Avião
Avião ou aeroplano é uma aeronave de asa fixa que é impulsionada pelo empuxo de um motor a jato, hélice ou motor de foguete. Os aviões vêm em uma variedade de tamanhos, formatos e configurações de asas. O amplo espectro de usos dos aviões inclui recreação, transporte de mercadorias e pessoas, militar e experimental.
A palavra deriva do francês aéroplane, que vem do grego ἀήρ (aēr), "ar" e também Latim planus, "nível", ou grego πλάνος (planos), "errante". "Aéroplane" originalmente se referia apenas à asa, pois é um plano que se move no ar.
Antecedentes
Muitas histórias da antiguidade envolvem voar, como a lenda grega de Ícaro e Dédalo, e a Vimana em antigos épicos indianos. Por volta de 400 a.C., na Grécia Antiga, Arquitas tinha a reputação de ter projetado e construído o primeiro dispositivo voador artificial e autopropelido, um modelo em forma de pássaro impulsionado por um jato do que provavelmente era vapor, que teria voado cerca de 200 metros de altura. Esta máquina pode ter sido suspensa durante o seu voo. Algumas das primeiras tentativas registradas com planadores foram as do poeta andaluz e de língua árabe do século IX , Abas ibne Firnas, e do monge inglês do século XI, Eilmer de Malmesbury; ambos os experimentos feriram seus pilotos. Leonardo da Vinci pesquisou o desenho das asas dos pássaros e projetou uma aeronave movida pelo homem em seu Códice sobre os Voos dos Pássaros (1502), observando pela primeira vez a distinção entre o centro de massa e o centro de pressão dos pássaros voadores.
Primeiros voos motorizados
O francês Clément Ader construiu a sua primeira de três máquinas voadoras em 1886, a Éole. Era um projeto semelhante a um morcego, movido por uma máquina a vapor leve de sua própria invenção, com quatro cilindros desenvolvendo 20 cavalos (15 kW), acionando uma hélice de quatro pás (ver: Motor de combustão externa). O motor não pesava mais do que 4 quilogramas por kilowatt. As asas tinham envergadura de 14 metros. O peso total foi 300 quilogramas. Em 9 de outubro de 1890, Ader tentou pilotar o Éole. Os historiadores da aviação dão crédito a este esforço como uma decolagem motorizada e um salto descontrolado de aproximadamente 50 metros a uma altura de aproximadamente 200 milímetros. Não foi documentado que as duas máquinas subsequentes de Ader tenham alcançado voo.
Desenvolvimento de aviões a jato
O primeiro avião a jato funcional foi o alemão Heinkel He 178, testado em 1939. Em 1943, o Messerschmitt Me 262, o primeiro caça a jato operacional, entrou em serviço na Luftwaffe alemã. O primeiro avião a jato comercial, o de Havilland Comet, foi lançado em 1952. O Boeing 707, o primeiro jato comercial de grande sucesso, esteve em serviço comercial por mais de 50 anos, de 1958 a 2010. O Boeing 747 foi o maior avião de passageiros do mundo desde 1970 até ser superado pelo Airbus A380 em 2005. Os voos supersônicos de aviões comerciais, incluindo os do Concorde, foram limitados a voos sobre a água em velocidade supersônica por causa de seu estrondo sônico, que é proibido na maioria das áreas terrestres populosas. O alto custo de operação por passageiro-milha e um acidente mortal em 2000 induziram os operadores do Concorde a retirá-lo de serviço.
Um avião alça voo devido às reações aerodinâmicas que acontecem quando ar passa em alta velocidade pela asa. Quando isto acontece, ele é forçado a passar por baixo e por cima desta ao mesmo tempo. O comprimento da asa é maior na parte superior graças a uma curvatura e, em razão disto, o ar em velocidade não possui pressão suficiente para retornar ao perfil desta curvatura, gerando uma zona de baixa pressão na parte superior posterior da asa. Estando a pressão na parte inferior bem maior, em razão desta face não possuir um perfil curvado, mas mais próximo de uma reta, a asa se vale da diferença de impacto gasoso do ar atmosférico (maior em baixo, menor em cima) para adquirir sustentação. Algumas explicações invocam uma interpretação errada a partir do Princípio de Bernoulli, afirmando que o fluxo de ar na parte de cima de uma asa é mais rápido que na parte de baixo. A verdade é que ambos os fluxos possuem velocidades praticamente iguais, porém com direções diferentes. Ensaios exaustivamente repetidos mostram que uma molécula de ar que flui na parte inferior de uma asa a percorre muito mais rápido que uma mesma molécula na parte superior, obviamente pelo fato lógico de se deslocar numa trajetória mais direta e não curva, como acontece na superfície superior. Embora muito presente em quase todas as explicações sobre aerodinâmica, a teoria do ar mais rápido em cima da asa é uma explicação errada e ilógica, pois não há fonte energética que acelere o ar acima de uma asa. Trata-se apenas de uma questão de perfil de asa e aerodinâmica. É claro que o efeito do impacto das moléculas de ar de forma mais drástica na parte inferior da asa permite que esta, livre e em suas condições normais, tenda sempre a subir, nunca a descer.
