Aeronáutica é a ciência ou arte envolvida no estudo, projeto e fabricação de máquinas aptas para o vôo aéreo e nas técnicas de operação de aeronaves e foguetes na atmosfera . A British Royal Aeronautical Society identifica os aspectos de “Arte, Ciência e Engenharia aeronáutica” e “A profissão da Aeronáutica (cuja expressão inclui a Astronáutica).”

Embora o termo originalmente se referisse apenas à operação da aeronave, ele foi expandido para incluir tecnologia, negócios e outros aspectos relacionados à aeronave.  O termo ” aviação ” às vezes é usado alternadamente com aeronáutica, embora “aeronáutica” inclua aeronaves mais leves que o ar , como dirigíveis , e inclua veículos balísticos, enquanto “aviação” tecnicamente não inclui. 

Uma parte significativa da ciência aeronáutica é um ramo da dinâmica denominado aerodinâmica , que lida com o movimento do ar e a maneira como ele interage com objetos em movimento, como uma aeronave.

História

Ideias iniciais

Tentativas de voar sem qualquer conhecimento aeronáutico real têm sido feitas desde os primeiros tempos, normalmente construindo asas e pulando de uma torre com resultados incapacitantes ou letais. 

Investigadores mais sábios buscaram obter algum entendimento racional por meio do estudo do vôo dos pássaros. Um exemplo antigo aparece em textos egípcios antigos.  Cientistas islâmicos islâmicos posteriores da Idade de Ouro , como Abbas ibn Firnas, também fizeram esses estudos. Os fundadores da aeronáutica moderna, Leonardo da Vinci na Renascença e Cayley em 1799, começaram suas investigações com estudos de voo de pássaros.

Acredita-se que pipas transportando homens tenham sido amplamente utilizadas na China antiga. Em 1282, o explorador italiano Marco Polo descreveu as técnicas chinesas então atuais. Os chineses também construíram pequenos balões de ar quente, ou lanternas, e brinquedos de asas rotativas.

Um dos primeiros europeus a fornecer qualquer discussão científica sobre o vôo foi Roger Bacon , que descreveu os princípios de operação do balão mais leve que o ar e do ornitóptero de asas oscilantes , que ele imaginou que seriam construídos no futuro. O meio de elevação de seu balão seria um “éter” cuja composição ele desconhecia. 

No final do século XV, Leonardo da Vinci continuou seu estudo de pássaros com projetos para algumas das primeiras máquinas voadoras, incluindo o ornitóptero de asas oscilantes e o helicóptero de asas giratórias . Embora seus projetos fossem racionais, eles não se baseavam em ciência particularmente boa. Muitos de seus projetos, como um helicóptero do tipo parafuso para quatro pessoas, têm falhas graves. Ele pelo menos entendeu que “Um objeto oferece tanta resistência ao ar quanto o ar oferece ao objeto”.  ( Newton não publicaria a Terceira Lei do Movimento até 1687.) Sua análise levou à conclusão de que apenas a mão de obra não era suficiente para o vôo sustentado, e seus projetos posteriores incluíram uma fonte de energia mecânica, como uma mola. A obra de Da Vinci foi perdida após sua morte e não reapareceu até que fosse superada pela obra de George Cayley .

Balão de Vôo 

A era moderna do vôo mais leve que o ar começou no início do século 17 com os experimentos de Galileu , nos quais ele mostrou que o ar tem peso. Por volta de 1650, Cyrano de Bergerac escreveu alguns romances de fantasia nos quais descreveu o princípio da subida usando uma substância (orvalho) que ele supunha ser mais leve que o ar, e descendo liberando uma quantidade controlada da substância. Francesco Lana de Terzi mediu a pressão do ar ao nível do mar e em 1670 propôs o primeiro meio de elevação cientificamente confiável na forma de esferas ocas de metal das quais todo o ar havia sido bombeado. Estes seriam mais leves que o ar deslocado e capazes de erguer um dirigível. Seus métodos propostos de controle de altura ainda estão em uso hoje; carregando o lastro que pode ser lançado ao mar para ganhar altura e ventilando os contêineres de elevação para perder altura. Na prática, as esferas de de Terzi teriam entrado em colapso sob a pressão do ar, e desenvolvimentos posteriores tiveram que esperar por gases de elevação mais praticáveis.

