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Projeto de Mecanismos (EMBRAER)
Fev/2012
Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito.
Projeto de Mecanismos
Atividades:
• Concepção de arquitetura de mecanismos
• Elaboração de cinemáticas, trade-offs de mecanismos, estudos de
ergonomia, desenhos de interface e “hinge points”, análise zonal, etc.
• Pré-dimensionamento de sistemas mecânicos (relação de transmissão,
dimensionamento de molas, sistemas de balanceamento, perfis de cames,
mecanismos de 4 barras,etc.)
• Interpretação dos requisitos (p. ex.: homologação) e consolidação em
“produto“
• Detalhamento de peças e definição de interfaces
• Acompanhamento e suporte à testes de desenvolvimento e certificação
• Suporte operacional da frota.
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Projeto de Mecanismos
Aspectos inerentes as atividades:
• Noções de Ergonomia (Flight Control/Portas)
• Avaliação de fatores humanos ligados à projeto
• Aplicação de Lessons learned
• Pré-dimensionamento de sistemas mecânicos
• Filosofia de Análise de falhas
• Mitigação de riscos, avaliação de cenários
• Design for Manufacturing and Assembly (DFMA)
• Engenharia de Análise de Valor
• Benchmarking (Boeing, Airbus, Bombardier, etc.)
• Geometric Tolerancing and Dimensioning (GD&T)
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Título da Apresentação
Projeto de Mecanismos
Tecnologias
Comandos de Vôo
Superfícies de Controle
Portas e Janelas
Trem de Pouso
Diversos
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Comandos de Vôo
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Comandos de Vôo – Funções Primárias
Funções primárias:
• Os mecanismos aplicados em comandos tem como objetivo minimizar os esforços de
seus operadores e viabilizar os movimentos da aeronave na direção desejada
• O profundor ou Elevator (Nose Down) mecanismos que quando acionando o manche no sentido de empurrar o mesmo, tende em baixar o nariz da aeronave resultando no atitude de descida.
• O mesmo mecanismo quando acionado em sentido contrario, ou puxando o manche, tende a levantar o nariz da aeronave resultando na atitude de subida.
• Vemos desta forma simplificada que todos os mecanismos tem como função básica transformar uma ação comandada em uma atitude de movimento.
• Estes movimentos seriam impossíveis de realizar devido ao grande esforço a ser praticado pelos operadores. Porém, graças aos mecanismos utilizados ( Polias, eixos, guinhois, cabos de aço, atuadores, setores, etc... Podemos com um esforço reduzido, direcionar uma aeronave para a rota desejada.
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Comandos de Vôo – Requisitos Básicos
Requisitos Básicos:
• Criar mecanismos simples, leves, confiáveis e robustos que possibilitem
executar movimentos nas superfícies que comandam a aeronave. Estes mecanismos podem ser : mecânicos, elétricos, hidráulicos, devem ser projetado de maneira fácil de instalar.
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Comandos de Vôo – Requisitos Básicos
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Comandos de Vôo – Requisitos Básicos
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Comandos de Vôo – Tipos e Classificação
Tipos de mecanismos:
• Pequenos guinhóis, alavancas de acionamento, fechos de portas, sempre
gerando movimento.
• Mecanismos mais complexos como “quatro barras”, mecanismos de acionamento de portas e trem de pouso, gust lock.
• Mecanismos conjugados são acionados mecanicamente porém atuam válvulas hidráulicas, superfícies de comando etc...
Atuador hidráulico profundor
comando profundor
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Comandos de Vôo
– Cames que conduzem um elemento (rolete) através de uma pista
gerando uma seqüência de movimentos.
– Molas que geram movimentos e carga pré definidas.
– Amortecedores, atuadores hidráulicos, atuadores elétricos e outros.
– Engrenagens de diversos tipos, eixos com roscas para movimento
(Acme, Trapezoidal, dente de serra, quadradas).
Servo Piloto
Automático Atuador Batente
Variável
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Comandos de Vôo – Requisitos Básicos
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Comandos de Vôo – Requisitos Básicos
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Comandos de Vôo - Elementos de Máquinas Aplicados
Elementos mecânicos aplicados:
• Entalhes ou Estriados, transmitem torque com garantia através de dentes
usinados em eixos, guinhóis ou setores de comandos.
