O que é o “Centro de Pressão”?

A força aerodinâmica (parte da qual é o Elevador) nada mais é do que a soma de todas as forças aerodinâmicas individuais que atuam na superfície da estrutura da aeronave. Em cada pequeno micrômetro quadrado da superfície da aeronave, o ar está empurrando a fuselagem. Ele está empurrando com alguma força igual à pressão atmosférica normal naquele ponto ($ lbs / inch ^ 2) $ vezes a área da superfície daquela minúscula seção. Todas essas minúsculas forças aerodinâmicas empurram a superfície da aeronave em uma direção normal (perpendicular) à superfície.

Para tornar as coisas mais simples (para cálculos e explicações), engenheiros e instrutores de vôo, somam artificialmente todas essas minúsculas forças individuais em uma força total. Isso é feito adicionando (vetorialmente) todas as forças individuais em um único vetor de força total, que, se fosse a única força atuando na célula, criaria, teoricamente , exatamente a mesma força total e momento rotacional que todas as pequenas forças reais realmente produzem. Esta força artificial total é então dividida, novamente artificialmente, em dois componentes, um que é normal (perpendicular) ao vetor da trajetória de vôo da aeronave (é o que chamamos de Lift ), e um é paralelo ao caminho de voo (é isso que chamamos de Drag ). Ambos podem ser considerados como agindo pelo mesmo ponto em que o vetor de força total foi calculado para agir.

Para quê? Este é o ponto na fuselagem, onde. se fosse trancado naquele ponto, as forças aerodinâmicas seriam equilibradas em torno dele e não produziriam nenhum momento de rotação. isto é, como colocar um pino através de uma flecha ou o catavento no telhado, se o pino através da flecha ou o eixo do catavento atravessar o centro de pressão, o vento que bate na palheta não causaria um momento de rotação e o catavento não giraria nem se alinharia com o vento. Ficaria ali parado, porque a força (na verdade, o momento) de um lado do centro de pressão seria igual ao momento das forças do outro lado e elas se anulariam mutuamente.

Por que isso é importante? porque em vôo livre, não há pino ou eixo ligado a algo imóvel. Uma aeronave está livre para se movimentar sem restrições. Quando uma força aerodinâmica é aplicada a um corpo que está livre para se movimentar sem restrições, ele girará em torno do seu centro de gravidade. Portanto, se o Centro de Pressão não estiver localizado junto ao centro de gravidade (o que quase nunca é exatamente), então qualquer força aerodinâmica no corpo gerará um momento rotacional (um torque) sobre o CG.

O centro de pressão não é um ponto "onde o elevador é mais concentrado". O centro de pressão tem muito pouca relação com a forma como o elevador é distribuído ao longo da asa (você pode ter exatamente o mesmo centro de pressão para um número infinito de diferentes distribuições de sustentação).

O centro de pressão é a soma matemática de todos os vetores de pressão locais ao longo da superfície da asa inteira. Mas é apenas, mais ou menos, o somatório do pensamento, esse ponto não tem um significado especial em termos de distribuição de tensão (pelo menos não é simples).

Você também pode continuar colocando todos os pontos de pressão locais na equação de movimento e obter exatamente o mesmo resultado. Mas equações com vetores de força muito pequenos seriam desnecessárias e complicadas, e se você não precisa desse nível de complexidade, é mais fácil somar todas as forças com antecedência e usar o valor somado.

Note que se você quiser, por exemplo, calcular tensões dentro da asa, você não pode fazer assim. Você seria forçado a colocar cada ponto de pressão local na análise. Mas, desde que você possa assumir que as asas inteiras sejam sólidas (o que geralmente é uma aproximação aceitável para muitos problemas simples), é mais fácil usar o vetor de sustentação de soma única.

Se você simplesmente somar todos os vetores de pressão fracionária, terá um vetor total de força aerodinâmica. O que é suficiente para saber quão grande força e em qual direção atua no avião. Mas, para poder analisar os efeitos rotacionais, você precisa saber em que ponto essa força total atua (porque o mesmo vetor de força deslocado para um ponto diferente do corpo sólido causará uma rotação diferente). E é aí que entra o centro de pressão, já que é o ponto em que a força aerodinâmica deve agir para afetar o avião (como um todo) pelos mesmos efeitos traducionais e rotacionais que a distribuição real da pressão ao longo da asa. faz.

Você está correto, o Lift age no aerofólio não através de um ponto específico. O CP é o ponto médio, através do qual as forças totais (= soma da pressão superficial desequilibrada) do ato de aerofólio. É usado para ilustrar e simplificar conceitos comuns.