A partir de meados do século 18, os irmãos Montgolfier em França começaram a fazer experiências com balões. Seus balões eram feitos de papel e os primeiros experimentos usando vapor como gás de elevação tiveram vida curta devido ao seu efeito no papel à medida que se condensava. Confundindo fumaça com uma espécie de vapor, começaram a encher seus balões com ar quente e fumacento que chamaram de “fumaça elétrica” ​​e, apesar de não entenderem bem os princípios em funcionamento, fizeram alguns lançamentos bem-sucedidos e em 1783 foram convidados a dar uma demonstração aos Académie des Sciences francesa .

Enquanto isso, a descoberta do hidrogénio levou Joseph Black a c. 1780 para propor seu uso como um gás de elevação, embora a demonstração prática esperasse um material de balão estanque a gás. Ao saber do convite dos irmãos Montgolfier, o membro da Academia francesa Jacques Charles ofereceu uma demonstração semelhante de um balão de hidrogénio. Charles e dois artesãos, os irmãos Robert, desenvolveram um material estanque a gás de seda com borracha para o envelope. O gás hidrogênio deveria ser gerado por reação química durante o processo de enchimento.

Os projetos de Montgolfier tinham várias deficiências, como a necessidade de tempo seco e a tendência de as faíscas do fogo iluminarem o balão de papel. O desenho tripulado tinha uma galeria em volta da base do balão, em vez da cesta suspensa do primeiro desenho não tripulado, que aproximava o papel do fogo. Em seu vôo livre, De Rozier e d’Arlandes pegaram baldes de água e esponjas para apagar os incêndios à medida que surgiam. Por outro lado, o design tripulado de Charles era essencialmente moderno. Como resultado dessas façanhas, o balão de ar quente tornou-se conhecido como tipo Montgolfière e o balão de hidrogénio como Charlière .

O balão seguinte dos irmãos Charles e Robert, La Caroline , era um Charlière que seguia as propostas de Jean Baptiste Meusnier para um balão dirigível alongado, e era notável por ter um envelope externo com o gás contido em um segundo balão interno. Em 19 de setembro de 1784, ele completou o primeiro voo de mais de 100 km, entre Paris e Beuvry , apesar dos dispositivos propulsores manuais se provarem inúteis.

Numa tentativa no ano seguinte de fornecer resistência e controlabilidade, de Rozier desenvolveu um balão com ar quente e bolsas de gás hidrogênio, um design que logo foi batizado em sua homenagem como Rozière. O princípio era usar a seção de hidrogênio para elevação constante e navegar verticalmente aquecendo e permitindo resfriar a seção de ar quente, a fim de pegar o vento mais favorável em qualquer altitude em que soprasse. O envelope do balão era feito de pele de batedor de ouro . O primeiro vôo terminou em desastre e a abordagem raramente foi usada desde então. 

Cayley ea fundação da aeronáutica moderna 

Sir George Cayley (1773-1857) é amplamente conhecido como o fundador da aeronáutica moderna. Ele foi inicialmente chamado de “pai do avião” em 1846 e Henson o chamou de “pai da navegação aérea“. Ele foi o primeiro verdadeiro investigador aéreo científico a publicar seu trabalho, que incluiu pela primeira vez os princípios básicos e as forças de vôo. 

Em 1809 ele começou a publicação de um tratado de três partes intitulado “On Aerial Navigation” (1809-1810). Nele, ele escreveu a primeira declaração científica do problema, “Todo o problema está confinado a esses limites, a saber, fazer uma superfície sustentar um determinado peso pela aplicação de força à resistência do ar.” Ele identificou as quatro forças vetoriais que influenciam uma aeronave: empuxo , sustentação , arrasto e peso e estabilidade e controle diferenciados em seus projetos.

