TEORIA DE VÔO E AERODINÂMICA DE HELICÓPTEROS
Notas de aula ENG. ROGERIO B. PARRA PARRA
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O mais enigmátic enigmáticoo mistério da história história da aviação aviação é porque a humanida humanidade de levou levou tanto tempo para a aprender voar. Com tantos intelectuais dedicados a um único problema não se esperava alguém para tropeçar no segredo, que, só sem querer, há algum tempo oi descoberto. O qual oi o obstáculo! O grande problema é que os princ"pios "sicos que regem os undamentos do v#o são intuitivos$ % realmente, a mec&nica mec&nica de v#o só oi revelada revelada depois de alguma alguma manipulação manipulação das leis "sicas "sicas e matemáticas criadas por 'saac (e)ton (e)ton em meados de 1*++s. O voo dos pássaros levou vários estudiosos notáveis, inclusive de uma am"lia célebre de cient"stas a montar o quebracabeça. -ogo após o desenvolvimento das leis de (e)ton sobre o eeito da lua nas marés, surgiu os ernoullis, uma am"lia su"ça de cientistas que mais contribuiram para o desenvolvimento da matemática e ci/ncia nos séculos de0essete e de0oito. s duas iguras chave nesta am"lia eram 2ohann 31**4 14567, que e0 da 8niversidade de asel na 9u"ça o centro da ci/ncia européia , e o seu ilho :aniel 314++146;7. 314++146;7. %m 14;<, :aniel aceitou um convite para para estudar em 9t. 9t. =ete =etersb rsbur urg, g, >ú >úss ssia ia on onde de du dura rant ntee oito oito an anos os e e0 e0 algu alguns ns do doss trab trabal alho hoss mais mais importantes. %m 14?5, :aniel desenvolveu o amoso tratado @hAdrodAnamics@, só publicado em 14?6. :aniel discorreu sobre os princ"pios básicos da nova ci/ncia, aplicando as leis undamentais de (e)ton a casos simpliicados de din&mica luida. :este trabalho veio o =rinc"pio de ernoulli 3ou -ei7, eBpressado como uma equação matemática conhecida como a %quação de ernoulli. gora, sobre voar Considerando que o ar tem que viaDar uma maior dist&ncia para luir na parte superior superior da asa, este acelera, acelera, e pelo =rinc"pio =rinc"pio de ernoulli ernoulli provoca provoca menor pressão na super"cie e, conseqEentemente sucção ou sustentação . =ara poder entender porque voa uma aeronave é preciso entender alguns conceitos básicos. qui qui será eBplicada de orma orma simples e supericial . 8m helicóptero pode parecer estranho quando comparado com uma aeronave de asa iBa. (o entanto, são aplicados eBatamente os mesmos princ"pios de voo.
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1. Noções de Física Básica 1.1 -eis de (e)ton =rimeira lei Fodo corpo tende a permanecer em estado de repouso ou de movimento uniorme e retil"neo, a menos que este repouso ou movimento seDam aetados por uma orça eBterna. 9egunda lei plicandose uma orça a uma determinada massa, surge uma aceleração que é proporcional G orça e tem a mesma mesma direção e sentido da orça aplicada. aplicada. H I m.a
m I massa,
a I aceleração
Jassa é a quantidade de matéria de um corpo =eso é a aceleração da gravidade agindo sobre a massa de um corpo K I m.g KIpeso gIaceleração da gravidade Ferceira lei L toda ação corresponde uma reação igual e em sentido contrário
?
1.; tmosera
os gregos devemos as ra"0es da palavra atmosera, que usamos para designar esta camada gasosa que envolve o nosso planeta e os nossos corpos$ou seDa, o ar que respiramos. o respirálo sentimos apenas que ele é t/nue,suave, inodoro, e a primeira vista incolor. 9erá que estamos certos! penas em parte. >ealmente nossas células olativas não oram eitas para sentilo pois do contrario o seu cheiro seria predominante em tudo. ssim, o ar é inodoro para nós, e provavelmente para todos os demais seres aeróbios que o respiram para poder viver. Muanto ao resto estamos redondamente enganados. %ntão o ar tem cor! 9im, basta observarmos, que as montanhas no hori0onte são tanto mais a0uis quanto mais distantes, ou então basta olharmos para cima, que veremos o a0ul celeste em todo o seu esplendor. terra, vista de muito longe predomina o a0ul escuro dos oceanos e o branco das nuvens, mal se podendo notar o marrom dos continentes, mas se observarmos bem, poderemos ver nas bordas iluminadas da terra, um ino traço a0ul claro contrastando com o negro do espaço sideral. N ela, a atmosera, esta ina e t/nue camada gasosa ormada basicamente por nitrog/nio 3467 e oBig/nio 3;+7, pois dos demais gases, somente o vapor dPágua merece alguma menção, nos locais quentes e úmidos. Hina! 9im. Q+ da atmosera estão contidos nos primeiros 1* Rm de altitude,o que comparado aos 1; +++ Rm do di&metro da terra é quase nada. % t/nue! 9erá! :epende. %m repouso o ar pode até ser considerado t/nue mas em movimento vai deiBando de s/lo... 1++ RmSh, Dá irá eBercer uma orça de 56 Rg sobre cada metro quadrado de super"cie, que colocarmos tentando barrar o seu movimento. ;++ 5
RmSh esta orça Dá será de 1Q? Rg., e será multiplicada por quatro a cada ve0 que dobrarmos a velocidade. o atingirmos 1;++ RmSh veremos este ar aparentemente t/nue, tornarse quase que numa parede sólida. N o en#meno bati0ado na década de 5+ como a @barreira do som@, tão temida pelos primeiros pilotos que tentaram dela se aproBimar. Tamos pegar um pequeno cubinho de ar de 1 mm de lado,e ampliar 1+++++++ de ve0esUN isso mesmo, pois agora passaremos a medir as coisas não em mil"metros, mas em &ngstrons. 8m &ngstron representa uma distancia "nima, tão "nima que num mil"metro cabem de0 milhVes deles. % a primeira coisa que iremos encontrar em nosso cubinho de ar ampliado é um grande va0ioU Jas não é só va0io é claro. %m média a cada ?+ &ngstron vamos encontrar bolinhas duplas com a orma aproBimada de um halteres, que são as moléculas dos gases que compVem o ar e que no caso do (itrog/nio p#r eBemplo medem 5 ngstrons. 8m ato que dá uma idéia de como as moléculas são pequenas, é que eBistem mais moléculas de ar dentro dos nossos pulmVes do que de litros de ar em toda a atmosera terrestre. %stas moléculas não estão paradas, mas sim movendose todas desordenadamente em todas as direçVes poss"veis, e chocandose uma com as outras 3um choque em média após cada *++ ngstrons percorridos7. lgumas estão quase que paradas enquanto que outras,deslocamse por eBemplo com a velocidade de ?+++ RmShU 2á a velocidade resultante,será por eBemplo, 0ero para o ar em repouso dentro de uma sala, ou de 16 RmSh na direção hori0ontal e sentido sul para um vento (orte de 1+ nós, e assim por diante.9e considerarmos apenas os valores destas velocidades, obteremos o valor de 16++ RmSh 3média quadrática7. Hinalmente a média dos valores, das velocidades proDetadas numa direção, e tomados num único sentido, será da ordem de 1;;5 RmSh. %sta não é a velocidade do som ! 9im. Mualquer perturbação no ar, só se propaga por meio de choques entre suas moléculas e portanto esta será a velocidade de sua propagação, e o som nada mais é que uma perturbação repetida numa certa reqE/ncia.(os não podemos ver as ondas sonoras no ar, mas elas se espalham de modo muito parecido com as ondas ormadas numa super"cie de água calma quando a perturbamos atirando uma pedra <
Os valores até aqui mencionados de distancias e velocidades valem para o ar a uma temperatura de 1< graus C e ao n"vel do mar onde o ar é mais denso pressionado pelo seu próprio peso. medida que vamos subindo em altitude o ar vai icando cada ve0 mais rareeito, ou seDa teremos menos moléculas p#r unidade de volume. 5+++ metros de altitude o número de moléculas de oBig/nio, embora continue a ser os mesmos ;+ do total, como no n"vel do mar, Dá começa a ser insuiciente para o uncionamento correto de nossos pulmVes.:a" a necessidade de se aumentar o seu número, seDa com o uso de máscaras com oBig/nio, ou seDa aumentando a pressão ambiente, ou pressuri0ação. cima de 1<+++ m, o número de moléculas cai tanto que até mesmo as eBistentes em orma l"quida em nosso corpo começam a evaporar e a ocupar os va0ios, sendo então, absolutamente necessária a pressuri0ação da cabina. Jas mesmo lá onde orbitam os satélites artiiciais, iremos encontrar moléculas desgarradas de nossa atmosera. Coitadinhas, estão tão isoladas, que na altura de 5++ Rm, por eBemplo, irão somente se chocar a cada 1+ quil#metros percorridos, o que é muito para quem estava acostumado a encontrarse caminhando apenas alguns ngstrons. pesar de poucas, são elas que, aDudadas por part"culas at#micas emitidas pelo sol, são as responsáveis com os seus choques, pela redução gradativa da velocidade dos satélites de órbita @baiBa@, tra0endoos de volta G terra. Observando a nature0a e os pássaros o homem, este eterno inveDoso, decidiu que poderia também voar, o que hoDe a0emos das mais dierentes estranhas maneiras em balVes, asas deltas, paragliders, @triWes@, planadores, aviVes, helicópteros e oguetes. :ensidade I massaSvolume =adrão 9- 1
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1.? erodin&mica Z a parte da "sica que estuda as leis de movimento do ar. N no aproveitamento da orça do ar em movimento que se baseia o v#o das aeronaves mais pesadas que o ar. O undamental em aerodin&mica é que a toda e qualquer variação de velocidades das part"culas de ar 3ou seDa da media das velocidades moleculares7 provocada por um corpo, corresponderá sempre uma orça eBercida pelo ar sobre este corpo na direção e sentido opostos a esta variação e...vice e versa. Complicado! Certamente não. 'sto é simplesmente outra maneira de se enunciar um dos princ"pios básicos da "sica, de que a toda ação corresponde uma reação igual e contraria, e que como veremos adiante, irá tornar mais claro os en#menos ligados ao v#o. 1.5 -ei de oAleS CharlesS [aA -ussac O ar é um gás possuidor das propriedades de %Bpansibilidade 3capacidade de aumentar de volume7, Compressibilidade 3capacidade de diminuir de volume7, e Jobilidade 3acilidade de se mover7 e o seu comportamento varia quando ocorre qualquer modiicação do seu volume, pressão e temperatura Muando isto acontece, di0se que houve uma transormação gasosa. oAleJariotte lei de oAleJariote di0 que @O volume ocupado por qualquer gás, G temperatura constante, é inversamente proporcional G sua pressão@. Charles lei de Charles di0 que @Muando o volume de um gás permanece constante, a pressão eBercida por ele é diretamente proporcional G temperatura absoluta@. [aA-ussac lei de [aA-ussac di0 que @O volume de um gás G pressão constante é diretamente proporcional G variação de sua temperatura absoluta.\ densidade ou massa espec"ica de qualquer gás, conservando a temperatura constante, varia na ra0ão direta da pressão$ mantido G pressão constante, varia na ra0ão inversa da temperatura. =TIn>F :ensidade I massaSvolume 4
1.< %scalas de temperatura 8m dos par&metros do ar que inluenciam no v#o é a temperatura, que é medida através de term#metros que podem ser graduados em dierentes escalas. (o rasil é utili0ada a escala Celsius 3ou de graus cent"grados7, mas muitos pa"ses utili0am a escala Hahrenheit. Ci/ncia descobriu que a menor temperatura poss"vel na nature0a, aonde nenhuma molécula se move, é ;4?] Celsius ou a 5*+] Hahrenheit, chamado de 0ero absoluto. Outras duas escalas então surgiram 3as absolutas7 a Relvin 3designada pela letra R7 e a >anWine 3pela letra >7, criadas respectivamente a partir da Celsius e Hahrenheit. 1.* %scoamento ^
Telocidade >elativa
^
%scoamento -aminar
^
%scoamento Furbulento %scoamento é o movimento dos luidos 3subst&ncias sem orma "sica deinida7. Observando seDa a umaça de um cigarro ou a coluna de água escorrendo de uma torneira 3de baiBa pressão7 iremos veriicar que até uma certa dist&ncia da origem, o luBo é cont"nuo e suave mas que a partir de um certo ponto, aparecem oscilaçVes e pequenos redemoinhos que vão se ampliando ssim também, as part"culas de ar arrastadas por ricção, ormam Dunto a super"cie, inicialmente um luBo suave e em l&minas, denominado laminar, e posteriormente com micro turbilhVes ou luBo turbulento. -ogo no in"cio, na região laminar, a ricção que é muito alta, cai rapidamente pois Dunto a super"cie acumulase um número cada ve0 maior de part"culas @arrastadas@ redu0indo as velocidades tangenciais de choque. Jas tão logo aparecem os micro turbilhVes, estas part"culas são aastadas da parede e substitu"das por outras ainda não arrastadas, elevando novamente o valor da ricção, que agora pelo mesmo motivo, passa a cair de modo muito mais lento. O resultado é que a ricção total na região laminar é muito menor do que na turbulenta, e por este motivo se procura retardar o aparecimento da turbul/ncia tanto quanto poss"vel.
