopher
      Sempre li muito, desde bem garoto, a Seleções do Reader's Digest. Quando o Boeing 747 entrou em serviço em janeiro de 1970, li matéria do editor de aviação Wolfgang Langewische sobre o avião que começava dizendo "Há 65 anos, Santos-Dumont jamais poderia imaginar um avião como o 747, com seu comprimento de..." e por aí seguia o texto. Calhou de eu folhear a mesma edição em inglês na casa de um vizinho e por essas coincidências abri-a na página da mesma matéria. Lá estava "Há 65 anos, os irmãos Wright jamais poderiam...". Aquilo me chocou muito, pois se traduz texto, mas não se adapta a história no texto. Decepcionante.

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  14. Lorenzo
    Cáster é um ângulo e o resultado dele é o trail, distância entre o prolongamento do eixo de direção ao solo e ponto de contato do pneu com o solo. Variando o diâmetro da roda, o cáster não muda, mas o avanço sim. Com uma roda de diâmetro maior (roda completa) o avanço aumenta, por exemplo./ Você está certo, a inclinação do pino-mestre, hodiernamente inclinação do eixo de direção, contribui para o retorno da direção ao soltar o volante após uma curva por ação da força de gravidade – ao serem esterçadas as rodas, o carro sobe devido à inclinação desse eixo./ A ação estabilizante do raio de rolagem negativo se dá apenas com atrito (µ) de piso diferente ou quando aumenta subitamente a resistência à rolagem de uma das rodas, caso de esvaziamento súbito de pneu. Você sabe, mas para que outros leitores entendam, quando se desliga o termina de direção do braço respectivo e se empurra o carro, com raio de rolagem negativo a roda fecha, enquanto com raio de rolagem positivo a roda abre. Vale notar que para haver raio de rolagem negativo a inclinação do eixo de direção é maior do que com raio de rolagem positivo, acentuando a elevação do carro ao esterçar e o retorno da direção após uma curva. O cáster serve primariamente para deixar a direção mais firme em alta velocidade. É por isso que ao dar ré a direção fica completamente instável. Aliás, aqueles gigantescos caminhões para transporte de minério de ferro têm cáster negativo justamente para deixar a direção mais leve, possível por trafegarem em velocidade extremamente baixa. Quem costuma aplicar cáster acentuado nos seus carros é a Daimler, observe com a roda interna dos Mercedes-Benz fica com câmber bem positivo quando as rodas estão todas esterçadas. / Esterçamento diferente das rodas interna e externa é a chamada geometria de Ackerman. É conseguida mediante braços de direção em ângulo, de tal forma que seu prolongamento encontre o centro do eixo traseiro. Isso teoricamente, pois o Ackerman influi bastante no comportamento do carro em curva (subesterço/sobreesterço), de modo o prolongamento citado encontra a linha de centro do carro bem antes do eixo traseiro. A Ferrari já usou bastante Ackerman negativo nos seus carros esporte como o 250 Testarossa para soltar um pouco a frente (roda externa esterça mais que interna). / Não há problema em diferencial soldado em carros de corrida, especialmente os de arrancada. Diferencial funcionando é mandatório em carros de rua devido às curvas de pequeno raio e também para compensar variações de diâmetro das rodas motrizes, seja por pressões diferentes, seja por desgaste desigual das bandas de rodagem. / Que este post do André é incrível, sem dúvida. Fiquei empolgado ao lê-lo durante a edição.

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    1. Existe alguma desvantagem ou dificuldade técnica de se projetar uma suspensão com grande ângulo de cáster? Noto que os carros comuns não têm muito cáster porque o câmber não varia tanto ao esterçar. É uma característica mais comum nos veículos caros, sobretudo os alemães. Ou seria uma questão de gosto de cada fabricante?
      Realmente a Mercedes utiliza bastante essa característica, como se pode ver em uma foto publicada aqui a respeito do C180: http://1.bp.blogspot.com/-5XxpH7fWf1E/T9YFtioIpVI/AAAAAAAAA7E/zEM_RiowJ10/s1600/Cambagem+na+curva.jpg

      Parabéns pelo texto, sempre é bom ler um post com conteúdo técnico e ainda de fácil compreensão.

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    2. Anônimo, o ângulo de cáster e outros elementos geométricos da suspensão tem a ver com a elasticidade do pneu. Preciso criar outra série de artigos para explicar esses elementos geométricos um a um e mostrar como eles trabalham em conjunto.
      Espere um pouco até eu organizar essa série. Ela está na minha cabeça há mais de 2 anos, mas ainda não encontrei um bom software para mostrar os efeitos de uma forma didática. Acredito que terei de aprender a modelar o carro no software 3D Bender pra isso.

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    3. Já que o assunto é cáster....Bob Sharp, me corrija se eu estiver errado.

