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Aspectos Técnicos dos Tanques Conformais de Combustível

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Os tanques conformais nas laterais da fuselagem do F-16I Block 52 Sufa dão a ele um aspecto alienígena

Sérgio Santana*

Em atendimento a algumas solicitações para um texto acerca dos tanques conformais de combustível, resolvemos tratar tecnicamente do assunto, à altura dos leitores do Poder Aéreo.

Também conhecidos pela sigla em inglês CFT (Conformal Fuel Tank), os tanques conformais de combustível podem ser definidos brevemente como reservatórios de combustível cujo formato se adequa ao contorno externo da aeronave em que está instalado, em oposição aos tanques tradicionais “pendurados” em asas ou fuselagem, que embora tendo forma aerodinâmica, causam mais interferência na performance das aeronaves em que estão acoplados.

As forças envolvidas no voo e o projeto de aeronaves

Para a compreensão adequada dos benefícios da incorporação dos tanques conformais de combustível no desempenho de uma aeronave se faz necessária a menção às forças fundamentais envolvidas no voo de todas as aeronaves: a tração, o arrasto, a sustentação e o peso.

A tração é a força produzida pelo conjunto propulsor e se opõe diretamente ao arrasto, que é uma força de resistência contra o avanço do objeto para a frente, mas direcionada para trás. Aqui se tem a materialização da denominada Terceira Lei de Newton, popularmente conhecida como a Lei da Ação e da Reação, segundo a qual a toda ação corresponde uma reação em sentido oposto e na mesma intensidade. Em relação ao voo esse fenômeno pode ser demonstrado quando um sistema propulsor impulsiona uma aeronave para frente, como quando motor a jato expele gases na traseira de uma aeronave fazendo com que a mesma avance ou vá para cima no caso de um foguete. O arrasto atua paralelamente à velocidade aerodinâmica (velocidade relativa do vento no infinito), mas em sentido oposto.

Já a sustentação, gerada por motores e/ou por pressão aerodinâmica na parte inferior de uma asa, é a força que atua para cima, quando seu valor supera o peso gerado pela força da gravidade, o peso, que insiste em manter o objeto no solo. Atua perpendicularmente à velocidade aerodinâmica.

Além destas forças básicas, o deslocamento das aeronaves envolve a força lateral, que atua na direção da envergadura, perpendicularmente à velocidade aerodinâmica; o momento de arfagem, em que a aeronave levanta (momento positivo) ou abaixa o seu “nariz” (momento negativo); o momento de rolamento, em que a aeronave tende a desnivelar as asas, sendo considerado positivo quando existe a tendência de a asa direita ser abaixada; momento de guinada, definido quando o “nariz” da aeronave desloca-se para a direita (momento positivo) ou esquerda (momento negativo); forças atuantes em curvas (como o peso da aeronave, a força de sustentação e o deslocamento do centro de gravidade) e, por fim (mas longe de ser o de menor importância), o fator de carga, ou a força de aceleração gravitacional que aumenta a sustentação, sendo o valor que determina a magnitude e severidade das manobras ou turbulência que a aeronave irá sofrer.

São as cargas adicionais impostas à estrutura e que aumentam ou diminuem um carregamento já aplicado. Pode ser classificado em “fator de carga limite”, quando provoca a deformação permanente em uma ou mais partes da estrutura da aeronave e “fator de carga última”, quando excede em 1.5 vezes a carga limite, assim provocando ruptura em componentes da aeronave. O fator de carga pode ser definido resumidamente como a razão entre a sustentação produzida pela asa de uma aeronave e o seu peso. Neste caso o fator de carga será igual a 1G ou 9.8m/s.

F-15E Streke Eagle com tanques conformais ao lado das entradas de ar

Tal como todas as demais forças já descritas, o fator de carga sofre influência de diversas variáveis, a exemplo da densidade e velocidade do ar, área da asa, envergadura, corda (espessura da asa) e o coeficiente de sustentação. E também apresenta fórmula para cálculo, o que não vem ao caso aqui.

