O que é a barreira do som?
A barreira do som é um mito. O termo surgiu durante a Segunda Grande Guerra, quando os aviões tornaram-se rápidos o suficiente para sofrer os efeitos da compressibilidade do ar. A partir de uma determinada velocidade (denominada “Mach de divergência”), o arrasto total da aeronave aumentava drasticamente. Havia quem teorizasse que a velocidade supersônica jamais seria atingida, pois esta componente extra (chamado “arrasto de onda”) cresceria exponencialmente ao se acelerar a aeronave, dando início à idéia de uma parede nos céus, ou seja, a barreira do som.
O falso conceito foi superado, porém ficou a expressão, que, em termos corriqueiros, significa que o avião rompeu Mach 1, ou seja, tem velocidade superior à do som.
O que se passa em torno do avião quando ele passa a voar supersônico?
Em vôo supersônico, o encontro do ar com o nariz do avião forma uma onda de choque em formato de arco. Conforme se acelera, esta inflexão fica cada vez mais inclinada para trás, adotando a forma de um cone (“Cone de Mach”).
Além do choque frontal, forma-se um outro logo atrás da cauda. Ao passar por essas oscilações, o ar sofre violentas variações de pressão. Entre os extremos da estrutura, o escoamento colide com outras partes da aeronave (capota, entradas de ar, aerofólios), gerando ondas de choque de menor intensidade. Seus efeitos tendem-se a se misturar com os choques principais a alguma distância da aeronave.
Curiosamente a maior parte dos aviões supersônicos tem asas de perfil subsônico. Isso é possível, adotando um enflechamento das asas suficiente para que, em todo o envelope operacional:
O bordo de ataque esteja dentro do Cone de Mach; e
A componente da velocidade perpendicular ao bordo de ataque seja menor que Mach 1.
O Mirage III é um exemplo clássico deste recurso de projeto.
Como o avião mede a velocidade supersônica?
Os aviões supersônicos e os protótipos em campanha de ensaios em vôo normalmente optam por instalar seus sensores anemométricos (pressão total e pressão estática) e de temperatura fora do escoamento perturbado pela aeronave. Assim, colocam-nos em um longo tubo à frente do nariz da aeronave.
F-15 da USAF TPS (Escola de Pilotos de Ensaios da Força Aérea Americana)
O que o piloto sente quando o avião ultrapassa a velocidade do som?
Depende do projeto do avião. Nos aviões da década de 1940 e 50, poderia surgir alguma característica indesejável de pilotagem durante a aceleração transônica, devido à formação de ondas de choque sobre as asas e estabilizadores.
Depois desta época, fórmulas consagradas se impuseram e minimizaram este tipo de interferência. Dois efeitos, entretanto, devem ser obrigatoriamente resolvidos pelos sistemas de bordo:
Aerodinâmico: em vôo supersônico, as forças aerodinâmicas de sustentação e arrasto se redistribuem pela aeronave, assumindo um novo perfil. O sistema de comandos de vôo deve ser projetado de modo a filtrar esse evento, reposicionando automaticamente os comandos de arfagem, sem provocar descontinuidade na manobra executada pelo piloto. O Mirage III, por exemplo, move automaticamente a posição de neutro do manche para trás nesta condição; e
Anemométrico: na transição para o vôo supersônico, também se forma uma onda de choque à frente dos sensores anemométricos do avião. Para superar este efeito, são aplicadas fórmulas de conversão para traduzir valores de pressão em informações para o piloto (velocidade, altitude...) diferentes do vôo subsônico. Esta é a razão, por exemplo, que os pilotos de F-5E testemunham variações bruscas e instantâneas nos seus instrumentos de bordo, ao superar a velocidade do som.
Concluí-se que, voando uma aeronave de combate moderna, o vôo supersônico ocorre sem nenhuma indicação ao piloto, exceto pelas marcações de velocidade e altitude.
Quais efeitos se sentem no chão?
A um observador no solo, as variações de pressão decorrentes do vôo supersônico são sentidas como o impacto de uma onda sonora. A seqüência de compressão e descompressão dura um décimo de segundo ou menos. O “boom sônico” pode parecer desde um estampido similar ao som de um surdo (instrumento musical) a uma breve, mas forte explosão (excedendo 200 decibéis). Ocasionalmente os dois picos (estampidos) seguidos podem ser percebidos.
A força da onda de choque depende de uma série de fatores ambientais e de projeto. Seu efeito pode resultar em danos psicológicos ou materiais, como quebra de janelas, rachaduras em construções, etc. Os maiores prejuízos são provocados sob a trajetória do avião, podendo se estender por até cem quilômetros de distância. Existem manobras que possibilitam a concentração das conseqüências. Periodicamente o noticiário internacional denuncia esse tipo de ação da Força Aérea Israelense (IAF) sobre o território palestino da Faixa de Gaza.
Um caça com uma nuvem de vapor formado sobre as asas está supersônico?
O fenômeno citado chama-se “Singularidade de Prandtl-Glauert” e se popularizou com a distribuição de imagens pela Internet.
F-18 da US Navy (Marinha Americana)Na prática, as nuvens formadas por esta singularidade são devidas a perturbações que ocorrem em velocidades próximas a do som (0,95 a 1,05) ao redor da aeronave. Se o ar estiver suficientemente úmido, a queda de pressão estática e temperatura ocasionará a imediata formação de gotículas microscópicas de água, do mesmo modo que as nuvens comuns.
