UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
JULIANO MALAQUIAS GARCIA
PESO E BALANCEAMENTO DE AERONAVE
GOIÂNIA, 2009
JULIANO MALAQUIAS GARCIA
PESO E BALANCEAMENTO DE AERONAVE
Este trabalho foi orientado pela Professora Ana Paula, a qual exerce a disciplina aeronáutica, o qual aborda o tema Peso e Balanceamento de Aeronaves.
GOIÂNIA, 2009
JULIANO MALAQUIAS GARCIA
PESO E BALANCEAMENTO DE AERONAVE
GOIÂNIA-GO, ___/___/___.
PROFESSOR(a) EXAMINADOR(a)
Ana Paula ______________________UCG_________ Assinatura
Nota
SUMÁRIO
INTRODUÇÀO.......................................................................................................... 01 CAPÍTULO I – TEORIA DE PESO E BALANCEAMENTO.......................................02 1.1 Peso Vazio...........................................................................................................03 1.2 Carga Útil.............................................................................................................03 1.3 Plano de Referência.............................................................................................03 1.4 Braço....................................................................................................................04 1.5 Momento...............................................................................................................04 1.6 Centro de Gravidade (CG)...................................................................................04
CAPÍTULO II – PESO E BALANCEAMENTO DA AERONAVE EMBRAER EMB721C SERTANEJO....................................................................................................05 2.1 Generalidades......................................................................................................05 2.2 Recomendações gerais para carregamento........................................................07 2.3 Determinações do peso e localização do C.G. para o vôo..................................08 2.4 Gráfico de carregamento......................................................................................10 2.5 Limites de peso e C.G. do avião..........................................................................11
CONSIDERAÇÕES FINAIS.......................................................................................12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................13
INTRODUÇÃO
Desde os surgimento da aviação foi observado que peso foi um dos fatores determinantes para a capacidade de uma aeronave voar. Os construtores dos primeiros aviões faziam o uso de tais materiais como madeira, tecido resistente e leve para obter a força de peso, que permitiria voo. No entanto, durante este período inicial do desenvolvimento pouca atenção foi dada ao equilíbrio. Essa fiscalização resultou em fracasso e, muitas vezes, acontecimentos catastróficos de que resultou a morte de vários profissionais, construtores e pilotos. Até a I Guerra Mundial tornou-se conhecimento comum entre os criadores que, a fim de obter uma boa aeronave tem de ser leve e manobrável. A leveza foi obtida pelos materiais utilizados na construção e da manobrabilidade poderia ser aumentada pela colocação do centro de gravidade diretamente em linha com o centro do elevador. Como a aeronave foi sendo utilizada com freqüência, viagens de longas distancias, o homem enfrentou vários problemas enfrentados pelo construtor da aeronave, sendo que um desses problemas foi à instabilidade. Através da adição de passageiros, navegação, combustível, e bagagens, tornaram-se evidente que a aeronave poderia simplesmente mudar de estabilidade, movendo em diferentes locais dentro da aeronave. Às vezes mudanças de atitude também trouxe uma completa perda de controlabilidade. Isto trouxe modificações nas superfícies de controles das aeronaves, tais dispositivos na cauda, slots, slats etc. Até o final dos anos 1930, tornou-se óbvio que a aeronave deve ser concebida de tal maneira que o centro de gravidade deve ser colocado um pouco à frente do centro do elevador. Embora este reduziu a manobrabilidade, que resultou em uma aeronave estável com menos chance de perda de controle. Durante a II Guerra Mundial, surgiram aviões maiores e mais rápidos. Com estas exigências de estruturas de alumínio, mais motores, fuselagem aerodinâmica, resultando uma aeronave mais complexa. Estas aeronaves eram capazes de levantar milhares de libras, passando para altitudes que exigem sistemas de pressurização, e viajando a velocidades superiores a trezentos quilômetros por hora. Até ao final deste período, o avião tornou-se um modo de transporte aceito pelo público, com novas exigências para obter mais velocidade, conforto e conveniências. Isso trouxe a utilização da turbina, velocidades próximas de "Mach 1". Combustível teve de ser usados em uma seqüência adequada, instalações de alimentação para os passageiros, uma
