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Helicóptero

Como Funcionam os Helicópteros

Os helicópteros são máquinas muito versáteis, que permitem ao piloto acesso completo ao espaço tridimensional - de uma forma impossível para um avião. Se você alguma vez já pilotou um helicóptero, sabe que as habilidades desta máquina são impressionantes.

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A incrível flexibilidade dos helicópteros possibilita que eles voem por quase todos os lugares. Entretanto, isto também significa que pilotar o helicóptero é complicado. É uma tarefa que requer requer treinamento intenso e habilidade, assim como atenção contínua à máquina.

Comparando os meios de transporte

Para entender como funcionam os helicópteros e por que eles são tão complicados de pilotar, é útil comparar suas habilidades com as dos trens, carros e aviões. Observando estes diferentes meios de transporte você pode entender por que os helicópteros são tão versáteis.

Se você alguma vez já entrou na cabine de um trem, sabe que é muito simples de dirigir. Só existem duas direções que o trem pode seguir, para frente e para trás. Existe um freio para parar o trem em qualquer uma das direções, mas não existe nenhum mecanismo de direção. Os trilhos levam o trem para onde for necessário.

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Um carro pode ir para frente e para trás como um trem. Enquanto você estiver dirigindo em um desses sentidos você pode virar à esquerda ou à direita:

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Para controlar a direção de um carro o motorista usa um volante que pode girar no sentido horário ou anti-horário.

Qualquer pessoa que tenha feito aulas de pilotagem ou já tenha visto uma cabine de um avião sabe que os aviões são mais complicados de pilotar que os carros.

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Um avião pode ir para a frente e virar para a esquerda ou para a direita; também é capaz de ir para cima e para baixo, mas não voa para trás. Um avião pode ir em cinco direções em vez de quatro, como o carro. Ir para cima e para baixo adiciona uma dimensão totalmente nova ao avião, e esta dimensão é o deferencial entre aviões e carros.

O controle do movimento para cima e para baixo do avião é feito com o uso do manche, que se move para dentro e para fora, além de virar no sentido horário ou anti-horário. Na maioria dos aviões, o piloto tem acesso a dois pedais para controlar o leme.

Um helicóptero pode fazer três coisas que um avião não pode:

Helicóptero
voar para trás
girar no ar
pairar no ar sem se mover

O helicóptero pode se mover lateralmente em qualquer direção ou girar 360º. Essa liberdade extra e a habilidade necessária para dominá-la fazem os helicópteros tão instigantes, mas também complexos.

Para controlar um helicóptero, uma mão segura um comando chamado cíclico, que controla a direção lateral do helicóptero, incluindo ir para frente, para trás, para a esquerda e para a direita. A outra mão segura um comando chamado coletivo, que controla o movimento para cima e para baixo do helicóptero e a velocidade do motor.

O pé do piloto fica sobre os pedais que controlam o rotor de cauda, que permite ao helicóptero girar nos dois sentidos de seu eixo.

Características especiais

A marca registrada de um helicóptero é a sua habilidade de pairar no ar. Enquanto um helicóptero está pairando, ele pode girar no seu eixo para que o piloto olhe em qualquer direção. Outra característica do helicóptero é a habilidade de voar para trás e de lado facilmente. Um helicóptero que está voando para frente também pode parar no ar rapidamente e pairar.

Todas estas manobras são impossíveis de fazer com um avião, pois ele precisa voar sempre para a frente para gerar sustentação.

Como os helicópteros voam

Imagine que você queira criar uma máquina que voa direto para cima. Se você fornecer força para cima com uma asa, então a asa deve estar em movimento para criar sustentação. As asas geram sustentação desviando o ar para baixo e se beneficiando da reação oposta e igual que resulta disto (veja Como funcionam os aviões para mais detalhes).

Um movimento rotatório é o meio mais fácil de manter a asa em movimento contínuo, então você pode montar duas ou mais pás em um eixo central e girar o eixo de forma muito parecida com as pás de um ventilador de teto.

As pás rotatórias de um helicóptero são moldadas exatamente como os aerofólios de uma asa de avião, mas geralmente as pás de um rotor de helicóptero são estreitas e finas porque têm que girar muito rápido.

O conjunto de pás rotatórias do helicóptero é chamado de rotor principal. Se você fornecer às pás do rotor principal um pequeno ângulo de ataque no eixo e girar o eixo, as pás começam a gerar sustentação.

Para girar o eixo com força suficiente para levantar o helicóptero, você precisa de algum tipo de motor. Os motores convencionais a gasolina e as turbinas a gás são os tipos mais comuns.

O eixo de acionamento do motor pode se conectar ao eixo do rotor principal através de uma transmissão. Esta disposição funciona muito bem até o momento em que o helicóptero levanta do chão. Nesse momento, não existe nada que evite que o motor e o corpo do aparelho girem exatamente como o rotor principal.

Na falta de algo que evite que o corpo do aparelho gire, ele irá girar em direção oposta ao rotor principal. Para evitar que o corpo do aparelho gire, você precisa aplicar uma força a ele.

O modo normal de fornecer força ao corpo do aparelho é anexar outro conjunto de pás rotativas a uma longa cauda. Essas pás são chamadas de rotor de cauda.

O rotor de cauda produz empuxo como um propulsor de avião. Produzindo o empuxo na direção lateral, ele age contra a tendência do motor de fazer o aparelho girar. Normalmente, o rotor é acionado por um longo eixo que vem da transmissão do rotor principal e se conecta ao rotor de cauda por uma transmissão menor no cone de cauda do helicóptero.

