Aerofólio

A teoria do perfil fino (thin airfoil theory) é uma teoria simplificada de perfis alares que relaciona o ângulo de ataque à sustentação para fluxos incompressíveis e não viscosos. Foi idealizada pelo matemático alemão Max Munk e posteriormente refinada pelo aerodinamicista britânico Hermann Glauert e outros na década de 1920. A teoria idealiza o fluxo em torno de um perfil alar como um fluxo bidimensional em torno de um perfil fino. Pode ser imaginada como abordando um perfil de espessura zero e envergadura infinita. A teoria do perfil fino foi particularmente notável na sua época porque forneceu uma base teórica sólida para as seguintes propriedades importantes de perfis em fluxos não viscosos bidimensionais: Como consequência de (3), o coeficiente de sustentação da secção de um perfil simétrico fino de envergadura infinita é: (A expressão acima também é aplicável a um perfil curvado onde α {\displaystyle \alpha \!} é o ângulo de ataque medido em relação à linha de sustentação nula em vez da linha da corda.)

Em aeronaves, o aerofólio é o perfil da asa, definido como uma superfície aerodinâmica que produz reações úteis ao voo. O uso do aerofólio está nas secções da asa e nas empenagens (profundor e leme). A força de sustentação, arrasto e momento são altamente dependentes do ângulo de ataque. Para grandes ângulos de ataque o aerofólio se submete ao fenômeno de Estol (Stall), onde ocorre perda da força de sustentação. Em automóveis o emprego de aerofólios acaba sendo essencial em carros de corrida. Devido a diferenças na velocidade de escoamento do ar sob a superfície da carroceria e na parte inferior ou assoalho do automóvel, é gerado um gradiente de pressão, resultando em zonas distintas de alta e baixa pressão, a qual pode ser intensificada com a redução da altura do veículo em relação ao solo.[necessário esclarecer] A diferença de pressão resultante entre as duas superfícies gera uma força de sustentação, induzindo o carro a abaixar a frente e perder aderência na rodas traseiras. Para compensar esse efeito, utiliza-se uma "asa invertida" em cima da roda traseira, cuja resultante seja uma força em direção ao solo.

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Para as partículas terem que contornar o bordo de ataque mantendo a continuidade, é necessário que exista um decréscimo na pressão local (Ver aceleração centrípeta). Como a energia em um fluido é constante (desprezando a viscosidade), para que a energia em forma de pressão (Newton/m² = Joule/m³) caia é necessário que a velocidade aumente. A relação entre os dois pode ser encontrada na Lei de Bernoulli. O aumento de velocidade no bordo superior, e o decréscimo de velocidade no bordo inferior nos induz ao conceito de Circulação (Lei de Kutta-Joukowsky). Fica evidente que bordos de ataque com grandes raios apresentarão menores depressões do que aqueles com bordos estreitos. No ponto onde ocorre a menor pressão normalmente é chamado de pico de sucção, e a intensidade do pico está correlacionada com o estol.

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Estol (português brasileiro) ou perda (português europeu) (em inglês: stall) descreve um fenômeno aerodinâmico em que o perfil perde sustentação. Quando submetido a grandes ângulos de ataque, o fluido é forçado a ir de uma região de baixíssima pressão (pico de sucção) para uma região de alta pressão (bordo de fuga). Sendo este movimento antinatural, é dado o nome de gradiente adverso de pressão. Como a única coisa que mantém o fluido indo em direção ao gradiente adverso é sua quantidade de movimento, chegará uma hora em que não existe quantidade de movimento suficiente para que o fluido continue indo nesta direção antinatural. Neste momento ocorre o deslocamento das partículas do fluido da superfície do aerofólio, ficando o resto do trajeto sujeito a vórtices e uma região de baixa pressão constante. O ângulo de ataque que induz esse descolamento é o ângulo de estol. Devido à bolsa de baixa pressão no extra-dorso do perfil, aparece uma grande força de arrasto e de momento. A geração de sustentação é comprometida também, apesar de existente.

Imagem: João Paulo Fotografias · BY-ND · Openverse

Há dois tipos de perfis de aerofólio: o perfil Simétrico e o perfil assimétrico. O perfil Simétrico pode ser dividido por uma linha reta gerando assim duas metades iguais. Já o perfil Assimétrico não pode ser divido por uma linha reta e também não gera duas partes iguais. O perfil simétrico é utilizado exatamente onde é necessário que o comportamento do fólio seja simétrico, ou seja, na empenagem (leme e profundor) do avião. O perfil assimétrico ou arqueado produz uma sustentação e momento maior, e o arrasto é diminuído. Esse perfil é muito adequado para a asa. O limitante será o momento, que em determinado ponto irá impactar na empenagem (o avião terá grande tendência a picar - apontar para baixo)

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Aerodinamicamente, em carros de passeio que trafegam a baixas velocidades, o uso de aerofólios não apresenta vantagem significativa, devido a baixa relação de força de sustentação/peso, pois tais dispositivos aerodinâmicos são projetados e limitados para faixas de velocidade onde ocorra influência da força de sustentação na estabilidade do veículo, sendo mais utilizada para benefícios estéticos. Veículos esportivos e luxuosos,.que alcançam velocidades maiores tendem a adotar aerofólios como soluções de segurança, a fim de aumentar a estabilidade do automóvel em situações de alta velocidade. Além da geração de sustentação aerodinâmica, alguns carros utilizam tais superfícies também como freios aerodinâmicos, reduzindo o ângulo de ataque de forma a aumentar a área frontal e gerar arrasto a fim de reduzir a velocidade e o esforço do sistema de freios.