A segurança nos helicópteros Robinson: compreendendo o SFAR 73

Após a rápida popularização do helicóptero Robinson R22 no mercado seguido da sua certificação em 1979, um número crescente de acidentes se sucedeu e obrigou a FAA, em 1995, a tomar uma providência, fazendo surgir o SFAR 73.

Após a rápida popularização do helicóptero Robinson R22 no mercado seguido da sua certificação em 1979, um número crescente de acidentes se sucedeu e obrigou a FAA (Federal Aviation Administration), em 1995, a tomar uma providência. O resultado foi o surgimento de uma regulamentação especial — chamada de Special Federal Aviation Regulation 73 ou “SFAR 73” — que determinava requisitos adicionais de instrução e experiência para qualquer pessoa visando manipular os controles ou atuar como piloto em comando nos modelos R22 e/ou R44.

No Brasil, a adoção formal dos requisitos de instrução previstos pelo SFAR 73 só ocorreu recentemente, por meio da promulgação da mais nova versão do Regulamento Brasileiro de Aviação Civil 61 (ou “RBAC 61”). Assim como no documento americano, o 61 — fazendo o uso de uma Instrução Suplementar (IS) — dispõe sobre quais conhecimentos um piloto deve deter para poder atuar como piloto em comando (PIC) numa aeronave R22 ou R44.

O SFAR abrange basicamente três assuntos (Mast Bumping, gerenciamento de energia e estol de rotor) e eles devem ser abordados, inicialmente, de forma teórica e, posteriormente, de forma prática, mesmo que seus efeitos não sejam verdadeiramente simulados nos voos de instrução.

Mast Bumping

O R22, o R44 e o R66 possuem um sistema de rotor essencialmente igual. Este sistema é suscetível a um fenômeno chamado Mast Bumping, que ocorre basicamente quando o cubo do rotor entra em contato com o mastro, danificando-o severamente e até seccionando-o, provocando uma falha catastrófica em voo.

O que gera o Mast Bumping é o batimento excessivo das pás. Apesar de ser sabido que a articulação gangorra oferece uma razoável liberdade de batimento (em torno de 13°), certas condições de voo podem gerar amplitudes que excedem esta margem de segurança.

Uma das formas de se provocar um Mast Bumping é aplicando comandos excessivos ou bruscos de cíclico. Pelo fato do R22 ser de rotor semirrígido em gangorra, as aplicações de comando normalmente fazem com que a fuselagem demore alguns segundos para acompanhar a atitude do rotor. Se o comando for aplicado com violência, o disco do rotor pode ficar perigosamente próximo da fuselagem, podendo fazer a cabeça do rotor danificar o mastro ou as pás atingirem alguma parte do helicóptero. Além disso, voar helicópteros Robinson realizando manobras bruscas sobrecarregam a cabeça do rotor, pelo fato desta ter que absorver os esforços de avanço e recuo, já que a aeronave não possui articulação de arrasto. Isto especificamente não causa Mast Bumping, mas pode gerar falha da cabeça.

Outra forma de se provocar um Mast Bumping é voar em turbulência. Em condições como essas, o piloto pode ficar tentado a corrigir as variações da aeronave e pode acabar aplicando comandos excessivos de cíclico. Adicionalmente, correntes descendentes podem colocar a aeronave numa condição de baixo “G”, aumentando o fluxo induzido, diminuindo o ângulo de ataque das pás, reduzindo a sustentação total do disco e descarregando-o. Quando isso ocorre, a tração que remanesce no rotor de cauda faz a aeronave girar rapidamente para a direita, o que ocorre com ainda mais velocidade quando se está leve.

Um efeito semelhante pode ocorrer quando o piloto aplica cíclico à frente para nivelar após uma subida (Pushover), usualmente na tentativa de seguir o contorno de um terreno ou após desviar de um pássaro ou linhas de transmissão de energia. Curiosamente, pilotos de avião são mais suscetíveis a realizarem Pushovers quando estão no comando de helicópteros, pois este é o extinto almejado quando se deseja desviar de uma ameaça no céu numa aeronave de asas fixas.

Em ambos os casos, contudo, o Mast Bumping só ocorre quando o piloto tenta corrigir o giro para a direita com cíclico para a esquerda. Como o rotor está com pouca sustentação, o disco se inclina, mas a fuselagem não acompanha, resultando no contato da cabeça com o mastro e também, como frequentemente ocorre, das pás com alguma parte do helicóptero.