ampla gama de fluidos foram já utilizados em vários sistemas, bem como o centro do elevador iria mover como se aproximou da velocidade do som. Hoje fornecem uma aeronave com vista a satisfazer todos os aspectos de transporte e lazer. Estes incluem formação de pequenas aeronaves, helicópteros capazes de decolagem e aterrissagem em pequenas áreas, transportando grandes quantidades de cargas. Aeronaves capazes de transportar passageiros ao seu destino, a velocidades superiores à velocidade de som. Embora cada uma destas aeronaves trouxe suas próprias características únicas em relação ao peso e equilíbrio, existem regras comuns que regem o vôo seguro. Portanto todos os aviões vão ser afetados negativamente pela abusiva carga. Isto pode ser devido a um excesso de peso ou de uma colocação inadequada do peso em diferentes locais dentro da aeronave. CAPÍTULO I – TEORIA DE PESO E BALANCEAMENTO
A teoria do peso e balanceamento é a alavanca, que está em equilíbrio ou balanceada quando esta em repouso sobre o fulcro, em posição nivelada. A influência do peso depende diretamente de sua distância do fulcro. Para balancear a alavanca, o peso deve ser distribuído a fim de que o efeito de rotação seja o mesmo em ambos os lados do fulcro. Similarmente, uma aeronave está balanceada se ela permanecer nivelada, suspensa por um ponto imaginário. Este ponto é a localização ideal de seu c.g. Uma aeronave balanceada não precisa permanecer perfeitamente nivelada, mas sua posição deve permanecer relativamente próxima desta. A obtenção deste balanceamento é apenas uma questão de se colocar as cargas, de modo que o braço médio da aeronave carregada fique dentro da faixa do c.g.
Figura – 1 Aeronave Suspensa pelo seu C.G.
1.1 PESO VAZIO O peso vazio de uma aeronave inclui todos os equipamentos operacionais que possuem localização fixa e, que estejam realmente instalados na aeronave. Este peso inclui o peso da
célula, grupo motopropulsor, equipamentos necessários, lastro fixo, fluido hidráulico, óleo e combustível residuais.
1.2 CARGA ÚLTIL A carga útil da aeronave e determinada pela subtração do peso vazio do peso bruto máximo permissível. Para as aeronaves homologadas nas categorias normais e utilitárias deve haver duas cargas úteis nos registros de peso e balanceamento. A carga útil consiste do Maximo de óleo, combustível, bagagem, piloto, copiloto e membros da tripulação. A redução no peso de um item, quando possível, poderá ser necessário para que a aeronave permaneça dentro do peso máximo permitido para a categoria em que estiver operando.
1.3 PLANO DE REFERÊNCIA O plano de referência é um plano vertical imaginário, a partir do qual, todas as medidas são tomadas horizontalmente para fins de balanceamento com a aeronave para fins de balanceamento com a aeronave em altitude de vôo nivelado. Este plano esta em ângulo reto em relação ao eixo longitudinal da aeronave. O fabricante pode localizar o plano de referência onde for melhor conveniente para a localização de equipamentos, medição, e computação do peso e balanceamento. A localização do plano de referencia e indicada na maioria das especificações das aeronaves. Em algumas aeronaves antigas, em que o plano de referencia não e indicado, pode-se selecionar qualquer plano de referencia que seja conveniente. Entretanto, ema vez adequadamente identificado, para que qualquer pessoa que leia os números não tenha duvida quanto a usa localização. A figura 1.3 mostra algumas localizações de plano de referência usadas pelos fabricantes.
Figura 1.3 Localização de plano de referência.
1.4 BRAÇO O braço é a distância horizontal entre um equipamento e o plano de referência. O comprimento do braço é sempre dado ou medido em polegadas; e, exceto nos casos em que a localização seja exatamente sobre o plano de referência (0), ele é precedido do sinal positivo (+) ou negativo (-). O sinal positivo indica uma posição para trás do plano de referência, e o sinal negativo indica uma posição adiante do plano de referência. Se o fabricante escolher um plano de referência que esteja na posição mais dianteira da aeronave, todos os braços serão positivos. O braço de um item, normalmente é apresentado entre parênteses, imediatamente depois do nome ou peso do item; nas especificações da aeronave.
