Cap Esforços Estruturais, Trem de Pouso e Sistema Hidráulico

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1 Cap Esforços Estruturais, Trem de Pouso e Sistema Hidráulico ESFORÇOS ESTRUTURAIS Vamos iniciar o estudo sobre Conhecimentos Técnicos, falando de Esforços Estruturais. Uma aeronave, seja ela qual for, está submetida a uma série de esforços em sua estrutura. Os materiais da estrutura devem ser leves e resistentes. Os mais utilizados são as ligas de alumínio, mas existem também aviões feitos com tubos de aço soldados e recobertos com tela. Os mais modernos, são os plásticos reforçados com fibras de vidro, carbono ou kevlar. A estrutura de uma aeronave deve resistir a diversos esforços durante a operação. Os principais estão aqui ilustrados: TORÇÃO Torção é a força que faz o corpo torcer em torno do seu eixo. TRAÇÃO Tração é uma força que provoca um alongamento num corpo.

2 COMPRESSÃO Compressão é uma força que provoca o efeito de comprimir um corpo. FLEXÃO Flexão é uma força que provoca o efeito de fletir um corpo. Normalmente a flexão provoca tração em um lado do corpo, e compressão no outro. CISALHAMENTO Cisalhamento é a deformação que sofre um corpo quando sujeito a ação de forças cortantes.

3 SISTEMA HIDRÁULICO Sistema hidráulico é o conjunto das partes destinadas a acionar componentes através da pressão transmitida por um fluido, utilizando um princípio da Física conhecido como Lei de Pascal. Nesta ilustração, vimos um sistema hidráulico elementar, onde se ergue um peso de 20 quilogramasforça, utilizando uma força 20 vezes menor. Este mesmo princípio, é bastante utilizado nos sistemas de freio. Lei de Pascal: "A pressão aplicada a um ponto de um fluido transmite-se igualmente para todas as panas desse fluido". A tela mostra um sistema hidráulico elementar, demonstrando a possibilidade de erguer um peso de 20 kgf utilizando apenas a força do polegar, de 1 kgf. Este princípio é bastante utilizado no sistema de freios que estudaremos adiante. Rendimento Mecânico - No sistema hidráulico elementar mostrado, multiplicamos a força aplicada por 20, utilizando uma área 20 vezes maior no cilindro atuador. Dizemos então que o rendimento mecânico desse sistema é igual a 20. O rendimento mecânico é calculado através da fórmula: onde: Rend mec = F = A f a Rend mec = Rendimento mecânico; F.... = Força produzida pelo cilindro atuador; f.... = Força aplicada no cilindro primário; A.... = Área do pistão do cilindro atuador; e a.... = Área do pistão do cilindro primário. Note que a força é multiplicada pelo rendimento mecânico, mas o deslocamento é dividido pelo mesmo rendimento mecânico. Se for necessário ampliar esse deslocamento, será preciso transformar o cilindro primário numa bomba hidráulica, acrescentando válvulas e um reservatório para permitir o seu acionamento repetitivo. O sistema hidráulico é usado no avião quando houver necessidade de aplicar grandes forças sobre um componente. Nas grandes aeronaves, é usado para acionar o profundor, o leme, o controle da direção do trem do nariz, os flapes, os "slats", recolher o trem de pouso, etc. Em pequenas aeronaves, é empregado apenas para acionar os freios, porque a força do piloto é suficiente para acionar as demais partes.

4 O sistema de acionamento mecânico usado nos pequenos aviões é o ideal, pois é simples, barato, confiável, durável, de fácil manutenção, etc. Todavia, como depende da força muscular do piloto, não pode ser usado nos grandes aviões. Na impossibilidade de usar o sistema mecânico, os seguintes sistemas passam a concorrer entre si, tais como: Sistema elétrico - formado por motores elétricos, contatos, cabos, etc. Geralmente é fácil de instalar e controlar, além de ser preciso. Entretanto, tende a ser pesado e requer medidas especiais para não falhar repentinamente devido a mau contato ou superaquecimento. Sistema pneumático - muito similar ao sistema hidráulico, usando o ar no lugar do fluido. Um exemplo é o sistema de freios dos caminhões e ônibus. Embora haja aviões que o utilizem como sistema principal, tende a ser impreciso e requer muita manutenção. Sistema hidráulico - é o sistema mais utilizado nos aviões, devido às seguintes vantagens demonstradas na prática: - Amplia forças com facilidade, utilizando cilindros atuadores de diâmetro maior que o do cilindro primário (rendimento mecânico elevado). - É bastante confiável, devido à sua relativa simplicidade e poucas peças móveis, que funcionam abundantemente lubrificadas pelo fluido hidráulico. - As falhas são geralmente graduais e manifestam-se através de vazamentos, que podem ser detectados por uma inspeção visual. Um exemplo de confiabilidade é o freio dos automóveis que, mesmo com manutenção deficiente, falham menos do que os freios pneumáticos dos caminhões. - É um sistema leve, porque seus componentes são pequenos. Por exemplo, com a pressão de 200 kgf/cm2, podemos produzir uma tonelada-força com um cilindro atuador de apenas 2,52 cm de diâmetro. - É de fácil instalação, pois as tubulações e os pequenos cilindros e válvulas podem ser instalados em espaços restritos. - É controlado com facilidade, abrindo ou interrompendo a passagem do fluido através de válvulas que são componentes leves e simples.

