E6 Aerodinâmica do aerofólio

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A aerodinâmica do perfil aerodinâmico é o módulo central de todo o sistema de voo: ela descreve como a geometria da asa interage com o ar circundante para gerar as forças de sustentação e arrasto que sustentam e desaceleram a ave em voo. Em outras palavras, é o módulo onde a geometria da asa é transformada em força.

As equações que descrevem essa aerodinâmica do perfil aerodinâmico são as mesmas usadas na aeronáutica clássica para um avião, mas aplicadas a condições muito diferentes daquelas enfrentadas por um avião: números de Reynolds intermediários, perfis aerodinâmicos que mudam de geometria em tempo real durante o voo — a mesma reconfigurabilidade ativa das penas que torna a asa da ave uma superfície contínua — e condições de fluxo transientes que mudam ao longo de cada ciclo de batimento de asas.

O número de Reynolds é o parâmetro adimensional mais importante para caracterizar o regime aerodinâmico em que uma ave voa. Ele é calculado a partir da densidade do ar, da velocidade de voo, de um comprimento característico da asa — sua corda — e da viscosidade do ar, e define a relação entre as forças inerciais e viscosas que atuam no fluxo de ar ao redor da asa.

Pássaros pequenos, como os beija-flores, voam com um número de Reynolds baixo, da ordem de dez mil. Nesse regime, a viscosidade do ar tem um impacto muito significativo no fluxo ao redor da asa, e os efeitos da camada limite — a fina camada de ar aderida à superfície da asa onde a viscosidade é mais forte — dominam o comportamento aerodinâmico do perfil da asa.

Pássaros grandes, como o albatroz, voam com um número de Reynolds alto, da ordem de um milhão. Nesse regime quase turbulento, as forças inerciais dominam as forças viscosas, e o perfil da asa do albatroz se comporta muito mais como a asa de um avião do que a de um beija-flor.

Esse mesmo número de Reynolds, portanto, é o que separa dois regimes aerodinâmicos completamente distintos dentro do perfil da asa de um único pássaro: o regime dominado pela viscosidade do ar e pela camada limite, que caracteriza pássaros pequenos como o beija-flor, e o regime quase turbulento dominado pelas forças inerciais, que caracteriza pássaros grandes como o albatroz. Portanto, nenhum conjunto único de equações aerodinâmicas pode descrever todas as aves igualmente sem antes determinar o regime do número de Reynolds em que cada espécie voa.

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