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Muanto maior or o comprimento e a velocidade da super"cie, ou seDa, a escala do movimento que é representada por aquele número mágico que voc/ Dá deve certamente ter ouvido alar o @número de >eAnolds@, mais cedo tenderão a aparecer os micro turbilhVes. (as asas estreitas dos planadores, podese.obter, escoamentos laminares se estendendo do bordo de ataque até o meio ou <+ da super"cie superior, e até 4< de sua super"cie inerior, desde que se usem peris especiais e bom acabamento supericial. %m aviVes esta porcentagem de escoamento laminar, na atitude de v#o de cru0eiro não costuma ultrapassar os 1< a ;< para asas de construção convencional e ?< a 5+ nas constru"das em material composto e empregando os chamados peris laminares, inaugurados pelo =<1 @Justang@, um dos melhores aviVes de @caça@ da '' guerra. (os Datos, as pesquisas prosseguem para se tentar estender a laminaridade além dos < a 1+, mas está di"cil, pois até mesmo em velocidades mais baiBas o escoamento laminar é instável como o humor eminino @naqueles dias@. 'nsetos, cabeças de rebites, Duntas, ondulaçVes, etc., podem antecipar a ormação dos micros turbilhVes, e por isso devem ser evitados nas super"cies dianteiras ou bordos de ataque das asas, empenagens e rotores. Considerese agora uma asa num túnel de vento. viscosidade do ar a0 com que as suas part"culas próBimas da super"cie da asa se @agarrem@ a esta a0endo com que a velocidade destas mesmas part"culas seDa 0ero. 8m pouco mais aastado as part"culas são travadas, devido G ricção entre elas, mas não icam completamente paradas. Muanto mais se aasta da super"cie da asa maior vai se a velocidade das part"culas de ar até que a uma certa dist&ncia da asa Dá não há nenhuma inlu/ncia desta e o luBo de ar mantém a mesma velocidade. L camada de ar entre a super"cie da asa e o ponto onde não há um retardamento vis"vel na velocidade das part"culas de ar dáse o nome de camada limite . nature0a da camada limite é que determina o coeiciente de sustentação máBimo e as caracter"sticas de perda da asa. (o bodo de ata!ue duma asa é criado uma ina camada de ar não turbulento chamado de "lu#o lamina e caracteri0ado por ar bem orientado. Conorme se vai avançando na asa a camada limite ica mais espessa e tornase instável. =equenas dierenças de pressão a0em com que o ar se desorgani0e e o cru0amento entre as diversas subcamadas acontece. Chamase a isto o "lu#o tubulento.
Q
velocidade aumenta G medida que os aastamos da super"cie da asa. =odese ver na igura abaiBo a orma como isso acontece.
Os padrVes de velocidade do luBo turbulento e do luBo laminar são dierentese apresentamse como se mostra a seguir.
1.6 Forque O torque é deinido pela aplicação de um momento 3é igual a orça ve0es a dist&ncia7 rotacional em um corpo , permitindo com que os corpos livres girem ou se deormem em torção nos impossibilitados de girar. .O torque _ medido em metro(e)ton 3m(7 ou seu múltiplo usual metrodeca(e)ton 3mda(7
1+
$. Oi%em das Foças -I9ustentação
FIFração
KI=eso
:Irrasto
8m primeiro princ"pio básico a ser retido é que toda orça eBercida pelo ar sobre qualquer corpo nele imerso, decorre única e eBclusivamente dos choques de suas moléculas contra a super"cies eBternas ou internas deste corpo. 8ma conseqE/ncia deste princ"pio é que todas estas orças aerodin&micas e não importando se as chamemos de 9ustentação, %mpuBo, rrasto, etc. irão depender apenas da quantidade de moléculas e das velocidades do choque entre estas e as super"cies de um corpo, esteDa este ou o ar em repouso ou em movimento Fodas estas orças estão aplicadas portanto na super"cie do corpo, e podem ser redu0idas a apenas duas componentes uma perpendicular G super"cie gerando o que chamamos de pressão3sustentação7 e outra paralela G super"cie gerando o que chamamos de ricção3arrasto7.
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=ressão %stática e :in&mica O "sico :aniel ernouilli observou que num cano de grande di&metro a água em repouso no seu interior tinha uma elevada pressão estática 3máBima7, mas a medida que escoava, esta pressão diminu"a. o redu0ir o di&metro do cano pela metade, as moléculas do luido aumentaram a sua velocidade a0endo a pressão estática cair e a din&mica aumentar. Concluiu então que @se mais estreitasse o tubo, maior seria a velocidade de escoamento e pressão din&mica do luido, 3osse l"quido ou gasoso7 e menor seria a pressão estática@.
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:iante dessa observação, podemos concluir que na parte superior do aeroólio, pá ou asa, teremos menor pressão estática, por termos velocidade maior
1;
;.1 9ustentação eBplicação convencional começa pela descrição de que a parte de cima da asa é curva, a de baiBo é reta e ai a velocidade em cima tem que ser...maior, e sendo maior, de acordo com a lei de ernoulli, a pressão é menor, blá, blá, blá....U %sta resposta não só é complicada como di0 apenas parte da verdade, pois podese voar pereitamente com uma asa plana, seDa com uma pipa, ou com um aeromodelo de balsa. %la também não eBplica como voam os aviVes com asas de peril simétrico como um 14, ou um @9uWhoA@ acrobáticoU =odemos, isto sim, usando o princ"pio de ação e reação, e o seu Dá visto equivalente aerodin&mico que relaciona orças Gs velocidades indu0idas no ar, dar a resposta mais intelig"vel, simples, e correta que conheço, que é a seguinte O rotor acionado pelo motor, devido ao &ngulo de suas pás, Doga ar para baiBo assim empurra o helicóptero para cima ou no avião, com o ar Dogado para tra0, a asa, devido ao seu &ngulo de ataque 3e ou curvatura7, Doga para baiBo uma grande quantidade de ar e isto empurra o avião para cima. em mais di"cil é percebermos o luBo de ar lançado para baiBo pela asa, pois este se distribui ao longo de toda a super"cie por ela sobrevoada em seu movimento para rente e as velocidades envolvidas são muito menores. Jesmo na decolagem de um oeing 4?4, o @do)n)ash@ ou velocidade vertical do ar em sua @esteira@ é da ordem de apenas 1+ mSs 3?* RmSh7, e na de um =aulistinha é de 5 mSs. asa de 1< m de um planador de ?++ Rg. voando a 4< RmSh, produ0 um mero sopro descendente de +,4 mSs. Muanto maior a velocidade e maior a envergadura maior quantidade de ar é posta em movimento e menor a velocidade vertical necessária para se obter a mesma orça de sustentação. (a ronteira entre o ar descendente e o ar não perturbado ormamse dois redemoinhos, mais conhecidos como os vórtices de ponta de asa, que são tão mais violentos quanto maiores as velocidades verticais geradas pela asa. =or deinição, teremos 9 rea da asa ou área da pá ClHorma do aeroólio ngulo de ataque :ensidade TTelocidade
&' ( ) *+ , -l
1?
;.; Hatores que inluenciam na sustentação ;.;.1 rea da asa ou área da pá ;.;.; Horma ou peril do aeroólio ;.;.? Telocidade ;.;.5 :ensidade ;.;.1 ngulo de ataque 3a7
*ento elati/o O vento relativo é criado pela movimentação do aeroólio através do ar, ou pela passagem do ar pelo aeroólio, ou ainda, a combinação destas duas condiçVes. =ara o helicóptero, o vento relativo é o luBo de ar em suas pás. Muando ele está pairando em uma condição de vento calmo ou nulo, o vento relativo é causado pelo movimento do rotor através do ar. Muando há vento, ocorre uma combinação deste vento e do movimento do rotor. (um v#o hori0ontal, eBiste a combinação da rotação do rotor mais o movimento do helicóptero.
0n%ulo de ata!ue o 2n%ulo "omado 3ela coda do 3e"il e a dieção do /ento elati/o. O /alo de -& 4 3o sua /e5 4 dietamente 3o3ocional ao 2n%ulo de ata!ue. O &ngulo de ataque não deve ser conundido com o &ngulo de incid/ncia, que é o &ngulo ormado pela corda média do peril e o eiBo longitudinal da aeronave. (o caso 15
do helicóptero ele é medido em relação a um ponto situado na Cabeça do >otor =rincipal. partir de um determinado valor do &ngulo de ataque, geralmente em torno de 16X os iletes de ar não conseguem acompanhar a curvatura do peril, e se desprendem causando uma queda brusca de sustentação a qual se dá o nome de estol.
O &ngulo de ataque varia com ^
Com os movimentos das pás em batimento e avanço e recuo em torno do disco do rotor. ^ Com as condiçVes atmoséricas adversas, como ventos de través, ventos tempestuosos ou condiçVes de turbul/ncia do ar. ^
O &ngulo de ataque é ator primário para determinar a quantidade de sustentação produ0ida pelas pás do helicóptero
;.;.; ngulo de 'ncid/ncia
1<
O &ngulo de ataque não deve ser conundido com &ngulo de incid/ncia. 9empre que o vento relativo é modiicado pelo luBo de ar indu0ido ou pelo deslocamento hori0ontal do helicóptero o &ngulo de ataque é dierente do &ngulo de incid/ncia. O controle de sustentação é obtido mudandose o &ngulo de incid/ncia das pás do rotor em pontos de interesse. O &ngulo de incid/ncia ou de passo é deinido como sendo o &ngulo ormado entre a corda do aeroólio o plano de rotação do rotor. N um &ngulo mec&nico e não um &ngulo aerodin&mico. (a aus/ncia de luBo de ar indu0ido, o &ngulo de ataque coincide com o &ngulo de incid/ncia. ;.? rrasto
6 Aasto de 3e"il ou 3essão7 9e colocarmos a mão espalmada para ora de um carro a 1++ RmSh, o esorço para mantela nesta posição será o equivalente a segurar um saco de f Rg de pó de caé. %sta orça que sentimos na mão, e é chamada de arrasto de pressão, e decorre portanto, apenas do aumento de pressão em sua ace dianteira.Conirmando a lei da ação e reação tem sentido oposto a variação de velocidade das part"culas aceleradas para rente ou arrastadas . N a soma do arrasto de atrito mais o arrasto devido a distribuição de pressVes sobre o peril. N obtido das curvas de arrasto do peril e varia com a sustentação.
