APOSTILA DE TEORIA DE VÔO HE 1º PERÍODO

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1 1 APOSTILA DE TEORIA DE VÔO HE 1º PERÍODO Conceituação do Helicóptero A sustentação dos aparelhos que voam é garantida por superfícies perfiladas denominadas ASA, as asas de um helicóptero são as pás do seu rotor. PERFIL SUSTENTADOR ASA ROTOR Sobre tal superfície perfilada que se desloca no ar com a velocidade V, desenvolve-se um empuxo aerodinâmico vertical Fn dirigido para cima. É esta força aerodinâmica que, oposta ao peso do aparelho, possibilita o vôo dos mais pesados do que o ar. A velocidade é então o elemento essencial que, sobre um perfil, produz forças aerodinâmicas de sustentação.

2 2 Essa velocidade é obtida em aviões pelo emprego de uma hélice (ou uma turbina) que propulsiona o aparelho na velocidade V. Fn Fn No helicóptero, a velocidade é obtida pela rotação do rotor que é propulsionado na velocidade ωr por um motor, onde r é a distância em que se encontra o perfil em Em resumo: para se manter no ar o avião deve ser animado por uma velocidade V e o helicóptero pode dispensar essa velocidade já que sua asa gira na velocidade ωr. A asa giratória permite ao helicóptero voar verticalmente (subir e descer) ou permanecer imóvel (pairado) e, com ajuda dos comandos que possibilitam inclinar o plano de rotação do rotor, o vôo com deslocamento em todas as direções, é a originalidade do helicóptero. Fn = W Fn > W Fn < W vôo pairado vôo vertical ascendente vôo vertical descendente Portanto, um helicóptero voa segundo os mesmos princípios básicos que um avião convencional. Forças aerodinâmicas necessárias para manter o vôo são produzidas em suas asas (pás) quando o vento relativo passas sobre elas. As pás do rotor, ou asas rotativas, é a estrutura que torna possível o vôo dos helicópteros. A sua forma aerodinâmica produz força de sustentação quando gira através do ar. As pás do helicóptero são desenhadas para conseguir o máximo rendimento aerodinâmico.

3 3 O rotor garante também a propulsão do helicóptero. Basta, para isso, um comando apropriado para inclinar seu plano de rotação. A sustentação Fn decompõe-se em 2 forças: Fs (força de sustentação que equilibra o peso) T (força de propulsão) que equilibra o arrasto do aparelho Fx e provoca a translação. T W Arrasto D Todas as aeronaves cuja sustentação é garantida por uma asa giratória (rotor) constitui a família dos GIROAVIÃO. Existem três tipos de GIROAVIÕES: O helicóptero, o autogiro e o Giródino também conhecido como Ciclogiro. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO AUTOGIRO: Seu rotor gira livre em um eixo não sendo acionado por ele. Um motopropulsor gera a tração necessária para provocar a translação do aparelho. Essa translação provoca a rotação do rotor que, por sua vez, garante a sustentação. É na realidade, um avião cujas asas foram substituídas por uma asa giratória. Ele não pode voar nem verticalmente, nem se sustentar em vôo pairado. T

4 4 Princípio de funcionamento do girodino Seu rotor, acionado por um motor, assegura somente a sustentação. A tração para criar o deslocamento à frente é obtida por meio de um grupo moto-propulsor. É possível realizar vôo vertical. Princípio de funcionamento do helicóptero Como já demonstrado anteriormente, a velocidade rotacional faz com que cada perfil aerodinâmico do rotor se desloque com a velocidade tangencial ω r e a força de sustentação Fn fornecida pelo rotor é perpendicular ao plano de rotação do mesmo. Descrição do Helicóptero É uma aeronave que tem a estrutura constituída dos seguintes componentes: Rotores, grupo moto-propulsor e conjuntos mecânicos, estrutura e trem de pouso e outros componentes (sistemas de combustível, sistema hidráulico, etc). Sua performance depende diretamente da potência do motor e das características aerodinâmicas do rotor principal. ROTOR PRINCIPAL CUBO DO ROTOR ROTOR DE CAUDA TRANSMISSÃO MOTOR CABINA CONE DE CAUDA TREM DE POUSO CLASSIFICAÇÃO DOS HELICÓPTEROS: AUTOGIRO:

5 5 Seu rotor gira livre sobre um eixo. Um grupo moto-propulsor gera a tração necessária para provocar a translação do aparelho. Esta translação provoca a rotação do rotor, que por sua vez assegura a sustentação. O autogiro pode ser comparado a um avião, no qual a asa fixa foi trocada por asas rotativas. Ele não voa verticalmente nem realiza vôo pairado. GIRODINO: Seu rotor, acionado por um motor, assegura somente a sustentação. A tração para criar o deslocamento à frente é obtida por meio de um grupo motopropulsor. É possível realizar vôo vertical. HELICÓPTERO: Com base nos componentes e na classificação mencionados, podemos dizer que um helicóptero é uma máquina de voar, constituída por uma estrutura, na qual são montados: uma cabina, um motor, rotores, transmissões e os necessários comandos e sistemas. Tudo isso agrupado representa um certo peso, o qual requer uma necessária potência do motor para elevar o aparelho, ou melhor, para conseguir sustentação. Se houver suficiente potência do motor e se o rotor for capaz de transformar com sucesso essa potência para a performance desejada, o peso certamente será levantado. Daí concluirmos que, a performance do helicóptero para um dado peso, pode ser limitada por dois fatores: 1. potência do motor; inabilidade do rotor em transformar a potência do motor em performance. COMPONENTES DE UM HELICÓPTERO Antes de entrar no estudo do funcionamento do helicóptero, faz-se necessário mostrar a arquitetura geral de um helicóptero convencional e explicar a função dos seus principais componentes: 1- Rotores; 2- Grupo moto-propulsor e conjuntos mecânicos; 3- Estrutura e trem de pouso; 4- Outros Equipamentos (Sistema de Combustível; Sistema Elétrico; Sistema Hidráulico) A) OS ROTORES: O rotor principal assegura a sustentação e a propulsão. Ele é constituído de um certo número de pás, que podem ser consideradas como asas de grande alongamento (razão de aspecto), animadas de um movimento de rotação. Essas pás são presas à parte central do rotor chamada de cubo do rotor.