Quanto ao número motores, os aviões classificam-se em monomotores, bimotores, trimotores, quadrimotores. Alguns modelos, como o Antonov 225 e o experimental Hughes H-4 têm seis e oito motores, respectivamente. Quanto à velocidade, os aviões pode ser subsônicos e supersônicos. Quanto ao tipo de motores e propulsão, os aviões podem ser a hélice acionada por um motor de combustão interna, turboélice, a jato e hélice acionada por motor elétrico. Entre o século XIX e o século XX realizaram-se algumas experiências com aeronaves a vapor.
Aviões a hélice acionada por motor de combustão interna
Antes dos adventos do turbojato e turboélice, que se difundiram a partir da década de 1940, os aviões utilizavam motores de combustão interna para acionar diretamente o eixo da hélice, criando o empuxo necessário para a movimentação da aeronave, como o Junkers Ju 49.
Aviões turboélice
Aviões turboélices são aqueles que fazem uso de motores à reação (jato) para impulsionar uma turbina ligada ao eixo da hélice. Em particular os turboélices são relativamente silenciosos, mas possuem velocidades, capacidade de carga e alcance menores do que os similares a jato. Porém, são sensivelmente mais baratos e econômicos do que os aviões a jato, o que os torna a melhor opção para pessoas que desejem possuir um avião próprio ou para pequenas companhias de transporte de passageiros e/ou carga.
Aviões a jato
O primeiro avião com um propulsor a jato, denominado termojato, foi o Coandă-1910, criado pelo romeno Henri Coandă. Aviões a jato possuem muito mais força e criam um impulso muito maior do que aviões que fazem uso de turbo-hélices. Como consequência, podem carregar muito mais peso e possuem maior velocidade do que turbo-hélices. Um porém é a grande quantidade de som criada pelo motor a reação; isto torna os aviões a jato uma fonte de poluição sonora. Grandes widebodies (fuselagem larga), como o Airbus A340 e o Boeing 777, podem carregar centenas de passageiros e várias toneladas de carga, podendo percorrer uma distância de até 16 mil quilómetros - pouco mais de um terço da circunferência terrestre.
Aviões a eletricidade
Os aviões movidos a eletricidade utilizam motores elétricos que impulsionam hélices que geram o empuxo. Entre os dispositivos desenvolvidos para armazenar e fornecer a eletricidade necessária, estão as células solares, que convertem a luz solar diretamente em eletricidade, as células de combustível, que extraem seus reagentes de uma fonte externa, e as baterias, que podem reter uma carga elétrica significativa, embora seu peso ainda limite a autonomia. Aeronaves totalmente elétricas, que utilizam a energia de baterias ou células de combustível, operam sem emitir poluentes. O modelo experimental Solar Impulse utiliza células solares para gerar a energia elétrica para seus motores. A aeronave híbrida elétrica emprega motor de combustão interna para acionar um conjunto gerador/motor elétrico, o que possibilita um aumento da autonomia.
Aviões supersônicos
Aviões supersónicos, como o Concorde e caças militares, fazem uso de motores especiais, que geram potência necessária para quebrar a barreira do som. Além disso, o desenho do avião supersónico apresenta certas diferenças com o desenho de aviões subsónicos, devido à compressão do ar em altas velocidades não só asa, também à fuselagem tem desenho diferente em relação aos aviões subsônicos além da clara necessidade de reduzir o arrasto do aparelho com o ar. Nos caças, a área das asas são reduzidas, visando o menor arrasto (que permite alcançar velocidades extremas), necessitando de uma velocidade muito maior para compensar essa perda de sustentação. A velocidade de decolagem de certos caças chega à 220 km/h.