• Rolamentos auto alinhaveis, precisão e baixo atrito em transmissão de movimentos
• Pinos e Parafusos de fixação, garantem a união de vários elementos
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Comandos de Vôo - Elementos de Máquinas Aplicados
• Porcas auto frenantes, são porcas de fixação com ação de freno em sua
rosca, ou corpo dimensionado para travamento com cupilha.
• Insertos auto frenantes, são roscas postiças que possuem internamente
alguns filetes deformados provocando ação de freno, normalmente são
usados em peças com resistência mecânica a tração baixa, ( alumínio,
compostos)
• Anel de retenção, pino elástico entre outros também são usados em
retenção de elementos que realizam algum movimento ou contribuem para
isso.
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Superfícies de Controle
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Comandos de Vôo – Funções Primárias
Funções primárias:
– Controle de atitude da aeronave:
• Arfagem (Pitch – eixo transversal);
• Guinada (Yaw – eixo vertical); e
• Rolagem (Roll – eixo longitudinal).
Podem ser:
– Superfícies Primárias:
• Profundores
• Leme
• Ailerons
– Superfícies Secundárias:
• Compensadores;
• Hipersustendadores (Flapes, Slats, Spoilers, etc.)
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Comandos de Vôo
As superfícies primárias controlam a atitude da aeronave nos três eixos principais.
Foram desenvolvidas e aperfeiçoadas nos decorrer dos anos com essa finalidade.
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Comandos de Vôo
PROFUNDORES:
Controlam a aeronave em seu eixo tranversal. São dispositivos articulados
no bordo de fuga do estabilizador horizontal.
A atitude da aeronave, provocada pelo acionamento dos profundores através do movimento da coluna do manche, é chamada de arfagem. Quando comandados para baixo, o movimento resultante é chamado picagem (nariz para baixo) e quando comandado para cima (nariz para cima) é chamado cabragem.
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Comandos de Vôo
LEME:
Controla a aeronave em seu eixo vertical e é articulado na parte traseira do estabilizador vertical.
Ele se movimenta para a esquerda e para a direita, e é controlado pelo piloto através dos pedais.
Numa curva para a esquerda, por exemplo, se a aeronave tende para a direita, uma suave pressão sobre o pedal esquerdo causará ao bordo de fuga do leme defletir para a esquerda, corrigindo essa tendência.
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Comandos de Vôo
AILERONS
Controlam a aeronave em seu eixo longitudinal. São dispositivos articulados no bordo de fuga da asa localizados próximos à ponta desta.
Os ailerons, um em cada semi-asa, se movimentam simultaneamente e em direções opostas. Quando o aileron da semi-asa esquerda sobe, o aileron da semi-asa direita desce e vice-versa.
O diferencial de fluxo de ar gerado por essa movimentação é o responsável pela atitude de rolagem da aeronave.
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Comandos de Vôo
As superfícies secundárias:
• Auxiliam a operação segura das superfícies primárias;
• Reduzem os esforços dos pilotos durante o vôo;
• Permitem melhores condições de operação em determinadas fases do vôo.
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Comandos de Vôo
Compensadores:
São dispositivos auxiliares de controle
cuja finalidade é eliminar tendências indesejáveis de vôo.
Na prática, são pequenas superfícies articuladas nas superfícies de controle que, também, têm a função de compensar o avião em diferentes altitudes e reduzir a carga de trabalho dos pilotos.
Todas as aeronaves possuem compensador nos profundores ou controle do estabilizador, porém, somente as aeronaves mais sofisticadas possuem compensadores nos lemes de direção e ailerons.
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Comandos de Vôo
Flapes:
São empregados como geradores de
sustentação em baixas velocidades. Permitem uma rápida descida sem um aumento de velocidade.
São usados para auxiliar as aeronaves durante a decolagem quando se quer utilizar um mínimo de espaço (pista) com um mínimo de velocidade. Em geral, são instalados no bordo de fuga da asa, próximo à fuselagem.
Eles não podem ser movimentados diferencialmente como os ailerons; movem-se juntos (simetricamente) para baixo, aumentando a curvatura efetiva da asa.
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Comandos de Vôo
“Slats” e “Slots”:
A principal função dos “slats” e dos “slots” é primordialmente a mesma: permitir
um maior ângulo de ataque da asa antes de ocorrer o fenômeno de “stall” (perda de sustentação).
A diferença básica entre eles é que um é fixo (“slot”) e o outro é móvel (“slat”).
Os slots de asa são normalmente instalados no bordo de ataque à frente dos ailerons, pois, se o estol começar na raiz da asa e houver redução significativa da sustentação causando o abaixamento do nariz, ainda haverá um bom fluxo de ar sobre os ailerons e o controle lateral será mantido.
