Engenharia aeroespacial
Engenharia aeroespacial , também chamado Engenharia aeronáutica, ou engenharia astronáutica , Campo de Engenharia preocupada com o design, desenvolvimento, construção, teste e operação de veículos que operam na atmosfera da Terra ou no espaço sideral. Em 1958, a primeira definição de engenharia aeroespacial apareceu, considerando a atmosfera da Terra e o espaço acima dela como um único reino para o desenvolvimento de veículos de vôo. Hoje mais abrangente a definição aeroespacial tem comumente substituído os termos engenharia aeronáutica e engenharia astronáutica.
O projeto de um veículo de vôo exige um conhecimento de muitos engenheiros disciplinas . É raro que uma pessoa execute toda a tarefa; em vez disso, a maioria das empresas tem equipes de projeto especializadas em ciências da aerodinâmica, sistemas de propulsão, projeto estrutural, materiais, aviônica e sistemas de estabilidade e controle. Nenhum projeto único pode otimizar todas essas ciências, mas existem projetos comprometidos que incorporam as especificações do veículo, disponíveis tecnologia , e viabilidade econômica.
História
Engenharia aeronáutica
As raízes da engenharia aeronáutica podem ser atribuídas aos primeiros dias da engenharia mecânica, aos conceitos dos inventores e aos estudos iniciais da aerodinâmica, um ramo da física teórica. Os primeiros esboços de veículos de vôo foram desenhados por Leonardo da Vinci, que sugeriu duas idéias de sustentação. O primeiro foi um ornitóptero, um voador máquina usando asas batendo para imitar o vôo dos pássaros. A segunda ideia era um parafuso aéreo, o antecessor do helicóptero. O vôo tripulado foi realizado pela primeira vez em 1783, em um ar quente balão desenhado pelos irmãos franceses Joseph-Michel e Jacques-Étienne Montgolfier. A aerodinâmica se tornou um fatorvoo de balãoquando um sistema de propulsão foi considerado para movimento para a frente. Benjamin Franklin foi um dos primeiros a propor tal ideia, o que levou ao desenvolvimento do dirigível . O balão movido a energia foi inventado por Henri Gifford, um francês, em 1852. O invenção de veículos mais leves que o ar ocorreu independentemente do desenvolvimento de aeronaves. O avanço no desenvolvimento de aeronaves veio em 1799 quando Sir George Cayley, um barão inglês, desenhou um avião incorporando uma asa fixa para sustentação, uma empenagem (consistindo em superfícies de cauda horizontais e verticais para estabilidade e controle) e um sistema de propulsão separado. Como o desenvolvimento de motores era virtualmente inexistente, Cayley voltou-se para planadores, construindo o primeiro bem-sucedido em 1849. Os voos planados estabeleceram uma base de dados para aerodinâmica e design de aeronaves. Otto Lilienthal, um cientista alemão, registrou mais de 2.000 deslizes em um período de cinco anos, começando em 1891. O trabalho de Lilienthal foi seguido pelo aeronauta americano Octave Chanute, amigo dos irmãos americanos Orville e Wilbur Wright, os pais da tripulação moderna voar.
Após o primeiro vôo sustentado de um veículo mais pesado que o ar em 1903, o irmãos Wright refinou seu design, eventualmente vendendo aviões para o Exército dos EUA. O primeiro major impulso ao desenvolvimento de aeronaves ocorrido durante a Primeira Guerra Mundial, quando as aeronaves foram projetadas e construídas para missões militares específicas, incluindo ataque de caça, bombardeio e reconhecimento. O fim da guerra marcou o declínio das aeronaves militares de alta tecnologia e a ascensão do transporte aéreo civil. Muitos avanços no setor civil foram devido às tecnologias obtidas no desenvolvimento de aeronaves militares e de corrida. Um projeto militar bem-sucedido que encontrou muitas aplicações civis foi o barco voador Curtiss NC-4 da Marinha dos EUA, movido por quatro motores V-12 Liberty de 400 cavalos. No entanto, foram os britânicos que abriram o caminho na aviação civil em 1920 com um transporte Handley-Page para 12 passageiros. Aviação cresceu depois Charles A. Lindbergh voo solo através do oceano Atlântico em 1927. Avanços na metalurgia levaram a melhores relações resistência-peso e, juntamente com um design monocoque, permitiram que as aeronaves voassem mais longe e mais rápido. Hugo Junkers, um alemão, construiu o primeiro monoplano totalmente metálico em 1910, mas o projeto não foi aceito até 1933, quando o Boeing 247-D entrou em serviço. O projeto bimotor deste último estabeleceu a base do transporte aéreo moderno.
O advento do avião movido a turbina mudou drasticamente a indústria de transporte aéreo. A Alemanha e a Grã-Bretanha estavam desenvolvendo simultaneamente o motor a jato, mas foi um Heinkel He 178 alemão que fez o primeiro vôo a jato em 27 de agosto de 1939. Embora a Segunda Guerra Mundial acelerasse o crescimento do avião, o avião a jato não foi introduzido no serviço até 1944, quando o britânico Gloster Meteor tornou-se operacional, logo seguido pelo alemão Me 262. O primeiro jato americano prático foi o Lockheed F-80, que entrou em serviço em 1945.
Após a Segunda Guerra Mundial, as aeronaves comerciais continuaram a usar o método de propulsão mais econômico da hélice. O eficiência do motor a jato foi aumentado e, em 1949, o britânico de Havilland Comet inaugurou o voo comercial de transporte a jato. O Comet, no entanto, experimentou falhas estruturais que restringiram o serviço, e foi somente em 1958 que o muito bem-sucedido transporte a jato Boeing 707 começou a voos transatlânticos sem escalas. Embora os projetos de aeronaves civis utilizem a maioria dos novos avanços tecnológicos, as configurações de transporte e aviação geral mudaram apenas ligeiramente desde 1960. Por causa da escalada dos preços do combustível e do hardware, o desenvolvimento de aeronaves civis tem sido dominado pela necessidade de operação econômica.
