Aerofólio

Um aerofólio ^{(português brasileiro)} ou perfil alar ^{(português europeu)} é uma secção bidimensional projetada para provocar variação na direção da velocidade de um fluido. A reação do fluido sobre o aerofólio (ou simplesmente fólio) devido a variação na quantidade de movimento é uma força(ver Lei de Newton), que será decomposta em ângulos normais a direção de seu movimento.

Esquema das quatro forças da aerodinâmica, atuando na asa de um avião.

Aplicações

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 do Estol (Stall).

Em automóveis o emprego do aerofólio acaba sendo essencial em carros de corrida. Quando o ar escoa pela carroceria curvada ocasiona uma queda de velocidade e pressão na parte posterior do carro e um aumento de rachadura na parte frontal. Devido ao escoamento estar sendo acelerado na parte inferior, é gerada também uma repressão ao tráfego.Predefinição:Esclarecer Deve ser percebido que quanto maior a proximidade do veículo com o chão, maior é a depressão.Predefinição:Esclarecer A diferença de pressão entre as duas superfícies gera a força de sustentação, induzindo o carro a abaixar a frente e perder aderência na rodas traseiras. Para compensar esse efeito, utiliza-se uma asa em cima da roda traseira cuja resultante seja uma força em direção ao solo.

Escoamento em torno do aerofólio

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 ponte onde ocorre a menor pressão normalmente é chamado de pico de sucção, e a intensidade do pico está extremamente correlacionada com o estol.

Estol

Estol ^{(português brasileiro)} ou perda ^{(português europeu)} (em inglês: stall) descreve um fenómeno 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 as partículas se descolam 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.

Perfil do aerofólio

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)

Benefícios nos automóveis de passeio

Aerodinamicamente, em carros de passeio, o aerofólio não possui vantagem nenhuma pois estes são projetados e limitados para faixas de velocidade onde não haja influência da força de sustentação na estabilidade do veículo, ou seja, a relação força de sustentação/peso é muito baixa. Portanto sua aplicação é restrita a benefícios estéticos, dando um ar de esportividade e agressividade.

Na Fórmula 1, a asa "invertida" montada sobre os eixos dianteiro e traseiro geram força de sustentação, mas o sentido desta força gerada é o de empurrar as rodas para o chão. Desta forma, adicionando-se carga aos eixos do carro, a aderência entre pneu e asfalto aumenta. Isto ocorre pois esta aderência é função do coeficiente de atrito entre as partes (mantido constante) e a força normal resultante (aumentada com o efeito do aerofólio). A vantagem da utilização do aerofólio quando comparado a adição de massa é que, pela razão óbvia, diminui-se a relação peso/potência. É percebido esta pressão em circuitos, principalmente em curvas onde que age não obtendo "perda de traseira" se estivesse sem o mesmo.