No entanto, o Mast Bumping pode ser facilmente evitado seguindo algumas recomendações:

– Não aplique comandos bruscos, excessivos ou abruptos.
– Não realize Pushovers ou qualquer outra manobra que possa gerar baixo “G” (nos helicópteros Robinson, essas manobras são proibidas).
– Não voe em turbulência.
– Evite voar no sotavento de montanhas, encostas e prédios altos — onde a turbulência geralmente é mais severa.
– Não voe rápido se a aeronave estiver leve.
– Não inicie descidas com o cíclico. Use o coletivo.
– Não nivele bruscamente após subidas. Aplique cíclico suave ou use também o coletivo.
– Não voe fora de Trim.

Ainda assim, caso se encontre turbulência em voo:

– Reduza a velocidade de cruzeiro para abaixo do normal. Se a turbulência for moderada, severa ou extrema, mantenha a velocidade entre 60 KIAS e 0.7 da Vne (até 3000 ft de altitude densidade, 0.7 da Vne representa 76 KIAS), mas nunca abaixo de 57 KIAS.
– Aperte os cintos de segurança e descanse o antebraço direito na coxa direita para minimizar aplicações de comando não intencionais. Alguns pilotos podem até preferir aplicar um pouco de fricção para facilitar esta tarefa.
– Não reaja imediatamente às variações da aeronave. Deixe o helicóptero ir com a turbulência e, em seguida, corrija com suavidade e vagarosamente as excursões de parâmetros.
Se a área da turbulência é isolada, deixe a área. Caso contrário, pouse o helicóptero assim que praticável.

Adicionalmente, reduza a velocidade nos seguintes casos:

– A qualquer momento em que toda a sua atenção não esteja focada no controle da aeronave. Por exemplo, quando configurando aviônicos ou conversando com os passageiros.
Durante instrução elementar de voo ou treinamento de transição.

Finalmente, se uma condição de baixo “G” for encontrada, aplique gentilmente cíclico para trás assim que perceber uma sensação de leveza no assento. Não espere que um giro à direita ocorra para aplicar cíclico para trás. Ainda assim, se este ocorrer, aplique gentilmente cíclico para trás para recarregar o rotor e somente depois corrija o giro com cíclico para a esquerda.

Gerenciamento de energia

Como se sabe, na física, a energia não pode ser criada ou destruída, e sim transportada de um sistema para outro. Numa autorrotação, isto também é verdade. Um helicóptero em voo possui basicamente três formas de armazenar energia:

– Com sua altura sobre o solo;
– Com a sua velocidade à frente;
– Com a RPM do seu rotor.

Analisando esses três métodos, tem-se que:

1) Com a altura sobre o solo, armazena-se energia potencial gravitacional (Epg).

Epg = M x G x H

Em que:
M = Massa (peso do helicóptero)
G = Aceleração da gravidade (9,8 m/s²)
H = Altura sobre o solo

2) Com a velocidade à frente, armazena-se energia cinética (Ec).

Ec = 1/2 x M x V²

Em que:
M = Massa (peso do helicóptero)
V = Velocidade (velocidade do helicóptero)

3) Com a RPM, armazena-se também energia cinética. No entanto, esta é chamada, para fins de simplificação, de energia rotacional (Er).

Er = 1/2 x M x V²

Em que:
M = Massa (peso das pás e cabeça do rotor)
V = Velocidade (velocidade das pás)

Quando um voo autorrotativo é realizado, essas energias precisam ser gerenciadas para se chegar ao solo em segurança. Isso basicamente é feito abrindo-se mão da energia potencial gravitacional (pois a aeronave deve descer para receber um fluxo de ar que alimente o rotor) em detrimento da manutenção da energia rotacional. Por fim, no Flare, consome-se a energia cinética (perdendo velocidade), permitindo que a energia rotacional eleve-se ligeiramente em relação ao seu valor inicial, pois este excesso — assim como o que já vinha sendo preservado — será consumido para amortecer o pouso, quando finalmente toda a energia remanescente do helicóptero é dissipada para o ar em forma de energia térmica (a geração de sustentação faz aquecer o ar em contato com as pás).

A importância de se compreender o processo do gerenciamento de energia numa autorrotação é entender o valor de cada método de armazenamento de energia e saber operar a aeronave numa condição energética favorável. Voar baixo e devagar oferece baixos valores de Epg e Ec, enquanto que voar alto e rápido resulta em altos valores.

