Aeronaves compostas: 4 aeronaves compostas populares construídas até o momento

Os materiais percorreram um longo caminho desde que os Irmãos Wright voaram pela primeira vez em asas que consistiam em tecido de musselina envolvido numa estrutura de madeira curvada a vapor.

Madeira e tecido permaneceram os principais materiais de construção durante a Primeira Guerra Mundial. As estruturas eram reforçadas com arame para que o avião mantivesse sua forma.

Mas madeira e tecido não são materiais muito duráveis e aqueles aviões eram difíceis de manter, especialmente quando expostos aos elementos. Então, durante o período entreguerras, os fabricantes gradualmente passaram para a construção metálica. Isso geralmente significava uma estrutura de alumínio coberta com chapas de alumínio rebitadas.

Um exemplo perfeito de inovação em tempos de paz é o Boeing P-26 Peashooter, o primeiro avião de caça monoplano todo em metal dos Estados Unidos.

Com algumas exceções, como o Spruce Goose de madeira, o metal tem sido o material de escolha desde a Segunda Guerra Mundial.

No entanto, com os avanços tecnológicos, mais fabricantes estão incorporando materiais compósitos em seus projetos, e alguns designers estão construindo aviões inteiros com materiais compósitos. Neste artigo, você aprenderá sobre quatro aeronaves compósitas populares, três das quais são designs experimentais de nicho e uma é um avião acrobático em produção.

Mas, primeiro, o que são materiais compósitos afinal?

Os Três Grandes: Carbono, Vidro e Kevlar

Essencialmente, um material compósito é um material composto por mais de dois ou mais materiais constituintes.

Sim, sabemos que não se deve usar uma palavra em sua definição.

Talvez exemplos ajudem.

O concreto armado, com sua mistura de cimento e aço, é um material compósito.

A madeira compensada, embora seja principalmente madeira, é tecnicamente compósita. É mantida unida com cola e frequentemente projetada com mais de um tipo de madeira.

Na aviação, os materiais compósitos são geralmente plásticos reforçados com fibra. A fibra é Kevlar, fibra de carbono ou fibra de vidro embebida em uma resina plástica. Muitas vezes, os materiais são laminados, ou empilhados em camadas, e unidos para força adicional. E, à medida que a resina plástica cura, a estrutura se torna quase tão dura quanto uma rocha.

A construção naval adotou materiais compósitos como seu método de construção preferido há anos. Afinal, a maioria de nós já esteve em um barco de fibra de vidro, mesmo que não tenhamos apreciado totalmente sua construção compósita na época.

A indústria da aviação está apenas começando a se adaptar aos compósitos.

A Airbus orgulha-se de que seu novo A350 XWB é quase metade de materiais compósitos, principalmente plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP), incluindo a maior parte das asas da aeronave. O CFRP oferece uma melhor relação resistência-peso do que o metal.

Além disso, o Boeing 787 é cerca de 50 por cento compósito em peso e 80 por cento se medido por volume.

No mundo da aviação geral, as aeronaves Cirrus são moldadas em fibra de vidro e fibra de carbono. Isso permite uma forma mais suave e aerodinâmica do que a construção tradicional de pele sobre estrutura.

A construção em compósitos tem suas desvantagens. Ao contrário do alumínio, os materiais precisam curar, o que pode atrasar a construção em uma instalação de produção em massa. E os custos iniciais da fibra de carbono, por exemplo, são mais altos do que os do alumínio.

No entanto, o uso de materiais mais leves e duráveis resulta em economia de combustível e manutenção.

Aeronaves espaciais e outros experimentos

Duas grandes vantagens dos materiais compósitos são a facilidade de construção e as superfícies lisas e aerodinâmicas.

Ambos os atributos tornam os materiais compósitos vantajosos para construtores experimentais. Afinal, você não quer contratar uma equipe de soldadores e gastar muita mão de obra em um projeto único que pode não funcionar. É mais fácil e mais econômico usar compósitos ao experimentar novos designs inovadores.

O engenheiro aeroespacial Burt Rutan, fundador da Scaled Composites, com sede em Mojave, Califórnia, credita os materiais compósitos ao sucesso de sua empresa, produzindo novas aeronaves incomuns e futuristas em curtos prazos.

Entre eles estão:

Scaled Composites ATTT: Na década de 1980, uma agência do Departamento de Defesa dos EUA chamada DARPA pediu a Rutan para construir uma aeronave de decolagem e pouso curtos (STOL) para transportar tropas para dentro e para fora do perigo, algo entre um helicóptero e um avião de carga.

A DARPA é um excelente exemplo do amor do governo por siglas, e significa Defense Advanced Research Projects Agency (Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa). A agência é responsável pelo desenvolvimento de novas tecnologias militares.

