Aviões de Asa Alta vs. Asa Baixa (prós, contras e diferenças-chave) – Academia de Aviões

As distinções entre aviões de asa alta e baixa são, visualmente, óbvias. Aviões de asas altas colocam a asa acima da fuselagem, o corpo principal da aeronave, enquanto aviões de asas baixas colocam a asa abaixo da fuselagem.

Todas as configurações oferecem vantagens e desvantagens e a seleção de qualquer uma delas é uma escolha feita pelas equipes de engenharia que constroem a aeronave muito cedo no processo de projeto para satisfazer os requisitos de desempenho exigidos para a aeronave. Quais são as diferenças entre as aeronaves de Asa Alta e Asa Baixa?

A cada configuração de asa é benéfica em sua forma única para treinamento, desempenho, manutenção e uso diário. Aeronaves de asas altas são geralmente menos aerodinâmicas, ligeiramente mais fáceis de treinar para o novo piloto, e mais fáceis de acessar para manutenção de rotinas do que as aeronaves de asas baixas.

Porque não há uma resposta “certa”, comparar projetos de asas altas com projetos de asas baixas é fundamentalmente uma expressão de equilíbrio das necessidades do piloto ou operador. Há muitas implicações na escolha de uma aeronave de asa alta ou baixa, e por isso é importante pensar em todas elas ao decidir qual é a melhor para a sua situação.

Aerodinâmica

A configuração da aeronave está inicialmente focada na aerodinâmica. A localização, tamanho e forma da asa, cauda e fuselagem determinam as características fundamentais de manuseio da aeronave. Para aeronaves de asa alta e baixa, grandes diferenças ocorrerão nos seguintes regimes: estabilidade lateral (rotação), características de manuseio de baixa velocidade, e desempenho geral da aeronave (velocidade de cruzeiro, distâncias de decolagem e aterrissagem, etc.).

Como um exercício de pensamento, considere duas engrenagens de triciclo designe o mesmo peso, comprimento, forma da asa, aerofólio, cauda e motor, uma com a asa acima da fuselagem e outra com a asa abaixo da fuselagem.

Características da roda dentada

Primeiro considerar a estabilidade lateral, ou as características da roda dentada. Para a aeronave de asa alta, o centro de gravidade fica abaixo da asa, significando que a fuselagem da aeronave atua como um pêndulo para aumentar a estabilidade em relação à aeronave de asa baixa, cujo centro de gravidade é balanceado acima da asa.

Para a aeronave de asa alta, haverá relativamente menos tendência a entrar numa descida em espiral instável, mas as forças do aileron serão maiores para completar uma manobra de rolagem.

Este é um efeito desejável para aeronaves destinadas a voar em condições de voo em instrumentos por longos períodos de tempo com baixa carga de trabalho do piloto. No entanto, esta tendência é um prejuízo para aviões de demonstração anaeróbica projetados para altas taxas de rolagem e manobras rápidas de rolagem, e pode levar a uma sensação de “peso” nos ailerons para aviões cruisingair mais típicos.

Características de aterrissagem

Passagem em baixa velocidade, particularmente características de aterrissagem e de perda. Durante o flare de aterragem, a aeronave de asas baixas entrará no solo com efeitos leves antes da aeronave de asas altas e experimentará uma maior redução no arrasto para a mesma altura acima do solo.

O efeito de solo mais forte durante o flare fará com que a aeronave de asas baixas “flutue” morrelmente do que a aeronave de asas altas, uma característica que, quando usada habilmente, ajuda a suavizar o aterrissagem. Mas este mesmo efeito de solo pode encorajar o balonismo durante o flare, e pode tornar mais difícil a realização de aterrissagens precisas.

A aeronave de asa alta ainda terá efeito de solo, mas como a asa está a vários metros da pista, o efeito total sobre a aeronave é bastante reduzido, pois o efeito de solo diminui exponencialmente com a diferença da superfície da pista. As aeronaves de asas altas podem assim ser capazes de distâncias de aterragem mais curtas, uma vez que “perfura” mais facilmente o efeito de solo.

Características da pista

Características da pista também são preocupantes no regime de baixa velocidade de manuseamento. Assumindo que a cauda shorizontal da aeronave é montada no fundo da fuselagem ou perto dele, a turbulência alta da asa da aeronave em ângulos altos de ataque pode ser mais provável de interferir com a cauda da aeronave. Esta interferência da esteira depende da posição da aba e de uma série de outros fatores de projeto; entretanto, dois efeitos primários podem ser supostos.