De todas as energias, a energia cinética (da velocidade à frente) é a que possui a maior expressão no gerenciamento de energia, pois o fator velocidade em sua fórmula é elevado ao quadrado. Isso significa que, numa autorrotação, perder velocidade tem um alto poder de restaurar a RPM, e este efeito é ainda mais pronunciado em altas velocidades. Por isso, do ponto de vista energético, estar rápido logo antes de uma falha de motor, por exemplo, oferece um tempo maior para se reagir com o coletivo para baixo, desde que alguma velocidade seja perdida.

Ainda, “V” ao quadrado na formula de Ec significa uma equação exponencial cujo gráfico será uma parábola com concavidade para cima. Repare no gráfico abaixo (referente a um R44) que a recuperação de energia por meio da redução de velocidade é sempre maior quanto maior for a velocidade. Por exemplo, numa desaceleração de 100 kt de velocidade aerodinâmica (True Airspeed — TAS) para 90 kt, recupera-se aproximadamente 273 KJ (1.440 – 1.167) de energia, enquanto que, de 60 kt para 50 kt, somente se recupera aproximadamente 158 KJ (518 – 360). Em ambos os casos, note que a redução de velocidade foi a mesma (10 kt) para valores de energia bem diferentes.

Portanto, numa autorrotação, o piloto deve sempre ter em mente as três forma de armazenar energia e saber utilizá-las corretamente. Visto isso, é fundamental manter a velocidade até estar próximo ao solo e não executar o Flare alto demais, pois isso desperdiçará a energia que será necessária para amortecer o pouso e garantir a sobrevivência dos ocupantes e a integridade da aeronave.

Por outro lado, o entendimento sobre o gerenciamento de energia permite flexibilizar a forma como uma autorrotação pode ser feita, alongando planeios, reduzindo a razão de descida e fazendo tudo o que é necessário para se pousar em segurança, com a garantia de que haverá energia o suficiente para completar o procedimento com sucesso.

Estol de rotor

Um das principais causas de acidentes fatais em helicópteros leves é a falha em manter a RPM do rotor. Para evitar isso, todo piloto deve ter seus reflexos condicionados de forma que instantaneamente abra a manete e abaixe o coletivo para manter a RPM numa emergência.

O R22 demonstra uma excelente resistência ao impacto, contanto que o piloto voe a aeronave durante todo o caminho até o chão e execute um Flare no final para reduzir a sua velocidade e razão de descida. Mesmo quando indo em direção a um terreno acidentado, árvores, fios ou água, deve-se forçar a abaixar o coletivo para manter a RPM até logo antes do impacto. A aeronave pode capotar ou ser severamente danificada, mas os ocupantes têm uma excelente chance de escapar sem ferimentos.

A potência disponível do motor é diretamente proporcional à RPM. Se a RPM cai 10%, há 10% menos potência. Com menos potência, o helicóptero começará a cair e, se o coletivo for puxado na tentativa de impedir isso, a RPM será reduzida ainda mais, causando uma razão de descida ainda maior. Se o piloto não só falhar em abaixar o coletivo, como ainda puxá-lo para conter a descida, o rotor irá estolar quase imediatamente. Quando isso acontecer, as pás ou vão flapear para trás (“Blow Back“) e cortar o cone de cauda ou irão simplesmente parar de voar, permitindo o helicóptero cair a uma razão extrema. Em ambos os casos, o impacto resultante tem grandes chances de ser fatal.

Não importa o que cause a baixa RPM, o piloto deve primeiro abrir a manete e abaixar simultaneamente o coletivo para recuperar a RPM antes de investigar o problema. Isso deve ser um reflexo condicionado. Em voo à frente, aplicar cíclico para trás para “drenar” velocidade também ajudará a recuperar a RPM perdida, conforme visto no gráfico.

Em resumo, o piloto de R22/44 que compreender os assuntos tratados no SFAR 73 e receber o devido treinamento em voo tem grandes chances de evitar se meter em problemas ou saber contorná-los, quando a prevenção não for possível. Vale ressaltar também que, embora legalmente o R66 não seja enquadrado nas diretrizes do SFAR 73, muitos helicópteros deste modelo já se envolveram em acidentes associados ao Mast Bumping e/ou colisão do rotor principal com a fuselagem. Portanto, é mais do que saudável que os pilotos habilitados (ou em treinamento) nesta máquina busquem compreender o fenômeno, assim como os outros assuntos que trata o SFAR.

COMENTÁRIOS

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    Daniel 3 semanas

    Sempre bom relembrar sobre SFAR 73. Sempre instrutivo Carrasco.

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