Usando fibra de vidro e fibra de carbono, Rutan construiu um avião em escala de 60% para fins de prova de conceito. O avião era uma aeronave de asa em tandem, turboélice dupla com cauda em T, chamada Advanced Technology Tactical Transport (ATTT, ou AT3). A Scaled Composites realizou 51 voos de teste em 1987. Em 1988, Rutan reconstruiu o avião com duas fuselagens.

A DARPA perdeu o interesse no projeto e o avião agora está armazenado na Base Aérea de Edwards.

Scaled Composites VSS Enterprise: Se você conhece esta aeronave, provavelmente a conhece como a primeira SpaceShipTwo. Construída pela Scaled Composites, esta aeronave espacial suborbital era de propriedade e operada pela Virgin Galactic de Richard Branson, um bilionário empresário, subsidiária do Virgin Group que testava a viabilidade do turismo espacial, transportando passageiros a uma altitude de 328.000 pés.

Os planos previam uma nave-mãe construída pela Scaled Composites, VMS Eve, também chamada WhiteKnightTwo, para levar a VSS Enterprise a altas altitudes, de onde a SpaceShipTwo se desprenderia e acionaria seus motores de foguete, impulsionando-se para o espaço próximo.

Os voos de teste começaram em outubro de 2010, mas a VSS Enterprise nunca alcançou seu objetivo final de transportar passageiros para o espaço.

No Halloween de 2014, a VSS Enterprise desintegrou-se sobre o deserto de Mojave durante um voo de teste e eventualmente caiu, matando o copiloto Mike Alsbury e ferindo gravemente o piloto Pete Siebold. O acidente ocorreu após 13 segundos de voo movido a foguete, quando a VSS Enterprise se aproximava de Mach 1, a cerca de 50.000 pés de altitude. O National Transportation Safety Board identificou tanto o erro humano quanto salvaguardas de design inadequadas como fatores contribuintes.

Scaled Composites VMS Eve: A VMS Eve é a aeronave transportadora, ou nave-mãe, que leva a aeronave espacial VSS Unity SpaceShipTwo da Virgin Galactic para o ar para um lançamento em alta altitude. Enquanto VSS significa Virgin Space Ship, VMS significa Virgin Mother Ship. E Eve? Esse é o nome da falecida mãe de Richard Branson, proprietário da Virgin.

A VMS Eve também é conhecida como WhiteKnightTwo. Construída pela Scaled Composites, possui duas fuselagens e quatro motores a jato. Em voo, a SpaceShipTwo fica pendurada na asa entre as duas fuselagens. A VMS Eve voou pela primeira vez em 21 de dezembro de 2008. Ela permanece no Spaceport da Virgin Galactic no Novo México.

A Virgin afirma estar perto de transportar passageiros para o espaço.

A aventura pode ser sua pelo custo de um bilhete, apenas $250.000.

Sinta as Forças G

Assim como a Scaled Composites, a Game Composites é outra designer e construtora que mergulhou de cabeça no mundo dos materiais compósitos.

A diferença é que, até agora, a Game construiu um avião, o GB1 Gamebird de fibra de carbono, e embora seja único, não é uma estranheza da era espacial como algumas das produções da Scaled.

GB1 Gamebird: O GB1 foi projetado pelo alemão Phillip Steinbach e fabricado sob um acordo de licença com a Game Composites, fundada em Arkansas em 2013. Steinbach fundou a Game Composites com Steuart Walton, neto de Sam Walton, fundador do Walmart.

O Gamebird de fibra de carbono é construído para acrobacias, um biplace em linha, como um caça a jato, com o piloto sentado na parte de trás. É impulsionado por um Lycoming de seis cilindros e 303 hp e capaz de velocidades de até 235 nós.

O GB1 pesa apenas 1.300 libras a seco. A taxa de subida ao nível do mar é de incríveis 2.600 pés/min.

Cada GB1 é montado a partir de 330 peças de fibra de carbono e depois assado a 200 graus para que tudo cure junto. A fibra de carbono também pode suportar impactos. Steinbach diz que ela aguenta 19 Gs sem falha estrutural. Em voo real, o avião é capaz de mais e menos 10 Gs e mais de 400 graus de rolagem por segundo.

Em outras palavras, não é para os fracos de coração.

O Gamebird obteve seu certificado de produção da FAA em 2019, e a empresa planeja aumentar a produção. Os preços começam em $400.000.

O futuro dos compósitos na aviação

Espere ver os materiais compósitos continuarem a crescer na aviação.

Em 2015, a NASA estabeleceu uma parceria público-privada para pesquisar e desenvolver materiais compósitos na indústria da aviação.

As previsões de mercado para empresas de compósitos que trabalham na aviação são majoritariamente positivas, especialmente com o surgimento de novos processos.