6 6 O rotor de cauda fornece a força necessária para anular o torque de reação causado pelo rotor principal. O torque de reação do rotor principal existe em contraposição ao torque gerado pelo motor pra movimentá-lo. B) GRUPO MOTO-PROPULSOR: Um ou mais motores fornecem a potência mecânica ao rotor principal, ao rotor de cauda e a outros equipamentos. Geralmente são motores à turbina livre. A velocidade de saída de uma turbina é da ordem de rpm, enquanto que a velocidade de um rotor principal é da ordem de 300 rpm. A transmissão da potência do motor aos rotores necessita de um redutor, chamado de Caixa de Transmissão Principal, que comporta vários estágios de redução. Em alguns helicópteros, uma embreagem centrífuga permite a transmissão progressiva do torque do motor para os rotores durante a partida. Em outros essa função é feita por um sistema de roda livre que também permite a rotação dos rotores mesmo sem o motor estar em funcionamento. Um sistema composto por árvores de transmissão e caixas de transmissão assegura a redução e a mudança de ângulos para o acionamento do rotor de cauda. C) ESTRUTURA: A estrutura compreende essencialmente: - a cabina, onde estão os comandos de vôo e os instrumentos de bordo, e onde são transportados os pilotos, os passageiros e a carga. - a estrutura central, onde se localizam os principais conjuntos mecânicos. - a cauda, onde se localizam o rotor de cauda, a deriva vertical e a arfagem com deslocamentos à frente. - o trem de pouso, tipo esqui ou com rodas. D) OUTROS EQUIPAMENTOS: Eles são, principalmente, os dispositivos de comando e de controle de vôo e aqueles que são necessários para cumprir as funções que lhes são destinadas (sistema hidráulico, sistema de combustível, sistema elétrico etc.) CLASSIFICAÇÃO QUANTO AS CONFIGURAÇÕES:

7 7 Os helicópteros são classificados pelas suas configurações de construção em 5 tipos principais e uma série de sub-classes. 1- ROTOR SIMPLES (monorotor): Com um rotor de cauda, é o tipo mais comum nos dias de hoje, chamado de tipo básico; Vantagem - é a simplicidade e a economia em peso. Desvantagem - é o perigo do R/C; Componentes: Rotor Principal, Sistema de Controle, Transmissão Principal, Sistema de Acionamento, Comandos e Rotor de Cauda; O acionamento do R/C consome em torno de 8 a 10% da potência do motor, no vôo pairado e 3 a 4% no vôo em deslocamento. Sub-Classe: GIRÓDINO Utiliza o rotor anti-torque na frente, para puxar a máquina; Vantagem - maior eficiência operacional do R/P no vôo para frente; - diminui o arrasto parasita porque o rotor antitorque é montado numa armação relativamente curta; - evita a inclinação do rotor para frente. Desvantagem a potência requerida para contrariar o torque é maior 2- ROTOR JATO: rotor é acionado por unidades a jato, instaladas nas pontas das pás; não tem rotor anti-torque; controle direcional obtido por superfícies de comando, empregando o ar jogado para baixo no vôo pairado ou pelo vento relativo no vôo para frente; Vantagem máxima simplicidade; Desvantagem grande consumo de combustível. OBS: o desenvolvimento desse tipo depende primariamente do desenvolvimento do motor a jato, próprio para o mesmo, com o menor tamanho possível. 3- ROTOR CO-AXIAL:

8 8 O torque é eliminado pela utilização de dois rotores superpostos e girando em sentidos opostos; Os rotores podem não ter o mesmo diâmetro ou não girarem na mesma velocidade, o importante é que ambos absorvam o mesmo torque; Vantagem Desvantagem Ter todas as dimensões definidas no seu projeto. Num rotor simples as dimensões dependem do diâmetro do R/P e da utilização de potência do motor, o que irá determinar o valor do anti-torque; Cabeças de rotores e controles mais complexos e maior peso dos componentes. 4- ROTOR LADO A LADO: - o deslocamento lateral dos rotores reduz a Vantagem potência requerida do motor para produzir sustentação e deslocamento para frente. - produz uma razão de aspecto semelhante às asas de um avião, o que permite o nível de vôo com um motor desligado, em um helicóptero multimotor.. - a potência necessária para manter um nível de vôo com carga pesada é bem menor. Desvantagens - tem uma alta resistência parasita. - tem um alto peso estrutural. - Tem um complexo sistema de eixos e engrenagens. OBS: o SINCRÓPTERO (eixos laterais com rotores sincronizados) é mais compacto e sacrifica uma parte de sua eficiência em sustentação, por um ganho em simplicidade de transmissão. 5- ROTOR EM TANDEM: Vantagens - possibilidade de uma grande área de fuselagem livre. - grande possibilidade de variação do centro de gravidade Desvantagens - complexo sistema de eixos e engrenagens.

