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Helicóptero

ESTABILIDADE DE VÔO

O helicóptero, por estar pendurado em seu rotor, é altamente instável e viraria se o piloto não agisse rapidamente. Por isso a técnica de controle da sua inclinação é uma das particularidades da pilotagem do helicóptero. Nas aeronaves mais modernas pode-se utilizar o piloto automático para melhorar sua estabilidade quando em vôo sem visibilidade ( IFR ).

RESISTÊNCIA

Os esforços alternados provenientes das pás exigem enormemente dos componentes do helicóptero . É necessário prestar atenção ao fenômeno da ruptura por fadiga que pode ocorrer quando uma peça é submetida a um esforço, mesmo moderado, um grande número de vezes.

Isso é válido especialmente para as pás, os elementos da cabeça do rotor e os comandos de vôo. Como os fenômenos de fadiga são difíceis de serem calculados, procede-se em laboratório numerosos testes, medindo-se a fadiga das peças em vôo.

AUTOGIRO

Um tipo de aeronave de asas rotativas que é muito mais simples que o helicóptero. Não possui transmissão de potência ao rotor, que gira em auto rotação sob efeito da velocidade de deslocamento. A potência é transmitida a uma hélice. Esse tipo de aeronave não é capaz de realizar vôo vertical, mas é útil para decolagem e aterrisagens curtas. As poucas aeronaves desse tipo são para fins esportivos.

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COMBINADO

Em vôo, as pás do rotor encontram irregularidades aerodinâmicas durante sua rotação e isso cria dificuldades, que aumentam com a velocidade. Para atenuar esses fenômenos aerodinâmicos, que limitam a velocidade da aeronave, utiliza-se a instalação de meios auxiliares, asas e hélices, que aliviam o rotor das suas funções de sustentação e tração.

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CONVERTIPLANO

Helicóptero
Helicóptero

O rotor desaparece em cruzeiro: é parado, escamoteado ou inclinado para servir de hélice.

PILOTAGEM

Para pilotagem do helicóptero o piloto deve efetuar as seguintes operações:

Procedimento de partida do motor e antes da decolagem : na partida não há o engrazamento e o rotor não gira, a medida que o motor progressivamente acelera ocorre o engrazamento e a sincronização. Com o passo mínimo, o rotor não produz sustentação e o helicóptero permanece no solo.

Decolagem

O passo é aumentado, lentamente através do comando coletivo, até que o helicóptero levante.

Vôo Pairado e Translação (Taxi)

O helicóptero é naturalmente instável, caso não haja controle efetivo, através do manche (comando cíclico), a aeronave entra rapidamente em movimento de oscilação divergente.

Corrigir essa tendência constitui uma das principais dificuldades na pilotagem. Também é necessário que o piloto controle o regime do rotor nas diversas fases do vôo, esforçando-se para manter o regime tão constante quanto possível entre os seguintes limites:

Regime Máximo

Excesso de velocidade do motor e resistência aos esforços centrífugos do rotor.

Regime Minímo

Potência do motor insuficiente, perda de sustentação e controle, análogo à perda de velocidade em um avião.

Subida e Vôo em Cruzeiro

O helicóptero ganha velocidade com a inclinação do rotor para frente, o helicóptero adquire comportamento semelhante a uma aeronave de asas fixas.

Descida

Pode ser feita com o motor cortado ou em marcha lenta. Graças ao mecanismo de roda livre, o rotor pode girar em regime superior ao do motor.

A entrada em autorotação é a manobra que permite o pouso em caso de pane do motor.

AEROFÓLIO

Qualquer superfície projetada para produzir sustentação e/ou tração quando o ar passa através deste.

CORDA

Linha reta imaginária entre o bordo de ataque e o bordo de fuga de um aerofólio.

VENTO RELATIVO

É o resultado do movimento de um aerofólio através do ar, do movimento do ar passando pelo aerofólio ou uma combinação dos dois. O vento relativo é sempre oposto à direção do movimento do aerofólio.

ÂNGULO DE ATAQUE

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É o ângulo formado entre a corda e o vento relativo.

ÂNGULO DE PASSO

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É o ângulo formado entre a corda do aerofólio e o plano determinado pelo centro do rotor principal ou o plano de rotação.

