Drag é a força aerodinâmica que opõe o movimento de uma aeronave através do ar. O arrasto é gerado por toda parte do avião (mesmo os motores!). Como é gerado o arrasto?
Drag é uma força mecânica. É gerado pela interação e contato de um corpo sólido com um fluido (líquido ou gás). Não é gerado por um campo de força, no sentido de um campo gravitacional ou um campo eletromagnético, onde um objeto pode afetar um outro objeto sem estar em contato físico. Para que o arrasto seja gerado, o corpo sólido deve estar em contato com o fluido. Se não houver fluido, não há arrasto. O arrasto é gerado pela diferença de velocidade entre o objeto sólido e o fluido. Tem de haver movimento entre o objecto e o fluido. Se não houver movimento, não há arrasto. Não faz diferença se o objeto se move através do fluido astático ou se o fluido passa por um objeto sólido estático.
Drag é uma força e, portanto, a quantidade avetorial tem tanto uma magnitude quanto uma direção.Drag age em uma direção oposta ao movimento da aeronave. Há muitos fatores que afetam a magnitude do arrasto. Muitos dos fatores também afetam o arrasto, mas há alguns fatores que são exclusivos do arrasto da aeronave.
Podemos pensar no arrasto como fricção aerodinâmica, e uma das fontes de arrasto é a fricção cutânea entre as moléculas do ar e a superfície sólida da aeronave. Como a fricção cutânea é uma interacção entre um sólido e um gás, a magnitude da fricção cutânea depende das propriedades tanto do sólido como do gás. Para o sólido, uma superfície lisa e encerada produz menos fricção cutânea do que a superfície seca. Para o gás, a magnitude depende da viscosidade do ar e da relativemagnitude das forças viscosas ao movimento do fluxo, expressa como o número de Reynolds. Ao longo da superfície sólida, uma camada abundante de fluxo de baixa energia é gerada e a magnitude do atrito da pele depende das condições na camada limite.
Também podemos pensar em resistência aerodinâmica ao movimento do objeto através do fluido. Esta fonte de arrasto depende da forma da aeronave e é chamada de arrasto de forma. Como os fluxos de ar ao redor de um corpo, a velocidade e pressão locais são alteradas. Como a pressão é uma medida do momento das moléculas gasosas e uma mudança no momento produz uma força, uma distribuição variável da pressão produzirá uma força sobre o corpo. Wecan determina a magnitude da força ao integrar (ou somar) a pressão local vezes a área da superfície ao redor de todo o corpo. O componente da força aerodinâmica que se opõe ao movimento é o arrasto; o componente perpendicular ao movimento é o elevador. Tanto o elevador quanto a força de arrasto atuam através do centro de pressão do objeto.
Existe um componente adicional de arrasto causado pela geração do elevador. Os aerodinamicistas chamaram este componente de “arrasto induzido”, também chamado de “arrasto devido ao levantamento”, pois ele só ocorre em alas finitas, elevando as asas. O arrasto induzido ocorre porque a distribuição do elevador não é uniforme em uma asa, mas varia de raiz para ponta. Para uma asa de elevação, há uma diferença de pressão entre as superfícies superior e inferior da asa. Formam-se vórtices nas pontas das asas, que produzem um fluxo giratório que é muito forte perto das pontas das asas e diminui em direção à raiz da asa. O ângulo de ataque da asa é aumentado pelo fluxo induzido do vórtice da ponta, dando um componente adicional, virado para jusante, à força aerodinâmica agindo sobre a asa.A magnitude do arrasto induzido depende da quantidade de elevação gerada pela asa e da distribuição da elevação ao longo do vão. As asas longas e finas (cordwise) têm baixo arrasto induzido; asas curtas com um acorde grande têm alto arrasto induzido; as asas com distribuição elíptica de elevação têm o mínimo arrasto induzido. Os aviões modernos usam asas para reduzir o arrasto induzido da asa.
Duas fontes adicionais de arrasto são o arrasto por onda e o arrasto por carneiro. À medida que a aeronave se aproxima da velocidade do som, ondas de choque são geradas ao longo da superfície. As ondas de choque produzem uma mudança na pressão estática e uma perda de pressão total. O arrasto das ondas está associado com a formação das ondas de choque. A magnitude do arrasto das ondas depende do número de Mach do fluxo. Os motores a jato trazem ar a bordo, misturam o ar com o combustível, queimam o combustível, depois expelem os produtos de combustão para produzir o empuxo. Se olharmos para a equação básica de empuxo, há um termo velocidade de entrada de fluxo de massa vezes que é subtraído do empuxo bruto.Este termo “empuxo negativo” é a força de arrasto. As entradas de resfriamento na aeronave também são fontes de força de arrasto.
Você pode ver um pequeno filme de “Orville e Wilbur Wright” discutindo a força de arrasto e como ela afetou o vôo de sua aeronave. O ficheiro do filme pode ser guardado no seu computador e visto como um Podcast no seu leitor de podcast.
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