9 9 - baixa eficiência de sustentação no vôo para frente. OBS: MULTI-ROTORES: Três ou mais rotores: Desvantagens - Prejudicam a simplicidade de comandos. - Nem sempre o controle para todas as direções é feito pela simples atuação de um rotor em relação aos outros. - Em máquinas de muita largura, provoca um arrasto parasita do ar para baixo, muito grande. TIPOS DE ROTORES Um rotor é constituído por um conjunto de pás (duas ou mais), as quais são fixadas a um cubo. São três os tipos de rotores dos atuais helicópteros. ROTOR RÍGIDO: as pás, o cubo e mastro são rígidos entre si. Não tem batimento nem avanço e recuo, tem apenas o movimento de mudança de passo. VANTAGENS 1. Construção simplificada pela eliminação dos movimentos de batimento e de avanço e recuo. 2. Possui maior massa e consequentemente maior inércia. DESVANTAGENS 1. As raízes das pás estão sujeitas a altas cargas de flexão devido à sua rigidez. 2. Os rolamentos de perfilamento estão sujeitos a altas cargas centrífugas. OBS: Os rotores rígidos tem sido utilizados em sistemas contra-rotativos onde os efeitos giroscópicos se anulam. ROTOR SEMI-RÍGIDO: é um rotor cujas pás são fixas a um cubo, o qual é livre em batimento e mudança de passo. Por serem, as pás, fixas ao cubo, elas não dependem da força centrífuga para sua rigidez. VANTAGENS 1. Eliminação do movimento individual de batimento e de avanço e atraso, simplificam a construção do rotor e sua manutenção.

10 10 2. As cargas centrífugas nas pás são diminuídas porque a mudança do passo não é feita individualmente e sim em conjunto. 3. Em virtude das pás serem fixas à cabeça do rotor, elas não dependem inteiramente da força centrífuga para manter a sua rigidez. 4. O cubo do rotor semi-rígido é livre para oscilar, assim eliminando os momentos de inclinação lateral. 5. O desequilíbrio geométrico provocado pela força de coriolis, ocorre em altas velocidades e é corrigido pelo próprio formato da construção do rotor. ROTOR ARTICULADO: são aqueles em que as pás são fixadas à cabeça do rotor por dispositivos especiais que permitem o seu movimento em torno dos três eixos. Podem executar os movimentos de batimento, avanço e recuo e mudança de passo, individualmente ou em conjunto. O desequilíbrio geométrico ou efeito de Coriolis, ocorre num rotor articulado, quanto o plano gerado pela trajetória da ponta das pás não for paralelo ao plano do cubo do rotor. O desequilíbrio geométrico impõe movimento de flexão, independente, às pás do rotor. Isso faz com que a pá que tenha maior batimento, tendo seu centro de massa mais próximo ao eixo do plano de rotação aumente sua velocidade, provocando o desequilíbrio geométrico, face ao efeito da força de Coriolis. Isto é corrigido pelos amortecedores das pás, os quais mantém uma igualdade de relação angular entre as mesmas. VANTAGENS 1. O movimento individual de batimento ajuda a compensar a dissimetria de sustentação. 2. O movimento de batimento permite que o disco de rotação seja inclinado sem que o mastro se incline. 3. A articulação de batimento permite ao rotor inclinar-se sem inclinar o mastro. 4. A articulação de batimento diminui a curvatura na raiz das pás, gerada pelo coneamento. DESVANTAGENS 1. A construção e a manutenção deste tipo de rotor é bem mais complexa pela incorporação de mais dois eixos de movimento e pela necessidade de amortecedores para compensar os movimentos de avanço e atraso. 2. Necessidade de batentes dropp stop para limitar o movimento de descida das pás com o rotor parado. 3. Oscilação excessiva as articulações de arrasto, livres, permitem às pás do rotor oscilarem excessivamente no plano de rotação. 4. O uso de amortecedores, no rotor, apresentam vários problemas para sua manutenção: vazamentos, ajustagem e efeitos provocados pelas variações atmosféricas.

11 11 5. O efeito de batimento individual das pás diminui o efeito das rajadas. OBS: esse tipo de rotor requer um mínimo de três pás que são normalmente equipadas com amortecedores de avanço e recuo. Trecking das pás: é o termo que indica a relação de equilíbrio dinâmico das pás entre si. Esta relação existirá sempre que as pontas das pás girarem no mesmo plano. O termo tracking representa, na prática, o procedimento do mecânico para colocar as pás nas condições satisfatórias de vôo.

