Bandeira de pipa

Aeronaves essenciais e familiares na experiência comum fazem parte da história da aviação e ainda são um modelo útil para o desenvolvimento de aeronaves sem motor

Em 2008, um grupo de engenheiros japoneses e entusiastas da modelagem projeto Por motivos de interesse científico, o lançamento experimental de uma frota de pipas a partir da Estação Espacial Internacional. O projeto, liderado pelo professor Shinji Suzuki, do Departamento de Aeronáutica e Astronáutica da Universidade de Tóquio, foi posteriormente arquivado e arquivado porque os cientistas não conseguiram rastrear o voo dos aviões ou prever o local de pouso, provavelmente na água. .

A ideia de lançar da estação espacial é uma das mais populares Diz As evidências da existência e popularidade das pipas são um tanto incríveis na história da ciência. Além de serem objetos muito familiares em experiências comuns desde a infância, as pipas têm sido utilizadas há séculos para explicar fenômenos aerodinâmicos e são um assunto Artigos Ciência prática e atual e modelos de referência no desenvolvimento de aeronaves com menor custo e impacto ambiental que as aeronaves, incluindo drones.

A Suzuki desenvolveu o projeto de lançamento espacial em colaboração com Taku Toda, presidente da Japan Kite Association e detentor de vários recordes de kite. Ela o conheceu dez anos antes, em sua primeira corrida de empinar pipa de quase dois metros de altura. torre Museu amador construído no Monte Yunami (663 metros), em Gensekikogen, província de Hiroshima. Toda construiu este modelo de papel inspirado no formato do ônibus espacial Discovery da NASA. Ele nutre a ideia de lançar um do espaço desde 1977, quando a agência usou o Enterprise, um protótipo de ônibus espacial sem motores ou escudo térmico, para realizar testes de voo atmosféricos.

Uma preocupação sobre o projeto de Suzuki e Toda era que a aeronave poderia queimar ao reentrar na atmosfera, uma possibilidade que os autores esperavam reduzir usando papel resistente ao calor e um revestimento protetor de silicone. Em seus planos, eles escaparão por um período indeterminado, de uma semana a vários meses, antes de retornarem à Terra. Este será o voo de pipa mais longo de todos os tempos.

A outra dúvida – e a principal razão pela qual nada foi feito, para além das razões orçamentais – dizia respeito às limitadas possibilidades de seguir a trajectória dos aviões, que evidentemente não conseguiam transportar os instrumentos adequados para o efeito. Não havia como saber se e onde pousariam: então decidiu-se escrever em diferentes idiomas em cada avião um pedido de contato com o grupo de busca japonês. Mas também dado que 70% da superfície da Terra está coberta de água, a maioria das aeronaves provavelmente nunca será recuperada.

Toda é uma figura bastante conhecida entre os entusiastas do kite: ele carrega registro O recorde mundial de voo de pipa (29,2 segundos) foi estabelecido em 2010. Mas há outros recordes, como o da maior distância (88 metros), Estabelecido Em 2022, por três jovens engenheiros aeronáuticos americanos da Universidade de Ciência e Tecnologia do Missouri. E o formato, o peso e as dimensões da aeronave podem mudar muito dependendo do alvo.

Embora tenha sido discutido o suficiente comum A ideia da origem das pipas remonta aos primeiros modelos construídos na China no século V aC. Porém, é possível que esses protótipos antigos, feitos de bambu ou linho, se parecessem mais com pipas modernas. Outras fontes Eles discutem Os conceitos de voo de pipa e aerodinâmica só foram totalmente compreendidos muitos séculos depois. Eles citam como exemplos principais estudos de papel e modelos deornitóptero de Leonardo da Vinci, uma nave de bater asas projetada para funcionar imitando o movimento das asas de um pássaro.

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Mais tarde, o engenheiro e aviador inglês do século XIX, George Cayley, desenvolveu as primeiras máquinas modernas adequadas para voar, estudando a sua mecânica e aerodinâmica, começando com modelos em escala feitos de papel e madeira balsa. “Ele foi o primeiro a relatar a ideia de que a sustentação das asas que sustentam a aeronave para um vôo estável deve ser maior ou igual ao peso da aeronave.” Ele disse para a revista Mecânica Popular Jonathan Ridley é um engenheiro inglês e pesquisador aeroespacial da Solent University, no Reino Unido.

Até as pipas comuns eram feitas para diversão, embora seus formatos fossem diferentes daqueles que imaginamos hoje. Eles podem Já existia antes do primeiro voo dos irmãos Wright, no avião que em 17 de dezembro de 1903 permaneceu no ar por 12 segundos, e percorreu cerca de 36 metros. Mais de um século depois daquele voo, que os irmãos Wright também fizeram com protótipos de papel, hoje, por sua praticidade e leveza, as pipas ainda são um modelo útil para entusiastas da aviação e também para engenheiros que estudam a resistência do ar em pequenas aeronaves, como drones.

