Perda de RPM do rotor e análise de acidentes de helicópteros

Perda de RPM do rotor e análise de acidentes de helicópteros

“Uma das piores eventualidades que podem acontecer durante um voo de helicóptero é a perda de rotação (RPM) do rotor principal. Com baixa RPM, o rotor é incapaz de produzir a sustentação necessária ao voo e a aeronave começa a perder altitude.”

Hoje estamos abrindo esse canal de informação para levar até vocês um artigo produzido durante o curso de Especialização em Segurança da Aviação e Aeronavegabilidade Continuada do ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica). O artigo foi feito como trabalho final à disciplina de Engenharia de Helicópteros e nos foi enviado pela Cmte. Thaís Lara.

Autores:

  • Fábio de Carvalho Chiquette
  • Maria Eugenia Rizzo
  • Natanael Rodrigues Barbosa
  • Rubens Aparecido Adriano Lessa
  • Rodrigo Hirayama
  • Thaís Silva Lara

O presente estudo discute sobre a perda de rotação do rotor, ilustra com um acidente ocorrido no Brasil e ainda faz um levantamento das ocorrências com helicópteros nos últimos cinco anos.

Ao passar dos últimos anos, a taxa de ocorrência de acidentes aéreos (considerando o número da frota) reduziu mundialmente, por consequência de avanços tecnológicos e melhorias operacionais. Entretanto, a questão “humana” continua sendo um fator limitante. As aeronaves de asas rotativas requerem muita habilidade do piloto, por serem máquinas sensíveis aos comandos e terem limites de operação bem definidos.

Uma das piores eventualidades que podem acontecer durante um voo de helicóptero é a perda de rotação (RPM) do rotor principal. Com baixa RPM, o rotor é incapaz de produzir a sustentação necessária ao voo e a aeronave começa a perder altitude. (FAA, 2012)

A título de ilustração sobre a perda de rotação do rotor, temos o acidente com o helicóptero de matrícula PT-YDU, ocorrido em 2010 em Goiás. Ao reconhecer a perda de RPM do rotor principal, o piloto acabou por aplicar o coletivo inadequadamente, levando a aeronave colidir com árvores próximas ao eixo de decolagem. (CENIPA, 2011)

Além do estudo sobre o caso acima, com o propósito de se analisar os acidentes de helicópteros no Brasil de maneira mais ampla, foi feito um levantamento estatístico e uma análise das ocorrências no período de janeiro de 2010 a dezembro de 2014. Esse estudo mostrou dados relevantes sobre a conjuntura da operação das asas rotativas no país.

Acidente da aeronave PT-YDU

Trata-se de evento ocorrido na Fazenda Santa Felícia, em 23 de Novembro de 2010, às 18:30 UTC, nos arredores da cidade de Goiânia (GO). O helicóptero era do modelo R22, fabricado pela Robinson Helicopter, de matrícula PT-YDU e operado pelo Aeroclube de Goiânia. (CENIPA, 2011).

O Relatório Final nº 135/CENIPA/2011, emitido pelo Centro de Investigação de Prevenção de Acidentes Aeronáuticos (CENIPA), versa sobre o acidente e define o histórico da ocorrência da seguinte maneira:

A aeronave decolou do Aeródromo Nacional de Aviação (SNWV), em Goiânia/GO, para realizar voo de verificação do equipamento de VHF-1, e realizou pouso em área descampada próximo ao aeródromo. Em seguida, o piloto decidiu executar uma decolagem vertical de máxima performance, na proa de uma área de vegetação fechada. O piloto perdeu o controle da aeronave, colidindo contra as árvores e após, contra o solo.”

No que toca a integridade física das pessoas a bordo, o tripulante teve lesão grave e o passageiro saiu ileso, ao passo que a aeronave apresentou graves danos à sua estrutura. As condições meteorológicas eram favoráveis ao voo visual, eliminando qualquer possibilidade do evento ter ocorrido em função de mau tempo.

Com relação à experiência do piloto, foi constatado que possuía 1900 horas totais de voo, sendo considerado experiente para o voo. Além disso, estava com seu Certificado Médico Aeronáutico (CMA) válido (antigo Certificado de Capacidade Física, ou CCF).