CENTRO DE PRESSÃO

É o ponto no qual a resultante simples de todas as forças aerodinâmicas é aplicada.

SUSTENTAÇÃO

É a força derivada de um aerofólio através do princípio de Bernoulli ou o "Efeito Venturi". Enquanto a velocidade do fluxo de ar aumenta, a pressão diminui.

O fluxo de ar que passa sobre o aerofólio com um ângulo de ataque positivo (ou no caso de um aerofólio assimétrico, o ângulo de ataque pode ser levemente negativo) se divide de maneira que uma porção do fluxo de ar passa sobre a superfície superior e uma porção passa sob a superfície inferior.

Desde o momento em que o ar sobre a superfície superior deve percorrer uma distância maior, é acelerado para obter uma velocidade maior. Esta velocidade aumentada resulta numa diminuição de pressão. A pressão diferencial resultante entre a superfície superior e inferior é a força de sustentação desenvolvida pelo aerofólio.

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ARRASTO

É o componente que contraria o deslocamento do aerofólio. Arrasto ou resistência ao avanço é paralelo e na mesma direção e sentido do vento relativo. O projeto do aerofólio depende muito da relação sustentação/arrasto. Tipicamente, quando a sustentação aumenta, o arrasto também aumenta. Entretanto, esta relação não é necessariamente proporcional.

ESTOL

Quando o ângulo de ataque aumenta, um ponto determinado é alcançado por onde o fluxo de ar sobre a superfície superior não pode mais fluir suavemente devido à grande inversão da direção requerida.Esta perda do fluxo aerodinâmico resulta numa ação de fluxo de ar turbilhonado e um grande aumento no arrasto.

O fluxo de ar turbilhonado também causa um aumento de pressão e consequentemente, uma elevada diminuição na sustentação. O resultado do estol é um arrasto muito alto e a sustentação muito reduzida.

SUSTENTAÇÃO, ARRASTO E ÂNGULO DE ATAQUE

Enquanto o ângulo de ataque aumenta (até o ângulo de estol), a sustentação gerada pelo aerofólio aumenta. O piloto tem a capacidade de mudar a sustentação mudando o ângulo de passo.

Porém, enquanto o ângulo de ataque aumenta, o arrasto do aerofólio também aumenta, e o arrasto determina a necessidade do aumento da potência do motor. É possível que o aerofólio alcance tal ângulo, que produzirá mais arrasto do que a potência do motor possa superar. Nesse caso, produzirá uma queda na rotação (RPM) do rotor principal.

SUSTENTAÇÃO, ARRASTO E VELOCIDADE

Enquanto a velocidade do fluxo de ar sobre o aerofólio aumenta, a sustentação e o arrasto aumentam. Se a RPM do motor permanecer constante, como acontece com a maioria dos helicópteros, a média da velocidade do fluxo de ar permanece relativamente constante, sem levar em conta a velocidade do ar.

Entretanto, os meios primários para a variação da sustentação num sistema de rotor não é por mudança de velocidade, mas por variação do ângulo de ataque.

SUSTENTAÇÃO, ARRASTO E DENSIDADE DO AR

A sustentação é diretamente proporcional à densidade do ar. Enquanto a densidade do ar diminui em função do aumento de temperatura e/ou aumento da altitude pressão, a quantidade de sustentação gerada pelo aerofólio diminui.

Consequentemente, quando a densidade do ar aumenta, o ângulo de ataque deve ser aumentado para gerar a quantidade de sustentação desejada. Desde o momento em que um aumento no ângulo de ataque aumenta o arrasto, pode-se notar que a potência necessária para desenvolver uma quantidade constante de sustentação aumenta quando a densidade do ar diminui.

SUSTENTAÇÃO, PESO, TRAÇÃO, E ARRASTO

O vetor vertical componente da sustentação gerada por um sistema de rotor deve ser igual ao peso do helicóptero para manter o nível de vôo. Quando a sustentação é maior que o peso, a aeronave sobe; e, é claro, quando a sustentação é menor que o peso, a aeronave desce.

