Lei Constructal explica evolução dos aviões

Com informações da Universidade de Duke - 24/07/2014

Este gráfico mostra que aviões grandes dão origem a novos aviões cada vez maiores.
[Imagem: Adrian Bejan]

Lei Constructal

Uma "lei da física" proposta cerca de duas décadas atrás pretende explicar a evolução dos aviões de passageiros, do pequeno DC-3 a hélice de outrora até o enorme Boeing 787 de hoje.

E também pode fornecer dicas sobre como as empresas podem desenvolver projetos aeronáuticos de sucesso no futuro.

Além disso, essa lei conseguiria explicar por que o avião supersônico Concorde seguiu o mesmo caminho do extinto pássaro dodô - ele estava em um beco sem saída evolutivo.

"A evolução é um fenômeno universal que engloba a tecnologia e as bacias hidrográficas, assim como o design dos animais, e ela está enraizada na física na forma da Lei Constructal," defende Adrian Bejan, professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Universidade de Duke, nos Estados Unidos.

A Lei Constructal, ou lei dos construtos, foi proposta pelo próprio professor Bejan em 1996 - ela afirma que, para um sistema sobreviver, ele deve evoluir para aumentar sua capacidade de fluir, ou otimizar seu acesso ao fluxo.

Por exemplo, o sistema vascular humano evoluiu para permitir que o sangue flua através de uma rede de algumas artérias grandes e muitos pequenos capilares. Os sistemas fluviais, os galhos das árvores e as modernas redes de rodovias mostram essas mesmas forças em ação, segundo Bejan.

Lei da evolução dos aviões

No caso dos aviões comerciais, os projetos teriam evoluído para permitir que mais pessoas e objetos fluam por toda a face da Terra.

A Lei Constructal consegue explicar - de forma um tanto óbvia - as principais características de design dos aviões que tiveram sucesso comercial: a massa do motor permaneceu proporcional ao tamanho do corpo, o tamanho da asa tem relação com o comprimento da fuselagem e a capacidade de combustível aumentou proporcionalmente ao peso total da aeronave.

"As mesmas características de design podem ser vistas em qualquer grande animal terrestre," prossegue Bejan. "Animais maiores têm um tempo de vida mais longo e viajam distâncias maiores, exatamente como os aviões de passageiros foram concebidos. Por exemplo, a razão entre o motor e o tamanho da aeronave é análoga à relação do tamanho total do corpo de um grande animal com o coração, pulmões e músculos."

Essa "evolução dos aviões", quando posta em um gráfico - uma espécie de "árvore da vida aeronáutica" - parece revelar duas características básicas.

Ao longo do tempo, foram fabricados novos aviões comerciais de todos os tamanhos, mas os maiores se juntam em modelos ainda maiores.

E a linha que melhor descreve a relação da massa e da velocidade dos aviões é bastante semelhante à estatística de massa e velocidade de vários mamíferos, lagartos, pássaros e insetos.

Este gráfico mostra como a razão entre massa e a velocidade dos animais segue as mesmas regras gerais que os aviões - note que o Concorde está fora da tendência histórica.
[Imagem: Adrian Bejan]

Extinção do Concorde

Nessa taxonomia aeronáutica, no entanto, uma espécie aparece completamente fora da curva no gráfico - o Concorde.

"O Concorde estava muito longe das proporções que a evolução produziu nos jatos de passageiros," explicou Bejan.

O pesquisador aponta que o supersônico tinha uma capacidade de passageiros limitada, uma baixa relação massa/velocidade, uma relação fuselagem/envergadura das asas fora da curva, motores enormes e grande consumo de combustível.

Segundo Bejan, para não verem suas criações extintas pela lei da evolução aeronáutica, os projetistas do futuro, antes de mandar seus desenhos para fabricação, deveriam verificar se seus designs são inteligentes o suficiente para sobreviver - isto é, se eles se encaixam na curva traçada pela Lei Constructal.

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