A aeronave fora fabricada em 1995, recebendo o nº de série 2569. Estava com o Certificado de Aeronavegabilidade (CA) válido e com as inspeções preventivas em dia. Após a ocorrência do evento, comprovou-se que o motor e os comandos encontravam-se em perfeitas condições no instante da ocorrência.

O acidente aconteceu na terceira tentativa de decolagem de máxima performance. Nas duas anteriores, o comandante julgou que não havia altura suficiente para continuar a decolagem, em razão dos obstáculos próximos ao local.

O Relatório Final é bastante conciso ao dizer que:

Na terceira tentativa, o piloto utilizou potência máxima, colocando o manete na posição ‘toda aberta’. Após atingir a altura que julgou suficiente para uma decolagem segura, ele iniciou o deslocamento da aeronave para frente, a fim de aumentar a velocidade e ganhar sustentação. No entanto, a aeronave não conseguiu sustentação suficiente para ganhar altura, após iniciar o deslocamento à frente.

Ao verificar que não livraria os obstáculos, o piloto iniciou uma curva à esquerda na tentativa de desviar das árvores. O piloto também aplicou o coletivo para contrariar a tendência de perda de altura e, como não havia mais potência disponível, a rotação do rotor principal começou a cair, chegando a soar o alarme de BAIXA RPM do rotor principal.”

Devido à queda da rotação (RPM) do rotor principal, a aeronave iniciou processo de voo descendente, acabando por colidir com árvores que estavam próximas ao eixo de decolagem.

De acordo com a análise do CENIPA, a utilização dos comandos pelo piloto foi equivocada, implicando na perda de sustentação da aeronave. Com a execução da curva à esquerda, o disco do rotor principal se inclinou, o que fez diminuir a área de sustentação. Além disso, o piloto levantou o coletivo, o que fez reduzir ainda mais a RPM do rotor e perder sustentação, vindo a colidir com as árvores.

A perda de rotação do rotor principal é uma das piores situações que podem acontecer durante um voo de helicóptero. Esta condição será exposta a seguir.

Baixa RPM do rotor principal

Os limites de rotações por minuto (ou RPM) do rotor de todos os helicópteros são sempre muito bem definidos. Se a RPM do motor e rotor principal forem muito reduzidas, a RPM do rotor de cauda também diminuirá consideravelmente, podendo tornar o piloto incapaz de fazer o helicóptero parar de guinar. No limite inferior do tacômetro do rotor, a sustentação para manter o voo nivelado pode não ser suficiente. Por sua vez, o limite superior do tacômetro é estabelecido para proteger a integridade estrutural do rotor e dos componentes de transmissão. (FAA, 2012)

É necessário destacar que a baixa RPM do rotor também pode levar ao estol de pá. Se a RPM cair a ponto de estolar as pás, o resultado é geralmente fatal, principalmente quando ocorre em altitude. Além disso, se a força centrífuga for reduzida em demasia, as pás não se manterão na horizontal. Se a sustentação necessária permanece alta, juntamente com ângulos de ataque elevados, as pás flexionam-se para cima até que não haja mais recuperação. O perigo da baixa RPM de rotor e estol de pá é ainda maior em pequenos helicópteros, nos quais a inércia das pás é menor. Um piloto pode entrar nessa situação de várias maneiras, como simplesmente girando a manete para o lado errado, aumentando mais passo coletivo do que a potência disponível ou operando em altitudes densidade elevadas.

Quando a RPM do rotor cai, as pás tendem a manter a mesma quantidade de sustentação por meio do aumento de passo, que é comandado pelo piloto por meio do coletivo. Na medida em que o passo aumenta — como no caso de uma errônea aplicação de coletivo para cima —, o arrasto também se eleva, o que exige mais potência para manter as pás girando na rotação adequada. Quando a potência disponível já não for suficiente para manter a RPM, e, por conseguinte, conservar a sustentação, o helicóptero começa a descer. Durante a descida, o vento relativo muda e o ângulo de ataque fica ainda mais alto. Em um momento, as pás entram em estol, sendo quase impossível conseguir um escoamento laminar do ar através delas.

A razão entre a RPM do rotor principal e a do rotor de cauda é de 1:6. Dessa forma, uma redução de 1% na rotação do rotor principal resulta na perda de 6% da RPM do rotor de cauda, o que corresponde diretamente à diminuição de força antitorque disponível e à perda de controle de guinada.