6 Aasto de atito7 Considerando uma chapa muito ina e alinhada com o vento e tendo portanto um arrasto de pressão praticamente nulo, iremos detectar em sua esteira, uma ina camada de part"culas arrastadas na direção do seu movimento e indicativas de uma orça se opondo ao mesmo, ou seDa, uma orça de arrasto. %sta orça é o que chamamos de arrasto de ricção e resulta das componentes de orça paralelas G super"cie, devido aos choques das moléculas com a super"cie eBterna do corpo. %la será portanto tanto maior quanto maior or a super"cie em contato com o ar e quanto maiores orem as velocidades tangenciais das part"culas Dunto a super"cie.
1*
6 Aasto indu5ido7 N a resist/ncia útil devido a sustentação. Consideremos um aumento do &ngulo de ataque do rotor, acentuase ainda mais a dierença, a sucção superior chegando a ser mais do que o dobro do valor da pressão ineriorU 'sto aumenta a orça resultante sobre a chapa, que obviamente devido ao seu &ngulo, tem uma componente para trás ou seDa uma orça de arrasto, que também será tanto maior quanto maior este &ngulo. %ste arrasto, somado ao sempre presente arrasto de ricção, também aumentado devido ao aumento das velocidades tangenciais, aumenta o número de part"culas arrastadas, que vão se acumulando na esteira posterior ou bordo de @uga@ da chapa. cho que Dá deu para perceber que o arrasto indu0ido nada mais é, que a componente para trás daquela orça resultante das pressVes e sucçVes, que também criam a sustentação. ssim sendo, quanto maior or a sustentação, maiores serão o &ngulo e o arrasto indu0idos, e as velocidades para baiBo e portanto mais ortes serão os vórtices de ponta de asa que não criam o arrasto indu0ido, mas tem a mesma origem deste.
Aasto 3aasita O arrasto parasita do helicóptero, pode ser representado pela @placa plana equivalente@, ou seDa, quando ela é eBposta ao vento relativo, produ0 um arrasto que se eqEivale a soma de todos os arrastos provocados por cada parte do mesmo.ssim, a remoção das portas, a colocação de metralhadoras, macas e outros acessórios, também aumentam a área parasita. 14
8. Aeo"9lios ?.1 %lementos de um =eril da =á de um Yelicóptero
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:IPO ;E PERFI& %Bistem dois tipos distintos de peris os sim4ticos e assim4ticos. Os assimétricos produ0em sustentação com &ngulos de ataque igual a 0ero mas tem a grande desvantagem de a0er alterar o momento de picar, complicando o problema de se equilibrar um rotor Dá que durante uma rotação o &ngulo de ataque das pás muda constantemente. Outra orma de resolver o problema da dierença de sustentação ao longo da pá devido G dierente velocidade de rotação ao longo da mesma é toce a 3á de orma que o &ngulo de ataque Dunto G rai0 seDa maior do que Dunto da ponta.
1Q
?.; %lementos da pá
?.? Horça de sustentação nas pás ;+
velocidade de cada secção de uma pá depende da dist&ncia a que se encontra do cubo do rotor e da velocidade de rotação.baiBo está uma igura que representa isso.
Como podemos ver da igura acima quanto maior a dist&ncia ao cubo do rotor, maior a velocidade da secção da pá. ssim se toda a pá tivesse com o mesmo &ngulo de ataque a sustentação da rai0 para a ponta iria aumentar drasticamente Dá que a sustentação varia com o quadrado da velocidade. solução encontrada oi variar o &ngulo de ataque da pá sendo este maior na rai0, onde a velocidade é maior, e menor na ponta. Chamamos então torção da pá.
Observe as curvas para as pás com torção e sem torção. Com torção na curva em a0ul a pá possui uma distribuição de sustentação uniorme.
;1
?.5 Horças Centr"ugas e Horças Centr"petas
^
Outra orça gerada é a orça centr"peta, que contraria a orça centr"uga e tende a aproBimar a massa rotativa do seu centro de rotação. ^ 8m helicóptero em uncionamento gera em seu rotor orças centr"ugas enormes que são transeridas das pás para seu engastamento na cabeça do rotor. Fais orças ultrapassam acilmente ;+ toneladas por pá em um helicóptero de médio porte. (os helicópteros a orça centr"uga é dominante no sistema do rotor. N ela que mantém a retidão e rigide0 da pá que suportará todas as evoluçVes do v#o. Fodas as outras orças atuam de orma a modiicar os eeitos desta orça. ?.* =eso
;;
O peso de um obDeto sore pequenas variaçVes em unção da latitude e da altitude. Como a aceleração da gravidade na terra é maior que na lua um mesmo obDeto pesará mais na terra do que na lua. O peso é uma orça sempre aplicada ao C[3Centro de gravidade7 da aeronave e sempre apontada para o centro da terra. N importante não conundir peso com massa. Jassa é a quantidade de matéria contida em um corpo. 8m determinado obDeto terá sempre a mesma massa em qualquer parte do universo. ?.4 Fração
tração aparece quando há inclinação do plano do rotor principal . Como a sustentação é perpendicular ao plano do rotor, a inclinação deste a0 aparecer uma componente na direção da inclinação, que é a tração. Com o aparecimento da tração o helicóptero começa a se deslocar, quando então aparece o arrasto. Com o deslocamento aumenta o luBo de de ar que passa pelo rotor, o que provoca um aumento da sustentação. %ste acréscimo na sustentação é chamado de sustentação de deslocamento
;?
<. -omandos de *=o O controle de uma aeronave obedece aos mesmos princ"pios de comando de uma aeronave de asa iBa, sendo eito segundos tr/s eiBos tans/esal, lon%itudinal e /etical. O movimento segundo o eiBo longitudinal 3voo para rente e para trás7 é controlado pelo manche c"clico. O coletivo controla os movimentos ao longo do eiBo vertical 3subida ou descida G vertical7. O manche cil"cio controla também a atitude e o rolamento enquanto os pedais controlam a diecção . atitude e o rolamento são controlados através do manche c"clico pela inclinação que se dá ao rotor, mais propriamente ao seu 3ato "i#o. O sistema de pratos 3um iBo e um rotativo7 é o sistema mais comum para controlar a inclinação das pás do rotor havendo no entanto outros.
=or eBemplo, se o helicóptero estiver inicialmente uncionando no solo, o passo coletivo estará baiBado e o manche c"clico centrali0ado. (estas condiçVes, o rotor principal estará com sustentação nula e o rotor estará conseqEentemente sem conicidade 3igura a7.
;5
a7 [iro no solo
b7 =airado
c7 Franslação
;<
5.1 Comando coletivo Para controlar a sustentação do rotor utiliza-se a alavanca de passo coletivo, acionada pelo piloto com a mão esquerda. Tal alavanca está ligada a um mecanismo que altera o passo das pás do rotor (o passo de uma pá é o angulo formado no qual ela está calçada em relação ao plano de rotação). uando o piloto pu!a para cima a alavanca de coletivo, o passo aumenta, "em como a sustentação do rotor# o $elic%ptero tende a su"ir. &ai!ando a alavanca de coletivo, o passo e a sustentação diminuem, o $elic%ptero tende a descer. 'sse sistema é análogo ao que controla a tração das $élices de passo variável. Para deslocar o $elic%ptero, uma solução simples consiste em inclinar o rotor, o que provoca um movimento na direção deseada. alavanca de coletivo altera uniformemente e simultaneamente o *ngulo de passo em todas as pás. uando o piloto aciona essa alavanca, o plat+ cclico desliza so"re o mastro para cima ou para "ai!o
Muando a alavanca é puBada para cima o &ngulo de ataque aumenta.Muando a alavanca é baiBada o &ngulo de ataque diminui. O coletivo é o controle primário de altitude e secundário de >=J.O coletivo também é o controle primário de pressão de admissão. 5.; Janete de potencia =unho rotativo que controla a rotação do motor através do aumento ou diminuição da quantidade de combust"vel e consequentemente da pot/ncia aplicada. N o controle primário de >=J e secundário de pressão de admissão.
O man#metro de pressão de admissão ou maniold é um instrumento que indica a pressão dos gases de admissão do motor. %m última análise, indica a pot/ncia que está sendo eBigida do mesmo. O maniold é um man#metro de pressão absoluta, que mede a pressão dos gases de admissão, tomada no coletor de admissão do motor. Muando o motor está parado,
;*
como não há luBo de gases no interior do coletor, ele indica a pressão atmosérica local, ou ambiente. CO(:'`%9 =' >=J'
COJ(:O >%98-F:O >'> J(%F% =98'> >=J8J%(F>
=-F >=J' =-F >=J-F =' >=J-F
'> =:'J'(8'> CO-%F'TO >=J8J%(F> H%CY> J(%F% =:'J'(8'> >=J :'J'(8'> 989=%(:%> =98'> CO-%F'TO >=J :'J'(8'>
5.? Comando c"clico O c"clico controla a direção da orça aerodin&mica gerada pelo rotor principal por meio da variação c"clica de passo, comandando a inclinação do disco do rotor.
ltera o &ngulo de ataque das pás do rotor principal em determinados setores de sua traDetória. %sta mudança ocorre a cada volta completa 3ciclo7, das pás do rotor principal. Muando a alavanca é movimentada ocorre uma inclinação do disco do rotor principal, inclinando, portanto, a direção da orça de sustentação, que é sempre perpendicular ao disco, a0endo aparecer uma componente hori0ontal, a tração, que a0 com que o helicóptero se desloque no sentido da inclinação do rotor. O c"clico controla os movimentos de aragem e rolagem, atuando através da unidade misturadora e das estrelas rotativa e estacionária. O c"clico é o comando primário de velocidade e secundário de altitude.O piloto poderá comandar ao mesmo tempo uma variação coletiva e uma variação c"clica, obtendose assim momentos de controle combinados 3iguras b e c7
;4
%m virtude do eeito giroscópico, os comandos de mudança de passo devem ser eitos a Q+X antes da posição deseDada
Como a haste de mudança de passo está a 5
Os pedais controlam a proa do helicóptero, através do controle do passo das pás do rotor de cauda, gerando uma orça no rotor de cauda de modo a controlar direcionalmente a aeronave. O rotor de cauda tem &ngulo de ataque positivo com os pedais na posição neutra para compensar o torque em v#o de cru0eiro. aplicação do pedal tende a alterar a >=J do rotor, que deve ser corrigida pelo piloto. O pedal é o comando primário de proa. 5.< %stabili0adores Terticais deriva superior é uma asa de peril assimétrico e tem a unção, quando em v#o G rente, de criar uma orça aerodin&mica oposta ao torque de reação do rotor principal sobre a estrutura. %ssa orça age no mesmo sentido que o empuBo do rotor traseiro. 'sto permite a redução da pot/ncia do rotor de cauda no v#o G rente. lém da economia da pot/ncia ornecida pelo motor, a pilotagem é acilitada no sentido de que o piloto pode continuar o v#o sem necessidade do uso dos pedais para velocidades estabili0adas de v#o cru0eiro ou superior. Fambém para o caso de uma alha do rotor de cauda a deriva permite ao piloto continuar v#o e eetuar um pouso corrido em segurança. :a mesma orma que a deriva superior, a deriva inerior aDuda também na estabilidade din&mica da aeronave. (a maioria dos casos a deriva inerior é equipada com uma bequilha de proteção para o rotor traseiro. =ara o caso de um pouso com grande &ngulo cabrado 3lare7 é poss"vel que a bequilha de proteção toque o solo. 5.* %stabili0ador Yori0ontal O estabili0ador hori0ontal é normalmente uma asa com peril assimétrico e invertida. Fem a inalidade de manter a aeronave nivelada com relação ao seu plano hori0ontal, quando esta está em v#o de translação. Muando se leva o c"clico G rente para se iniciar a translação, a pá que passa na parte de trás do disco do rotor ica mais alta com relação G pá que passa na rente e esta atitude tende a levantar a cauda da aeronave criando um momento picado. Com o aumento da velocidade o estabili0ador hori0ontal gera uma sustentação no sentido invertido, ou seDa para baiBo, tendendo a baiBar a cauda no sentido de nivelar a aeronave no plano hori0ontal. 'sso tra0 a aeronave para uma atitude correta em relação ao plano hori0ontal, evitando desconorto dos passageiros durante o v#o.