A aeronave de asas altas tem mais probabilidade de encontrar um efeito de amortecimento forte perto da estaca, impedindo o piloto de desacelerar mais. A interferência da asa com a cauda pode diminuir a eficácia do elevador, devido ao efeito de “queda”.

O efeito “downwash”, em aeronaves de produção é altamente dependente de critérios específicos de projeto, mas em última análise este efeito reduz o ângulo de ataque na cauda horizontal, reduzindo a eficácia do elevador.

Com um bufê mais forte antes da batida e menor eficácia do elevador, a aeronave de asa alta exibirá características de batida em inclinação que desencorajam a entrada na batida e aumentam o esforço do piloto necessário para alcançar a batida. A aeronave de asa baixa, em contraste, exibirá características de baiagem em passo que fornecem menos avisos ao pilotof na baia iminente.

Características da rota

Finalmente, o desempenho da aeronave na descolagem, cruzeiro e aterragem pode ser afectado pela localização da asa. Aeronaves de asa alta enfrentarão um aumento no “arrasto de perfil” e “arrasto de interferência”, que afetam particularmente o desempenho de cruzeiro.

O arrasto de perfil é o ar resultante do arrasto simplesmente impactando a frente da aeronave, e o arrasto por interferência é o arrasto resultante do fluxo de ar interagindo com os vários cantos, recantos e guinchos presentes na aeronave.

Considere a localização do trem de pouso na aeronave de baixa velocidade; eles são fixados diretamente na asa com estrutura ou carenagem mínima adicional necessária para criar uma aerodinâmica eficiente. Em contraste, o avião de guincho alto irá fixar o trem de aterragem à asa, que é pesada e estructuralmente duvidosa, ou à fuselagem.

Em qualquer das opções de design para o trem de pouso, o aerogerador alto terá mais “coisas” penduradas na aeronave quando comparado com o aerogerador de asas baixas. Caso a aeronave de asa alta também necessite de uma escora para fortalecer a asa, ela se torna obviante ao que a aeronave de asa alta cria mais perfil e arraste de interferência quando comparada com a aeronave de asa baixa.

O menor perfil de resistência da aeronave de asas baixas produz um maior desempenho de cruzeiro em relação ao projeto de asas altas; o resultado é uma maior velocidade real de voo e ou uma menor queima de combustível de cruzeiro.

Desempenho de decolagem

Desempenho de decolagem e desempenho de aterrissagem enfrentam impactos das questões de efeito de solo discutidas anteriormente. Considerando primeiro a decolagem, o aerogerador de baixo nível se beneficiará de um menor rolagem no solo e uma distância livre de obstáculos.

Porque os vórtices da ponta serão interrompidos no efeito de solo por um pouco mais de tempo a aeronave desenvolverá um pouco mais de elevação e, portanto, uma inclinação de subida um pouco mais acentuada. Este efeito de solo resulta em distâncias de aterragem mais longas precisamente para a mesma época.

A baixa configuração das asas resulta em distâncias aéreas de aterragem mais longas, onde a distância aérea é a distância horizontal percorrida entre 50 pés acima do toque para baixo até ao ponto de toque.

A Aerodinâmica geral

Baseado na experiência de pensamento acima, parece que as aeronaves de asa baixa geralmente têm mais vantagens aerodinâmicas do que as de asa alta. Mas é importante notar que o exercício acima não considera o efeito de uma configuração da roda traseira, ou permite o uso de diferentes perfis de asa, shapesetc.

Os aerodinamicistas que projetam escolhas de aeronaves do mundo real que afetam drasticamente a estabilidade da aeronave, características de controle, características de estagnação, desempenho de cruzeiro e descolagem e aterrissagens.

As aeronaves do mundo real geralmente só são comparáveis umas com as outras holisticamente, em vez de serem comparáveis em relação à sua posição de asa. Portanto, há poucas conclusões absolutas a serem tiradas entre as aeronaves de produção, mas os conceitos neste experimento destacam algumas das considerações em jogo durante o processo de projeto inicial de uma nova aeronave.

Flight Training

As aeronaves de asa alta ou baixa são melhores para o treinamento inicial do piloto? Termos práticos para os alunos pilotos não importa. Os estudantes pilotos devem estar mais preocupados com a localização de um instrutor competente, uma escola de vôo de qualidade, uma aeronave bem mantida que se enquadre dentro de seu orçamento e restrições de tempo.

Como aludido na conclusão do experimento acima, as características individuais de projeto de aeronaves específicas têm impactos significativamente mais dramáticos sobre as características fundamentais de vôo desse tipo de aeronave.