      Acho que a Variant II tinha um elevado grau de cáster e em 1979 teve que ser incrementado ainda mais pois em decorrência de mudança nos pneus, houve o aparecimento de shimmy no volante.

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    4. Acertou em cheio, é o único modelo que conheço fora as Mercedes em que já observei o detalhe.

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  15. Anônimo 4/01/14 18:23
    Cada fabricante tem seus objetivos de projeto e um deles certamente é prover estabilidade direcional em alta velocidade, caso particular dos carros premium alemães, previstos para rodar durante horas nessas condições nas autoestradas do país, sem limite de velocidade. Uma das maneiras de obter essa estabilidade é dar muito cáster à direção, para o que não existe nenhuma dificuldade.

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  16. Parabéns pela excelente matéria! Gostaria de acrescentar um detalhe sobre os canards: diferente dos estabilizadores horizontais de cauda, que produzem uma força aerodinâmica para baixo, no sentido oposto ao da sustentação, os canards, por estarem na frente do centro de gravidade, produzem uma força para cima, ou seja, ajudam na sustentação da aeronave.

    Vou dizer uma coisa, o autoentusiastas é o único site brasileiro que, na minha opinião, produz matérias corretas e bem feitas sobre automóveis. Se este site começar a escrever também sobre aviões, vou colocá-lo como página inicial do navegador e não preciso de nenhum outro site! kkk
    Sem contar que a maioria das pessoas que comentam aqui são do tipo que fazem críticas construtivas e elaboradas, coisa que não encontramos em quase nenhum site automobilístico nacional, onde os internautas ficam sem xingando de acordo com os carros que dizem possuir, xingando carros de acordo com a marca, como se tudo estivesse horrível e só eles soubessem o que é bom.
    Bruno

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  17. ô meu Deus do céu. Dantas: vc não é engenheiro. Apenas agregou o conhecimento "engenheiristico" a uma inacreditável habilidade em transformar conceitos "obscuros" em textos absolutamente compreensíveis ao leigo com algum conhecimento técnico. Parabéns por sua virtuosidade descritiva e pelo desprendimento em dividir tanto conhecimento intelectual conosco.

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  18. Parabéns, Texto maravilhoso. Sou Engenheiro de Estruturas de Concreto, e estes princípios de estabilidade e equilíbrio são fundamentais para todo projeto de estruturas.

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  19. AAD e Bob Sharp,

    Esses textos que misturam aeronautica e automóvel me fascinam! Até porque aviação e automobilismo tem muita coisa que foram desenvolvidas em conjuntou ou saiu de um para o outro lado

    Já que tocou nesses temas aeronauticos...apenas uma retificação, "juggernaut", a alcunha que o Republic P-47 Thunderbolt recebeu, em inglês, de acordo com o dicionário Oxford quer dizer uma força potente, robusta e excessivo (inglês americano) e no britânico, um veiculo grande e muito pesado.

    Mas esse apelido decorreu não do esforço do cuidado dos pilotos em pilotar, e sim em decorrência de outros fatores como o peso (quase 8.000kg de peso maximo de decolagem versus 5.500kg do Mustang), potência do P-47 (2.535hps versus 1720hps do Merlin - Packard em regime de superpotencia ou 1450hp em regime normal de potencia máxima), aleem da incrivel e inacreditável robustez propiciada pela construção robusta e a confiabilidade (e simplicidade) mecanica do motor radial arrefecido a ar, capazes de aguentar todo tipo de combate, sendo inclusive comum, pilotos retornarem de missões com pistões estourados de balas e motores funcionando.

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    1. Daniel, o P-47 tinha alguns detalhes operacionais importantes. Por ser um avião grande e pesado, mas com desepenho de caça, ele era horrível de se pilotar em pousos e decolagens.
      Ele também tinha um stall de asa (cai em parafuso) incontrolável. Se ele entrava em num stall desses, o jeito era saltar, então os pilotos tinham que ser cuidadosos nas manobras em combate pra não exceder os limites. Não era um avião tão dócil ao comando como o Spitfire e o Mustang.

      Uma coisa que os pilotos amavam no P-47 era sua resistência ao castigo e à proteção ao piloto. Enquanto muitos caças tinham uma placa de blindagem atrás do assento do piloto, no P-47 havia uma banheira blindada pra isso.

      Também está registrado que um P-47 voltou de uma missão sem metade de uma asa. O avião recebeu o impacto direto de um obus de flac direto na junção da asa, e o piloto ainda conseguiu trazer o avião de volta. Todo avião que protegia seu piloto era amado, e nisso o P-47 não foi diferente.

      Mas na Itália, unidades americanas originalmente equipadas com P-47 foram reequipadas com P-51. Inicialmente houve protestos pelos pilotos, mas depois de algumas missões o P-51 conquistou todos os pilotos sem excessão.