>. Pincí3ios do *=o ;Q
<.1 T#o pairado O v#o pairado signiica manter o helicóptero numa posição constante acima do solo, normalmente eBecutado a pouco pés. =ara se manter em estacionário o rotor tem que produ0ir uma orça igual ao peso do helicóptero. %stas duas orças apenas são iguais quando eBiste uma condição de vento nulo. 9e o &ngulo de ataque das pás or aumentado o helicóptero sobe na vertical sendo necessário no entanto aumentar a pot/ncia ou as rotaçVes decrescem. lguns helicópteros tem um acelerador ligado G manete de passo e outros tem um regulador de velocidade para que isto seDa eito automaticamente. (uma aeronave de asa iBa a velocidade do luBo de ar nas asas é principalmente determinado pela velocidade da aeronave em si. (o caso do helicóptero essa velocidade é determinada pela velocidade da aeronave mas também pela velocidade de rotação do rotor.
989F%(F`O I =%9O
TO ='>:O F1 e F; se anulam
;I,PO,I:I*O AN:I6:OR?@E
Muando é aplicada pot/ncia sobre o rotor para girálo, constatase que a uselagem do helicóptero tende a girar @em torno do rotor@ e em sentido contrário princ"pio da ação e reação. =ara evitar esse eeito é preciso tomar medidas especiais que estabili0em a aeronave em guinada. :iversas órmulas oram adotadas, como por eBemplo utili0ar dois rotores girando em sentido contrário, isto neutrali0a os torques de reação. =ara isso, oram abricados os modelos com rotores coaBiais, em tandem e lado a lado. Jas a solução mais utili0ada, em virtude de sua simplicidade, é o rotor antitorque na traseira, chamada, rotor de cauda.
?+
^
=ara se beneiciar de uma eicácia máBima, o rotor de cauda deve estar locali0ado o mais longe poss"vel do eiBo do rotor principal. ^ O sistema anula a tend/ncia G rotação da uselagem, mas uma orça residual subsiste tendendo a a0er a aeronave derivar no sentido do empuBo do rotor antitorque. ^ %sta nova tend/ncia é combatida por uma leve inclinação do eiBo do rotor principal na direção oposta G da deriva.
O rotor de cauda comporta um outro inconveniente, a pot/ncia aborvida para acioná lo é da ordem de 1+ a 1< da pot/ncia total. % é na ase de v#o pairado que esta porcentagem é mais elevada, quando é necessário o máBimo de pot/ncia ao rotor. <.; %eito solo 8m dos enómenos que demorou mais tempo a ser compreendido oi porque a necessidade de menor pot/ncia para manter pairado Dunto ao solo do que aastado deste. 8ma das primeiras teoria oi que o helicóptero lutuava numa @bolha@ de alta pressão causada pelo rotor. 'sso parecia eBplicar também porque ao partir em translação o helicóptero aundava o helicóptero escorregava da bolhaUU 9abese agora que não é assim. Os vórtices de ponta de asa ormamse sempre que uma asa ou pá produ0ir sustentação. Os vórtices a0em com que o ar seDa acelerado para baiBo causando um @ donas@. representação vetorial mostra que para um certo &ngulo de ataque eBiste um arrasto indu0ido e uma dada sustentação eetiva.
?1
Muando próBimo do solo eBiste um deormação "sica dos vórtices de ponta de asa e eles serão mais redu0idos. 'sso a0 com que o vento de do)n)ash relativo seDa menor e consequentemente para o mesmo &ngulo de ataque o arrasto indu0ido é menor e a sustentação eetiva é maior. 'sto tradu0se numa redução de pot/ncia para manter o helicóptero pairado Dunto do solo.
^
(a prática, quando o disco do rotor não está muito longe do solo, a massa de ar impelida para baiBo, é reletida no solo e aumenta a pressão na parte inerior do disco. %ste en#meno é conhecido como jeeito solo\.
^
O eeito é sens"vel se a dist&ncia entre o disco e o solo não ultrapassar um di&metro do disco. %le aumenta cerca de 1+ da sustentação. %ste en#meno eBplica a eBist/ncia de diversos tetos de utili0ação, com ou sem eeito solo
?;
OGE 8ma das ormas de saber as perormances de um rotor e do helicóptero é saber qual a altitude máBima e que este pode manter pairado ora do eeito de solo 3 OGE Out Ground Eect7. IGE Outro parametro a ter em conta é saber qual a altitude máBima e que este pode manter pairado dentro do eeito de solo 3 IGE In Ground Eect7. <.? T#o em deslocamento Chamamos a orça vertical que o rotor desenvolve de sustentação. :eslocando, teremos uma orça adicional necessária para superar o peso e que serve para movimentar o helicóptero. ssim, o que se chamava sustentação chamaremos de resultante.3impulso7
??
Muando se passamos de uma situação de estacionário para translação, o vetor resultante 3impulso total7 é decomposto em duas componentes sendo a sustentação 3componente vertical do impulso total7 menor que este. :e ato, uma das primeiras reaçVes quando se passa para voo de translação é um aundar do helicóptero, a não ser que se aplique mais pot/ncia 3&ngulo de ataque7
: ' cos a &
&1 ' sen a &
?5
<.5
Tariação da pot/ncia necessária
(o inicio do deslocamento, no caso das aeronaves de asa iBa, a pot/ncia necessária consiste na pot/ncia para ultrapassar o arrasto indu0ido somado G pot/ncia necessária para ultrapassar o arrasto parasita. (o caso dos helicópteros devemos somar ainda a pot/ncia necessária para ultrapassar o arrasto causado pela rotação do rotor. Chamase a isso aasto de 3e"il ou de siluetaC e ao contrário do arrasto parasita ele eBiste mesmo sem velocidade de translação. curva de pot/ncia dos helicópteros tem as seguintes caracter"sticas.
Como se pode ver da igura acima há uma redução signiicativa na pot/ncia necessária conorme a velocidade vai aumentando. 'sto é causado pela sustentação de deslocamento. eici/ncia do rotor aumenta conorme a velocidade aumenta Dá que no pairado haverá muita turbul/ncia causada pelos vórtices de ponta das pas. Conorme a translação do helicóptero para uma região de ar não turbulento os vórtices são deiBados para trás, o luBo de ar tornase mais hori0ontal e a eici/ncia do rotor aumenta.
%m v#o pairado, o empuBo era suiciente para equilibrar o peso. %m seguida do movimento de inclinação do rotor, para a colocação em translação, a componente vertical inerior G orça do empuBo não basta mais. >esulta que uma colocação em translação deve sempre ser acompanhada de um aumento do passo coletivo e de pot/ncia, para compensar esta queda de sustentação. ?<
D. E"eitos Aeodin2micos *.1 :einiçVes k %iBos da pá
Hique atento para não conundir os eiBos imaginários da pá com eiBos imaginários do helicóptero.'magine o sistema do rotor ora da uselagem do helicóptero. -ongitudinal %ste é o eiBo longitudinal da pá, sobre o qual ocorre a mudança de passo. Tertical 9obre o eiBo vertical ocorre o movimento de avanço e recuo das pás. Fransversal % sobre o eiBo transversal ou lateral se dá o movimento de batimento, ou lapping. k %iBos da aeronave
?*
k :isco do rotor e carga carga do disco 3Carga 3Carga alar7 =lano do disco, ou disco do rotor, é o plano que contém a pista descrita pela eBtremidade da pá. orça centr"uga e a sustentação @aDustam@ o plano do rotor, determinando sua atitude e a leBão das pás.
Muando voa de orma retil"nea e hori0ontal, o rotor suporta apenas o peso do helicóptero, ou seDa, a sustentação j-\ é igual ao peso jK\, de onde podemos airmar que o ator de carga carga ou gravitacional é - I K I 1. =orém, quando inclinamos o helicóptero, temos que saber que o ator de carga varia na ra0ão direta do &ngulo de inclinação da curva e inversa do cosseno desse &ngulo. Tale lembrar que quando alamos em carga, estamos nos reerindo a carga imposta ao rotor principal. O ator carga também ocorre quando entramos em uma 0ona de turbul/ncia, com gran grande dess ve velo loci cida dade dess ou mano manobr bras as brus brusca cas. s. Tamos mos po port rtan anto to,, ev evit itar ar as gran grande dess velocidades, manobras bruscas e quando entrarmos em uma 0ona de turbul/ncia, vamos redu0ir imediatamente a nossa velocidade. O ator carga aumenta em unção da orça centr"peta e esta por sua ve0 aumenta com o peso e a velocidade e diminui com o aumento do raio da curva. Com o aumento da inclinação, a resultante da sustentação j-\ terá de ser maior, para compensar o peso jK\ do helicóptero e o acréscimo de carga decorrente do ator de carga, para que a sustentação vertical j-1\ também aumente e seDa capa0 de sustentar a aeronave em v#o. O peso de um corpo depende de sua massa e da aceleração da gravidade, logo, K I m B g ou m I KSg. =ara eeito de cálculos, utili0amos a gravidade g I Q,61 mSseg Horça centriuga é aquela que tende a aastar um corpo em traDetória circular do seu centro de rotação. rotação. %sta orça surge surge assim que colocamos colocamos o rotor do helicóptero helicóptero em movimento e dependendo da >=J, chega a atingir uma orça de impacto de 1; toneladas. %Berc"cio 1 8m helicóptero >;;, a0endo uma curva de *+], sabendose que seu peso é de 1?4+ lb, qual qual será a carga suportada pelo rotor! ?4
=eso do helicóptero I 1?4+ lb Cosseno de *+] I +,< 9olução 1?4+ S +,< I ;45+ lb Observe que o rotor terá de suportar o dobro do peso normal do >;;. > ;;. %Berc"cio ; 8m helicóptero %nstrom H;*, com peso de 16++ lb, eBecutando uma curva nivelada de ?+], terá o seu ator de carga alterado para quanto! =eso do helicóptero 3K7 I 16++ lb Cosseno de ?+] I +,6*Q 9olução 16++ S+,6*Q I ;+41,?5 lb k 9olide0 total e solide0 solide0 parcial
k %iBo de rotação
?6
kngulo de conicidade conicidade
orça resultante, criada pela orça centr"uga e pela sustentação 3apenas cerca de 4 da primeira7 vai ser vis"vel no levantamento das pás do helicóptero. Chamamos de conicidade e é tanto maior quanto mais pesado o helicóptero esteDa. N o que está esquemati0ado nas duas iguras abaiBo em que o helicóptero número 1 está mais leve do que o número ;.
katimento atimento ou lapping é o movimento vertical das pás de um rotor, medido em suas pontas. =odemos comparar o movimento de batimento ao movimento de uma gangor gan gorra. ra. %sse %sse movime movimento nto permit permitee compen compensar sar a dissim dissimetr etria ia de susten sustentaç tação ão e é provocado por reaçVes aerodin&micas aerodin&micas que independem do do comando do piloto. piloto.