Em geral, há três questões que os estudantes pilotos devem estar cientes quando comparam aeronaves de asa alta e de asa baixa: Ingressar/sair, visibilidade e características de pouso.

Ingressar/sair em asa alta vs. asa baixa

A maioria das aeronaves de asa baixa utilizadas no ambiente de treinamento de vôo possuem uma única porta no lado direito da fuselagem. O mais comum destes tipos de aeronaves será a aeronave da família Piper Cherokee.

Entre na aeronave será necessário que o aluno deslize pelos assentos antes da entrada pelo Flightinstructor, se a facilidade de entrada for importante, o aperto entre os assentos e os controles de vôo pode ser um desafio.

Adicionalmente não há proteção contra chuva ou sol enquanto se carrega a aeronave.

Uma mão cheia de aeronaves de treinamento de vôo deslizante ou basculante também existe na frota global de treinamento de vôo, as séries Diamond DA40/42 e Grumman série americana de aeronaves são um bom exemplo deste tipo de sistema de vôo de baixa asa/egresso. O sistema de canopysystem móvel permite que o instrutor e o aluno entrem na aeronave independentemente, mas é necessário algum trabalho de manobras e cuidadoso com os pés para evitar pisotear osupholstery.

Aeronaves comuns de treinamento de asa alta são quase universalmente a família de aeronaves Cessna 172. Estas aeronaves têm portas esquerda e direita para permitir a entrada e saída tanto para os assentos dianteiros como traseiros, tanto do lado esquerdo como do lado direito. Além disso, a posição alta da asa providessome sombra e abrigo do sol e chuva durante o carregamento e pré-voo.

Visibilidade da Asa Alta vs. Asa Baixa

A boa visibilidade externa é um aspecto frequentemente subvalorizado na seleção de uma aeronave de treinamento. Uma série de manobras de treinamento requer que os alunos pilotos rastreiem visualmente um ponto no solo e todos os pilotos devem estar constantemente procurando por tráfego, particularmente quando manobrando em áreas de treinamento movimentadas e lotadas.

Aéreo de asa alta para oferecer a vantagem de uma excelente visibilidade para baixo, o que é útil para a prática de voo e para o treinamento de referência de manobras no solo.

Em contraste, as aeronaves de asas baixas oferecem uma visibilidade ascendente e frontal menos restrita, o que ajuda a simplificar as varreduras de tráfego. Os pilotos devem aprender a compensar os “pontos cegos” inerentes à configuração de asa alta ou baixa que estão voando.

Características de aterrissagem para pilotos de asa alta vs. asa baixa

A diferença mais dramática para novos alunos entre as configurações de aeronaves de asa alta e baixa será experimentada enquanto se aprende a toland. Como discutido acima, aeronaves de asas baixas são mais propensas a flutuar e balançar em efeito de solo durante o roundout e flare quando comparadas a aeronaves de asas altas.

Os pilotos qualificados podem usar este efeito em seu benefício, mas os pilotos estudantes podem achar mais difícil se tornarem proficientes em campo curto, técnicas de aterrissagem de desempenho máximo. O tempo prolongado na atitude de flare também pode tornar as técnicas de aterragem com vento cruzado mais difíceis de dominar, uma vez que a exposição adicional a ventos variáveis e velocidades aéreas requer uma fineza adicional ao aterrar.

Esta tendência para flutuar no flare requer um controle de velocidade preciso para garantir que a aeronave se instale através do efeito de solo e aterrisse no ponto pretendido. As aeronaves de asas altas, pelo contrário, assentarão mais facilmente durante o flare de aterragem, mas isto vem com o risco de que as aproximações a uma velocidade demasiado baixa não beneficiem do efeito de solo “almofada” para salvar uma aterragem dura.

A aeronave de asa alta também tem margem adicional para usar o ângulo de margem durante as aproximações com vento cruzado para gerenciar a deriva da pista em uma aproximação de escorregamento para aterrissar. Tanto as configurações de aeronaves de vento forte como as de asas baixas apresentam desafios únicos, mas nenhum deles é inerentemente mais fácil ou mais difícil de aprender toland.

Voo diário

Talvez os aspectos mais consequentes da comparação entre aeronaves de asas baixas e altas sejam relativos a questões de rotina diárias e normais. Pré-vôo, pós-vôo, carregamento, descarregamento, tamanho da cabine, instalações operacionais, e assim por diante, tudo compreende aspectos de “viver com” uma aeronave de asa alta ou de asa baixa. Quais destes aspectos são positivos ou negativos depende do uso primário da aeronave, e por isso, mais uma vez, não há uma resposta certa para todos os pilotos.