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Comandos de Vôo
Speed Brakes (Freios Aerodinâmicos):
As aeronaves de alto desempenho
precisam, às vezes, reduzir sua velocidade bruscamente enquanto pousam. Dispositivos (painéis) operados hidraulicamente, montados na fuselagem ou na parte superior da asa, podem ser defletidos contra a corrente de ar, para criar uma quantidade excessiva de arrasto reduzindo, assim, a velocidade da aeronave.
Spoilers:
Grandes jatos, às vezes, utilizam painéis
articulados que se elevam da parte superior da asa, para destruir a sustentação naquela área e, dessa forma, aumentar a razão de descida. Os spoilers podem também ter função diferenciada que, juntamente com os ailerons, aumenta o controle lateral a baixas velocidades.
Speed Brake
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Portas e Janelas
Removíveis
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Definição de Portas
Portas, escotilhas, janelas removíveis, painéis de acesso, tampas, etc. no exterior da
fuselagem que não requeiram uso de ferramentas para abrir ou fechar. Incluí também
portas ou escotilhas através de cavernas de pressão no interior da fuselagem.
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Portas&Janelas - Funções Primárias e Secundárias
FUNÇÕES PRIMÁRIAS
• Prover acesso e egresso da cabine/cockpit
• Manter vedação na pressurização da cabine
• Garantir suavidade aerodinâmica
FUNÇÕES SECUNDÁRIAS
• Impedir abertura inadvertida ou intencional durante o vôo
• Evitar pressurização da aeronave acima de 0,5 psi dP caso a porta/janela não estiver devidamente fechada e travada.
• Barreira Balística (Porta de Acesso à Cabine de Pilotagem)
• Etc.
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Requisitos Básicos
Legislação
FAA (Federal Aviation Administration)
FAR§25.783 – Fuselage Doors
EASA (European Aviation Safety
Agency)
CS§25.783 – Fuselage Doors
Práticas Recomendáveis pela Autoridade
de Certificação
Advisory Circulars FAA/AC 25.783-1A
e EASA/AMC 25.783
Requisitos Internos EMBRAER
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Requisitos Básicos
Legislação compreende 8 Parágrafos (a-h) que definem basicamente quatro níveis (camadas) de proteção das portas
– Travamento (Latching)
São os elementos que impedem o movimento relativo da porta em relação a seu enquadramento em qualquer condição de vôo (pressurizado ou não).
– Sobre-Travamento (Locking)
Monitora a posição fechada das travas (latches) e as tranca nesta posição.
– Sistema de Indicação (Visual e Monitoramento Remoto)
Permite visualizar o posicionamento das travas e sobre-travas pelo operador na estação de operação da porta, ao mesmo tempo oferecendo indicação remota nas telas de EICAS da cabine de pilotagem
– Proteção contra Pressurização (Vent Valves ou Vent Flaps)
Último nível, caso haja falha de todos os níveis anteriores, esse sistema evita que a aeronave seja pressurizada acima de 0.5 psi, o que poderia ocasionar danos à porta ou a seu enquadramento caso ela não esteja corretamente fechada.
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Requisitos Básicos
Vent flap
Conjunto de Sobre-travamento
Conjunto de Travamento
Alavanca
Interna Alavanca
Externa
Alavanca da
Sobre-trava
Trava
Trava
Sobre-Trava
Indicação
Visual
Monitoramento Remoto
Trava
Vent Valve
Vent Valve
Vista Externa
Vista Interna
► Travamento
(Latching)
► Sobre-Travamento
(Locking)
► Sistema de
Indicação
► Proteção
contra
Pressurizaç
ão (Vent
Valves ou
Vent Flaps)
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Classificação e Tipos
• Quanto à Dimensão
• Portas Tipo I, II, III e IV
• Portas tipo A,B e C
• Quanto ao Movimento Inicial
• Movimento inicial para dentro. Ex. tampa da panela de pressão
• Movimento inicial para fora.
• Quanto aos Batentes de Pressurização
• Batente contínuo
• Batente discreto
• Quanto à Articulação
• Pivot Lateral (Side Hinged)
• Pivot Interior (Bottom Hinged)
• Corrediça (Slide door)
• Quanto ao evento de abertura inadvertida em vôo
• Perigosas (HAZARDOUS)
• Não Perigosas (NON-HAZARDOUS)
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Classificação e Tipos
• Quanto à Dimensão
• Portas Tipo I, II, III e IV
• Porta tipo Ventral e Cone de
Cauda
• Portas tipo A,B e C
Exemplo: Dimensões Básicas de Portas Tipo I (oversized).