?Q
%m v#o, a própria condição do disco, inclinado para rente, aDuda a compensar a dissimetria de sustentação.O en#meno da dissimetria de sustentação também ocorre no rotor de cauda, que, por esse motivo, também tem o movimento de batimento.
kngulo de batimento
5+
k -igação R
D.$ =recessão [iroscópica @=recessão@ é uma outra propriedade dos giroscópios aproveitada na industria aeronáutica. %la surge quando uma orça constante tenta mudar o seu plano de rotação. (este caso o giroscópio reagirá como se esta atuasse em um ponto situado a Q+] do ponto de aplicação e no sentido de rotação. %sta propriedade é utili0ada na operação do ponteiro de um Furn anW 3 =au e bola7 ou de um Furn Coordinator. bolinha sore apenas os eeitos das orças nela aplicadas 3centr"uga e centr"peta7 e não possui nenhum tipo de controle ou alimentação para a sua operação. precessão giroscópica é um enómeno "sico que a0 com a eação a qualquer orça aplicada num ponto de um disco em rotação se d/ Q+] depois. qui compreendese porque o estol na pá que recua causa uma cabragem do helicóptero. %ste estol dáse no ponto C e o seu eeito aparece no ponto : causado uma atitude de nari0 em cima.
O mesmo racioc"nio é válido para a pá que avança resultando uma picada do helicóptero, ou seDa, um estol no ponto tradu0se num eeito em . 51
*.? :issimetria de sustentação dissimetria de sustentação é deinida como a sustentação desigual na área do disco do rotor, criada pelo v#o com velocidade de translação ou vento e oi o maior problema encontrado para conseguir a0er o helicóptero voar. T#o =airado 9em Tento órmula da sustentação di0 que quanto maior o &ngulo de ataque, maior a sustentação, que por sua ve0 varia com o quadrado da velocidade. (um v#o pairado sem vento, a velocidade tangencial de uma pá é constante, qualquer que seDa a sua posição no disco do rotor. (esta condição há uma sustentação pereitamente simétrica. (ão há variação de &ngulo de ataque e também não varia a velocidade. ssim, é poss"vel concluir que a pá que avança tem a mesma sustentação do que a pá que recua. (ormalmente, as pás t/m uma velocidade média tangencial de 5++ milhas por hora em suas pontas, que vai decrescendo na direção da rai0 até atingir velocidade considerada despre0"vel. T#o G Hrente ou =airado Com Tento Yavendo um vento relativo em direção ao bordo de ataque de um aeroólio, quanto maior o vento, maior a sustentação. Yavendo esse mesmo vento relativo em direção ao bordo de uga, a sustentação não será a mesma. [irando no sentido antihorário, a pá começa a avançar quando passa dos 16+] e a recuar quando passa dos ?*+]. Muando avança, a pá está com seu bordo de ataque contra o vento relativo e sua velocidade tangencial é somada G velocidade do vento, proporcionando sustentação muito maior do que a da pá que recua. =or estar no sentido oposto ao da velocidade de deslocamento, a pá que recua terá sua velocidade tangencial inal subtra"da da velocidade do vento relativo. %sta situação é igual no caso de v#o pairado com vento.
5;
*.5 9ustentação de deslocamento sustentação de deslocamento é a sustentação adicional obtida ao entrar em v#o hori0ontal, devido ao aumento de eici/ncia do sistema do rotor. O rotor produ0 maior eici/ncia ao se deslocar para rente porque a circulação do ar indu0ido, resultante da velocidade G rente, Duntase G velocidade normal do ar desviado para baiBo, havendo um incremento de velocidade. (essa ase de transição é comum aparecer no helicóptero uma vibração de reqE/ncia intermediária ;1, ou seDa, 3duas vibraçVes a cada volta do rotor7. %ssa vibração é considerada normal e deve desaparecer quando a sustentação se torna eetiva. Fambém ocorre nessa ase, o eeito de luBo transverso, que é o resultado de uma distribuição desigual das part"culas de ar nas partes posterior e anterior do disco de rotor, que irá se equali0ar quando a aeronave alcançar a sustentação de deslocamento.
5?
*.< Fransição Muando o helicóptero voa para diante, o ar que passa pela secção traseira do disco rotor tem um &ngulo de chegada do luBo vertical, maior que o do ar que passa pela parte dianteira.
O luBo vertical na seção traseira do disco rotor provoca a redução do &ngulo de ataque, resultando em menos sustentação. 8m &ngulo de ataque maior e mais sustentação são gerados na parte da rente do rotor porque o luBo de ar nesse ponto é mais hori0ontal. s dierenças entre as duas 0onas do disco rotor t/m o nome de eeito transversal do luBo e ao provocar uma quantidade desigual de sustentação e arrasto provocam vibraçVes no conDunto. %ste tipo de vibração é acilmente detectável pelo piloto. %stas vibraçVes aparecem normalmente quando o helicóptero se desloca a velocidades entre os ;+ e os 5+ RmSh. *.* >essonancia com o solo >esson&ncia com o solo são oscilaçVes violentas, que surgem quando o centro de massa é descentrali0ado, devido ao desequil"brio da relação angular entre as pás. Os helicópteros com rotor articulado eSou trem de pouso com amortecedores e rodas pneumáticas são mais suscet"veis a este tipo de problema, que podem surgir durante o cheque de magnetos, durante o taBi no estouro de um pneu , na decolagem ou no pouso, com toque violento de uma das rodas. rapide0 do piloto é essencial para sair desta situação, pois a resson&ncia pode destruir totalmente um helicóptero em poucos segundosU 55
:iante de uma situação de resson&ncia com o solo o piloto tem duas opçVes 9e tiver >=J suiciente para decolar deve tirar o helicóptero imediatamente do solo e pousar em outro tipo de terreno, de preer/ncia plano e macio. 9e não tiver >=J suiciente para decolar deve cortar o motor e aplicar o reio rotor imediatamente. *.4 uto >otação
auto rotação é uma condição estável de voo em que a orça necessária para manter o rotor girando não provém do rotor mas sim do luBo de ar passando pelo mesmo. 9ó é poss"vel eBecutar esta manobra perdendose altitude. N comparável ao voo planado. 5<
N uma manobra a que se recorre numa situação de alha de motor e que permite aterrar em segurança. =ara se manter a rotação do rotor ao arrasto teremos uma orça igual proveniente do motor. 9e o motor alhar ou or deliberadamente desligado do rotor devera haver uma outra orça que mantenha o giro. %ssa orça é conseguida redu0indose o passo, ou seDa , diminuindo o &ngulo de ataque. O ar ao passar pelo rotor manterá o giro.
H-8O :% > %J TO 9%J =OF(C' COJ =OF(C'
H-8O :% > %J TO
5*
a capacidade que as pás do rotor t/m de continuar a girar no mesmo sentido e com a mesma velocidade em caso de alha de pot/ncia, desde que esteDam no passo m"nimo. autorotação possibilita aos helicópteros um pouso com segurança, em caso de alha do motor. O helicóptero troca a energia potencial proveniente da sua altitude por energia cinética capa0 de manter as rotaçVes do rotor para garantir uma aterragem em segurança. ntes da aterrari0agem devese redu0ir a velocidade hori0ontal e a ra0ão de descida arredondando a traDetória 3lare7. :urante o lare as rotaçVes do rotor tendem a aumentar, dependendose da agressividade com que a manobra é eita, o que aDuda a obter as rotaçVes necessárias para que se possa a0er uma aterragem tão suave quanto poss"vel.
D. %eito do tempo de reação do piloto
54
*.Q Curva do homem morto
(este gráico de velocidade e altura, podese observar dierentes situaçVes de v#o, e analisar as condiçVes que possibilitam um pouso seguro em autorotação. O gráico varia de acordo com o modelo do helicóptero. :evese evitar voar nas áreas abaiBo da curva do gráico, chamadas de curva do homem morto, onde não há possibilidade de a0er a autorotação com segurança. (a prática, operase dentro destas áreas. O importante é saber que está enrentando uma situação de risco calculada. 9e ocorrer pane de motor dentro da área ate 5+ Rts, com certe0a a situação não será das melhores. O rotor perde rapidamente rotaçVes devido ao grande angulo de ataque. velocidade é baiBa e a altura é pouca para uma recuperação. Com a velocidade em torno de *+ milhas por hora e pouca altura, a única sa"da é tentar um pouso corrido, caso esteDa voando sobre um terreno plano. (ão há condiçVes de redu0ir a velocidade antes de tocar o solo, porque voc/ está voando muito baiBo, além do agravante da perda de rotação do rotor. =elo gráico dá para ver que voc/ está @tirando um rasante@ e neste momento o motor parou. situação é a pior poss"vel, porque agora voase a 11+ milhas por hora.Jesmo que esteDa sobre a pista de um aeroporto, a estrutura do helicóptero não irá suportar o impacto com o solo.
56
*.1+ %eito =endular
Fend/ncia do eiBo do mastro a permanecer perpendicular ao plano de rotação ell , com o obDetivo de atenuar o problema do eeito pendular, concebeu a barra estabili0adora. N uma barra com pesos nas eBtremidades, iBada ao mastro, através de amortecedores hidráulicos, a Q+] deasada com o rotor principal.Caso haDa inclinação do disco do rotor, a barra tende a permanecer em seu plano original, provocando um retardo na tend/ncia da uselagem acompanhar o disco do rotor e viceversa. *.11 %eito de Coriólis O matemático Coriólis airma que @para um corpo em movimento giratório, o produto da velocidade pela dist&ncia do centro de massa ao eiBo de rotação deve permanecer constante\. dist&ncia do centro de massa ao eiBo de rotação ve0es a velocidade de rotação deve permanecer constante para uma determinada rotação. T I ω.r %C I m.v I m. ω.r ; ;
5Q
Caso a dist&ncia do centro de massa ao eiBo de rotação varie, a velocidade também irá variar, para que o produto permaneça constante 3W7. 9empre que as pás do helicóptero a0em o movimento de batimento para cima, a dist&ncia do seu centro de massa ao eiBo de rotação, diminui. dist&ncia se tomando menor, a velocidade de rotação da pá deverá aumentar, para que o produto permaneça constante.
Muando ocorre o contrário, ou seDa, temos um batimento para baiBo, nos distanciamos mais do eiBo de rotação e a tend/ncia será a de diminuir a rotação. esta tend/ncia das pás em alterarem suas velocidades damos o nome de eeito de Coriólis, que provoca os movimentos de avanço e recuo Os amortecedores 3dampers7 instalados no cubo do rotor, são os responsáveis por absorver estes movimentos de avanço e recuo. =or enquanto, devemos saber que esta tend/ncia de variar a velocidade é absorvida nos rotores articulados pelos amortecedores de avanço e recuo, e nos r"gidos e semi r"gidos pela própria estrutura. O eeito de desbalanceamento geométrico é resultante dos constantes esorços nos movimentos de avanço e atraso das pás e de tração e compressão na rai0 das mesmas, podendo resultar até na quebra das pás.