Processo de pré-voo e pós-vôo

O processo de pré e pós-vôo é geralmente comparável, independentemente de onde a asa é montada. Os pilotos procuram ver que os vários componentes da aeronave não estão danificados, o motor, combustível e sistemas de óleo estão em bom estado de funcionamento e que não há sinais óbvios de danos. A localização das asas complica ou simplifica estas tarefas.

As diferenças mais óbvias em pré-voo e pós-vôo para aeronaves de asas altas e baixas são; bombear combustível para verificar a presença de contaminantes, inspecionar o trem de pouso e inspecionar os flaps eailerons.

As aeronaves de asas altas têm a vantagem de permitir que o piloto ande sob a asa com relativo conforto para acessar drenos de combustível, dobradiças e atuadores flap andaileron, e o trem de pouso. Aeronaves de asas baixas requerem que os pilotos se agachem, e mesmo rastejem sob a aeronave a fim de examinar estes componentes.

Para alguns pilotos, dificuldade adicional na condução dessas ações de vôo significa que atenção insuficiente pode ser aplicada ao exame da aeronave em vôo, intencional ou não.

Passageiros de carga

Asaída tocada na entrada e saída de aeronaves de asa alta e baixa no ambiente de treinamento anteriormente, vale a pena considerar o processo de carregamento de passageiros e carga de aeronaves de asa alta e baixa.

Aeronaves de asa alta com portas de carga traseiras tendem a colocar a porta perto ou mesmo sob o rebordo da asa; isto pode tornar o carregamento de carga volumosa ou pesada mais desafiador em comparação com uma aeronave de asa baixa onde a borda da asa não interfira com o carregamento da carga.

Exemplos bons disto são o Beechcraft A36/G36 e o TheCessna 206. Ambos os aviões oferecem cargodoors para carga traseira e acesso de passageiros, mas o Beech Bonanza de asa baixa tem a vantagem de um acesso mais fácil à carga.

Espaço da cabina

Espaço da cabina também pode ser afetado pela localização da asa. Para continuar a comparação entre o A36/G36 Bonanza e o 206 Stationair, o Bonanza tem um espaço de cabeça e ombro mais restrito como resultado da fuselagem superior afunilada, enquanto oStationair retém uma fuselagem superior quadrada devido à alta configuração da asa.

Dependente da missão pretendida da aeronave, qualquer uma das configurações pode servir igualmente bem, mas é um fator a ser considerado ao comparar as duas aeronaves.

Se o volume interior bruto for crítico, as desproporções quadradas de muitas aeronaves de asa alta, por exemplo o Cessna 208B Caravan,maximiza a eficiência volumétrica. Mas se a velocidade de rastreamento é um objetivo mais valioso, as linhas finamente afinadas e estreitas das aeronaves da série Piper M600 podem ser mais apropriadas, apesar do volume interior reduzido.

Após mais uma vez, a missãoúltima da aeronave tem impacto nos requisitos de volume da cabine e, portanto, é contra ou a favor de uma configuração de asa alta ou baixa, dependendo dos requisitos de emissão.

Condições operacionais

Condições operacionais e instalações também desempenham um papel no enviesamento das vantagens e desvantagens das aeronaves de asas altas e baixas. A condição operacional mais comum e talvez reconhecível que conduz a uma preferência por uma asa alta é o voo de pista curta para o interior do país.

Parece-me que todos os projetos otimizados para o backcountry são taildraggers de asa alta que priorizam uma forte visibilidade para baixo, e largas folgas de propulsores. As aeronaves de asa alta também têm a vantagem de afastar a asa dos pneus que podem fundir lama, rochas e cascalho em asas de tecido e pintura.

Para contrastar as vantagens de campo curto e macio das aeronaves de asa alta, as aeronaves de asa baixa no mundo da aviação corporativa dominam. As vantagens estruturais do layout de asas baixas servem para maximizar o volume da cabine e o conforto das aeronaves executivas.

Para aeronaves executivas, numerosos sistemas de aeronaves são encaminhados por baixo do piso da cabine ou fora do vaso de pressão para maximizar o volume disponível na cabine. Além disso, a baixa configuração das asas aciona os motores a serem localizados na fuselagem de popa, reduzindo o risco de ingestão de resíduos de objetos estranhos. Todas essas considerações de projeto ajudam a maximizar o conforto do passageiro, o objetivo final para aeronaves executivas.