O resultado disso é um aparelho como este:

Helicóptero

Helicóptero
Este helicóptero tem todas as partes descritas no diagrama acima

Para que realmente se controle a máquina, tanto o rotor principal quanto o rotor de cauda precisam ser ajustáveis. As próximas seções explicam como isso funciona.

Rotor de cauda

Para conseguir a ajustabilidade do rotor de cauda é preciso mantê-lo reto. O que você precisa é da mudança do ângulo de ataque no rotor de cauda, para girar o helicóptero no eixo de acionamento.
O piloto tem dois pedais que controlam o ângulo de ataque.

Você pode ver os pedais nesta foto da cabine do piloto
Você pode ver os pedais nesta foto da cabine do piloto

As pás do rotor de cauda tem somente 61 cm de comprimento
As pás do rotor de cauda tem somente 61 cm de comprimento

O cubo da hélice do rotor de cauda permite ao piloto mudar o ângulo de ataque das pás do rotor
O cubo da hélice do rotor de cauda permite ao piloto mudar o ângulo de ataque das pás do rotor

Rotor principal

O rotor principal é a parte mais importante do helicóptero. Ele fornece a sustentação que faz o helicóptero voar e também é o controle que permite mover o helicóptero lateralmente, fazer curvas e mudar de altitude.

Para lidar com todas essas tarefas, o rotor precisa ser muito forte. Ele deve ser capaz de ajustar o ângulo das pás do rotor a cada giro do cubo do rotor. A ajustabilidade é fornecida por um dispositivo chamado conjunto do prato oscilante, como mostrado nesta fotografia:

O cubo da hélice do rotor principal, onde as pás e o prato oscilante se conectam, tem que ser muito forte e ajustável. O conjunto do prato oscilante é o componente que fornece ajustabilidade.
O cubo da hélice do rotor principal, onde as pás e o prato oscilante se conectam, tem que ser muito forte e ajustável. O conjunto do prato oscilante é o componente que fornece ajustabilidade.

O conjunto do prato oscilante tem duas funções principais:

Quando o comando coletivo é acionado, o conjunto do prato coletivo pode mudar o ângulo das duas pás simultaneamente. Isto aumenta ou diminui a sustentação que o rotor principal fornece ao helicóptero, permitindo que ele ganhe ou perca altitude.

Quando o comando cíclico é acionado, o conjunto do prato oscilante pode mudar o ângulo das pás individualmente. Isso permite que o helicóptero se mova em qualquer direção em um círculo de 360º, incluindo movimentos para frente, para trás, para a esquerda e para a direita.

O conjunto de prato oscilante consiste em dois pratos (como mostrado na figura acima), o fixo (azul) e o giratório (vermelho).
O conjunto de prato oscilante consiste em dois pratos (como mostrado na figura acima), o fixo (azul) e o giratório (vermelho).


O prato cíclico gira com o eixo de acionamento (verde) e as pás do rotor (cinza) devido aos elos (púrpura) que conectam o prato rotativo ao eixo de acionamento.

As varetas de controle do passo (laranja) permitem que o prato oscilante rotativo mude o passo das pás do rotor

O ângulo do prato coletivo é mudado pelas varetas de controle (amarelo) conectadas ao prato coletivo.

As varetas de controle do prato coletivo são alteradas pelo acionamento do piloto no comando coletivo e cíclico.

Os pratos cíclico e coletivo são conectados a um conjunto de rolamentos entre os dois pratos. Estes rolamentos permitem que o prato cíclico gire acima do prato coletivo.

O conjunto do prato oscilante muda o ângulo de ataque das pás do rotor principal quando as pás giram. Um ângulo maior de ataque fornece mais elevação do que um ângulo menor.
O conjunto do prato oscilante muda o ângulo de ataque das pás do rotor principal quando as pás giram. Um ângulo maior de ataque fornece mais elevação do que um ângulo menor.

O comando coletivo muda o ângulo de ataque nas duas pás simultaneamente.
O comando coletivo muda o ângulo de ataque nas duas pás simultaneamente.

O coletivo permite que você mude o ângulo de ataque do rotor principal nas duas pás simultaneamente
O coletivo permite que você mude o ângulo de ataque do rotor principal nas duas pás simultaneamente

O comando cíclico inclina o conjunto do prato oscilante para que o ângulo de ataque de um lado do helicóptero seja maior do que o do outro lado, desta maneira:

O cíclico muda o ângulo de ataque das pás do rotor principal de forma desigual, inclinando o conjunto do prato oscilante. Em um lado do helicóptero o ângulo de ataque (a elevação) é maior.

Pairar no ar com um helicóptero requer experiência e habilidade. O piloto ajusta o cíclico para manter a posição do helicóptero sobre um ponto no chão e ajusta o coletivo para manter uma altitude fixa. O piloto também ajusta os pedais para manter a direção para onde o helicóptero está apontando - essa manobra se torna um verdadeiro desafio quando o vento está forte.

Relacão entre os comandos e o conjunto do prato oscilante

A seguir entenda a relação entre os comandos cíclico e coletivo e o conjunto do prato oscilante.

O comando coletivo levanta o conjunto do prato oscilante por inteiro. Isto muda o efeito das duas pás do helicóptero simultaneamente.

O controle cíclico empurra um lado do conjunto do prato oscilante para cima ou para baixo. Isto muda o efeito das pás do helicóptero de modo irregular dependendo da sua rotação, fazendo com que as pás tenham maior ângulo de ataque (mais sustentação) em um lado do helicóptero e menor ângulo de ataque (menor sustentação) no lado oposto. A elevação desequilibrada faz o helicóptero se inclinar e se mover lateralmente.

Fonte: www.hsw.com.br

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