Todas estas influências são consideradas no projeto de uma aeronave militar, cujos requisitos operacionais costumam ser mais exigentes em relação aos de uma aeronave civil. É a velocidade prevista para um projeto aeronáutico que vai determinar as cargas que irá suportar; e no caso de aeronaves de caça e ataque, necessariamente velozes, uma atenção especial deve ser dispensada à rigidez estrutural, a fim de evitar problemas típicos da alta velocidade, tal como a divergência estática, pela qual a estrutura da asa torna-se instável à torção a medida que o ângulo de ataque diminui devido a aplicação de cargas.

E dentre todas as estruturas de uma aeronave as asas representam o item mais crítico e exposto a todas essas forças, momentos e fatores, pois são responsáveis diretas pela capacidade de uma aeronave decolar, manter-se e manobrar em voo e aterrissar, possuindo, na maioria das vezes a função de alojar trens de pouso e tanques de combustível, além de concentrar parte das superfícies de controle (como flaps, slats, ailerons, spoilers e respectivos atuadores, que também estão sujeitos a fatores de carga).

Portanto, torna-se evidente o porquê da instalação de cargas externas (como armamentos, pods e tanques de combustível) limitar o desempenho global das aeronaves, seja em velocidade, fator de carga e manobrabilidade, limite este que se atingir o “fator de carga última” resultará na ruptura estrutural da célula. É por isso que uma das cenas clássicas que antecedem um combate aéreo aproximado é o alijamento de tanques subalares ou ventrais de combustível.

Messerschmitt Bf 110D-0
Messerschmitt Bf 110D-0

Tanques Conformais de Combustível – Um pouco de história

Agora que a influência de cargas externas (como o tanque de combustível) na dinâmica de voo foi brevemente explicada, é necessário de abordar a origem dos tanques conformais de combustível.

Os primeiros modelos deste artificio para aumentar a autonomia e o alcance (e ao mesmo tempo provocarem mínimo acréscimo de arrasto aerodinâmico, assim resultando em economia de combustível e influência desprezível na velocidade) surgiram pouco antes da Segunda Guerra Mundial quando caças bimotores Messerschmitt Me-110D-0 foram equipados com um tanque conformal de 1.050 litros com uma carenagem ventral que se prolongava de uma área pouco à frente do cockpit até o compartimento do artilheiro de ré. Verificou-se que o equipamento provocava um arrasto considerável, o que resultou na sua retirada no modelo D-1, tendo sido substituído por uma versão mais refinada, presente no Me-110 D-1/R-1.

Outro modelo de aeronave equipado com um tanque conformal de combustível, mas do lado Aliado, foi o Supermarine Seafire (versão naval do Spitfire) que possuía um reservatório de 409 litros acoplado entre as asas. Curiosamente, o tanque poderia ser alijado, característica dos tanques subalares e ventrais comuns.

Gloster Meteor Mk 8 da FAB, com tanque conformal sob a fuselagem

Antes que a guerra acabasse, o recurso migrou também para aeronaves a jato, a exemplo do Gloster Meteor (o primeiro caça a jato da FAB), cujo tanque conformal continha 796 litros. O período pós-guerra testemunhou a continuação da presença do equipamento em aeronaves inglesas, como os interceptadores English Electric Lightning (instalado na seção posterior da fuselagem, mas que também poderia receber tanques acima das asas) e Gloster Javelin (dois reservatórios acoplados embaixo da fuselagem), embora tenha também sido aproveitado em aviões militares chineses, a exemplo da aeronave de ataque Nanchang Q-5 “Fantan” (uma versão modificada do Mikoyan Gurevich MiG-19 “Farmer” soviético), cujo tanque conformal pode ser instalado no compartimento de bombas e se estende por boa parte da fuselagem posterior.