Sempre que a RPM do rotor cair abaixo dos limites, deve-se, simultaneamente, abrir a manete e baixar o coletivo. Se estiver em voo à frente, aplicar sutilmente o cíclico para trás recarrega o sistema e ajuda a aumentar a RPM do rotor. No caso do acidente citado do PT-YDU, o piloto poderia ter recuperado a rotação ao seguir esse procedimento. Mas como acabou levantando o coletivo, a RPM caiu ainda mais e não se pôde evitar a colisão com as árvores.

Sob condições de peso elevado, alta temperatura ou alta altitude densidade, pode existir uma situação na qual a RPM está baixa, embora esteja sendo aplicada máxima potência do motor. Nesse caso, as pás do rotor principal estão com um ângulo de ataque e arrasto tão altos, que a potência do motor não é suficiente para manter ou alcançar a RPM normal de operação.

Na maioria dos helicópteros, a queda da RPM do rotor é indicação de uma provável sobrecarga ou problemas de desempenho do motor. É essencial uma maior atenção em casos de altitudes densidades elevadas.

Análise e estatísticas de acidentes

A partir do levantamento dos relatórios finais de ocorrências com helicópteros civis disponibilizados pelo CENIPA, abrangendo cinco anos (de janeiro de 2010 a dezembro de 2014), têm-se as conclusões que serão apresentadas. Esse estudo foi feito com o intuito de se obter uma concepção mais ampla sobre os acidentes de helicópteros.

O CENIPA é o responsável pela investigação de acidentes aeronáuticos e pela publicação de relatórios finais (CENIPA, 2008). Esses relatórios são documentos formais que difundem a conclusão oficial do SIPAER (Sistema de Investigação e Prevenção de Acidentes Aeronáuticos) quanto a uma ocorrência aeronáutica, visando a prevenção de novos eventos similares. (CENIPA, 2014)

As ocorrências incluem incidentes, incidentes graves e acidentes. Deve-se destacar que nem todas as ocorrências desse período tiveram, efetivamente, seu relatório final publicado. Esta pesquisa, portanto, baseia-se nos relatórios disponibilizados pelo CENIPA até o momento. Ao todo, foram analisadas 45 ocorrências. As aeronaves envolvidas foram: PT-YAR, PR-DCM, PR-HOA, PR-JBN, PR-RCE, PR-RGM, PT-YLN, PP-MOF, PP-PFC, PR-DMG, PR-HDD, PR-HRY, PR-JRG, PR-MPL, PR-OEA, PR-RUS, PR-YRG, PR-RVC, PT-HAX, PT-YCN, PT-YSY, PP-CLE, PP-MIE, PR-ELO, PR-FPE, PR-KLA, PR-OMO, PT-HNA, PT-HRL, PT-YDW, PT-YMJ, PP-IEG, PP-MAW, PR-AVF, PR-CCO, PR-HQB, PR-TNB, PT-HLD, PT-HOL, PT-HZL, PT-YBF, PT-YDU, PT-YPW, PT-YSG e PT-YYG.

Foram observados, entre outros aspectos, os horários do dia que mais aconteceram acidentes, os tipos de ocorrências, os modelos de aeronave que mais se acidentaram, a consequência para os tripulantes e passageiros, se as luzes do painel acenderam durante a pane, os fatores contribuintes dos eventos e suas causas centrais.

O CENIPA classifica as ocorrências em três tipos: acidente, incidente grave e incidente. Acidente aeronáutico é todo episódio em que há intenção de voo e pelo menos uma das situações seguintes aconteça: um indivíduo sofra lesão grave ou fatal; a aeronave sofra dano ou falha estrutural que normalmente exija um grande reparo; e/ou a aeronave seja considerada desaparecida ou esteja em local inacessível. Já o incidente grave envolve um cenário com um elevado potencial de risco de acidente, havido intenção de voo. A diferença entre incidente grave e acidente está nas consequências. Por fim, incidente aeronáutico é toda ocorrência que não se enquadra como acidente ou incidente grave, mas que afeta a segurança da operação. (CENIPA, 2014)

Dos 45 eventos estudados, 37 resultaram em um acidente, enquanto 6 foram incidentes graves e somente 2 foram classificados como incidente (figura 1).