5 TREM DE POUSO Existem aeronaves que operam na terra, na água ou em ambas, mas todas têm uma coisa em comum que é o trem de pouso. Ele se destina basicamente a suportar a aeronave quando não estiver em vôo, além de receber o impacto do pouso, proporcionar a frenagem e conferir manobrabilidade no solo ou outra superfície de operação, inclusive no gelo. Eles se classificam quanto a operação, mobilidade e disposição. TREM DE POUSO - Operação Quanto ao tipo de operação, o trem de pouso, confere a aeronave a característica de terrestre, hidroplano e anfíbio, além de outros tipos especiais, como os adaptados para operar na neve, por exemplo. TERRESTRE Aeronave que só pousa em terra, pois seu trem de pouso foi projetado exclusivamente para este tipo de operação.

6 HIDROPLANO OU HIDROAVIÃO Hidroplano, é a aeronave que só pousa na água. Observe que a sua fuselagem já serve como flutuador existindo também os flutuadores que evitam o toque da ponta da asa na água. ANFÍBIO Aeronave anfíbia é aquela que pousa na água e na terra, pois além dos flutuadores, possui também um trem de pouso para operação terrestre. ESPECIAIS Aeronave que é adaptada para pousar em superfícies específicas, como neste caso a neve. TREM DE POUSO Mobilidade

7 Os trens de pouso se classificam em fixos, retrátil e escamoteável. Os retráteis e escamoteáveis são recolhidos e baixados por mecanismos hidráulicos e em alguns casos elétricos. Há também, em muitas aeronaves, sistemas manuais para casos de emergência. Quando eles são baixados, normalmente o piloto fica sabendo através de sinais indicativos na cabine. TREM DE POUSO FIXO A aeronave com este tipo de trem de pouso, não o recolhe em vôo. TREM DE POUSO RETRÁTIL Este tipo de trem de pouso não é recolhido integralmente, contudo, a parcela que é recolhida, proporciona significativa diminuição do arrasto. TREM DE POUSO ESCAMOTEÁVEL

8 Este tipo de trem de pouso é recolhido integralmente e fechado em seu compartimento, não oferecendo arrasto algum. TREM DE POUSO - Disposição No que tange a disposição das rodas, o trem de pouso pode ser convencional ou triciclo. TREM DE POUSO - Convencional O trem de pouso convencional possui um trem principal e uma bequilha. TREM DE POUSO - Triciclo O trem de pouso triciclo possui um trem principal e um trem de nariz.

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10 AMORTECEDORES, RODAS E PNEUS O conjunto amortecedor, roda e pneu, têm a finalidade de: absorver o impacto do pouso; proporcionar a rolagem da aeronave no solo e a frenagem da mesma. AMORTECEDOR HIDROPNEUMÁTICO No cilindro deste amortecedor é colocado ar ou gás sob alta pressão, a fim de suportar o peso da aeronave, enquanto que a parte de baixo contém óleo. No momento do toque, o fluxo restrito do fluido amortece o choque com o solo e evita que a aeronave pule. Quanto mais próximo do fim do curso, mais rígido se torna o amortecedor. O retorno da haste ocorre devido a pressão do próprio ar e se processa de forma suave devido ao fluxo restrito de óleo. O ponto onde começa o retorno da haste depende da intensidade do impacto absorvido. A tesoura que se vê, só serve para manter o alinhamento da roda. AMORTECEDOR PNEUMÁTICO Quanto ao amortecedor pneumático, faremos apenas o seguinte comentário: ele também contém óleo, como o hidropneumático, mas não tem ar comprimido em seu interior, por isso necessita de uma mola externa ao amortecedor, para suportar o peso da aeronave.

11 RODAS As rodas das aeronaves são confeccionadas com ligas de metais leves. Elas precisam ser desmontadas para a troca dos pneus, que não podem ser colocados a força, como nos automóveis. É importante sabermos que existem três tipos de rodas: as de duas metades ou meias-rodas, as de flanges independentes, com cubo central e as de cubo-e-flange, em que apenas o flange de um dos lados é removível. É no conjunto da roda que os freios são acionados. PNEUS Os pneus podem ser: com ou sem câmaras, e de alta ou baixa pressão. Alta - para pistas pavimentadas ou muito duras e baixa - para pistas de gramas ou terra. Os sulcos na banda de rodagem facilitam a fuga da água, evitando a hidroplanagem numa pista molhada. Na confecção dos pneus, são utilizadas lonas que se destinam a reforçar a sua carcaça, conferindolhe a capacidade de suportar o peso da aeronave e a pressão de ar em seu interior. A banda de rodagem deve resistir aos esforços de fricção ao tocar o solo e durante a frenagem.