Manutenção

Ações de manutenção normal para aeronaves de asa alta e asa baixa são, em grande parte, similares, particularmente no domínio dos pequenos aviões de aviação geral de motores a pistão. A maior parte da atividade de manutenção é focada no motor e componentes elétricos localizados para a frente do firewall, ou dentro do painel de instrumentos. Em ambos os casos, a localização da asa tem pouca importância. Mas quando a manutenção de sistemas mais substanciais se torna necessária, pode haver diferenças práticas entre aeronaves de asa baixa e de asa alta.

As diferenças na dificuldade de manutenção são, em última análise, uma função do tipo de manutenção a ser realizada e que tipo de acesso é necessário.

As tarefas de manutenção que requerem acesso à parte inferior da asa serão menos difíceis e substancialmente mais fáceis em uma aeronave de asa alta. Mas as tarefas que requerem a retirada da aeronave de suas rodas resultam em equipamento substancialmente mais pesado e pesado para a manutenção da mesma aeronave de asa alta.

Acesso aos sistemas de asas é muitas vezes realizado de baixo da asa, assim as ações de manutenção associadas a esses sistemas são determinantes da vantagem ou desvantagem relativa da asa alta ou baixa da aeronave de asa alta. Similarmente, trem de pouso retrátil ou fixo adiciona outra variável à equação de manutenção que pode favorecer ou desfavorecer uma configuração de asa alta ou asa baixa.

Para futuros proprietários ou operadores, uma discussão completa das várias considerações de manutenção específicas de um tipo de aeronave será mais relevante que a localização da asa em si. Se um mecânico de confiança não tiver o equipamento de elevação para manutenção do sistema de engrenagens retráteis dos produtos Cessna de asa alta, uma aeronave de asa baixa de desempenho igualmente forte pode ser mais atraente como uma compra.

A manutenção é um aspecto fundamental da propriedade e operação da aeronave, e se a configuração da asa baixa ou alta é um fator determinante da dificuldade de ações de manutenção regulares para um tipo específico de aeronave, deve-se considerar a adequação da aeronave para as missões desejadas ou necessárias, para que essa manutenção não se torne um desafio para um vôo seguro.

O que é Melhor, Asa Alta ou Asa Baixa?

Em suma, nenhuma das configurações de aeronaves é fundamentalmente melhor do que a outra. As vantagens ou desvantagens relativas das aeronaves de asa alta e baixa existem em relação às exigências do proprietário ou operador, e a principal tarefa para a qual a aeronave é utilizada.

Isso é confirmado pelo exame da composição das várias frotas de aeronaves em uso em diferentes partes do mundo da aviação.

As linhas aéreas têm sido amplamente padronizadas em aeronaves de asa baixa com motores pendurados sob a asa; as aeronaves de negócios são quase universalmente de um projeto de asa baixa com turbo-ventiladores montados na fuselagem de popa, ou turboprops montados nas asas; o mundo da aviação geral é uma mistura de aeronaves de asa baixa e alta, sendo os projetos Cessna de asa alta imediatamente reconhecíveis tão prolíficos quanto os produtos de asa baixa de qualquer outro fabricante.

Em cada uma destas frotas, os ditames operacionais ditam as escolhas de design e as decisões de compra, com as companhias aéreas padronizando os requisitos de infra-estrutura das operações das transportadoras aéreas e a aviação de negócios aproveitando o conforto dos passageiros e as vantagens do design dos sistemas das aeronaves de asa baixa, e a frota de aviação geral expressando mais exigências individuais de cada proprietário e operador.

O país do Alasca e Idaho é dominado pelos arrastões de asas altas Piperand Cessna, enquanto os FBOs do sul da Flórida são morelicamente o lar de elegantes produtos de Cirrus e Mooney e Beechcraft de asas baixas.

Similiarmente, as principais organizações de treinamento de pilotos nos Estados Unidos refletem a inércia organizacional em relação à inércia preferida e estabelecida entre a organização de treinamento e os vários fabricantes, mais do que características de asa alta ou baixa inerentemente superiores.

O projeto aerodinâmico e os requisitos de desempenho para aeronaves específicas têm maior impacto nas diferenças gerais entre projetos de asa alta e asa baixa. Os projetistas tentam produzir características específicas para cada modelo para velocidade, manuseio, carga útil, volume interior e mais, como tal a localização da asa é menos crítica do que as formas aerodinâmicas reais e a seleção do sistema de propulsão.

As vantagens e desvantagens das aeronaves de asa alta e baixa existem em relação às capacidades de desempenho da aeronave e considerações práticas relevantes da tarefa principal da aeronave. Portanto, as melhores características de aeronaves de asa alta ou baixa são um reflexo da missão específica da aeronave.