<+
4. Centro de gravidade 4.1 =esos :einiçVes de peso 7 =eso básico = , asic )eight K 9ituação em que a aeronave é pesada para cálculos de peso e balanceamento. Constam do = os seguintes itens Célula, Jotores, 9istemas, %quipamentos de %merg/ncia, Combust"vel e leo residuais 3não drenáveis7. 7 =eso basico operacional =O , asic operational )eight OK 9ituação em que a aeronave é pesada com combust"vel
4.; alanceamento teoria de. =eso e alanceamento é baseada no =rinc"pio da balança de onde se origina o termo balanceamento. O trabalho de quem utili0a uma balança é equilibrála. (o balanceamento de uma aeronave o trabalho não é dierente.
=odese airmar que estando pesos iguais a uma mesma dist&ncia do ponto de apoio, a gangorra está equilibrada. %sta dist&ncia do ponto de aplicação do peso ao ponto de apoio recebe o nome de >`O. Mualquer peso aplicado em qualquer ponto desta gangorra, dierente do ponto de apoio, gera uma orça que a movimenta em torno deste. %sta orça recebe o nome de JOJ%(FO, e seu valor pode ser determinado com o uso da seguinte órmula <1
J I = B , onde JIJOJ%(FO$ =I=%9O$ I >`O. Fodo momento causado por um peso G direita do ponto de apoio gera um movimento no sentido dos ponteiros do relógio, o que caracteri0a um momento convencionado positivo$ por conseguinte, um momento causado por um peso G esquerda do ponto de apoio gera um movimento no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, caracteri0ando um movimento convencionado negativo. 4.? :atum -ine :atum -ine é uma linha vertical da qual todas as medidas hori0ontais são tomadas. datum line pode ser posicionada na tangente ao nari0 ou no mastro, não eBistindo uma regra quanto G sua locali0ação. 9ua posição é determinada pelo abricante da aeronave. 4.5 :eslocamento do C[ O centro de gravidade de uma aeronave tem sua posição determinada em unção da distribuição de pesos a bordo como carga , tripulantes e passageiros, e muda sempre que algum peso é retirado, colocado ou trocado de posição em relação ao eiBo longitudinal da aeronave. O centro de gravidade pode ser deslocado ao longo de qualquer um dos tr/s eiBos básicos do helicóptero . :evido Gs redu0idas dimensVes de largura e altura da uselagem, não eBiste muita variação de posição do C[ em torno dos eiBos vertical e lateral.=ara garantir condiçVes de v#o, o C[ tem limites de posicionamento que são determinados pelo abricante. =or este motivo, para cada decolagem é obrigatória a determinação da posição do C[ . [eralmente, os abricantes apresentam os limites de posição de C[,de uma aeronave, em orma de gráico que chamamos de %(T%-O=%. O C[ deve estar locali0ado próBimo ao mastro e neste caso a uselagem permanece hori0ontal e não é necessário <;
comando c"clico, para o v#o pairado. 9e o C[ tiver muito aastado do mastro, para rente ou para trás, a uselagem se inclinará no sentido do C[ e o controle se torna mais di"cil diminuindo inclusive a manobrobilidade.. Cada equipamento , possui tabelas e cartas de balanceamento que acilitam o carregamento e a determinação do C[. (o entanto, a determinação do C[ será encontrada com os seguintes dados =eso básico , C[ básico e a dist&ncia da linha de reer/ncia 3:F8J7 de cada peso a ser adicionado 3passageiro, piloto, bagagem, gasolina, etc.7. posição da linha de reer/ncia 3:F8J7 pode variar de acordo com o abricante, ou seDa, para o :F8J á rente, teremos :eterminar o C[ , com os seguintes dados =eso
raço I
Jomento
1.++5 lb
1+1,+\
1+1.5+5
[asolina 3;< gal7
1<+ 'b
1+4,+\
1*.+<+
=iloto
??+ 'b
6?,Q\
;4.*64
=eso básico
1.565 lb 9e
15<.151
C[ = soma dos momentos , teremos C[ = 15<.151 = Q4,6\ =eso
1.565
'sto signiica que o C[ está locali0ado a Q4,6\ da linha de reer/ncia ou seDa na estação Q4,6
0--------------------83,9---101,0--107,0
6. Henestron
<5
. -on/eti3lano :ilt Roto Os3e *6$$ O T;; é a única aeronave multimissão que possui capacidade para operar em tr/s envelopes de v#o distintos helicóptero, conversão e avião 3igura 1.56 3a7 e 3b77. O T;; oi proDetado para decolar e pousar como um helicóptero e operar com eici/ncia em cru0eiro a altas velocidades como um avião turboélice. Os rotores t/m tr/s pás 3igura 1.56 3b77 constru"das em material composto para atenderem aos requisitos de recolhimento rápido para operação em convés de navios da marinha dos %8, possuem ?6 pés de di&metro, são do tipo gangorra e estão montados em naceles que basculam sempre simetricamente nas eBtremidades das asas 3igura 1.56 3a77. Os dois rotores são interligados por um eiBo mec&nico que garante o uncionamento de ambos mesmos em caso de alha de um dos motores.
Ha ,istema de :ansmissão de PotJncia
aeronave possui dois motores llison de *.1<+ 9Y= cada um e oi proDetada para um peso máBimo de decolagem de *+.<++ lbs no modo conversão ou <1.<++ lbs no modo helicóptero. O T;; possui tr/s sistemas digitais de controle de v#o 3redund&ncia tripla7 e são do <<
tipo @lAbA)ire@1, com leis de controle necessárias para atenderem aos requisitos de qualidade de v#o, de desempenho e de segurança. O atuador de conversão opera com pot/ncia hidráulica e gira a nacele, mudando a coniguração da aeronave do modo avião 3posição +o7 para o modo helicóptero 3posição Q+o a Q4o7 por meio de um eiBo telescópico. (o modo helicóptero, os controles passam pelo prato c"clico, a0endo variaçVes c"clicas e coletivas de passo. Muando a nacele está posicionada verticalmente, a aeronave é controlada como se osse um helicóptero com dois rotores ladoalado. Com o sistema lA bA )ire os movimentos dos comandos na cabina são convertidos em sinais elétricos e são transmitidos por ios elétricos para os computadores digitais de controle de v#o que trabalham em paralelo. s leis de controle dentro dos computadores possuem unçVes que recebem os sinais de entrada, prev/em antecipaçVes em unçVes das condiçVes gerais e eBecutam realimentaçVes para aliviar ou eliminar os retardos de resposta devido G inércia da aeronave. (ão eBistem ligaçVes mec&nicas diretas entre os comandos eetuados pelo piloto e as super"cies de controle da aeronave
1K. ,tall 6.1 Fipos de stall 9tall de vorteB N uma situação provocada por uma acentuada descida na vertical ou próBimo disso á baiBa velocidade hori0ontal. =odemos aplicar ao rotor toda a pot/ncia de torque dispon"vel no motor e mesmo assim ser insuiciente para tirar o helicóptero do mergulho. . 8m mergulho no anel do vórtice também pode acontecer durante uma aproBimação com vento de cauda ou se a aeronave entrar dentro do cone de turbul/ncia de outra. (estas situaçVes, o helicóptero pode descer tão rápido que eBceda a velocidade do luBo indu0ido para baiBo. Como resultado, o luBo de ar por baiBo do disco rotor, tornase ascendente em relação ao plano do disco rotor, o que produ0 um segundo anel de vórtice perto do centro de cada pá, que se soma ao anel de vórtice normal que se orma na ponta da pá. O resultado é um luBo de ar instável e turbulento numa grande área do disco rotor que provoca a correspondente perda de eici/ncia do sistema mesmo que o motor esteDa produ0indo toda a pot/ncia dispon"vel. <*
igura mostra o luBo indu0ido descendente ao longo das pás durante um v#o pairado normal
velocidade do luBo de ar é alta Dunto da ponta das pás e começa a diminuir entre o meio de cada pá e o ponto de iBação ao mastro do rotor onde é nula. próBima igura mostra o esquema do luBo indu0ido Dá com alguma inversão e que, se não or parado, condu0 a uma situação de mergulho no vórtice
(este caso a descida é tão rápida que o vento aparente, Dá inverte o luBo em parte da pá. 9e o helicóptero continuar a descer nesta condição e não tiver pot/ncia suiciente para diminuir ou parar a descida e inverter o en#meno , vai entrar na perda no anel do vórtice
próBima igura mostra a relação entre as velocidades vertical e hori0ontal de um helicóptero durante a descida. s linhas traceDadas a vermelho que saem do ponto superior esquerdo da igura representam &ngulos constantes de descida. 9obrepostas a estas linhas há 0onas que
<4
mostram as condiçVes dos luBos de ar em unção das velocidades.
partir desta igura podemos tirar várias conclusVes =odese evitar a perda no anel do vórtice se o &ngulo de descida não baiBar. dos ?+],e isto .a qualquer velocidade (uma descida muito "ngreme, o anel de vórtice pode ser evitado aumentando a velocidade hori0ontal ou redu0indo a vertical, ao entrar na 0ona cr"tica. %m &ngulos de descida longe da vertical os remoinhos provocados pelos vórtices aastamse do helicóptero. %m &ngulos de descida próBimo da vertical os redemoinhos ormamse aastados do helicóptero se a velocidade de descida or baiBa e Dunto ao helicóptero se or alta. tend/ncia natural de um piloto que deiBa a sua máquina entrar nesta situação é puBar ao máBimo o comando do coletivo a im de aumentar a pot/ncia e... o &ngulo de ataque das pás. (o entanto se a ra0ão de descida Dá or muito grande essa ação pode agravar ainda mais a situação pois grandes &ngulos de ataque provocam mais turbul/ncia o que aumenta ainda mais a ra0ão de descida. 9tall de potencia Ocorre quando se tenta pairar o helicóptero ora do eeito solo e a pot/ncia dispon"vel não é suiciente para manter a altura. (esta condição há uma tend/ncia de luBo de ar de baiBo para cima no sentido oposto do luBo de ar de cima para baiBo, o que provoca grande turbul/ncia. <6
recuperação da condição de estol de pot/ncia é eita abaiBandose o passo coletivo e aumentandose a velocidade. O estol de turbilhonamento apresenta as mesmas caracter"sticas aerodin&micas do estol de pot/ncia, com a dierença de que ocorre nos v#os sem pot/ncia, ou seDa, em autorotação
9tall de pá O estol de pá é uma consequ/ncia do eeito aerodin&mico da dissimetria de sustentação. (o estol de pá, a pá que recua estola, provocando pelo eeito de precessão giroscópica, gerando uma violenta cabrada da aeronave. =ara se recuperar de uma situação de estol de pá devese diminuir a velocidade, diminuir o passo coletivo e aumentar a rpm do rotor. 9tall de overspeed Muando a velocidade de escoamento no eBtradorso da pá se aproBima da do som, o ar passa a ser um lu"do compress"vel e o seu comportamento muda completamente, produ0indo uma onda de choque no eBtradorso . O eeito de compressibilidade limita a velocidade de todos os helicópteros e apresentase na ponta da pá que avança, quando o helicóptero atinge altas velocidades. recuperação de um estol de compressibilidade se assemelha G recuperação de um estol de pá e se a0 redu0indose a velocidade. diminuindose o passo coletivo e mantendose a >=J do rotor
1+. TibraçVes 1+.1 Fipos de vibração 1+.1.1 aiBa reqE/ncia Correspondem a aproBimadamente uma vibração a cada volta do rotor, conhecidas também como 1 por 1 31++ a 5++ ciclos por minuto7. 9ão áceis de contar. Tertical 9acode o helicóptero de baiBo para cima e viceversa. parece em todas as velocidades e geralmente aumenta com a velocidade. Causa pás do rotor principal ora de tracWing. -ateral 9acode o helicóptero de um lado para o outro. =ermanece constante em dierentes velocidades. Causa rotor principal desbalanceado. 1+.1.; Fe!uencia intemediáia 7 (os helicópteros de duas pás correspondem a aproBimadamente duas vibraçVes a cada volta do rotor, conhecidas também como ; por 1 31+++ a ;+++ ciclos por minuto7. 9ão di"ceis de serem contadas. 1+.1.? Alta "e!LJncia 9e apresentam como um ormigamento ou um 0umbido 3acima de ;+++ ciclos por minuto7. 'mposs"veis de serem contadas. Z uma vibração sentida na uselagem ou nos pedais , geralmente provocada pelo desbalanceamento do rotor de cauda.
