Aerodinâmica de voo de asas rotativas (parte III)

Na terceira parte da série, nós faremos um apanhado com mais da dinâmica de voo dessas aeronaves, falaremos um pouco sobre estol de turbilhonamento e sobre a temida capotagem dinâmica.

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Até agora, na nossa série de aerodinâmica, nós abordamos o aerofólio e a ciência por trás do voo (tanto para asas rotativas, como para asas fixas), explicamos a aerodinâmica específica dos helicópteros e fizemos uma breve descrição da manobra da autorrotação. Na parte 3, nós faremos um apanhado com mais da dinâmica de voo dessas aeronaves, falaremos um pouco sobre estol de turbilhonamento e sobre a temida capotagem dinâmica.

Nos dois últimos artigos, nós usamos o termo “batimento” para descrever a ação das pás do rotor durante certas condições de voo. Em alguns helicópteros, esse movimento ocorre somente nas pás, enquanto em outros há uma articulação especial no mastro desenhada para desenvolver esse tipo de tendência. Outro fenômeno similar, conhecido como “coneamento”, ocorre em modelos com qualquer tipo de cabeça de rotor, sendo menos pronunciado em cabeças de rotor rígidas. O coneamento acontece quando as pás começam a desenvolver sustentação e pode se acentuar quando se executa certas manobras que geram condições de alta ou baixa atração gravitacional aparente. Durante esses regimes de voo, as pás do rotor podem conear para cima ou para baixo, dependendo da situação. O coneamento para baixo excessivo pode causar um contato das pás com o cone de cauda. O maior impacto sobre a pilotagem que o coneamento irá causar será uma variação de rotação (RPM).

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Então, imagine uma patinadora de gelo executando um giro. Para aumentar a sua velocidade, ela aproxima os braços de seu corpo e, portanto, de seu eixo de rotação. Para reduzir sua velocidade, ela faz o contrário. Este fenômeno é conhecido como a Lei de Conservação do Momento Angular. Esta é a lei que rege a flutuação de RPM de um rotor durante o coneamento de suas pás. Todos nós reconhecemos a importância de se manter a rotação a todo o instante durante o voo. É igualmente importante evitar o disparo da RPM e permanecer dentro dos limites operacionais de sua aeronave.

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Outro perigo específico dos helicópteros e que é associado ao estudo da aerodinâmica é o estol de turbilhonamento. Por definição, ele é a condição em voo com motor na qual a aeronave afunda em seu próprio fluxo induzido (ou Downwash). Você pode ouvir alguns referindo-se a este fenômeno como “estol de potência”, apesar de não ser essencialmente a mesma coisa. Como piloto de Apache, minhas missões colocam-me em situações propícias à ocorrência deste fenômeno. Quando recuperando de certas manobras que são realizadas fora do efeito de solo (OGE – out of ground effect), se o piloto em comando permitir que a razão de descida exceda a velocidade do fluxo induzido, isso pode resultar no estabelecimento de um fluxo turbulento instável sobre uma grande área do disco do rotor, reduzindo a eficiência do sistema, ainda que com motor em pleno funcionamento.

Para se sujeitar ao estol de potência, as seguintes condições precisam coexistir:

  1. Uma descida vertical ou quase vertical com razão maior que 500ft/min (na realidade, a razão crítica dependerá de fatores como o peso bruto, RPM, altitude densidade, entre outros.);
  2. Baixa velocidade à frente (geralmente menor que a velocidade em que a sustentação translacional começa a se pronunciar);
  3. Alta exigência de potência, deixando uma margem de performance insuficiente para se conter a razão de descida (uma situação de baixa RPM pode agravar o problema).

Algumas manobras que podem resultar em estol de turbilhonamento são aproximações com ângulos acentuados e com elevadas razões de descida, aproximações com vento de cauda e tentativa de pairar acima do teto máximo de pairado.

Se identificado com antecedência, quando se tem muita potência disponível, uma grande aplicação de coletivo pode conter a rápida descida. No entanto, se isso for feito tardiamente, a aplicação de coletivo pode resultar em um aumento da turbulência e numa razão de descida maior ainda. Os pilotos podem realizar a recuperação aplicando cíclico à frente para ganhar velocidade, contendo o ascendente fluxo induzido. Também se pode abaixar o coletivo (se a altitude permitir). Normalmente, recuperar a velocidade à frente é a melhor escolha, já que menos altura é perdida. Para evitar o estol de turbilhonamento, use ângulos de aproximação de 30 graus ou menos. Ângulos menores vão dispersar a trilha de anéis de vórtices atrás do helicóptero.

O último tópico da discussão não é tanto um fator aerodinâmico e, sim, uma lição de física. Eu tenho certeza de que isso já foi abordado diversas vezes, mas, em prol da segurança, eu revisitarei o fenômeno da capotagem dinâmica. Por definição, esta consiste na suscetibilidade dos helicópteros a uma tendência de rolagem lateral. Ela pode ocorrer em superfície nivelada ou em terreno inclinado durante o pouso ou decolagem. As três condições requeridas para o advento de um capotagem dinâmica são um ponto de pivô; um rolamento já ocorrendo; e a excedência do ângulo crítico de rolamento.

A maioria dos acidentes causados pelo capotamento dinâmico ocorre da seguinte maneira: enquanto em movimento/manobra próxima ao solo, uma parte da aeronave (tipicamente as rodas ou os esquís) faz contato com o chão. O momentum (não “momento”) do movimento do helicóptero continua a impulsioná-lo, causando um momento de torque. É neste instante, antes de exceder o ângulo crítico, que ainda há a chance de recuperação. Se ele for ultrapassado, um acidente certamente ocorrerá.

Então o que é esse “ângulo crítico”? Para compreendê-lo, precisamos primeiro definir o ângulo estático. Ele é descrito como o ponto no qual o centro de gravidade se encontra exatamente sobre o ponto de pivô. Portanto, o ângulo crítico é aquele no qual o piloto não pode evitar que a aeronave atinja (e exceda) o ângulo estático. O método mais eficaz para se prevenir a capotagem dinâmica é a aplicação suave de coletivo para baixo, quando for percebido que uma rolagem está se iniciando. Coletivo para cima só poderá ser aplicado caso se tenha certeza de que uma decolagem segura possa ser efetuada, pois, no contrário, ele só agravará a situação. A falta de atenção por parte do piloto, inexperiência, falha em agir de maneira sequenciada, aplicação incorreta de comandos e perda de referências visuais externas  são fatores que levam à este fenômeno.

Isso conclui a terceira parte da minha série do estudo da aerodinâmica do helicóptero. Eu espero ter oferecido um pouco para cada nível de piloto, de alunos à profissionais. Como um comandante, não é suficiente saber somente como se voa uma aeronave. Você também deve ter ciência das forças que influem no seu voo. Lembre-se: voe a sua aeronave e não deixe que ela voe você. Continue a estudar, aprenda e entenda o seu helicóptero. Compartilhe esse conhecimento com outros pilotos e com aqueles que ainda almejam ser.

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COMENTÁRIOS

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    Luciano 6 meses

    Muito bom !!!

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