Figura 1 – Taxa de acidentes, incidentes graves e incidentes

Fig 1

Helicópteros são máquinas versáteis e muito sensíveis aos comandos aplicados pelo piloto. Em muitas dessas ocorrências analisadas, mesmo com a pane não tão grave durante o voo, o piloto, de alguma forma, acabou por perder o controle da aeronave, resultando em um acidente. Esse fato explica a taxa maior de acidentes (82%) do que incidentes e incidentes graves.

Em relação ao horário das ocorrências, como se pode observar na figura 2, entre as 1900Z e 2100Z encontra-se a maior parte delas. Entre o horário das 2300Z e 1000Z não foram registrados acidentes.

O período que mais aconteceram acidentes foi, dessa forma, pelo horário de Brasília, entre as 16 e 18 horas. Alguns fatores podem estar relacionados a esse fato. Muitas vezes a tripulação tem pressa em decolar antes do pôr do sol, para evitar, por exemplo, um voo noturno. A “síndrome da pressa” ocorre quando o desempenho do piloto é degradado por acreditar na necessidade de acelerar tarefas e deveres. (MCELHATTON and DREW, 1993)

Figura 2 – Horário das Ocorrências

Fig 2

Além disso, esse é o período do dia de lusco-fusco, quando a iluminação é reduzida, podendo restringir a visibilidade do piloto, o que afeta diretamente os voos que operam por regras visuais (ou Visual Flight Rules, VFR). Também é o horário em que mais se formam tempestades com trovoadas, principalmente nos meses mais quentes; a atmosfera é mais instável no final da tarde. (DECEA)

Em relação ao tipo de ocorrências, os índices estão expostos na figura 3.

Figura 3 – Tipos de Ocorrências

fig3

O tipo de evento denominado “com rotor” se refere a problemas com rotor de cauda. “CFIT” significa colisão com terreno durante voo controlado (Controlled Flight Into Terrain).

A perda de controle em voo foi a principal natureza das ocorrências. O que ela engloba? Nos 19 acidentes em que houve perda de controle, a maioria estava aliada a excesso de peso na aeronave. Os outros casos compreenderam: perda de controle aliada à perda da efetividade do rotor de cauda (Loss of Tail Rotor Effectiveness, LTE); perda de controle durante voo de instrução — no qual o instrutor não teve tempo hábil de corrigir um comando do aluno —; perda de controle aliada a ventos de rajada ou de cauda; aliada a problemas na equipe e Crew Resource Management (CRM); aliada à falta de sustentação; e durante voos de treinamento de autorrotação ou de fotografia aérea.

A perda de controle não deve ser confundida com falta de habilidade do piloto. Perde-se o controle, muitas vezes, quando se excedem os limites de performance da aeronave.

De todos os 45 acidentes, 19 aconteceram por perda de controle em voo. Desses 19, 14 foram classificados como “acidente” e somente 1 foi classificado como “incidente grave”. Conclui-se que, se houver qualquer tipo de perda de controle, o piloto tem poucas chances de conseguir corrigir o erro e desviar de um acidente maior.

Os modelos de aeronaves que mais se envolveram em eventos anormais foram o Robinson R44 (18 do total de 45) e o R22 (11 do total de 45), como se observa na figura 4.

Figura 4 – Modelos das Aeronaves Envolvidas

fig4

Por que aconteceram mais acidentes e incidentes com R44s do que com R22s? A resposta é o tamanho da frota. Até o momento, existem 459 R44 registrados no Brasil e 181 R22. Considerando a frota, então, durante os 5 anos, 4% dos R44 do país se acidentaram, enquanto os R22 envolvidos em acidentes correspondem a 6% do total do país.

A figura 5 identifica as luzes de aviso do painel da aeronave que se acenderam durante a pane. “Low RPM” indica que houve uma queda na rotação do rotor principal; “Low Fuel” indica baixo nível de combustível nos tanques; e “Fuel Filter” indica algum problema com o filtro de combustível.

Um ponto notório do gráfico é a porcentagem de casos em que não houve acendimento de nenhuma luz do painel (quase metade das ocorrências), sem que esta estivesse queimada ou houvesse qualquer pane nos sistemas de aviso. Essa estatística mostra que mesmo sem nenhuma luz no painel, algo errado pode estar acontecendo com relação à aeronave.