*+
11. Estabilidade estabilidade é inerente Gs aeronaves de asaiBa. (o caso de uma raDada de vento, ou uma perturbação nos comandos de voo causar alguma variação na atitude da aeronave, seu desenho aerodin&mico tenderá a corrigir o movimento, voltando ao equil"brio. Tários modelos de avião permitem ao piloto soltar os comandos em pleno voo, mantendose no curso sem a aDuda de piloto automático. %m contraste, os helicópteros são muito instáveis. 8m simples voo pairado constantemente requer correçVes do piloto. Caso o helicóptero seDa perturbado em alguma direção, ele tenderá a continuar aquele movimento até que o piloto o corriDa na direção contrária. =airar um helicóptero é semelhante a equilibrar um bastão na palma da mão. Muase todos os aDustes que se a0 em um dos comandos de voo produ0em eeitos que requerem compensaçVes nos outros comandos. Jovendo o c"clico G rente resulta em aumento da velocidade, mas em contrapartida também causa uma redução na sustentação, que por sua ve0 irá requerer mais eeito do coletivo para compensar essa perda. umentar o coletivo redu0 a >=J do rotor por causar mais arrasto sobre as pás, requerendo a abertura da manete de pot/ncia do motor para manter a rotação constante. 9e o motor está transerindo mais pot/ncia ao rotor, isso causará mais torque e irá requerer mais ação do rotor de cauda, o que é resolvido aDustando os pedais. Yelicópteros pequenos podem ser tão instáveis que pode ser imposs"vel de o piloto soltar o manche c"clico durante o voo. %nquanto nas aeronaves de asaiBa o piloto senta G esquerda, nos helicópteros ocorre o inverso. 'sso ocorre para que os pilotos de avião possam aDustar os rádios, manetes e outros controles com a mão direita. (os helicópteros o piloto senta G direita para manter a mão mais orte 3geralmente a direita7 no c"clico o tempo inteiro, deiBando os rádios e outros comandos para a mão esquerda, que pode ser retirada do coletivo durante o voo. %stabilidade é a reação de um corpo quando perturbado por uma orça. =ara que um corpo esteDa em equil"brio é necessário que a somatória das orças e momentos atuantes sobre o mesmo seDa igual a 0ero. estabilidade pode ser classiicada em 11.1 %stabilidade estática estabilidade estática por sua ve0 pode ser classiicada em %quil"brio estático ou positivo %quil"brio instável ou negativo *1
%quil"brio indierente
11.; %stabilidade din&mica estabilidade din&mica se reere a um per"odo de tempo considerado após uma perturbação ao equil"brio de um corpo. estabilidade din&mica por sua ve0 pode ser classiicada em %stabilidade din&mica neutra 3indierente7 O corpo continua a oscilar em torno de um ponto ou de uma linha de reer/ncia, com uma amplitude constante após uma perturbação .
%stabilidade din&mica positiva 3estável7 s oscilaçVes diminuem de amplitude após o corpo sorer uma perturbação.
%stabilidade din&mica negativa 3instável7 s oscilaçVes aumentam de amplitude após o corpo sorer uma perturbação. *;
%9F'-'::% =%(:8-> (os helicópteros o centro de pressão ica bem acima do centro de gravidade e sendo assim, quando um deles é deslocado de sua posição inicial, eBiste uma tend/ncia para que o C[ se alinhe com o vetor da sustentação. %sta situação resulta em movimento de rotação em torno do C[.
9e um helicóptero em v#o pairado or deslocado em qualquer direção, o plano de rotação das pás será inclinado na direção deseDada e o vetor da sustentação, consequentemente, também se inclinará, produ0indo a orça F e todo o sistema se deslocará no sentido da orça F.
*?
(o entanto, em virtude de sua grande massa, a uselagem continuará a se mover na direção inicial e todo o sistema oscilará até que todo o movimento da uselagem tenha cessado e neste instante o rotor estará inclinado no sentido oposto produ0indo uma tração F, e todo o ciclo de oscilaçVes recomeçará. intensidade das oscilaçVes poderá aumentar rapidamente, a um ponto tal que o sistema entrará em colapso
1$. Rolamento din2mico Os olamentos din2micos acontecem como conse!LJncia de um eo de 3ilota%em. O conecimento de t4cnicas a3o3iadas 3ode 3e/eni a ocoJncia deste ti3o de acidente !ue /em cescendo nos Mltimos anos. O rolamento din&mico pode acontecer com qualquer piloto de helicóptero, independente do ambiente operacional. lguns manuais de operaçVes chegam a alertar que ja principal caracter"stica do rolamento din&mico é o seu aparecimento despercebido, pois a condição em, que acontece está bem dentro da aiBa que normalmente o piloto permite em v#o\. %m outras palavras, o helicóptero pode ser colocado em uma situação de rolamento din&mico bem antes que o piloto possa reconhecer. O propósito deste artigo é ornecer uma compreensão melhor das causas do rolamento din&mico e como corrigilo. ntes de o piloto tentar entender o que é o rolamento din&mico, é interessante saber o que não é. 8m helicóptero pode rolar em duas situaçVes se or eBcedido o &ngulo de rolamento estático ou o &ngulo de rolamento din&mico. =ara todo obDeto, eBiste um &ngulo estático de rolamento. N o &ngulo para o qual voc/ deve inclinar o obDeto de
*5
modo a colocar o seu centro de gravidade diretamente sobre o ponto de rolamento. 9e o obDeto or inclinado além deste &ngulo, ele vai cair. 9e or diminu"do, o obDeto retorna a posição normal.=ara a maioria dos helicópteros, o &ngulo de rolamento estático está entre ?+ e ?< graus. O rolamento din&mico ocorre quando o &ngulo de rolamento din&mico é eBcedido. %ste &ngulo é a inclinação lateral além da qual o piloto não tem mais autoridade de controle para conter a velocidade angular lateral em torno de um ponto de apoio 3rodas ou esquis7. %ste &ngulo de inclinação é muito pequeno 3da ordem de 4 graus7 e depende da velocidade de rotação, do peso bruto e do empuBo do rotor. TeDamos agora a resposta em rolamento aos comandos de c"clico quando no ar. %m v#o nivelado, por eBemplo, o vetor empuBo 3que é perpendicular ao plano de rotação do disco do rotor7 age em torno do C[ lateral para produ0ir rolamento 3igura7. velocidade com que o helicóptero se inclina em torno do ponto de rotação 3neste caso o C[7 é deinida pela orça de controle e depende de dois atores o Jomento de Controle, que age em torno do C[, e o Jomento de 'nércia do eiBo de rolamento. O momento de controle depende de quanto o empuBo do rotor principal está deslocado do C[. O momento de inércia relaciona a massa de um componente com o ponto em torno do qual ele age, neste caso o C[ lateral. propósito, toda a aeronave tem momento de inércia espec"ico em torno de cada um dos tr/s graus de liberdade rotacional 3aragem, rolamento e guinada7. %m v#o, manobramos conortavelmente em torno do C[. O problema começa a acontecer quando o helicóptero entra em contato com o solo durante um deslocamento lateral, por eBemplo. 'sto estabelece um novo ponto de apoio 3roda ou esqui7. (esta circusnt&ncia, o deslocamento lateral do novo ponto de apoio em relação G linha de empuBo do rotor multiplica por < o momento de inércia torno do *<
eiBo de rolamento e diminui a orça de controle quando se aplica o c"clico para o lado oposto na tentativa de conter o rolamento. =ara piorar as coisas, se o piloto aplicar o c"clico tardiamente, o momento de controle não vai agir pelo lado de ora do novo ponto de rotação e não vai ornecer orça de controle necessária para interromper o movimento de rotação. (este ponto, é importante questionar como os helicópteros entram em uma situação de rolamento din&mico! em, imagine um v#o pairado em uma situação de muita poeira e tentando pousar. (este processo, devido G perda de reer/ncias visuais, o helicóptero comece a se deslocar lateralmente e toque o solo com um dos trens de pouso. gora, o C[ gira em torno do trem de pouso gerando um indeseDável movimento de rotação. =ara tornar as coisas piores, como o coletivo não está todo baiBado, o empuBo do rotor está acelerando o movimento e levando a aeronave a capotar. % se inadvertidamente entrarmos nesta situação, como a0er para interromper o rolamento. =rimeiro, o piloto deve procurar livrarse totalmente do momento de controle, pois não temos certe0a se o empuBo do rotor principal está acelerando ou desacelerando o movimento de rotação e isto é eito baiBando o coletivo. asicamente, esta ação permite que o peso da aeronave atue contra o movimento de rotação e será eetivo se o helicóptero ainda não tiver atingido o &ngulo de rolamento estático ou antes do disco do rotor atingir o solo.
Hig1 &ngulo de rolamento estático
**
mesma discussão de rolamento din&mico tem aplicação direta em outra área do v#o de helicóptero que estamos sempre tendo que reali0ar pouso em terrenos inclinados. (este caso, nós realmente queremos nos apoiar em um dos trens de pouso. (ormalmente, o pouso em terreno inclinado é eito diminuindose suavemente o coletivo a partir do v#o pairado até tocar o solo com um dos trens de pouso 3igura7. O c"clico é movido em direção ao lado mais alto para proporcionar o maior momento de controle e evitar que a aeronave desli0e morro abaiBo. O piloto então redu0 o coletivo suavemente até estar com o trem de pouso apoiado por completo no solo. %Bistem dois aspectos importantes a considerar durante esta manobra a altura do rotor ao solo 3no caso de haver pessoas se movimentando no lado alto do terreno próBimo ao rotor principal7 e o limite de batente lateral de c"clico, pois se or atingido perdese autoridade de controle [eralmente, o aspecto mais cuidadoso da operação em terreno inclinado é a decolagem. técnica utili0ada normalmente consiste em mover o c"clico lateralmente em direção ao lado alto do terreno, ao mesmo tempo em que aumenta o passo coletivo. 'sto deve ser eito suavemente, colocando o helicóptero em atitude nivelada antes de sair do solo. 9% a técnica correta não or aplicada, isto pode gerar problema. 9e o coletivo or puBado muito rapidamente antes de o helicóptero sair do solo, pode ocorrer um momento eBcessivo. %m outra palavras, se a aeronave não estiver estabili0ada antes de sair do solo, um eeito de jchicote\ pode acontecer assim que o ponto de apoio movese do trem de pouso de volta para o C[. %sta mudança no ponto de apoio, isto é inércia, pode levar a um aumento de cinco ve0es a potencia de controle, deiBando a aeronave incontrolável. O resultado será catastróico %m resumo, a brevidade da discussão sobre rolamento din&mico não deve diminuir a import&ncia do assunto. o longo dos anos, vários pilotos de helicópteros tem sido apanhados e acidentaramse por rolamento din&mico e vários outros chegaram muito perto. 8ma coisa que provavelmente todos concordarão é que uma sólida compreensão do assunto teria sido benéica e talve0 tivesse evitado a ocorr/ncia. (ão seDa pego desprevenido. Conheça o assunto e voe com segurança. *4
Outra abordagem sobre o &ngulo cr"tico é o &ngulo máBimo de batimento. =ara a maioria dos helicópteros, situase entre 1? e 14 graus. Jas o conceito importante é que voc/ pode estar comprometido com o rolamento din&mico antes de atingir os &ngulos estáticos ou de batimento.