12 TIPOS DE FREIOS Os dois tipos principais de freios são o freio a tambor e o freio a disco. FREIO A TAMBOR Este tipo de freio é constituído por um tambor ao qual está fixada a roda. Durante a sua aplicação, duas sapatas ou lonas de freio são pressionadas, por um cilindro hidráulico, contra o lado interno do tambor, provocando atrito entre eles, proporcionado assim, a frenagem da roda. FREIO A TAMBOR (Freio livre e freio aplicado) Na condição freio livre, as sapatas ficam afastadas do tambor pela ação de uma mola. Quando o freio é aplicado, o fluido hidráulico é injetado dentro do cilindro do freio, que comprime as sapatas de encontro à superfície interna do tambor. FREIO A DISCO

13 O Freio a Disco é constituído por um disco que gira juntamente com a roda. Quando o freio é aplicado, o fluido hidráulico faz com que as pastilhas façam pressão sobre ambos os lados do disco, freando a roda. FREIO A DISCO (Freio livre e freio aplicado) A ilustração mostra o conjunto de freio a disco com as pastilhas nas posições de repouso e de frenagem. TIPOS DE FREIOS Além da função normal de frenagem da aeronave, os freios dos aviões também são usados para efetuar curvas fechadas em manobras no solo. Para isso, o piloto efetua a frenagem diferencial, que consiste em aplicar o freio somente no lado em que é executada a curva, juntamente com o pedal do leme. Normalmente, só o trem de pouso principal possui freios, pois como a roda do trem do nariz ou da bequilha sustenta somente uma pequena parte do peso do avião, o freio nessa roda surte muito pouco efeito. Os freios são acionados através dos mesmos pedais do leme de direção. Se um pedal for pressionado, este se movimentará para o fundo e o outro para trás. Essa ação provoca o movimento do leme de direção e do trem do nariz (ou da bequilha), proporcionando o controle da aeronave, tanto em vôo como no solo. Se o piloto pressionar apenas a ponta do pedal, ele acionará o cilindro mestre do freio, que por sua vez, enviará fluido hidráulico aos freios das rodas, através de tubos dispostos para esse fim. Calçando-se um dos pedais, para manter o leme neutro, pode-se acionar o outro pedal, freando apenas a roda de um dos lados, aquele para o qual se quer efetuar a curva. Os dois principais tipos de freio são o freio a tambor e o freio a disco. O freio a tambor é constituído por um tambor que gira juntamente com a roda. Ao aplicar o freio, pressionando apenas a ponta do pedal, duas sapatas ou lonas são pressionadas contra o lado interno do tambor, provocando atrito entre as lonas de freio e o tambor, propiciando a frenagem da roda. Na condição "freio livre", as sapatas ficam afastadas do tambor pela ação de uma mola, quando o freio é aplicado, o fluido hidráulico é injetado dentro do cilindro do freio, o qual comprime as sapatas de encontro à superfície interna do tambor.

14 O freio a Disco é constituído por um disco que gira juntamente com a roda. Quando o freio é aplicado, o fluído hidráulico faz com que as pastilhas, em ambos os lados do disco, façam pressão sobre este, freando a roda. Freio de Estacionamento - em muitas aeronaves, o freio de estacionamento é o próprio freio normal, onde os pedais ficam travados no fundo através de um dispositivo como uma alavanca comandada pelo piloto. Existem também, freios de estacionamento independentes (geralmente mecânicos), semelhantes ao freio de mão dos automóveis. O sistema de frenagem de emergência - é geralmente constituído por sistema duplo - formado por dois sistemas normais que funcionam totalmente independentes, de modo que a falha de um não afete o funcionamento do outro. Há também aeronaves que possuem o sistema de emergência independente, ou seja, é um sistema separado do sistema principal, que entra em ação somente quando aquele falhar. Algumas vezes serve também como freio de estacionamento. A condição de máxima frenagem ocorre quando os pneus estão prestes a derrapar. Para evitar que a derrapagem realmente aconteça, muitas aeronaves possuem o sistema anti-derrapante, que libera os freios quando a roda está a ponto de parar, e os aplica novamente, logo que a rotação se reinicia. É uma ação rápida e repetida que, na prática, eqüivale a frear continuamente no limite da derrapagem. O controle direcional da aeronave no solo é efetuado pelo trem do nariz ou a bequiiha, que são controlados pelos pedais do leme, através de cabos ou hastes. Estas hastes estão ligadas aos pedais do leme de direção. Durante a corrida da decolagem, além de outras situações menos comuns, pode ocorrer vibração direcional do nariz, denominada de "SHIMMY", o que caracteriza uma pane, e deve ser reportada a manutenção, para reparo.