O jogador de futebol húngaro Adam Lange lança uma pipa para fora do campo durante uma partida da Liga das Nações contra a Alemanha, em Leipzig, em 23 de setembro de 2022 (Alexander Hasenstein/Getty Images)

em um Estádio Publicado em 2022 na revista Revista de Mecânica dos Fluidos Um grupo de pesquisa americano da Universidade de Nova York e da Universidade Cornell estudou a mecânica do voo de pipa e estudou novas maneiras de obter um voo estável. Parte do trabalho foi realizado em um laboratório dedicado na Universidade Cornell, dirigido pela física americana e coautora do estudo Jane Wang e sua colega Liv Restrov. Envolveu a análise de dados de voo após cada lançamento e a aplicação de pesos para mudar a atitude da aeronave.

O objetivo dos autores é que tais estudos possam ajudar a melhorar a compreensão das características de voo de objetos leves: um tipo de conhecimento com diversas aplicações práticas que pode ser usado no futuro para construir drones em miniatura e outras pequenas aeronaves sem motor. Mesmo sem estes desenvolvimentos potenciais, os dados obtidos através desta investigação podem esclarecer alguns princípios aerodinâmicos básicos importantes.

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Funciona em todos os aviões em vôo Quatro poderes: sustentação, peso, resistência e, em carros, propulsão (ou tração). A sustentação é a força aerodinâmica gerada pelo movimento para frente de um objeto através de um fluido, neste caso o ar. O peso é a força oposta, a gravidade, que puxa o avião em direção ao solo. Empuxo é a força produzida pelo motor ou hélices da aeronave, faltando no caso da pipa que avança apenas no lançamento inicial. Arraste é a força de atrito de uma aeronave enquanto ela se move no ar, geralmente o oposto de seu movimento.

como explicar de Mecânica Popular A principal diferença aerodinâmica entre aviões e pipas é o formato das asas. Nas aeronaves, a borda de ataque é arredondada de uma forma que permite que o ar que flui sobre a asa se mova mais rápido do que o ar que flui sob ela, e isso gera sustentação (a força que a mantém no ar). Nas folhosas, o formato da asa é plano e o ar não flui ao redor da asa de maneira uniforme: cria-se um pequeno vórtice que altera as características aerodinâmicas da aeronave, tornando o vôo menos previsível, mas ainda tendo um certo quantidade de movimento. Estabilidade normal, pelo menos em princípio.

O principal objetivo teórico do trabalho do grupo de pesquisa foi determinar quais ajustes deveriam ser feitos, para obter um planeio estável, no centro de equilíbrio de um planador (uma aeronave sem motor que se mantém em vôo graças à aerodinâmica interação das superfícies das asas). O centro de equilíbrio está no ponto onde a aeronave, se suspensa no ar, fica perfeitamente equilibrada. Para ajustar o centro de equilíbrio do avião, a equipe de pesquisa utilizou tiras de folha de cobre, colocando-as em diferentes pontos para estudar os diferentes efeitos no voo de tempos em tempos.

Se os pesos fossem colocados próximos ao centro da placa utilizada para construir a aeronave, ela cairia ao solo em uma trajetória incontrolável. Se os pesos forem colocados muito à frente, os aviões descerão rapidamente. O grupo descobriu então que o deslizamento estável era conseguido colocando pesos em algum lugar entre o centro e a borda externa frontal do papel. Eles consideraram esta descoberta importante porque, ao contrário de outras descobertas de pesquisas anteriores, a pipa também era capaz de se corrigir se fosse perturbada durante o voo.

Nos últimos anos, o ritmo de investigação e desenvolvimento na área dos planadores acelerou face à crescente procura por meios mais baratos e menos poluentes do que as aeronaves convencionais. Em 2017, a empresa Otherlab, com sede em São Francisco, trabalhou em um programa para construir um avião à vela Cardboard após obter financiamento da DARPA, agência governamental do Departamento de Defesa dos EUA responsável pelo desenvolvimento de novas tecnologias para uso militar.

O objetivo declarado era construir pequenos veículos de materiais biodegradáveis ​​capazes de transportar sangue, vacinas ou outras cargas vitais em áreas inacessíveis por outros meios de transporte. Pequenos planadores feitos de papelão prensado, equipados com microcomputador de bordo, seriam lançados de uma aeronave e direcionados aos locais de destino. Embora o projeto tenha sido arquivado há muito tempo, a ideia de desenvolver aeronaves pequenas e sem motor ainda é relativamente popular.

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