Dois outros fatores afetam a performance da aeronave: tração e arrasto. Tração é o componente à frente da sustentação do rotor principal e deve ser igual ao arrasto para uma velocidade de cruzeiro. Se a tração excede o arrasto, o resultado é uma aceleração. Inversamente, se a tração é menor, a aeronave desacelera.

TORQUE E ANTI-TORQUE

Não se pode compreender propriamente as características de vôo dos helicópteros sem considerar os fatores do torque, anti-torque e a deriva resultante.

Enquanto o rotor principal esta girando numa direção, a fuselagem tende a girar no sentido contrário. Idealmente, dois rotores anti-torque deveriam ser usados para neutralizar o torque do rotor principal enquanto a tração gerada por um rotor anti-torque não é circular, como é o torque, mas gerado em linha reta.

Desde que dois rotores anti-torque são impraticáveis, a tração lateral gerada por um rotor de cauda tende a derivar o helicóptero no sentido dessa tração. Esta deriva é diretamente proporcional à potência solicitada para contrariar o torque do rotor principal. Existem dois métodos geralmente usados para neutralizar a deriva do anti-torque.

A maioria dos helicópteros americanos tem o mastro do rotor principal levemente inclinado, em oposição ao sentido da deriva. A vantagem dessa concepção é que permite ao helicóptero pairar e voar numa atitude quase nivelada (lateralmente). A maioria dos helicópteros europeus tem o mastro vertical, e permitem a compensação da deriva por maior amplitude do comando cíclico na direção oposta à mesma.

A vantagem é a simplicidade, mas os helicópteros tendem a voar com o lado direito levemente baixo. Alguns helicópteros são projetados de modo que um comando no cíclico é automaticamente dado quando o passo coletivo é aumentado. Entretanto, devido a sua complexidade este não é o método normal empregado para neutralizar a deriva.

Devido à ação da assimetria da deriva, a tração anti-torque necessária é levemente reduzida em todos os helicópteros em vôo a frente. Mas, por maior exigência de redução do anti-torque, alguns helicópteros tem uma área de estabilizador vertical relativamente larga, a qual é semelhante ao estabilizador vertical de um avião. Isto poupa efetivamente o rotor anti-torque e reduz a potência necessária ao mesmo, em vôo à frente.

PRECESSÃO GIROSCÓPICA

Quando em rotação, o rotor principal do helicóptero atua como um giroscópio e, como tal, esta sujeito às leis naturais de efeito giroscópico. Dessas leis, a mais importante que afeta a operação do helicóptero é a precessão efeito giroscópica. Em consideração a este assunto, pense no rotor principal como um disco sólido ao invés de pás de rotor individuais.

Helicóptero

Quando uma força se aplica em um disco rotativo, o efeito desta força acontece 90º após o ponto de aplicação e na direção de rotação.

Através do uso deste princípio, o disco do rotor pode ser inclinado na direção necessária para o controle apropriado.Quando se olha o helicóptero de lado, um movimento cíclico à frente produz o ângulo de passo mínimo no ponto A, e o máximo no ponto C.

O deslocamento máximo do disco ou pá, porém, ocorre no ponto B e D onde os ângulos de passo cíclico são neutros. O resultado deste cíclico à frente, então, é a inclinação do disco do rotor e o correspondente pivotamento do helicóptero.

DISSIMETRIA DA SUSTENTAÇÃO

Quando se faz um vôo pairado com vento calmo, a sustentação criada pelas pás do rotor em todas as posições radiais do disco são iguais. A dissimetria de sustentação é criada por vôo horizontal ou por vento durante o vôo pairado.

Esta dissimetria resulta de sustentação diferencial desenvolvida pelos avanços e recuos das pás do disco do rotor. Durante o vôo pairado com vento calmo, a velocidade da ponta da pá é aproximadamente 400 MPH em todos os pontos ao redor do plano de rotação.

Durante um vôo à frente à 100 MPH a velocidade da ponta das pás quando elas passam através do ponto A é 500 MPH, velocidade da ponta normal mais a velocidade de deslocamento, e no ponto C é de 300 MPH, velocidade da ponta normal menos a velocidade de deslocamento.