12 12 1 TEORIA DE VÔO DE HELICÓPTERO 1. FORÇAS QUE ATUAM NO AVIÃO: A) Forças Verticais - Sustentação - Peso - Comandos de rolamento (aileron ou cíclico) - Comandos de arfagem (profundor ou cíclico) B) Forças Horizontais - Tração - Arrasto - Comandos de guinada (leme de direção ou rotor de cauda) 2. FORÇAS QUE ATUAM NO HELICÓPTERO:

13 13 Fatores que influem na sustentação: a) Área da asa ou área da pá; b) Forma ou perfil do aerofólio; c) Ângulo de Ataque; d) Velocidade; e) Densidade Área da asa ou da pá: as forças de sustentação e arrasto são diretamente proporcionais a área da asa. Forma ou perfil do aerofólio: 1. Vento Relativo: Observe a figura ao lado: "V" é a velocidade do helicóptero, "U" é a velocidade do vento relativo. A velocidade resultante "VR" é igual a V+U. O vento relativo sopra contra o deslocamento do helicóptero. Aqui "V" e "U" estão na mesma direção. "U" é a velocidade do vento relativo agora soprando na mesma direção do deslocamento do helicóptero. A velocidade resultante "VR" é igual a V-U. 2. Movimento do ar e pressão dinâmica: O ar (como todos os gases) possui uma energia que se manifesta sob a forma de pressão.

14 14 2. Movimento do ar e pressão dinâmica: O ar (como todos os gases) possui uma energia que se manifesta sob a forma de pressão. Pressão estática Pe: energia em expansão. Pressão dinâmica Pd: energia cinética do ar em movimento. A soma dessas energias, representa a energia total (ou pressão total Pt). AR EM REPOUSO = PRESSÃO ESTÁTICA (Ps) AR EM MOVIMENTO = PRESSÃO TOTAL (Pt) 5. A resistência do ar: Um corpo constitui um obstáculo para o vento relativo impedindo ou dificultando seu deslocamento. Esse esforço no sentido de impedir o movimento representa a RESISTÊNCIA DO AR. Diz-se que o ar opõe-se aos deslocamentos dos corpos. Uma placa colocada perpendicularmente na corrente (vento relativo) de ar freia e desvia a massa de ar que nela bate.

15 15 Os vetores representam a pressão estática relativa. Essa pressão é negativa na zona de depressão. Examinemos tudo isso um pouco mais de perto: Na face dianteira da placa, onde a velocidade do ar dimninui, a energia dinâmica é transformada em pressão estática. A pressão estática na face dianteira é superior à pressão atmosférica. (Ps > Pa). Na face traseira da placa cria-se uma zona de vácuo relativo onde a pressão dinâmica aumenta. A pressão dinâmica eleva-se e a pressão estática diminui. (Ps < Pa). DEPRESSÃO. Então a placa é submetida a uma pressão na face dianteira que tende a empurrá-la e na face traseira, há uma depressão que tende a aspirá-la. A resultante dessas forças de pressão é a resistência do ar.: R

16 16 Se quantificarmos em 100% a resistência no caso de uma placa circular, a resistência não é mais do que 50% para uma esfera de mesmo diâmetro. RESUMINDO = CONCLUSÃO: A resistência do ar é proporcional: 1) à massa específica do ar φ; 2) ao quadrado da velocidade do ar V²; 3) à superfície do corpo S; 4) ao coeficiente K que leva em consideração a forma do corpo e seu estado de superfície. 6. Como obter uma superfície sustentadora: A resistência do ar é um mal necessário. Ela se opõe ao deslocamento dos corpos (é aí que está o problema) e contém uma energia possível de controlar e de dirigir. R (ou Fr) = ½ φ v². S. K Não percamos de vista nossas conclusões anteriores e inclinemos a placa em relação ao vento relativo Vr. Note sempre: 1) uma zona de pressão; 2) uma zona de depressão. Mas a resultante R, que chamaremos a partir de agora Fr, (força aerodinâmica resultante) é dirigida para cima.

17 17 Deslocamento do ar por um corpo esférico: aumento de pressão na face anterior (a) e baixa pressão na face posterior Deslocamento do ar por um corpo oval: é eliminada a zona de baixa pressão, a turbulência e o arrasto. (b) Perfil assimétrico: Perfil simétrico: a força de sustentação surge quando a direção do vento relativo forma um ângulo de ataque com a corda do aerofólio. Ângulo de Ataque: Ângulo formado pela corda média do aerofólio e a direção do vento relativo. Centro de Pressão: - ponto de interseção da resultante aerodinâmica com a corda. - O aumento do ângulo de ataque nos perfis assimétricos provoca o deslocamento para frente do CP

18 18 - Nos aerofólios simétricos CP é constante. Ângulo em que a sustentação é nula: Perfis assimétricos - ângulo de ataque negativo e ocorre quando R é paralela ao vento relativo. Perfis simétricos corda é paralela ao vento relativo Velocidade: - a sustentação é proporcional ao quadrado da velocidade; - portanto é impossível se voar nivelado, mantendo o mesmo ângulo de ataque quando a velocidade é aumentada. EX: Uma aeronave a 200 Km/h terá 4 vezes mais sustentação que um avião a 100 KM/h. Densidade do ar: É a relação entre a massa e a unidade de volume. A sustentação e o arrasto variam diretamente com a densidade do ar. Fatores que influem na densidade: - Temperatura - Umidade - Altitude ALTITUDE EM TEMPERATURA PRESSÃO mts Nível do mar 152,4 304,8 1066,8 3048,0 6096,0 C ,5 4,8-24,6 mm/hg PESO Ação da aceleração da gravidade sobre um corpo ( W = Mg ) DENSIDADE UTM/mt cúbico 0,1249 0,1230 0,1213 0,1125 0,0923 0,0665 Fatores que influem no peso: - Latitude (menor nos polos/maior no equador) - Altitude (quanto mais alto menor) 2. TRAÇÃO: É a força que vence o arrasto e impulsiona a aeronave para frente. Nos helicópteros a TRAÇÃO é produzida pelo motor e pelo rotor principal.