F-15E recebendo um CFT

Entretanto, o tanque conformal de combustível mais famoso de todos talvez seja o instalado nas laterais das entradas de ar do McDonnell-Douglas (agora Boeing) F-15 Eagle, designado FAST (Fuel And Sensor Tactical pack, pacote tático de combustível e sensor), que tal como a sigla indica também pode acomodar sensores. O FAST foi testado em voo no Eagle ainda no decorrer do processo de desenvolvimento da aeronave na década de 1970, mas versões mais modernas de outras aeronaves contemporâneas também sido fabricadas com o mesmo recurso, tais como os CFTs presentes nos Lockheed Martin F-16 Fighting Falcon de blocos mais recentes; o mesmo se aplica a aeronaves de concepção posterior ao “Viper”, como o Eurofighter Typhoon e o Dassault Rafale, cujo desempenho equipado com CFTs tem sido avaliado nos últimos anos.

Outro modelo igualmente mais recente, o Saab JAS 39 Gripen, representa um caso curioso quando o tema é a adoção de CFTs, pois originalmente havia uma pretensão de equipar com este recurso a evolução desta aeronave, conhecida como “Gripen 2010”. Entretanto, o modelo finalizado da proposta, Gripen NG, acabou por adotar outra solução de engenharia para aumentar o alcance, já conhecida de todos.

E, por fim, como o CFT funciona? De um modo geral, o tanque conformal de combustível é conectado às linhas (tubulações) do sistema de combustível da aeronave, de modo que todos os parâmetros do combustível armazenado naquele compartimento (incluindo temperatura e quantidade) sejam continuamente gerenciados, assim evitando, respectivamente, superaquecimento ou alterações no bombeamento do fluxo de combustível, que poderiam iniciar um incêndio ou determinar desequilíbrio no centro de gravidade da aeronave, pondo em risco a sua capacidade de se manter em voo.

Concepção do Gripen 2010 com CFTs

*Bacharel em Ciências Aeronáuticas (Universidade do Sul de Santa Catarina – UNISUL), pesquisador do Núcleo de Estudos Sociedade, Segurança e Cidadania (NESC-UNISUL) e pós-graduando em Engenharia de Manutenção Aeronáutica (Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais – PUC/MG). Único colaborador brasileiro regular das publicações Air Forces Monthly, Combat Aircraft e Aviation News.

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J.T.
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Na segunda foto… o que o piloto de trás está segurando???

Bosco
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Bosco

O WSO (oficial de sistemas de armas) do F-15E claramente é um canibal e levou o braço da sogra para um lanchinho.

J.T.
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Rapaz, eu tinha visto um braço mesmo! Deve ser algum tipo de brincadeira para o fotógrafo, não é possível hahaha

Neves João
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Neves João

Ele tirou a luva para acertar alguma coisa no display ou no HUD (não sei se o WSO tem um) e a luva ficou ao lado do braço.

teropode
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Heim ? Nada ! O vermelho é o capacete dele kkklkk o braço é da ” sogra” kkklklk isto aqui ta divertido hoje 😅😅😅😅😅😘😘😘

Maus
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Maus

O gripen não ficou nada bonito no design de 2010.

Artur Castro
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Artur Castro

Quando minha esposa reclamar da minha barriguinha de chopp, vou dizer que é um tanque conformal localizado para aumentar o raio de ação do meu amor por ela.

Marcelo Bardo
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Marcelo Bardo

kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk, boa!

Clésio Luiz
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Clésio Luiz

Falou como um poeta, meu caro Artur.

luiz antonio
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luiz antonio

Melhor ser tratado como tanque conformal. Já pensou se fosse KC-390? kkkk

Leandro Costa
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Leandro Costa

Belo artigo. Com certeza vai tirar as dúvidas de muitos.

Hélio
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Hélio

Essa é uma matéria digna do poder aéreo, muito, muito boa.
Mas solução dos tanques confirmais poderia ser aplicada na guerra eletrônica, ou seja, a fixação de equipamentos no lugar dos tanques?

Marcelo Bardo
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Marcelo Bardo

No F-16 colocaram equipamentos de guerra eletrônica na espinha dorsal dele.

