Velocidade verdadeira

Um indicador de velocidade verdadeira mecânico para uma aeronave. O piloto seleciona a altitude pressão e a temperatura do ar na parte superior utilizando o botão; a agulha indica a velocidade verdadeira na parte inferior esquerda do instrumento

A velocidade verdadeira (TAS; também KTAS, para velocidade verdadeira em nós (knots true airspeed)) de uma aeronave é a velocidade da aeronave em relação à massa de ar na qual ela está voando. A velocidade verdadeira é uma importante informação para uma navegação precisa da aeronave. Tradicionalmente, é medida utilizando um velocímetro analógico, mas pelo fato do Sistema de posicionamento global estar disponível para uso civil, a importância de tais instrumentos diminuiu. Uma vez que a velocidade indicada é um melhor indicador para potência usada e sustentação disponível, a velocidade verdadeira não é utilizada para controlar a aeronave durante nenhuma fase do voo, sendo a velocidade indicada – IAS ou KIAS (knots indicated airspeed) – utilizada. Entretanto, pelo fato da velocidade indicada só ser igual à velocidade verdadeira na atmosfera padrão, um medidor de TAS é necessário para propósitos de navegação em aeronaves que cruzam em ar menos denso. O medidor de IAS indica valores bem próximos à TAS em baixas altitudes e velocidades. Em aviões a jato o medidor de TAS é comumente escondido em velocidades menores que 200 nós (370 km/h). Nenhuma destas velocidades provê uma velocidade sobre o solo, uma vez que os ventos não são considerados.

Desempenho

A TAS é uma medida verdadeira do desempenho da aeronave em cruzeiro, logo é a velocidade listada nas especificações da aeronave, manuais, comparativos de desempenho, relatos de pilotos e todas as situações onde o desempenho em cruzeiro necessita ser medido. É a velocidade que comumente compõe o plano de voo, utilizada também no planejamento de voo, antes de considerar os efeitos do vento.

Erros de velocidade

O velocímetro funciona baseado no ar de impacto que entra através do Tubo de Pitot e ar estático através de uma tomada estática, mostrando o que é chamado de velocidade indicada (em inglês: Indicated airspeed ou IAS). A pressão diferencial é afetada pela densidade do ar. A razão entre ambas as medidas é dependente de temperatura e pressão, de acordo com a Lei dos gases ideais.

Ao nível do mar e em condições ISA, mantendo baixa velocidade onde a compressibilidade do ar é negligível (assumindo uma densidade constante do ar), a IAS corresponde à TAS. Quando a densidade do ar ou temperatura ao redor da aeronave difere das condições ISA, a IAS não irá mais corresponder à TAS, não refletindo desta forma o desempenho real da aeronave. O velocímetro irá indicar menos que a TAS quando a densidade do ar diminui devido a uma mudança na altitude ou temperatura do ar. Por esta razão, a TAS não pode ser medida diretamente. Em voo, pode ser calculada utilizando um computador de voo ou equivalente.

Para baixas velocidades, os dados requeridos são a temperatura do ar estático, a altitude pressão e a IAS (ou a CAS para maior precisão). Acima de cerca de 100 kn (185 km/h), o erro de compressibilidade aumenta significativamente e a TAS deve ser calculada pelo Número Mach. O Mach incorpora os dados acima incluindo também o fator de compressibilidade. Instrumentos em aeronaves modernas utilizam o computador de dados de voo para efetuar estes cálculos em tempo real e apresentar a TAS diretamente na cabine de pilotagem.

Uma vez que as variações de temperatura têm pouca influência, o erro do velocímetro pode ser estimado como sendo cerca de 2% menor que a TAS para cada 1 000 ft (305 m) de altitude acima do nível do mar. Por exemplo, uma aeronave voando a 15 000 ft (4 570 m) nas condições ISA com uma velocidade de 100 kn (185 km/h), está na verdade voando a 126 kn (233 km/h) de TAS.

Uso em cálculos de navegação

Afim de manter a rota no solo desejada enquanto voando através de massas de ar se movendo, o piloto de uma aeronave deve utilizar seu conhecimento sobre velocidade e direção do vento e a velocidade verdadeira para determinar a proa requerida.