19 19 Se dá pela composição do peso com a força de sustentação. O deslocamento horizontal do helicóptero faz surgir uma nova força no sentido contrário ao deslocamento, o arrasto ou resistência ao avanço. O arrasto aumenta com o quadrado da velocidade aerodinâmica, e crescerá até se igualar à TRAÇAO, quando a velocidade se estabilizará. (T = D) Sustentação Translacional ou de Deslocamento: sustentação resultante do aumento da velocidade de deslocamento devido a maior velocidade do fluxo de ar através do disco do rotor. VNE limitada pela potência disponível 3. ARRASTO: É a força que tende a freiar um corpo um corpo que se desloca no ar. O ARRASTO varia com o quadrado da velocidade aerodinâmica e atua sempre na mesma direção e sentido do vento relativo. Fatores que influem no arrasto: são os mesmos que influem na sustentação. a) Área da asa ou área da pá; b) Forma ou perfil do aerofólio; c) Ângulo de Ataque; d) Velocidade; e) Densidade Tipos de ARRASTO: Perfil fricção do ar sobre a superfície da asa. Induzido resistência útil relativa a sustentação ie. o trabalho que deve ser despendido para se obter a sustentação. Parasita fuselagem, trem de pouso etc. 4. FORÇAS CENTRÍFUGA e CENTRÍPEDA: Quando um objeto se move em uma trajetória circular, a força centrífuga age sobre ele, tendendo a afastá-lo do centro de rotação. Em oposição à esta força, uma outra em sentido contrário atua puxando-o para o centro, mantendo assim a trajetória circular.

20 20 Atuação da FORÇA CENTRÍFUGA no helicóptero: - Curvas - Giro do Rotor a) CURVAS: A Força centrífuga será tão mais intensa quanto maior for o ângulo de inclinação da curva. n = fator de carga = L/W = 1/cosθ. Em vôo retilíneo L = W logo fator de carga L/W = 1. Em curvas, paradas rápidas e recuperação de mergulhos a carga suportada pelo rotor é aumentada pela ação da força centrífuga.. Ex: Um helicóptero com o peso de lb, executando uma curva nivelada de 30, o peso suportado pelo rotor será de lb. n = 1/cos 30 = 1/ 0,869 = 1,15 se n = L/W L = n. W L = 1, = 2070 lb Fator de 5 Carga b) TORQUE OU CONJUGADO DE REAÇÃO:. Quando um corpo é montado sobre um eixo e uma força é aplicada, este corpo tenderá a girar.. Quanto maior for a distância do eixo ao ponto de aplicação da força, maior será essa tendência.

21 21. TORQUE = Força x Distância (braço da alavanca) (momento) 7- PRINCÍPIOS DE VÔO VÔO PAIRADO Partida: - um sistema de embreagem permite dar partida no motor sem o mesmo sofrer a carga ou inércia das pás do rotor. - as embreagens podem ser do tipo sapatas centrífugas, de correias de fricção ou hidromecânicas. - após a partida do motor o rotor é engrazado suavemente ao motor por intermédio da embreagem. (helicópteros com motor a turbina não possuem embreagem) Vôo librado: com o rotor engrazado ao motor, ao ser levantada a alavanca do passo coletivo, é aumentado o ângulo de ataque das pás e, consequentemente, aumentada a sustentação até a um ponto tal em que esta vença a ação da gravidade e faça com que o helicóptero se eleve. Atuação do coletivo: efeito conjugado com a manete para compensar a queda da RPM, devido ao aumento de passo. Compensação da deriva: em vôo pairado o disco e as estrelas ficam paralelas ao solo. A rigor, todo o conjunto estará ligeiramente inclinado para a esquerda a fim de compensar a deriva do helicóptero para a direita, deriva essa causada pela resultante dos momentos provocados pelo rotor principal e rotor de cauda (compensação do torque) Compensação do torque: comando de passo das pás do R/C pelos pedais e acionamento do rotor. VÔO EM VELOCIDADE Composição de forças: sustentação e peso Deslocamento para vante: inclinação do rotor para frente e consequentemente do vetor de sustentação.