Ele desenvolveu a forma convencional moderna do avião de asa fixa com cauda estabilizadora com superfícies horizontais e verticais, voando planadores não tripulados e tripulados.

Ele introduziu o uso da bancada de teste de braço giratório para investigar a aerodinâmica do vôo, usando-a para descobrir os benefícios do aerofólio curvo ou curvado sobre a asa plana que usou no seu primeiro planador. Ele também identificou e descreveu a importância do diedro , da contraventamento diagonal e da redução do arrasto, e contribuiu para a compreensão e o design de ornitópteros e paraquedas .

Outra invenção significativa foi a roda com raios de tensão, que ele idealizou para criar uma roda leve e forte para o material rodante de aeronaves.

O século 19

Durante o século 19, as ideias de Cayley foram refinadas, comprovadas e expandidas. Investigadores importantes incluem Otto Lilienthal e Horatio Phillips .

Ramos 

A Aeronáutica pode ser dividida em três ramos principais, incluindo Aviação , Ciências Aeronáuticas e Engenharia Aeronáutica .

Aviação 

Aviação é a arte ou prática da aeronáutica. Historicamente, a aviação significava apenas um vôo mais pesado que o ar, mas hoje em dia inclui voar em balões e dirigíveis.

Engenharia aeronáutica 

A engenharia aeronáutica abrange o projeto e a construção de aeronaves, incluindo como são movidas, como são usadas e como são controladas para uma operação segura.

A maior parte da engenharia aeronáutica é a aerodinâmica , a ciência da passagem pelo ar.

Com a crescente atividade no vôo espacial, hoje em dia a aeronáutica e a astronáutica são frequentemente combinadas como engenharia aeroespacial .

Aerodinâmica 

A ciência da aerodinâmica lida com o movimento do ar e a maneira como ele interage com objetos em movimento, como uma aeronave.

O estudo da aerodinâmica cai amplamente em três áreas:

O fluxo incompressível ocorre onde o ar simplesmente se move para evitar objetos, normalmente em velocidades subsônicas abaixo do som (Mach 1).

O fluxo compressível ocorre onde as ondas de choque aparecem em pontos onde o ar fica comprimido, normalmente em velocidades acima de Mach 1.

O fluxo transônico ocorre na faixa de velocidade intermediária em torno de Mach 1, onde o fluxo de ar sobre um objeto pode ser localmente subsônico em um ponto e localmente supersônico em outro.

Foguetes 

Um foguete ou veículo-foguete é um míssil , nave espacial, aeronave ou outro veículo que obtém impulso de um motor de foguete . Em todos os foguetes, o escape é formado inteiramente por propelentes carregados dentro do foguete antes do uso. Os motores de foguete funcionam por ação e reação . Os motores de foguete empurram os foguetes para a frente simplesmente jogando seu escapamento para trás com extrema rapidez.

Foguetes para uso militar e recreativo datam pelo menos da China do século 13 . O uso científico, interplanetário e industrial significativo não ocorreu até o século 20, quando os foguetes eram a tecnologia que possibilitava a Era Espacial , incluindo o pisar na lua .

Foguetes são usados ​​para fogos de artifício , armamento, assentos ejetáveis , veículos de lançamento de satélites artificiais , voos espaciais humanos e exploração de outros planetas. Embora comparativamente ineficientes para uso em baixa velocidade, eles são muito leves e poderosos, capazes de gerar grandes acelerações e de atingir velocidades extremamente altas com eficiência razoável.

Foguetes químicos são o tipo mais comum de foguete e normalmente criam seus gases de escape pela combustão do propelente do foguete . Foguetes químicos armazenam uma grande quantidade de energia numa forma facilmente libertada e podem ser muito perigosos. No entanto, um projeto, teste, construção e uso cuidadosos minimizam os riscos.

Referências

Citações

Fontes