Melhorias tecnológicas em propulsão, materiais, aviônica e estabilidade e controles permitiram que as aeronaves aumentassem de tamanho, transportando mais carga com mais rapidez e por distâncias mais longas. Embora as aeronaves estejam se tornando mais seguras e eficientes, agora também são muito complexas. As aeronaves comerciais de hoje estão entre as conquistas de engenharia mais sofisticadas da atualidade.
Aviões comerciais menores e mais econômicos estão sendo desenvolvidos. O uso de motores a turbina na aviação geral leve e aeronaves de passageiros está sendo explorado, juntamente com sistemas de propulsão mais eficientes, como o conceito propfan. Usando sinais de comunicação por satélite, os microcomputadores a bordo podem fornecer navegação de veículos mais precisa e sistemas de prevenção de colisões. A eletrônica digital acoplada a servo-mecanismos pode aumentar a eficiência, fornecendo aumento da estabilidade ativa dos sistemas de controle. Novos materiais compostos proporcionando maior redução de peso; aeronaves baratas para um homem, leves e não certificadas, denominadas ultraleves; e combustíveis alternativos, como etanol, metanol, sintético combustível de depósitos de xisto e carvão e hidrogênio líquido estão sendo explorados. Aeronaves projetadas para decolagens e aterrissagens verticais e curtas, que podem pousar em pistas um décimo do comprimento normal, estão sendo desenvolvidas. Veículos híbridos como o rotor de inclinação Bell XV-15 já combinam as capacidades vertical e de flutuação do helicóptero com a velocidade e eficiência do avião. Embora as restrições ambientais e os altos custos operacionais tenham limitado o sucesso do transporte civil supersônico, o apelo da redução do tempo de viagem justifica o exame de uma segunda geração de aeronaves supersônicas.
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Testemunhe o X1-E decolando com um B-29 da Base da Força Aérea de Edwards, Califórnia, Força Aérea dos EUA X1-E decolando com um B-29 da Base da Força Aérea de Edwards na Califórnia, c. 1947. Em 14 de outubro de 1947, voando um X-1, o Capitão Chuck Yeager se tornou o primeiro piloto a exceder a velocidade do som, ou quebrar a barreira do som. Coleção de filmes de aeronaves de pesquisa da NASA / Dryden Veja todos os vídeos para este artigo
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Testemunhe o lançamento de um X-15 sob uma nave-mãe B-52 da Força Aérea dos EUA Um X-15 lançado sob uma nave-mãe B-52 da Força Aérea dos EUA, c. 1960s. Coleção de filmes de aeronaves de pesquisa da NASA / Dryden Veja todos os vídeos para este artigo
O uso de motores de foguete para propulsão de aeronaves abriu um novo domínio de vôo para o engenheiro aeronáutico. Robert H. Goddard, um americano, desenvolveu, construiu e voou o primeiro foguete de propelente líquido bem-sucedido em 16 de março de 1926. Goddard provou que o vôo era possível a velocidades maiores do que a velocidade do som e que os foguetes podem funcionar no vácuo. O maior impulso no desenvolvimento de foguetes veio em 1938, quando o americano James Hart Wyld projetou, construiu e testou o primeiro motor de foguete líquido refrigerado por regeneração dos EUA. Em 1947, o motor de foguete da Wyld acionou o primeiro motor supersônico pesquisa aeronave, o Bell X-1, pilotado pelo capitão da Força Aérea dos Estados Unidos, Charles E. Yeager. O vôo supersônico ofereceu ao engenheiro aeronáutico novos desafios em propulsão, estruturas e materiais, aeroelasticidade de alta velocidade e aerodinâmica transônica, supersônica e hipersônica. A experiência adquirida nos testes X-1 levou ao desenvolvimento do X-15 avião-foguete de pesquisa, que realizou quase 200 voos em um período de nove anos. O X-15 estabeleceu um extenso banco de dados em transônica e vôo supersônico (até cinco vezes a velocidade do som) e revelou informações vitais sobre a atmosfera superior.
O final dos anos 1950 e 1960 marcaram um período de intenso crescimento para a engenharia astronáutica. Em 1957, a U.S.S.R. orbitou Sputnik Eu, o primeiro satélite artificial do mundo, que desencadeou um exploração espacial corrida com os Estados Unidos. Em 1961, o presidente dos EUA, John F. Kennedy, recomendou ao Congresso que assumisse o desafio de pousar um homem na Lua e devolvê-lo em segurança à Terra até o final da década de 1960. Este compromisso foi cumprido em 20 de julho de 1969, quando os astronautas Neil A. Armstrong e Edwin E. Aldrin, Jr. pousaram na lua.
A década de 1970 começou o declínio dos voos espaciais tripulados dos EUA. A exploração da Lua foi substituída por viagens não tripuladas a Júpiter, Saturno e outros planetas. A exploração do espaço foi redirecionada da conquista de planetas distantes para fornecer uma melhor compreensão do ser humano meio Ambiente . Os satélites artificiais fornecem dados relativos a formações geográficas, movimentos oceânicos e atmosféricos e comunicações mundiais. A frequência dos voos espaciais dos EUA nas décadas de 1960 e 1970 levou ao desenvolvimento de um ônibus espacial reutilizável de baixa altitude orbital. Conhecido oficialmente como Sistema de Transporte Espacial, o ônibus espacial fez vários voos desde seu lançamento inicial em 12 de abril de 1981. Ele tem sido usado para fins militares e comerciais ( por exemplo. implantação de satélites de comunicações).
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