Como foi explicado anteriormente, enquanto a velocidade sobre o aerofólio aumenta, a sustentação aumenta. É notável que a menos que algo seja feito com respeito a solucionar este fenômeno, o helicóptero tombará para a direita. Os dois meios primários de igualar a sustentação nos avanços e recuos das pás são: o uso de variação alternada do passo cíclico e batimento das pás.

PASSO CÍCLICO ALTERNADO

Durante a explicação sobre precessão giroscópica, foi chamada a atenção no sentido de que o cíclico à frente diminuía o ângulo de passo na pá que avança (A) e aumentava o ângulo de passo na pá que recua (B). Isto possibilita um meio de controle do helicóptero, além de ajudar na compensação da dissimetria de sustentação em vôo à frente.

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BATIMENTO

O batimento das pás do rotor é o resultado de duas forças: sustentação e força centrífuga . Desde que a força centrífuga permaneça essencialmente constante durante o vôo, o ângulo de batimento varia com a quantidade de sustentação gerada pela pá do rotor. Como o helicóptero voa horizontalmente, a pá que avança desenvolve mais sustentação que a pá que recua .

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Esta sustentação aumentada faz com que a pá bata para cima. O movimento para cima diminui o ângulo de ataque da pá, o qual, por sua vez, diminui a quantidade de sustentação desenvolvido.Para compreender melhor esta mudança no ângulo de ataque como resultado do batimento, pense num aerofólio com um ângulo de ataque positivo.

Se este aerofólio se movimenta rapidamente para cima, a direção do vento relativo muda. Ao invés de atingir o aerofólio em linha reta, agora vindo de cima dá ao aerofólio um ângulo de ataque menor.

EFEITO DE CORIOLIS

A explicação sobre o batimento das pás estaria incompleto sem compreender o Efeito de Coriolis. Enquanto as pás batem para cima desde a perpendicular, o centro de massa da pá se movimenta mais para perto do eixo de rotação.

Esta A regula a velocidade rotacional de forma a ficar constante para uma dada RPM. Portanto, se a distância A diminui até a distância B, então, a velocidade de rotação deve aumentar para que o produto se mantenha constante. Naturalmente, o inverso é verdadeiro; enquanto a distância B aumenta, a velocidade de rotação deve diminuir.

Uma articulação vertical é montada na área de fixação próxima do cubo da pá, para permitir movimento em velocidade por avanço e atraso nas pás do rotor, individualmente.

Uma maneira de explicar este fenômeno é a seguinte: desde que a inércia da pá permanece constante, resulta em aceleração se o centro de massa da pá se desloca para perto do eixo de rotação. Isto é, como um peso numa corda que gira ao redor de uma haste (eixo de rotação), o peso acelera. Os amortecedores da pá, sejam hidráulicos ou de fricção, devem ser usados para reduzir a violência deste avanço e atraso.

ESTOL DA PÁ QUE RECUA

Como indicado durante a explicação sobre dissimetria de sustentação, as velocidades diferenciais das pás que avançam e que recuam são funções da velocidade aerodinâmica. Enquanto a pá que recua desacelera, o ângulo de ataque deve aumentar para manter uma quantidade de sustentação constante.

Portanto, enquanto a velocidades diferenciais das pás que avançam e que recuam são funções da velocidade aerodinâmica do helicóptero aumenta, o ângulo de ataque da pá que recua aumenta até que o ângulo de estol seja alcançado. Os fatores que contribuem para o estol de ponta de pá são:

Aumento da altitude densidade;

Aumento da carga do disco devido a manobras violentas, turbulência e alto peso bruto;

Diminuição da RPM do rotor principal;

Aumento do ângulo de passo coletivo.

Comumente, o piloto sente algumas características da aproximação do estol da pá. Este aviso é normalmente uma vibração 3 por 1 (dependendo do número de pás do rotor principal), seja no comando cíclico ou no coletivo. Se o piloto preferir ignorar este aviso , o estol da pá provavelmente ocorrerá. Quando o estol da pá que recua ocorre, o piloto deverá:

Reduzir o passo coletivo;

Minimizar a manobra;

Reduzir a velocidade aerodinâmica às frente;

Descer para um nível de vôo mais baixo

Fonte: www.turma-aguia.com

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