Como na imagem mostrada, a Singularidade de Prandtl-Glauert pode ser limitada na parte posterior pela formação da onda de choque. Isso não quer dizer que a aeronave está supersônica, apenas que, sobre algumas partes dela, o ar foi acelerado acima da velocidade do som.
Qual foi o primeiro vôo supersônico no mundo?
O primeiro vôo foi executado pelo então Capitão Charles (Chuck) E. Yeager da Força Aérea Americana sobre a Base Aérea de Edwards no dia 14 de outubro de 1947.
Era o nono vôo propelido de uma campanha de ensaios que investigava as velocidades transônicas. O protótipo, um Bell X-1, tinha o formato de um projétil e asas praticamente retas.
Bell X-1Uma semana antes, a campanha fora paralisada para operacionalizar o funcionamento do estabilizador horizontal totalmente móvel, que possibilitou o controle da aeronave acima de M 0,94.
Qual foi o primeiro vôo supersônico no Brasil?
Apesar de não ser possível precisar uma data única, os vôos supersônicos no Brasil começaram com a implantação do Mirage III-EBR na Base Aérea de Anápolis. As operações aéreas da Primeira Ala de Defesa Aérea (1ª ALADA), hoje Primeiro Grupo de Defesa Aérea (1º GDA), começaram no dia 27 de março de 1973, quando o piloto francês Pierre Varraut realizou o primeiro dos vários vôos de experiência nos aviões recém-montados no Brasil.
Mirage III-EBR
Antes disso, os oito primeiros pilotos brasileiros de Mirage III (“Dijon Boys”) fizeram o curso do avião na Força Aérea Francesa em 1972. Fazia parte das práticas a exploração de todo o envelope operacional, o que possibilitou aos caçadores nacionais, já naquele momento, corridas acima de M 2,0.
Qualquer avião pode voar supersônico no Brasil?
Após a retirada do Concorde em 2003, não existe qualquer avião civil em operação que possa executar vôos supersônicos no espaço aéreo nacional. Inclusive a aerovia supersônica que ligava o Rio de Janeiro a Dakar foi desativada. É importante notar que, mesmo naqueles tempos, a aceleração supersônica era executada sobre o oceano.
Uma única exceção é aberta para os vôos de ensaios. Caso necessário, o requerente deve solicitar ao Departamento de Aviação Civil (DAC) uma licença especial, justificando sua necessidade. Preferencialmente o ensaio deve ocorrer sobre área oceânica. É possível executá-lo sobre o continente em área controlada, desde que o impacto à superfície seja minimizado.
Os aviões militares estão liberados para o vôo supersônico nas áreas de instrução ou em caso de acionamento real da Defesa Aérea. Na prática, os esquadrões desenvolveram parâmetros operacionais para evitar que o “boom sônico” provoque danos em regiões habitadas. Ocasionalmente as condições atmosféricas se apresentam desfavoráveis e o ruído chega mais forte, assustando pessoas desprevenidas.
O que impede os aviões comerciais de serem supersônicos?
O principal empecilho são as regulamentações nacionais que impedem o vôo supersônico de aeronaves civis sobre áreas continentais. Tais leis têm origem na década de 1960, quando os governos de diversos países lançaram-se ao desafio de construir o SST (supersonic transport). Desta empreitada, surgiram o Concorde (anglo-francês) e o Tu-144 (russo). Os americanos desistiram do Boeing 2707 após analisarem aspectos econômicos e o descontentamento da opinião pública (ruído intenso na decolagem e boom sônico).
Na presente década, o assunto voltou à tona com o desenvolvimento de projetos aeronáuticos que fazem uma interação menos drástica com o escoamento, diminuindo a intensidade do boom sônico a níveis mínimos. Os governos americano, francês e japonês subsidiam pesquisas sobre o tema. Os planos mais promissores, entretanto, têm origem em empresas empenhadas em construir os chamados SSBJs (supersonic business jets). Uma vez construídos os protótipos e ratificada a capacidade de reduzir o impacto ambiental, as companhias esperam levantar as barreiras governamentais. Somente assim, alcançariam viabilidade nas rotas costa-a-costa dentro dos Estados Unidos e entre os países europeus.
Fontes de Referência:
http://en.wikipedia.org/wiki/Sound_barrier
http://www.globalsecurity.org/military/systems/aircraft/b2707-problem.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Sonic_boom
http://www.guardian.co.uk/israel/Story/0,2763,1607450,00.html
http://fluidmech.net/tutorials/sonic/prandtl-glauert-clouds.htm
http://www.chuckyeager.org/htm_docs/x1.shtml
http://www.rudnei.cunha.nom.br/FAB
http://en.wikipedia.org/wiki/Supersonic_transport
http://users.directnet.com.br/antoninofrigini/10_barreira_som.htm
YEAGER, Chuck; CARDENAS, Bob; HOOVER, Bob; RUSSELL, Jack; YOUNG, James. The Quest for Mach One. New York, USA: Ed. Penguin Studio, 1997. Capítulo 8.
DEPARTAMENTO DE AVIAÇÃO CIVIL. Regulamento Brasileiro de Homologação Aeronáutica, número 91. Emenda 91-10. Rio de Janeiro, 2004. Apêndice B – Autorização para Exceder Mach 1.
DORNHEIM, Michael. Will Low-boom Fly? Aviation Week & Space Technology, p. 68-71, November 7, 2005.