ocorr/ncia do rolamento din&mico depende de quatro condiçVes O helicóptero deve estar com um dos esquis apoiados ou presos ao solo. 8ma das rodas ou esquis pode estar em contato com o solo ou um obDeto no solo, como uma carga eBterna. =ode ser uma corrente de amarração, restringindo o helicóptero, mesmo que os esquis ou rodas esteDam ora do solo. (um acidente recente, sugeriuse a ocorr/ncia do rolamento din&mico, mesmo embora a testemunha tenha declarado que as rodas estavam no solo ou bem próBimas. 9e as rodas não estão no solo, não deve ter sido rolamento din*amico. o helicóptero deve girar em torno do ponto de contato no solo, e não em torno do centro de gravidade. %Bistem muitas condiçVes de v#o onde o helicóptero gira em torno de um ponto de contato no solo. :urante decolagens verticais a partir terrenos inclinados o helicóptero gira em torno do esqui alto até que o esqui baiBo atinDa a mesma altura. Tários rolamentos din&micos t/m sido causados por eBcesso de comando c"clico lateral. ocorr/ncia mais comum é do contato com o solo durante um v#o em translação lateral. o helicóptero deve ter alguma velocidade angular em torno do ponto de pivoteamento. o helicóptero geralmente está com potencia de decolagem ou leve nos esquis. :urante a decolagem e pousos em terrenos inclinados e com apenas um esqui no solo, o &ngulo de inclinação pode levar o helicóptero a girar em torno do esqui e capotar.Muando esta situação acontece, o controle lateral de c"clico tornase mais lerdo e menos eetivo do que no v#o pairado. ssim, se a inclinação lateral atingir um determinado valor, o helicóptero entrará num rolamento que não poderá ser corrigido,
*6
mesmo com comando total de c"clico. lém disto, a medida que a ra0ão de rotação aumenta, diminui o &ngulo a partir do qual é poss"vel uma recuperação. Muando eetuando manobras com apenas um esqui no solo, devemos ter o cuidado de manter o helicóptero equilibrado, principalmente no sentido lateral. o eetuar pouso e decolagem de terreno inclinado, tenha o cuidado de não deiBar aumentar a ra0ão de rolamento lateral. -evante suavemente o esqui mais baiBo de modo a tra0er o helicóptero para uma situação nivelada e só então decole verticalmente. (o pouso, eetue o procedimento inverso. 9e o helicóptero começar a girar em direção G parte mais alta do terreno, redu0a o coletivo para corrigir o &ngulo de inclinação, retornar a uma atitude nivelada e então comece o procedimento de decolagem novamente. O coletivo é muito mais eiciente no controle de rolamento do que o c"clico, porque redu0 o empuBo total do rotor principal. 8ma redução suave e moderada, na ra0ão aproBimada de todo em cima a todo em baiBo em dois segundos, é adequada para interromper o rolamento. %ntretanto, devese ter cuidado de não baiBar o coletivo muito rapidamente para evitar o impacto da pá do rotor principal com o cone de cauda. lém disso, se quando o helicóptero está inclinando em direção G parte mais alta do terreno, o piloto baiBar o coletivo muito rápido, vai criar ma ra0ão de rolamento no sentido oposto, ou seDa, quando o esqui baiBo atingir o solo, a din&mica do movimento pode levar o esqui da parte alta a sair do solo e a inércia a0er com que o helicóptero gire sobre o esqui baiBo, rolando morro abaiBo. (ão puBe o coletivo rapidamente para decolar, pois um grande momento de rolamento para o lado oposto irá acontecer e isto será incontrolável. s técnicas para pouso em terreno inclinado são similares para a maioria dos helicópteros. :e maneira geral, procure manter o disco do rotor na hori0ontal assim que voc/ começa a puBar o coletivo. 'sto signiica levar o c"clico na direção da parte alta do terreno até que o esqui baiBo comece a sair do solo. Muando isto acontecer, vá voltando o c"clico para a posição central a medida em que a uselagem or adquirindo uma situação hori0ontal.
*Q
s seguintes consideraçVes são importantes Yaverá menos disponibilidade de controle lateral durante operação com vento de través, quando este vem da parte alta do terreno$ %vite operar com vento de cauda em terreno inclinado$ Muando houver carregamento ou descarregamento nestas condiçVes, as solicitaçVes de c"clico serão mudadas$ 9e o limite de c"clico or atingido, havendo uma redução de coletivo podem ocorrer impactos da cabeça com o mastro 3mast bumping7$ se durante a decolagem, o esqui mais alto começar a sair primeiro, redu0a o coletivo suavemente e veDa se o esqui baiBo não icou preso. =ara evitar o rolamento din&mico é importante pleno dom"nio do helicóptero. (ão aceite uma decolagem que não seDa eBatamente na vertical. -embrese ainda, que o perigo dos rolamentos não está suDeito apenas a terrenos inclinados. 2á aconteceram rolamentos em super"cies niveladas. O resultado inal depende do piloto e da rapide0 e precisão com que ele analisa o problema e inicia uma ação corretiva. 8ma aplicação incorreta dos controles pode intensiicar o rolamento e levar o helicóptero a uma atitude irrecuperável
4+
18 NO:AR -onceito7 NOTAR, que é um acr#nimo de No Tail Rotor, tem como obDetivo primário embutir as
partes móveis do sistema antitorque para evitar acidentes e redu0ir ru"do. asicamente, o rotor de cauda sai da posição tradicional e passa a icar na rai0 do tailboom, internamente. s pás são redu0idas no comprimento e em maior número, ligadas a um cubo que é acoplado G caiBa de transmissão. %ste cubo consegue controlar o passo de todas as pás de orma coordenada e s"ncrona. O ar segue pelo tubo e escapa na eBtremidade, onde há um deletor de Q+ graus. O sistema (OF> é composto por quatro componentes principais a7Cone de cauda de seção circular pressuri0ado a baiBa pressão 3+,< psi7$ b7 [erador de HluBo 3an7 com passo variável, com solide0 I +,*1?, para manter a pressão constante dentro do cone de cauda$ c7 Cone de cauda com duas endas longitudinais posicionadas a 4+X e 15+X do lado direito do helicóptero$ e d7 8m direcionador de luBo posicionado na eBtremidade do cone de cauda, acionado pelo pedal.
-aacteísticas mec2nicas e aeodin2micas7 Foda a mec&nica é similar ao rotor de cauda comum da caiBa de transmissão até a ligação do eiBo de transmissão do rotor de cauda. :este ponto em diante, o NOTAR é completamente dierente dos rotores convencionais.
41
Fonte: McDonnell Doula!
começar da parte anterior ao escape do motor, o J: <;+( possui uma grade que protege a tubulação de admissão de ar. Tirada para cima, ela a0 uso do sopro do rotor principal e evita a admissão de obDetos. %sta tubulação ornece o ar necessário para o uncionamento do sistema. pós a admissão de ar, segue o conDunto rotativo de pás de passo variável. %ste conDunto está acoplado a um eiBo que sa" da caiBa de transmissão do rotor principal, para que o mesmo possa uncionar em caso de parada do motor. O piloto tem controle da variação de passo usando o comando de pedais na cabine. caiBa de redução para este conDunto de pás é de manutenção on con"ition .
4;
O ar acelerado pelas pás segue o caminho através do tubo de cauda. Os helicópteros NOTAR possuem sempre um tubo largo, sendo acilmente dierenciado dos demais. O tubo possui uma caracter"stica muito peculiar ele indu0 o giro do luBo de ar e possui endas longitudinais em apenas uma das laterais. O giro do luBo de ar a0 com que parte do ar que circula internamente escape por pequenas restas no tubo, criando um peril de sustentação em cilindro através do eeito #oan"$. O eeito #oan"$ a0 uso do luBo de ar gerado pelo rotor principal, que passa pelo tubo de cauda em velocidade considerável, suiciente para gerar uma componente hori0ontal capa0 de redu0ir drasticamente o eeito de torque independente do ar que sai na ponta do tubo. través deste mecanismo, o piloto ica com menos carga de trabalho, redu0indo a atenção dada ao comando de pedal principalmente no v#o pairado, decolagem e arredondamento para o pouso.
4?
O J: <;+( é equipado com um conDunto aerodin&mico de estabili0adores vertical e hori0ontal, em orma de Y. O estabili0ador vertical é móvel, redu0indo a carga sobre o sistema NOTAR quando em v#o reto nivelado e aDudando nas curvas.
Fonte: McDonnell Doula!
8m ato curioso sobre a as empenagens do <;+( é que nenhuma delas possui um alinhamento igual. 'sso se deve Gs irregularidades do luBo de ar 3 "o%n%a!&7 do rotor principal sobre elas. Outra questão que muitas ve0es não é abordada é que o piloto controla o passo do sistema (OF> e a abertura da sa"da de ar na ponta do tailboom de orma indireta. %stes aDustes são ponderados por outros sistemas antes de receberem o comando do pedal. O sistema de empenagens levou mais de <+ tentativas em protótipo para chegar G coniguração inal, isso tudo por causa da imprevisibilidade do luBo de ar do rotor principal.
,e%uança7 O sistema NOTAR provou ao longo de mais de uma década ser eBtremamente coniável. =esquisas reali0adas pela H, (F9 e Jarinha mericana apontaram que ;1 dos acidentes com helicópteros envolvemos diretamente alhas ou perda de comando no rotor de cauda, incluindo colisVes com obDetos ou pessoas. :estes ;1, 15 teriam sido evitados se as aeronaves ossem (OF>.
;i"eenças em elação ao sistema con/encional7 principal dierença começa com a ineBist/ncia do rotor eBterno, móvel e aparente. Fodo piloto de helicóptero é instru"do a ter cuidado com o rotor, que pode acilmente causar uma atalidade em um passante distra"do, colidir com galhos de árvores, aspirar obDetos e gerar bastante ru"do. O (OF> não passa por estes problemas, 45
podendo ser operado com mais tranqEilidade em operaçVes policiais e resgate 3onde é necessário pousar próBimo a aglomeraçVes de pessoas e locais despreparados7, operaçVes urbanas de transporte, ambul&ncia, patrulha e ilmagem 3baiBo ru"do7. Tantagens principais >u"do redu0ido parece um detalhe mas o ru"do hoDe é um assunto sério que pode até mesmo tirar de operação determinada aeronave. dierença de ru"do dos helicópteros equipados com o sistema (OF> é grande, considerando que até *+ do ru"do de um helicóptero convencional vem do rotor de cauda. •
Fonte: McDonnell Doula!
Jaior segurança Como ora descrito anteriormente, a aus/ncia de rotor de cauda eBterno elimina vários riscos relacionados G operação. • Jenor vibração eBposição das pontas das pás de um rotor de cauda comum ao "o%n%a!& do rotor principal causa vibração. Com o (OF>, não há este conlito. • >edução da carga de trabalho do piloto o sistema a0endo uso do eeito #oan"$ redu0 a carga de trabalho no comando de pedal. •
:esvantagens
4<