22 22 EFEITOS AERODINÂMICOS DISSIMETRIA DE SUSTENTAÇÃO: I) A pá avançada além da sua velocidade normal (RPM) de rotação, gira no mesmo sentido do deslocamento do helicóptero somando, portanto, à sua velocidade (tangencial), a velocidade do helicóptero. II) A pá recuada possui uma velocidade aerodinâmica menor, pois gira em sentido oposto ao deslocamento do helicóptero tendo, portanto, diminuída da sua velocidade (tangencial), a velocidade do helicóptero. III) Como a sustentação é função do quadrado da velocidade e sendo a velocidade em A (pá avançada) maior do que em C (pá recuada), a sustentação também será maior em A que em C. SOLUÇÃO DO PROBLEMA: (batimento, avanço e atraso, mudança de passo), o que faz com que se altere a direção do vento relativo, diminuindo o ângulo de ataque da pá que avança e aumentando o ângulo de ataque da pá que recua. ROTORES SEMI-RÍGIDOS: batimento para cima, diminuindo, assim, o seu ângulo de ataque e área útil da pá, diminuindo, portanto, a sustentação. Com a elevação da pá que avança, a pá recuada abaixa, aumentando a sua área útil e seu ângulo de ataque, aumentando assim a sua sustentação. Estes movimentos fazem com que se equilibre a sustentação nas duas metades do disco do rotor. ROTORES ARTICULADOS: o aumento de velocidade aerodinâmica na pá avançada faz com que ela execute o batimento para cima, diminuindo a sua área útil e o seu ângulo de ataque, diminuindo assim a sua sustentação, igualando-a com a da pá recuada. NOTA 1: esses movimentos das pás que compensam a dissimetria de sustentação são provocados por reações aerodinâmicas e independem do comando do piloto. NOTA 2: A própria posição do cíclico para frente, nos vôos com velocidade, ajuda a compensar a dissimetria de sustentação,

23 23 pois, diminui o ângulo de ataque da pá avançada e aumenta o ângulo de ataque da pá recuada. ROTORES DE CAUDA: Também devem possuir movimento de batimento, para compensar a dissimetria de sustentação. EFEITO DE SOLO MAIOR EFEITO: metade do diâmetro do rotor (entre 10 a 15 pés) Normalmente os helicópteros possuem tabelas para cálculo de vôo pairado em altitude com e sem o efeito de solo. FATORES QUE INFLUENCIAM O EFEITO DE SOLO: qualidade do terreno, capim alto, terreno inclinado, borda de helipontos elevados etc. SUSTENTAÇÃO DE DESLOCAMENTO: - Função da velocidade de deslocamento ( acima de 15 nós). - Decolagem corrida - Afundamento no início da decolagem - Entre 40 e 60 mph a sustentação de deslocamento aumenta permitindo menor potência requerida. - Para velocidade acima de 60 mph o aumento do arrasto provocará um aumento na potência requerida. - Ventos fortes influem na sustentação de deslocamento. RESSONÂNCIA COM O SOLO Violentas vibrações ocorridas durante o táxi, decolagem ou pouso.

24 24 CAUSA PRINCIPAIS: - rotores articulados - amortecedores hidráulicos - rodas pneumáticas - pouso em locais não homologados - desnivelamento do terreno.etc COMO OCORRE: Quando o centro de massa do rotor é descentralizado, isto pode ocorrer quando a relação angular entre as pás for alterada. SOLUÇÃO: Pouca RPM feche completamente a manete e reduza o passo coletivo para mínimo e aplique o freio do rotor. RPM suficiente tirar imediatamente o helicóptero do solo e tentar outro pous o, de preferência em terreno macio e plano. AUTO ROTAÇÃO É a capacidade que têm as pás do rotor de continuar girando no mesmo sentido e com a mesma velocidade em caso de falha de potência. Desde que estejam em passo mínimo. FLUXO DE AR PELO ROTOR: Nos vôos com potência o ar passa através do rotor, de cima para baixo e nos vôos em autorotação o ar passa de baixo para cima e nesta situação o vento relativo forma com a pá um grande ângulo de ataque e é necessário que as pás estejam em passo mínimo, a fim de que continuem girando. MELHOR PLANEIO: 50 A 60 Kt RAZÃO DE DESCIDA: a pés por minuto RECUPERAÇÃO: Flare a 70 pés (veloc. 15 a 20 nós)

25 25 POUSO: amortecido com o coletivo. COMPOSIÇÃO AERODINÂMICA DO VÔO COM POTENCIA: COMPOSIÇÃO AERODINÂMICA DO VÔO SEM POTÊNCIA COMPOSIÇÃO AERODINÂMICA DO VÔO EM AUTO- ROTAÇÃO:

26 26 FORÇAS QUE ATUAM NO 1/3 EXTERNO DA PÁ FORÇAS QUE ATUAM NOS 2/3 INTERNOS DA PÁ

27 CURVA DE VELOCIDADE E ALTURA (curva do homem morto) 27

28 28 Área A impossível estabelecer um planeio em auto-rotação em caso de falha do motor, devido a grande desaceleração do rotor provocada pelo grande ângulo de ataque, baixa velocidade e pouca altura para recuperação. Área B impossivel estabelecer um planeio em auto-rotação pela grande desaceleração do motor. Um pouso nestas condições só seria possível em área pavimentada e o contato com o solo seria a grande velocidade (30 a 50 mph) pois, a pequena altura não mermitiria maior redução de velocidade. Área C Impossível estabelecer um planeio em auto-rotação, pelas mesmas razões citadas em B, sendo que seria impossível um pouso mesmo em área pavimentada, pois, o contato com o solo se daria a uma velocidade além dos limites permissíveis e de um modo violento. Área D Área onde pode ser executado uma auto-rotação com segurança. EFEITO GIROSCÓPICO: EFEITO PENDULAR: tendência do eixo de se alinhar perpendicularmente ao plano de rotação e viceversa. EFEITO DE CONE: EIXO DE ROTAÇÃO: linha imaginária em torno da qual o rotor gira. EFEITO DE CORIOLIS (ou Desequilíbrio Geométrico): Tipo de Rotor: Articulado