Pequenos aviões, para um ou no máximo dois passageiros, podem ser construídos em casa, por aviadores que possuem muito conhecimento técnico na área de física e aerodinâmica. Outros aviadores com menos conhecimentos fazem seus aviões usando kits de pequenas aeronaves, com peças pré-fabricadas, e montando a aeronave em casa. Aviões produzidos desta maneira, porém, são os menos conhecidos. Dada a sua delicadeza, aviões construídos para exploração econômica de sua operação precisam passar por um processo minucioso e demorado de planejamento, por motivos de segurança impostos pelo órgão de aviação ou de transportes do país à companhia construtora. Isto pode durar até quatro anos, em pequenos turboélices, a 12 anos, em aviões com o porte do A380. A Federal Aviation Administration, por exemplo, exige que a asa fixada à fuselagem consiga gerar seis vezes mais força de sustentação em relação ao seu peso (força exercida pela força de gravidade na aeronave).
Produção industrializada
São relativamente poucas as companhias que produzem aviões em larga escala. Porém, a produção de um avião por uma dada companhia é um processo que envolve outras dezenas, ou talvez centenas, de outras empresas e fábricas, que produzem partes determinadas da aeronave. Por exemplo, uma empresa pode ser responsável pela produção do trem de pouso, enquanto outra é responsável pelo radar, e outra ainda pelo motor ou reator. A produção de tais peças não se limita a apenas algumas cidades de um dado país; no caso de grandes companhias de manufatura de aeronaves, tais peças podem vir de diversas partes do mundo. Uma vez fabricadas, as peças são enviadas para a fábrica principal da companhia aérea, onde está localizada a linha de produção. As diferentes peças juntam-se umas às outras, no final, produzindo a aeronave. No caso de grandes aviões, podem existir linhas de produção dedicadas especialmente à montagem de certas partes de grande porte da aeronave, como as asas e a fuselagem.
Um avião é composto basicamente de corpo principal e asas, a relação do comprimento do corpo para a envergadura das asas varia de acordo com a aeronave, em geral, aeronaves mais rápidas costumam ter um maior comprimento em relação a envergadura, os primeiros aviões eram construídos basicamente de madeira. Após a Segunda Guerra Mundial se popularizaram as aeronaves feitas de metal. Mais recentemente também foi adicionado compósito ao material das aeronaves.
Corpo
O corpo da aeronave é composto basicamente de:
Asas
As asas geralmente se expandem lateralmente, são as asas que proveem a sustentação e o controle do avião no ar. Aviões costumam ter asas rígidas mas flexíveis, para melhor suportarem as turbulências. Também existem aeronaves cujas asas são de geometria variável, que alteram o ângulo em relação à fuselagem (ângulo de enflechamento). São geralmente utilizadas em aviões supersônicos, diminuindo o arrasto em altas velocidades, com um maior ângulo de enflechamento, e aumentando a sustentação em baixas velocidades – como no pouso e decolagem – com um menor ângulo de enflechamento.
Empenagem
Apesar de darem sustentação, as asas não garantem sozinhas a estabilidade do avião, a empenagem é o conjunto de asas auxiliares geralmente composto por estabilizadores e lemes que ficam na cauda para auxiliar a navegação do avião na estabilidade vertical e horizontal. Alguns aviões possuem uma asa principal o grande suficiente para não precisarem de estabilizadores ou lemes, algumas outras, possuem estabilizadores na parte da frente das aeronaves, nesse caso, dá o nome dessas peças de canards.
Estatísticas mostram que o risco de um acidente aéreo é muito pequeno. Erros mínimos e/ou condições meteorológicas adversas podem causar sérios acidentes, especialmente nos dois momentos críticos de um voo: pouso e decolagem, devido à complexidade dessas operações. Além disso, aviões às vezes são alvos de terroristas ou outros atos criminosos, fazendo com que muitos tenham medo de voar por temerem serem vítimas de tais ocorrências. No entanto, a parcela de acidentes aéreos causados por ataques terroristas ou outros atos criminosos é pequena em comparação ao número total de acidentes. A maioria dos acidentes aéreos ocorre devido a falha humana durante o voo, seja por erro dos pilotos ou de algum órgão de controle (como a torre de controle). Em seguida, a falha mecânica é a segunda maior causa de acidentes aéreos, muitas vezes relacionada a negligência da companhia aérea em realizar a manutenção adequada dos aviões. Condições meteorológicas adversas são a terceira maior causa de acidentes.