*Dimensões em milímetros
Portas Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Ventral Cone de Cauda Tipo A Tipo B Tipo C
Largura 24 20 20 19 Idem Tipo I Ausente 42 32 30
Altura 48 44 36 26 Idem Tipo I Ausente 72 72 48
Raio Maximo de Canto 8 7 7 6,3 Idem Tipo I Ausente 7 6 10
Degrau Subida 0 10 20 29 Idem Tipo I Ausente 0 0 0
Degrau Descida N/A 17 27 36 Idem Tipo I Ausente N/A N/A N/A
* dimensões em polegadas
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Classificação e Tipos
• Quanto ao Movimento Inicial
• Movimento inicial para dentro:
componente vetorial mínima de
movimentação perpendicular ao
plano médio de pressão, no sentido
contrário a pressurização. Batentes
discreto ou continuo resistem as
cargas de pressurização
• Movimento inicial para fora:
pressurização tende a abrir a porta,
carregando as travas com cargas de
pressurização
Exemplo: Porta de movimento inicial
para dentro com batentes discretos
Componente vetorial de
movimentação contra a
pressurização
Movimento
inicial
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Classificação e Tipos
• Quanto aos Batentes de Pressurização
– Batente contínuo: sobreposição da
estrutura porta sob uma moldura (ou doubler) na fuselagem de sorte que a carga de pressurização é continuamente distribuida ao longo do perímetro da porta
A A
– Batente discreto: ferragens (dedos)
distribuídas simetricamente opostas nas
laterais do enquadramento e da porta
que sustentam pontualmente as cargas
de pressurização
SECTION A-A
Porta Fuselagem
Moldura
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Classificação e Tipos
• Quanto à Articulação
1. Pivot Lateral (Side Hinged),
2. Pivot Superior (Top Hinged)
3. Pivot Inferior (Bottom Hinged)
4. Corrediça (Slide door)
• Quanto ao evento de abertura inadvertida em vôo
• Perigosas (HAZARDOUS):
afetam a aeronavegabilidade da aeronave quando abertas podendo ocasionar um evento catastrófico.
• Não Perigosas (NON-HAZARDOUS): afetam minimamente a aeronavegabilidade quando abertas.
2 1
3 4
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Elementos de Máquinas Aplicados
• Mecanismos de Barras
• 4 Barras
• 6 Barras (Cadeia de Watt)
• Cames
• Molas, amortecedores e atuadores
hidráulicos/elétricos
• Engrenagens
• Cabos,Correntes, Coroas e Polias
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Elementos de Máquinas Aplicados
MECANISMOS DE BARRAS
1. 4 Barras. Ex: Ligação das molas à gás a porta
2. 6 Barras (Cadeia de Watt). Ex: Porta mecânica
de trem de pouso de nariz.
1
2
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Elementos de Máquinas Aplicados
CAMES:
Uso típico em portas para seqüênciamento de
movimentos de travamento e sobre-
travamento e de acionamento da vent flap.
Tipos comumente usados
• Rotacional Roletado Fechado
Ex: ligação vent flap com
mecanismo de sobre-travamento
da porta
• Rotacional Roletado Aberto
Ex: ligação da alavanca principal
com mecanismo de sobre-
travamento da porta
Região Quebra-
gelo
Região de
Ponto Morto
Região
Abertura
Intencional 2
psi
Região de
esmagamento do
selo
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Elementos de Máquinas Aplicados
MOLAS, AMORTECEDORES E ATUADORES
HIDRÁULICOS/ELÉTRICOS
OIL NITROGEN
Mola à gás com amortecedor incorporado
BARRA DE TORÇÃO DE
COMPENSAÇÃO DE PESO
DA PORTA
MOLA HELICOIDAL DE TRAÇÃO DO
SISTEMA DE TRAVAMENTO DA PORTA
AMORTECEDOR DE
VELOCIDADE DA PORTA
MOLA GÁS DE COMPENSAÇÃO E
ABERTURA DA PORTA
MOLA ESPIRAL DE INTERTRAVAMENTO DO
SISTEMA DE TRAVAMENTO DA PORTA
MOLA DE TORÇÃO DE AUXILIO DO
SISTEMA DE GUIDAGEM DA PORTA
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Elementos de Máquinas Aplicados
ENGRENAGENS
Aplicações: Reversão e redução de movimentos
Exemplos:
1. Acoplamento da Alavanca Interna e
Externa (reversão)
2. Ligação de mola de balanceamento à
porta (redução 1:6)
1
2 2
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Elementos de Máquinas Aplicados
Cabos,Correntes, Coroas e Polias
CABO TELEFLEX DO SISTEMA DE
ACIONAMENTO DO TOBOGAN
CORRENTES E COROAS DO
SISTEMA DE ARTICULAÇÃO
LATERAL DA PORTA
CABO DE ACIONAMENTO DA
SOBRE-TRAVA DA PORTA
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Cinemáticas
Porta de Trem de
Pouso de Nariz
Porta Principal com
Escada Embutida
Articulação Virtual
de Porta
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Trem de Pouso
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Trem de Pouso - Funções Primárias e Secundárias
DECOLAR É PASSÍVEL DE UMA DECISÃO, MAS O POUSO É IMINENTE.