Calculando a velocidade verdadeira

Voo em baixas velocidades

Em baixas altitudes e velocidades, a IAS e a CAS são próximas à velocidade equivalente (EAS). A TAS pode ser calculada como sendo uma função da EAS e da densidade do ar:[1]

${\displaystyle \mathrm {TAS} =\mathrm {EAS} {\sqrt {\frac {\rho _{0}}{\rho }}},}$

onde

${\displaystyle \mathrm {TAS} }$ é a velocidade verdadeira,

${\displaystyle \mathrm {EAS} }$ é a velocidade equivalente,

${\displaystyle \rho _{0}}$ é a densidade do ar no nível do mar em condições ISA (15 °C e 1013.25 hectopascal, correspondendo a uma densidade de 1.225 kg/m^3),

${\displaystyle \rho }$ é a densidade do ar no qual a aeronave está voando.

Voo em altas velocidades

A TAS pode ser calculada como uma função do Número Mach e da temperatura do ar estático:

${\displaystyle \mathrm {TAS} ={a_{0}}M{\sqrt {T \over T_{0}}},}$

onde

${\displaystyle {a_{0}}}$ é a velocidade do som ao nível do mar em condições ISA (661,47 kn (1 230 km/h)),

${\displaystyle M}$ é o Número Mach,

${\displaystyle T}$ é a temperatura do ar estático em kelvins,

${\displaystyle T_{0}}$ é a temperatura no nível do mar em condições ISA (288.15 K).

Para o cálculo manual da TAS em nós, onde o Número Mach e a temperatura do ar estático são conhecidos, a expressão pode ser simplificada para:

${\displaystyle \mathrm {TAS} =39M{\sqrt {T}}}$

(lembrando que a temperatura é expressa em kelvins).

Combinando o termo acima com a expressão para o Número Mach, resulta em uma expressão para a TAS como uma função da pressão de impacto, da pressão estática e da temperatura do ar estático (válido para fluxo subsônico):

${\displaystyle \mathrm {TAS} =a_{0}{\sqrt {{\frac {5T}{T_{0}}}\left[\left({\frac {q_{c}}{P}}+1\right)^{\frac {2}{7}}-1\right]}},}$

onde:

${\displaystyle q_{c}}$ é a pressão de impacto,

${\displaystyle P}$ é a pressão estática.

Os instrumentos mais modernos das aeronaves contém um computador que possui as informações de pressão de impacto, pressão estática e temperatura total do ar. A fim de computar a TAS, o computador deve converter a temperatura total do ar para a temperatura do ar estático. Isto é também uma função do Número Mach:

${\displaystyle T={\frac {T_{\text{t}}}{1+0.2M^{2}}},}$

onde

${\displaystyle T_{\text{t}}=}$ é a temperatura total do ar.

Em aeronaves mais simples que não possuam um computador ou Machímetro, a velocidade verdadeira pode ser calculada como uma função da velocidade calibrada e densidade do ar local (ou temperatura do ar estático e altitude pressão, que determinam a densidade). Alguns velocímetros incorporam uma régua de cálculo para efetuar este cálculo. De outra forma, pode ser feita utilizando este sítio ou um dispositivo tal como um computador de voo.

Veja também

• Aerodinâmica
• Velocidade indicada
• Velocidade calibrada
• Velocidade equivalente

Referências

• Air Navigation [Navegação aérea]. [S.l.]: Department of the Air Force. 1 de Dezembro de 1989. AFM 51-40 
• Clancy, L.J. (1975). «3». Aerodynamics [Aerodinâmica]. Londres: Pitman Publishing Limited. ISBN 0-273-01120-0 
• Kermode, A.C. (1972). «2». Mechanics of Flight [Mecânicas de voo] 8 ed. Londres: Pitman Publishing Limited. ISBN 0-273-31623-0 
• Gracey, William (1980). «Measurement of Aircraft Speed and Altitude» (PDF) (em inglês) 

• Portal da aviação

1. Clancy, L. J., Aerodynamics, Section 3.8.