1.5 MOMENTO O momento e o resultado da multiplicação de um peso pelo seu braço. O momento de um item em torno do plano de referência é obtido pela multiplicação do peso deste item, pela distância horizontal, entre este item e o plano de referência. Da mesma forma, o momento de um item em torno do c.g. pode ser computado pela multiplicação de seu peso, e pela distância horizontal entre este item e o c.g. Qualquer peso adicionado à aeronave, em qualquer lado do plano de referência será positivo. Qualquer peso removido será negativo. Ao se fazer a multiplicação de um peso por um braço, o momento resultante será positivo se os sinais forem iguais, ou negativos se os sinais forem desiguais.
1.6 CENTRO DE GRAVIDADE (C.G.) O c.g. de uma aeronave é o ponto sobre o qual os momentos de nariz pesado, ou de caudas pesada, são exatamente iguais em magnitude. Uma aeronave suspensa por este ponto, não deve ter tendência de rotação para qualquer dos lados do nariz ou de cauda. Este é o ponto no qual o peso da aeronave ou de qualquer objeto está concentrado.
CAPÍTULO II – PESO E BALANCEAMENTO DA AERONAVE EMBRAER EMB721C SERTANEJO
A fim de obter boas características de vôo, segurança e desempenho proporcionadas pelo EMB-721C Sertanejo, o vôo deve ser realizado com o peso e o centro de gravidade (C.G.), dentro do limite operacional aprovado. A aeronave oferece enorme flexibilidade de carga; não pode, no entanto, voar com o número máximo de passageiros adultos, tanques de combustíveis totalmente cheios e bagagem máxima. Antes da decolagem, o piloto deve certificar-se de que o avião está carregado de acordo com o envelope de carregamento. 2.1 GENERALIDADES A má distribuição de carga traz conseqüências prejudiciais para qualquer avião. Um avião sobrecarregado não terá desempenho de decolagem, subida e cruzeiro tão bom quanto um avião adequadamente carregado. Quanto mais pesado estiver o avião, pior será o seu desempenho. O centro de gravidade é um fator decisivo nas características de vôo. Se o C.G. estiver muito a frente, em qualquer avião, será difícil rodar para a decolagem ou aterragem. Se o C.G. estiver muito atrás, o avião poderá rodar prematuramente na decolagem e a estabilidade longitudinal será reduzida. Isso pode resultar em estóis inesperados ou, até mesmo em parafuso. A recuperação de atitude do avião durante o parafuso, tornar-se a mais difícil, se o centro de gravidade estiver localizado fora do limite traseiro aprovado. Um avião adequadamente carregado terá o desempenho pretendido. Antes de ser entregue para a operação o avião é pesado, sendo então computados o peso vazio básico e a respectiva localização do C.G. Conhecendo o peso vazio básico e o respectivo C.g., o piloto pode facilmente determinar o peso e a posição do c.g. para o avião carregado, calculando o peso e o momento totais e, em seguida, verificando se estão dentro do envelope aprovado de “Limites de Peso e C.G. do Avião.” O peso vazio básico e a respectiva localização do C.G. são registrados na “Ficha de Pesagem de Aviões” do relatório de peso e balanceamento do avião. Devem ser usados sempre os valores mais atualizados. Sempre que um novo equipamento for acrescentado ou qualquer modificação for efetuada, o responsável pela execução do serviço deve computar o novo peso vazio básico e a nova localização do C.G., anotando – os no livro de bordo e na carta C. o proprietário deve certificar-se que isto foi feito.