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Trem de Pouso - Funções Primárias e Secundárias
FUNÇÕES PRIMÁRIAS
• Dissipar a energia cinética da velocidade vertical no pouso (shock struts)
• Dissipar a energia cinética da velocidade horizontal no pouso (freios)
• Prover direção e estabilidade em manobra no solo
• Permitir a rolagem suave da aeronave na pista durante a decolagem
FUNÇÕES SECUNDÁRIAS
• Prover engate para reboque (towling)
• Garantir suavidade aerodinâmica (trens retráteis)
• Fornecer pontos de amarração/ancoragem em solo
• etc
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Trem de Pouso - Requisitos Básicos
REQUISITOS BÁSICOS
• Suportar velocidade máxima vertical de pouso de 12 pés/segundo (13km/h)
• Projeto “Safe Life”, ou seja, os componentes principais (struts) são dimensionados para durarem a vida toda da aeronave sem substituição.
• Em caso de falha dos atuadores, o trem de pouso deve descer por gravidade (free fall) levando em conta o arrasto aerodinâmico
• Operar nas condições de pista determinadas na especificação da aeronave
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Classificação e Tipos
Classificação
• Quanto à Extensão
• Quanto à Articulação
• Quanto à Posição
• Quanto ao Arranjo das Rodas
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Classificação e Tipos
Quanto à articulação
• Cantilever
Mais comumente usado por razões de
custo e peso. Os absorvedores de
choque resistem à cargas laterais e
arrasto
• Semi Articulado
Mistura de vantagens do
cantilever com articulado
• Articulado Usados quando a distância ao solo é
limitada ou por razões de espaço de
confinamento. Oferecem vantagem de
manutenção pois o absorvedor de
choque pode ser removido para
manutenção. Para pistas
despreparadas, o taxiamento é mais
suave
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Classificação e Tipos
Quanto à Extensão
• Fixos São usados em aeronaves onde a
performance aerodinâmica (arrasto,
alcance e velocidade) não é exigida em
contrapartida ao peso ser mais leve.
• Retráteis Usado na maioria das aeronaves por
resultar numa excelente performance
aerodinâmica (velocidade, arrasto e
alcance)
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Classificação e Tipos
Quanto à Posição
• Trem de Pouso Principal Localizado embaixo da asa ou
fuselagem próximo ao centro de
gravidade da aeronave. Sustentam as
maiores cargas de pouso da aeronave
• Trem de Pouso Auxiliar Responsáveis pelo controle direcional
da aeronave e estabilizam a aeronave
em solo. Podem ser do tipo:
– Triciclo
Localizado no nariz da aeronave
– Bequilha
Localizado na cauda da aeronave
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Classificação e Tipos
Quanto ao Arranjo da Rodas
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Shock Strut
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Vista Isométrica Trem de Pouso Principal
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Diversos
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Airstair EJets
Escada de passageiros
Acionamento eletromecanico
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Instalação de Talhas
Talha Elétrica :
• Usada em aviões de carga
• Equipamento sem manufatura
• Sua instalação exige criatividade em
Mecanismos de instalação.
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Strut Avião Carga
Mecanismo de sustentação
Usado quando é feito o
Carregamento da aeronave
STRUT
Mecanismo usado com a
finalidade de equilibrar a aeronave
quando ocorre o processo de
carregamento de equipamentos
pesados no interior da aeronave.
É posicionado no final da fuselagem
onde está a porta rampa