29 29 1. Distância do Centro de massa ao eixo de rotação X Velocidade de rotação = CONSTATANTE (para uma mesma RPM) 2. Quanto a pá sobe, no batimento para cima, a distância se torna menor e a velocidade deve aumentar para manter a constante. 3. AVANÇO e RECUO da pá. (essa tendência é chamada efeito de coriolis) 4. Esse movimento da pá é absorvido pelos amortecedores das pás. (dampers) Tipo de Rotor: Rígido e Semi-rígido 1. Nesses rotores as pás teriam que flexionar em virtude do efeito coriolis. 2. Resultado diminuição da vida útil da pá. 3. Correção fazer o plano do rotor coincidir com o centro de massa da cabeça do rotor. 1. ESTOL DE POTÊNCIA: ESTÓIS Como ocorre: a) Ocorre quando se tenta pairar o helicóptero fora do efeito de solo e a potência disponível não é suficiente para manter a altura. b) O helicóptero afunda na vertical, com uma razão de descida cada vez maior, em virtude das pás estarem girando em uma camada de ar já turbilhonado. c) Grande ângulo de ataque devido ao afundamento. Recuperação: a) diminuir o passo das pás (diminuição da potência aplicada) b) aumento da velocidade. ANEIS DE VORTEX (vorticidade):

30 30 O ar que as pás empurram para baixo é o mesmo que está subindo pelos lados, provocando um redemoinho ao longo de todo o contorno do disco e no centro do rotor. 2. ESTOL DE TURBILHONAMENTO: idêntico ao estol de potência, ocorre quando, nas auto-rotações verticais, se aumenta bruscamente o passo das pás, assim o ar sobre uma inversão momentânea de sentido, ou seja, passa a fluir pelo rotor, de cima para baixo. Recuperação: Deslocamento para vante na recuperação da auto-rotação. 3. ESTOL DE PÁ (ou estol de ponta de pá): a) Estol provocado pelo efeito aerodinâmico da dissimetria de sustentação. b) Apenas a pá que recua que estola e devido a precessão giroscópica provoca uma violenta cabrada do helicóptero c) Com o aumento da velocidade, o ângulo de ataque da pá que recua aumenta, chegando ao ângulo de estol. d) Além disso ocorre inversão do fluxo de ar (do bordo de fuga para o bordo de ataque) junto a raiz da pá. Fatores que possibilitam um estol de pá: a) Peso máximo; b) Turbulência; c) Altitude; d) Baixa RPM; e) Manobras bruscas; e f) Principalmente velocidade. Recuperação: a) Diminuir a velocidade, diminuir o passo das pás e aumentar as RPM. b) Os efeitos descritos acima, limitam a velocidade dos helicópteros e poderiam ser atenuados se fosse aumentada a velocidade (RPM) do rotor. Porém, um aumento de RPM do rotor ocasiona efeito de compressibilidade na ponta da pá avançada.

31 31 4. EFEITO DE COMPRESSIBILIDADE: a) Quando a velocidade de escoamento do ar atinge velocidades próximas a velocidade do som, o ar passa a ser considerado um fluido compressível e o seu comportamento varia completamente. b) Vôo subsônico, as velocidades estão abaixo de mach Vôo transsônico as velocidades podem variar de mach 0,75 até 1,2. Vôo supersônico as velocidades são superiores a mach 1.2 c) Número Mach relação entre a velocidade aerodinâmica da aeronave e a velocidade do som naquelas mesmas condições. Velocidade aerodinâmica MACH = Velocidade do som Na atmosfera padrão a velocidade do som ao nível do mar é: 661 Kt. A velocidade do som aumenta com a temperatura a uma razão de 2 pés/seg para cada C de aumento de temperatura. d) O efeito de compressibilidade limita a velocidade de todos os helicópteros e se apresenta na ponta da pá que avança, quando o helicóptero atinge altas velocidades. e) Comportamento da velocidade do ar em um aerofólio: Ex: O aerofólio abaixo está com a velocidade de 675 mph ao nível do mar nas condições de atmosfera padrão. Como a velocidade aumenta sobre a superfície dorsal do aerofólio, passando de 675 para 750 e 829 mph caindo logo a seguir para 675 mph, provoca uma grande pressão diferencial, no limite entre as duas áreas de pressão, formando a chamada onda normal de choque que causa uma acentuada queda na sustentação e um grande aumento de arrasto, levando o aerofólio ao estol. Recuperação: assemelha-se à recuperação de um estol de pá e se faz reduzindo-se a velocidade, diminuindo-se o passo coletivo e mantendo-se a RPM do rotor.