2.2 RECOMENDAÇÕES GERAIS PARA CARREGAMENTO
Estas recomendações servem como orientação para o carregamento adequado. Os gráficos, as instruções e a régua de peso e balanceamento devem ser verificados para garantir que o peso e o C.G. da aeronave estejam dentro do envelope operacional aprovado de peso e balanceamento. Somente o piloto – carregue primeiro o bagageiro traseiro. Sem bagagem no bagageiro traseiro, a quantidade de combustível pode ser restringida pelo limite dianteiro do envelope para algumas combinações de equipamento opcional. Dois ocupantes – piloto e passageiro no assento dianteiro. Carregue primeiro o bagageiro traseiro. Sem bagagem no bagageiro traseiro, a quantidade de combustível pode ser restringida pelo limite dianteiro do envelope para algumas combinações de equipamento opcional. Três ocupantes – dois nos assentos dianteiros e um dos assentos centrais. Carregue primeiro o bagageiro traseiro. A bagagem do bagageiro dianteiro pode ser restringida pelo limite dianteiro do envelope. Sem bagagem no bagageiro traseiro, a quantidade de combustível pode ser restringida pelo limite dianteiro do envelope para algumas combinações de equipamento opcional. Quatro ocupantes – dois nos assentos dianteiros e dois nos assentos centrais. Carregue primeiro o bagageiro traseiro. A bagagem do bagageiro dianteiro pode ser restringida pelo limite dianteiro do envelope. Sem bagagem no bagageiro traseiro, a quantidade de combustível pode ser restringida pelo limite dianteiro do envelope para algumas combinações de equipamento opcional. Cinco ocupantes – dois nos assentos dianteiros, dois nos assentos centrais e um dos assentos traseiros. Será necessário um estudo para se determinar qual a melhor condição de carregamento dos bagageiros. Seis ocupantes – dois nos assentos dianteiros, dois nos assentos centrais e dois nos assentos traseiros. Com seis ocupantes, a quantidade de combustível e/ou bagagem pode ser restringida pelos limites do envelope. Carregue primeiro o bagageiro dianteiro. Sete ocupantes – dois nos assentos dianteiros, três nos assentos centrais e dois nos assentos traseiros. Com sete ocupantes a quantidade de combustível e/ou a bagagem podem ser restringida pelos limites do envelope. Em qualquer configuração do avião é
responsabilidade do piloto certificar-se de que o peso e o C.g. do avião permaneçam sempre dentro dos limites do envelope operacional aprovado durante o vôo. 2.3 DETERMINAÇÕES DO PESO E LOCALIZAÇÃO DO C.G. PARA O VOO Some ao peso vazio básico o peso de todos os itens a serem carregados; Use o gráfico de carregamento para determinar o momento de todos os itens a serem carregados no avião; Some ao momento do peso vazio básico o momento de todos os itens a serem carregados; Divida o momento total pelo peso total, para determinar a localização do C.g.; Localize um ponto no gráfico de limites de peso e C.G. do avião. Se o ponto estiver dentro dos limites de peso e C.G do avião, o carregamento satisfará os requisitos de peso e balanceamento; Ao marcar graficamente, na régua de peso e balanceamento, os valores dos pesos de todos os itens a serem carregados, certifique-se que nenhuma linha, correspondente aos carregamentos, intercepte os limites do envelope “Limites de Peso e C.G. do Avião”, assegurando assim que o C.G. permanecerá dentro do envelope operacional aprovado durante o vôo.
2.4 GRÁFICO DE CARREGAMENTO
2.5 LIMITES DE PESO E C.G. DO AVIÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A finalidade do calculo de peso e balanceamento é determinar a quantidade de carga e combustível que podem ser carregadas de modo e manter o peso e C.G. dentro dos limites permitidos. Verifique os cálculos antes de abastecer, para prevenir sobrecarga. Foram apresentados um exemplo de como realizar a pesagem do avião e a respectiva localização do C.G.. Se ocorrer pesos excessivos poderá ocorrer vários problemas na aeronave, sendo aumento das velocidades de decolagem, de aterragem e estol, corridas de decolagem e consumo de combustível. Se forem superados os pesos estruturais, poderão ocorrer deformações permanentes, fissuras, trincas e, em casos extremos, rupturas de peças e mesmo queda do avião. Portanto realize a carga da aeronave obedecendo ao manual da mesma. Jamais decole inseguro, garanta o vôo antes da decolagem, faça os cálculos do carregamento da aeronave, posicione o C.G. corretamente.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANTONIO, Luiz (Org.), Peso e Balanceamento de Aeronaves. Goiânia: Ed. da UCG, 2009 SAINTIVE, Soler Newton. Aerodinâmica de Alta Velocidade. 8ª Edição. Campo Belo – SP: Ed. ASA, 2006. SAINTIVE, Soler Newton. Performance de Aviões a Jato : Peso e balanceamento. 7ª Edição. São Paulo – SP: ASA – Edições e Artes Gráficas Ltda., 2007. SCHAFER, Joe. Aircraft: Weicht and Balance. United States of America: Ed. IAP, Inc. 1979. MANUAL EMB-721C SERTANEJO. Peso e Balanceamento. 20 Dezembro 1984, p. 6-1 – 616.