Figura 5 – Luzes de Aviso Durante as Panes (%)

fig5

O piloto não pode depender totalmente do painel; deve sempre manter a atenção durante o voo, pois pequena parte das panes ou problemas será indicada por uma luz de aviso.

A figura 6 categoriza as 45 ocorrências pelas suas causas centrais. “Wire strike” é a colisão da aeronave com fios de alta tensão.

Figura 6 – Causas Centrais das Ocorrências

fig6

Observa-se que houve falta de sustentação em grande parte das ocorrências (29%). Nesses casos, a aeronave estava enquadrada nos limites de peso? A figura 7 mostra que, em 60% desses casos, o peso e balanceamento estava dentro dos limites.

Isso mostra que o piloto não pode se basear somente em cálculos de peso antes de decolar. Mesmo dentro os limites, o helicóptero pode não ter potência suficiente para suportar uma dada manobra. Além do peso e balanceamento, checar gráficos de desempenho, baseados na altitude densidade e temperatura do local, também é de extrema importância. O acidente do PT-YDU anteriormente analisado poderia ter sido evitado, caso o piloto estivesse ciente das condições de desempenho do helicóptero.

Figura 7 – Peso e Balanceamento do Helicóptero nos Casos de Falta de Sustentação

fig7

Conclusões

Muitos fatores estão envolvidos em uma ocorrência com helicóptero. Essas diferentes causas devem ser observadas em detalhes, para que se consigam meios de prevenir futuros acidentes com características similares.

Com a análise dos acidentes dos últimos cinco anos, percebe-se que as aeronaves de asas rotativas apresentam taxas de acidentes muito mais altas que as de incidentes graves e incidentes, tornando evidente a sensibilidade de seus comandos e a necessidade de máxima atenção por parte do piloto a todos os parâmetros do voo, desde o acionamento até o corte dos motores.

Manter-se alerta aos instrumentos de tacômetro do motor e rotor é tarefa crucial de todo piloto de helicóptero. Em adição, ele deve estar sempre condicionado a baixar o coletivo, caso haja uma queda de rotação.

REFERÊNCIAS

CENTRO DE INVESTIGAÇÃO E PREVENÇÃO DE ACIDENTES AERONÁUTICOS (CENIPA). NSCA 3-2: Estrutura e Atribuições dos Elementos Constitutivos do SIPAER. Rio de Janeiro: 2008. 45 p.

CENTRO DE INVESTIGAÇÃO E PREVENÇÃO DE ACIDENTES AERONÁUTICOS (CENIPA). NSCA 3-13: Protocolos de Investigação de Ocorrências Aeronáuticas da Aviação Civil Conduzidas pelo Estado Brasileiro. Rio de Janeiro: 2014. 49 p.

CENTRO DE INVESTIGAÇÃO E PREVENÇÃO DE ACIDENTES AERONÁUTICOS (CENIPA). Relatório Final A – N 135/CENIPA/2011. 2011. Disponível em: <http://www.cenipa.aer.mil.br/cenipa/paginas/relatorios/pdf/pt_ydu_23_11_10.pdf>. Acesso em: 24 mai. 2015

DEPARTAMENTO DE CONTROLE DO ESPAÇO AÉREO (DECEA). Cuidado, Cumulonimbus na Área! Disponível em: <http://www.redemet.aer.mil.br/Artigos/cumulonimbus.pdf>. Acesso em: 03 jul. 2015

FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION (FAA) (Oklahoma, Estados Unidos). U.S. Department of Transportation. Low Rotor RPM. Helicopter Instructor’s Handbook. Oklahoma City: 2012. Cap. Helicopter Emergencies

MCELHATTON, Jeanne and DREW, Charles. Flight Safety Foundation. “Hurry-up” Syndrome Identified as a Causal Factor In Aviation Safety Incidents. 1993. Disponível em: http://flightsafety.org/hf/hf_sep-oct93.pdf

COMENTÁRIOS

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    Agradecemos ao RottaAtiva pela publicação do artigo! Nosso intuito é que contribua para a Segurança da Aviação.

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      Rubens A A Lessa 2 anos

      Parabéns Thais pela iniciativa que nos enche de orgulho.

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    Fernanda Polesca 1 ano

    Parabéns o pelo excelente artigo! Nosso meio é carente de material científico ! Recomendo muito a leitura!

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