32 32 LIMITAÇÕES DOS HELICÓPTEROS I) Não são permitidas manobras acrobáticas. (exceto para as aeronaves projetadas para este fim, com rotor rígido); II) III) IV) Os vôos pra trás e os vôos laterais, devem ser realizados em baixa velocidade; A RPM do rotor é tão importante para o helicóptero, como a velocidade o é para o avião. Se a RPM do rotor cair abaixo de um determinado limite, a força centrífuga não será suficiente pra manter as pás na horizontal e poderão se dobrar para cima. Da mesma forma a RPM máxima do rotor deve ser respeitada, pois o aumento de força centrífuga produzirá uma carga de algumas toneladas a mais na cabeça do rotor, danificando-a; Certas RPM do motor devem ser evitadas a fim de reduzir vibrações causadas pelo ventilador; V) A velocidade máxima não deve ser ultrapassada em virtude da possibilidade de estol da pá. A altitude densidade, o peso da aeronave, a posição do CG, a RPM do rotor, turbulência, ângulo de inclinação, manobras violentas são fatores que podem antecipar e agravar o estol de pá. VI) VII) Em caso de estol de pá, ocorrerá uma perda temporária de comandos e também uma perda de altura antes que se consiga recuperar o estol. Em caso de pá, leve o passo coletivo para mínimo e o cíclico um pouco para trás para diminuir a velocidade. Uma boa regra em todos os vôos com turbulência é: diminuir a velocidade e aumentar a RPM. As pás são balanceadas de tal maneira que a vibração é reduzida ao mínimo; as vibrações causadas por pás fora de tracking são sentidas na fuselagem.

33 33 VIBRAÇÕES Todas as vibrações anormais devem ser sanadas e os pilotos devem relatar com precisão os tipos de vibrações encontradas em vôo. As vibrações mais comuns, podem ser divididas em três tipos: a) Vibrações de Baixa Freqüência São fáceis de contar e correspondem aproximadamente, a uma vibração por cada volta do rotor, são também conhecidas como vibrações do tipo 1 por 1 (100 a 400 ciclos por min); 1 Vertical: sacode o helicóptero de baixo para cima e vice-versa. Aparece em todas as manobras e geralmente aumenta com a velocidade. Causa: pás do rotor principal fora de tracking. 2 Lateral: sacode o helicóptero de um lado para outro, permanece constante em diferentes velocidades. Causa: Rotor principal desbalanceado. b) Vibrações de Freqüência Intermediária Difícil de ser contada. Correspondem aproximadamente a duas vibrações por cada volta do rotor, são conhecidas também, por vibrações do tipo 2 por 1 (1000 a 2000 ciclos por minuto. Lateral sacode o helicóptero lateralmente, aparece entre 15 e 20 milhas por hora. Causa: vibração normal, causada pela transição de vôo pairado para o vôo com deslocamento e vice-versa. c) Vibrações de Alta Freqüência Impossível de contar, se apresenta como zumbido (acima de 2000 ciclos por minuto). 1 Vibração sentida na fuselagem e nos pedais quando em vôo pairado com vento cruzado. Causa: vibração normal, provocada pelo batimento excessivo das pás do rotor de cauda. 2 Vibração sentida nos pedais em todas as manobras. Causa: vibração anormal, geralmente provocada pelo balanceamento do rotor de cauda, alinhamento ou empeno do eixo diretor de cauda. 3 Vibração sentida na fuselagem em todas as manobras, diminuindo ou desaparecendo em auto-rotação.

34 34 Causa: trepidação do motor ou do ventilador. ESTABILIDADE O QUE É ESTABILIDADE: é a resposta de um corpo quando perturbado por uma força. QUAIS OS TIPOS DE ESTABILIDADE? - Dinâmica e estática Equilíbrio estático e dinâmico podem ser de 3 tipos: Positivo: quando desviado de sua posição de equilíbrio retorna à posição original. Negativo: quando desviado de sua posição tende a se afastar cada vez mais. Neutro: quando desviado de sua posição não tem tendência alguma. Estabilidade Dinâmica: Neutra: quando um corpo continua oscilar em torno de um ponto ou de uma linha de referência, com uma amplitude constante após uma perturbação. Positiva: quando após uma perturbação no seu equilíbrio as oscilações diminuem de amplitude. Negativa: quando após uma perturbação no seu equilíbrio as oscilações tendem a aumentar. Estabilidade do Helicóptero: a) Estabilidade de um rotor articulado: com o aumento da velocidade de deslocamento, a pá que avança fará um batimento para cima, fazendo com que a sustentação se incline para trás, fazendo surgir a força A que tende a desacelerar o deslocamento, trazendo o rotor para a velocidade inicial. b) Estabilidade Pendular: o centro de pressão fica bem acima do centro de gravidade e sendo assim, quando um deles é deslocado de sua posição inicial, existe uma tendência para que o CG se alinhe com o vetor da sustentação.

35 35 Métodos para diminuir o efeito pendular: Uso de rotores independentes de mastro; Uso de barra estabilizadora e amortecedores hidráulicos nas pás etc. CONCEITOS COMPLEMENTARES ENVERGADURA: distância máxima da raiz da pá do rotor até a ponta, medida de centro a centro, em uma linha reta. ALONGAMENTO: é a relação entre a envergadura/corda ou Razão de Aspecto. SOLIDEZ PARCIAL DE UM DISCO: é a razão existente entre a área da pá de um rotor e a área total do disco. SOLIDEZ TOTAL DE UM DISCO: razão existente entre a soma das áreas das pás de um rotor e a área do seu disco. RAZÃO DE CARGA: é a relação entre o peso bruto da aeronave e a área do disco. ÁREA ÚTIL DE SUSTENTAÇÃO: é a projeção do disco do rotor principal sobre o solo ou um plano. FLUTUAÇÃO: é a condição de vôo pairado próximo ao solo (IGE) In Ground Effect. / (OGE) Out Ground Effect