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    2. AD

      Esse P-47 que retornou sem metade da asa, foi do Tenente Canário, brasileiro. Bateu numa chaminé industrial. Tem um outro caso narrado no livro de Ruy Moreira Lima de um P-47 brasileiro que alvejando um trem a baixa altitude, não sabia que o vagão estava repleto de munição e bombas e os vagões todos simplemente explodiram, em uma explosõ que acabou "engolindo" a aeronave....e o brasileiro voltou para contar a historia e divulgar o filme!

      No caso específico da Itália, O P-51 tornou-se avião de caça e o P-47, mais voltado para ataques ao solo.

      Qaunto a dificuldade de pousos e decolagens, isso não era prerrogativa apenas dos P-47. Os Typhoon ingleses e o Tempest (conhecido como abatedor de V-1) também eram verdadeiros terrores, tanto que para pilotar um, o piloto tinha que ter experiência em aeronaves menos complexas como o Spitfire (que no final da guerra era mais aperfeiçoados que as ultimas versões do P-51, já equipado com os motores Rolls Royce Griffon, mais evoluidos e helices pentapás)

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    3. Não foi uma flac, mas sim o avião "podou" a caminé de uma fábrica com a asa , e retornou a base sem parte da mesma.

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    4. Certamente não estamos falando do mesmo P-47. Aquele a que me refiro vi num documentário de tempo de guerra sobre o P-47 e há inclusive imagens dele sobrevoando o campo sem a parte da asa. O piloto era americano. Isso mostra que o avião realmente resistia a esse castigo.

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  20. Sensacional texto !

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  21. Lorenzo Frigerio05/01/14 03:37

    André, sou bem leigo em aviões, mas vi num documentário que o F86 Sabre tinha uns "slats" nas asas que eram acionados aerodinamicamente, talvez você pudesse falar sobre isso alguma hora.
    Outro tópico que você poderia abordar em um artigo futuro é o funcionamento de carburadores e os regimes de operação que fazem funcionar seus diversos sistemas, inclusive a "programação" da mistura ar-combustível proporcionada pela manga misturadora.

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    1. Lorenzo, isso não era novidade. O caça alemão Messerschmitt Me-109 usava um flap de bordo de ataque de asa em formato de telha no bordo de ataque. Esse flap era mantido aberto pela ação de molas, mas em alta velocidade o próprio arrasto fechava esse flap. Era, portanto, um flap automático.
      Em combate, quando a asa do Me-109 ameaçava perder sustentação, o flap abria e o piloto continuava com o avião na mão, enquanto os adversários se enrolavam tendo de acionar o flap manualmente durante o combate.

      Durante a guerra civil espanhola, onde os alemães interviram e testaram as primeiras unidades de Me-109, seu grande adversário era um avião russo, o "Mosca". Era um biplano lento, mas extremamente manobrável, obsoleto mas ainda respeitável. Mas o Mosca não teve a menor chance contra o Me-109 em qualquer condição. Mesmo em baixa velocidade de combate, esse flap automático dava vantagem ao monoplano alemão.

      Sobre esse slat do F86 lembro de ter lido algo rapidamente. Me parece que era uma unidade acionada por mola como no Me-109, mas seu fechamento era feito por pressão dinâmica, com um furo de tomada na raiz da asa do avião. Posso dar uma pesquisada a respeito.

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    2. Sobre carburadores, escrevi pelo menos uma vez sobre eles aqui mesmo:
      http://autoentusiastas.blogspot.com.br/2009/11/carburacao-quase-todos-os-segredos-do.html

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  22. AAD, seus textos são aulas! Fantástica a sua didática e a abrangencia dos seus textos.
    Se não me falha a memória, você escreveu 1 ou 2 matérias sobre segurança automobilística há alguns meses atrás, e ficou nos devendo um texto sobre os cintos de segurança e os air bags. Ficamos no aguardo.
    Carlos_K (leitor assíduo deste blog)

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    1. CArlos_K, essa série não foi esquecida, mas a atual foi adiantada a pedido do BS. Oportunamente será finalizada.

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  23. Muito obrigado por compartilhar todo esse conhecimento com didática excepcional! Espero que um dia seja reconhecido e consiga ter um bom retorno, mesmo sabendo que é movido pelo entusiasmo. Mais uma vez obrigado ADD.

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  24. AAD, só existe uma definição para seu texto: obra de arte. A arte de transformar assuntos complicados em algo perfeitamente digerível para não engenheiros. Parabéns!

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  25. BrunoQueiroz11/01/14 23:40

    Por falar em ajustes para aperfeiçoar, esse acidente que ocorreu na famosa corrida RENO AIR RACING, onde o P-51 modificado durante perde estabilidade e sofre um terrível acidente...
    VIDEO
    http://www.youtube.com/watch?v=NsvtMvdXtYc
    RELATÓRIO NTSB
    http://www.ntsb.gov/investigations/summary/AAB1201.html

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