Sérgio Santana
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Sérgio Santana

Hélio, o Marcelo já bem lembrou da carenagem dorsal do F-16 Barak que tem equipamentos eletrônicos…

Bosco
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Bosco

Digno de nota é que a USN deve adotar para breve tanques conformais nos Super Hornets Block III.
E um dado curioso é a adoção de tanques conformais em mísseis cruise por parte dos russos. https://www.military-today.com/missiles/kh_55_l3.jpg

teropode
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Muito bom , a utilização destes CFTs acaba liberando espaço para mais armas sub as asas . Acredito que o 5G coreano usa-ra um sistema semelhante ao CFT para carregar mísseis, foi testado no F15 um sistema assim ( se não estou enganado ), .

Rodrigo Maçolla
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Rodrigo Maçolla

Sérgio, Muito boa mateira , aprendi mais hoje. Obrigado e Gloster Meteor da FAB com tanque conformal eu nunca tinha nem se quer sonhado isso.

Em tempo em aviões de combate com o desenho stealth ou furtivo como por exemplo o o F-22 ou F35 seria possível usar estes tanques conformais ?? sra que já forma profetados considerando isso no futuro ? atrapalharia sua capacidade a stealth ?

Sérgio Santana
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Sérgio Santana

Rodrigo, grato pelas palavras. Sobre o uso de CFTs em F22/F35 obviamente haverá uma alteração no desempenho de voo e características de furtividade, já que tanto quanto se sabe esse recurso não estava previsto no projeto original…

J-20
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J-20

Depende muito de como eles serão montados e o material que será utilizado

Sérgio Santana
Visitante
Sérgio Santana

Mesmo considerando o seu formato e material ainda haverá influência no desempenho de voo e mesmo nos níveis de furtividade, porque é uma adição ao projeto original, com todos os poréns descritos no texto

Dumont
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Dumont

Acho o tema bastante interessante e não somente pelos aspectos óbvios: Os CFTs traz vantagens claras. Transportam quantidade equivalente de combustível com menos arrasto que os tanques subalares, liberando pilones e diminuindo o gasto de combustível.

A desvantagem é que os CFTs estarão lá na fase crítica do voo, o combate aéreo, enquanto os subalares podem ser alijados, otimizando-se assim a performance do caça exatamente quando ela é mais exigida…

jagderband#44
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jagderband#44

Esse Block 52 SUFA brinca de esconde esconde co a AA Síria/Russa/Iraniana.

Renato
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Renato

Parabéns pelos textos Sérgio.

As aeronaves modernas não respeitam mais a regra de área? Estes tanques devem altera-la.

Sérgio Santana
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Sérgio Santana

Renato, alguns modelos ainda preservam algo da regra de área, a exemplo do Eurofighter Typhoon…

LucianoSR71
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LucianoSR71

Caro Sérgio Santana, belo artigo. Quanto ao Supermarine Seafire nesse site:
http://www.armouredcarriers.com/seafire-variants
pode ver bem o CFT em um que teve problemas no pouso, c/ foto e vídeo do evento.
Me parece que o próprio Spitfire também chegou a usá-lo, não?

Sérgio Santana
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Sérgio Santana

Luciano, bom saber que gostou do texto. Entre o Spitfire e o Seafire o CFT teve vida operacional mais longa com este último. E com relação a problemas no pouso é digno de nota que o dispositivo possuía um mecanismo de ejeção, por meio de um cordão, certamente colocado para evitar possível explosão em situações emergenciais.

LucianoSR71
Visitante
LucianoSR71

Valeu. Abs.

Ricardo Bigliazzi
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Ricardo Bigliazzi

Matéria excelente, isso sim é material digno da Trilogia. Sem “cores” e recheado de informação

Sérgio Santana
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Sérgio Santana

Grato pelo elogio, Ricardo. Costumo escrever como eu gostaria de encontrar para ler e me desagradaria se o autor de um texto manifestasse suas preferências ou opinasse favorável ou desfavoravelmente em relação ao objeto sobre o qual escreve. É um texto informativo e a isso deve se limitar, mantendo a sua imparcialidade.

Delfim
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Delfim

Um possível F-39 E/F com CFT, além do que já foi incrementado no projeto NG, teria um alcance capaz de torná-lo um verdadeiro atacante estratégico. Nada no Cone Sul ou em grande parte do Atlântico Sul estaria a salvo.
O F-39 E/F com CFT seria uma boa alternativa ao F-18SH block3 pelo qual eu e o Bosco ficamos apaixonados.
Apenas uma Unidade poderia agrupar uns 12 F-39 com CFT exclusivamente para ataque. Lógico, se novos lotes forem encomendados.

Sérgio Santana
Visitante
Sérgio Santana

A questão de maior alcance pro Gripen NG já foi satisfatoriamente resolvida com a reengenharia da fuselagem. Adicionar um CFT provocaria gasto com tempo de projeto, com testes estáticos e de voo, mais arrasto aerodinâmico, peso, provável diminuição da potência, gasto com manutenção, etc. Para aumentar ainda mais o alcance e autonomia do NG basta o receptáculo de reabastecimento em voo.

Biro Biro
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Biro Biro

O uso deles na aviação civil é inviável?

Sérgio Santana
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Sérgio Santana

Inviável não, mas desnecessariamente anti-econômico. A aviação civil trabalha com parâmetros distintos dos da aviação militar, a exemplo da porcentagem de assentos por quilômetro voado. Não compensaria modificar uma aeronave comercial com tanques suplementares (leia-se mais gasto com combustível e manutenção) para um mesmo número de passageiros. Assim, é mais lógico aumentar a capacidade de combustível junto com o número de assentos e carga.

Joli le Chat
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Joli le Chat

“… por fim (mas longe de ser o de menor importância), o fator de carga, ou a força de aceleração gravitacional que aumenta a sustentação, sendo o valor que determina a magnitude e severidade das manobras ou turbulência que a aeronave irá sofrer.”

O fator de carga não é uma força, tal como as demais citadas anteriormente no parágrafo. Ele é a razão entre força resultante atuando na aeronave (ou componente) e a força peso.
A “força de aceleração gravitacional” é a força que conhecemos como peso.

Sérgio Santana
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Sérgio Santana

Joli, grato pela sua manifestação, mas considere que em projeto de aeronaves o fator de carga não é “a razão entre força resultante atuando na aeronave (ou componente) e a força peso”, mas de acordo com Guimarães et al (2004) a razão entre a sustentação “L” (de “lift”, levantar, sustentar) produzida pela asa de uma aeronave e o seu peso “W” (de “weight”, peso), expressa pela equação n= L/W, onde n é o fator de carga de valor igual a 1. Embora conceitualmente fator de carga não seja força, é assim que tem sido conhecido em terminologia aeronáutica, sendo populares… Read more »

Joli le Chat
Visitante
Joli le Chat

Olá, Sérgio. Eu só tentei colaborar acrescentando um pouco mais de precisão ao seu excelente artigo. Queria fazer um pequeno comentário à sua resposta. Só com Guimarães et al (2004) não dá para confirmar a sua argumentação, precisaria de mais detalhes sobre a referência para que eu possa encontrá-la. Neste caso que você está usando para buscar a definição de fator de carga, não há como discordar. Está perfeitamente correto. Usualmente, é a definição bem simplificada que considera a aeronave como uma partícula. E, como você ainda colocou que o fator de carga vale 1, a aeronave está em voo… Read more »

Sérgio Santana
Visitante
Sérgio Santana

Olá Joli, o “Guimarães” ao qual me referi é esse: GUIMARÃES E.L; BRUNO D.P.; SOARES L. F.C; APLICAÇÕES DE CARGAS MECÂNICAS EM UM COMPONENTE ESTRUTURAL AERONÁUTICO, 2004. De novo, agradeço enormemente a sua atenção ao meu texto. Procurei simplificar ao máximo um assunto complexo, já que o propósito aqui é “meramente” informativo. Sou ainda mais grato em ter recebido um comentário tão técnico ao que escrevi. Gostaria de manter contato, pois todo dia aprendemos mais um pouco. Peça meu email ao Alexandre Galante. Abraço

Giba
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Giba

Havia pedido ao Galante uma matéria sobre o assunto, mas confesso que não esperava ser atendido tão rápido. Agradeço à você e também ao Galante, pela prontidão no atendimento e principalmente pelo alto nível da matéria. Excelente trabalho.