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Caros amigos

Este artigo tem como objetivo reavivar conceitos aerodinâmicos e procedimentos envolvendo uma parte muito importante do vôo, e ao mesmo tempo evitada pela maioria dos pilotos: a autorotação. Isto é bastante compreensível visto que se trata de um procedimento de emergência para helicópteros.

Tentaremos explicar aos leigos como funciona uma autorotação desfazendo o mito de que, se o motor do helicóptero falhar, ele irá cair como uma pedra. Da mesma forma, temos o intuito de reavivar conceitos aerodinâmicos e procedimentos importantes aos profissionais da aviação, mais especificamente aos pilotos de helicópteros.

Atenciosamente,

João Carlos Andreoli

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AUTOROTAÇÃO

O fato de um helicóptero monomotor ter maior chance de efetuar um pouso seguro, em conseqüência de uma pane de motor, em comparação a um avião monomotor é, sem dúvida alguma, um dos pontos mais discutidos da aviação.

Inicialmente, para os leigos, informamos que o rotor de um helicóptero não para, mesmo quando existe uma falha do motor.

O rotor se desacopla do motor em pane através de uma roda livre que funciona baseada no mesmo princípio da catraca de bicicleta.

Vamos portanto relembrar alguns princípios aerodinâmicos envolvendo uma das pás de um rotor, bem como sua seção.

Em aerodinâmica, aparece a noção do movimento relativo. Na realidade, para estudar o comportamento aerodinâmico de um corpo, é preciso considerar seu movimento, não em relação à terra (movimento absoluto), mas em relação ao ar (movimento relativo). Desta forma, as velocidades aqui empregadas, serão velocidades relativas (Vr)

Quando um perfil aerodinâmico passa através de um fluído, neste caso o ar, com uma velocidade relativa Vr, cria dois fenômenos a saber :

 

Uma área de pressão no intradorso (parte inferior do perfil) e uma área de depressão gerada no extradorso do perfil ( parte superior).

As forças de depressão são preponderantes em relação às forças de pressão, assegurando por volta de 70% da força de sustentação.(Figura 1)

 

A diferença entre estas duas forças se chama resultante aerodinâmica (Fr) que se decompõe em outras duas forças a saber :

- A força de sustentação (Fz): é a força que sustenta o perfil e é perpendicular ao vento relativo (Vr)

- A força de arrasto (Fx): é a força que freia o perfil e é paralela ao vento relativo (Vr). Ela absorve inutilmente energia. (Figura 2)

 

 

Ângulo de Incidência (i) É o ângulo formado entre a corda média de um perfil aerodinâmico e o vento relativo (Vr)

 

Sabendo que as forças de sustentação e arrasto variam em função das modificações de ângulo de ataque (i), desde que mantidos constantes os outros parâmetros, podemos afirmar que o gráfico de sustentação X arrasto define as características do perfil aerodinâmico.

 

A esta curva damos o nome de Polar, porque é definida pela extremidade do vetor OM e oriunda de um mesmo polo. (Figura 3)

Mecanismos foram criados para que pudéssemos alterar as forças aerodinâmicas de um perfil variando seu ângulo de incidência (i). Esses são os comandos de passo coletivo e cíclico.

 

Outros aspectos do rotor, como variação de passo coletivo e cíclico, variação de velocidade angular, torção da pá, batimento, avanço e recuo e etc., não serão abordados visto que o nosso objetivo é falar sobre a autorotação.

Quando se tem o motor enviando potência para o rotor, mantendo a rotação constante das pás, tem-se garantido também a manutenção do vento relativo nas pás. Mas, quando ocorre a pane de motor esta transmissão de potência cessa em virtude do desacoplamento motor/rotor, através da roda livre.

Vamos então recordar as forças autorotativas e anti-autorotativas.

Porque o rotor de um helicóptero continua a girar (então a fornecer uma sustentação Fn), se não existe mais a transmissão de potência do motor?

Se decompormos Fn em seus vetores formadores, segundo a direção do vento relativo (Vr) teremos :

1 - Força de Sustentação Fs

2 - Força de Propulsão Fa

Neste caso, a Força de propulsão Fa é oposta à Força de Arrasto Fx.

Se o ângulo de incidência (i) é grande, Fn é inclinada para frente e a força Fa é muito mais significativa que a força de arrasto Fx, cuja resultante R, entre Fa e Fx é dirigida para frente. Esta é a força autorotativa que impulsiona as pás em autorotação. (Figura 4)

 

Ao contrário, se o ângulo de incidência (i) é pequeno, a inclinação de Fn à frente também é discreta, como também o é a força de propulsão Fa, em relação à força de arrasto Fx.

No momento em que Fa < Fx, a resultante R é dirigida para trás, criando a força anti-autorotativa, que é uma força que freia as pás. (Figuras 5 e 6)

                         

A pane de motor, que poderia nos obrigar a efetuar uma autorotação ocorre em duas condições bem definidas:

1 - Com velocidade zero, ou seja, em vôo estacionário, dentro do efeito de solo (DES), ou fora do efeito de solo (FES).

2 - Com velocidade horizontal positiva, ou seja, em vôo nivelado.

No primeiro caso, quando a pane de motor acontece no vôo pairado, a incidência das pás depende tão somente da direção do vento relativo Vr. Como a descida se faz verticalmente, o vento relativo resulta da velocidade tangencial das pás (U = w R) e da velocidade vertical do ar que passa através das pás do rotor (V1). (Figura 7)

 

A descida em autorotação corresponde ao regime de descida moderado. Na parte central do rotor o fluxo de ar atravessa de baixo para cima. Acima do rotor, a velocidade se anula e os filetes de ar são rebatidos para a periferia do disco do rotor, atravessando-o de cima para baixo (a velocidade V1 é inversa). (Figura 8)

 

A velocidade tangencial U é proporcional ao raio R da seção da pá considerada. A velocidade cresce no sentido do punho da pá, para sua extremidade. (Figura 9)

 

 

 

Jogando com todos estes parâmetros, podemos afirmar que nestas condições, o disco do rotor se divide em três zonas distintas (figura 10), ou seja :

Na autorotação, a partir do vôo em translação, temos que agregar um novo elemento que é a velocidade do helicóptero. Este novo elemento não modifica em nada os conceitos aqui apresentados. O que se modifica é a velocidade do vento relativo Vr, segundo a posição do rotor e o sentido de deslocamento do helicóptero. (Figuras 11 e 12)

O aumento da incidência do lado da pá que recua ( e sua diminuição do lado da pá que avança), desloca a zona autorotativa para o lado da pá que recua, em conseqüência da velocidade de translação v.


O PROCEDIMENTO

A falha ao efetuar uma boa entrada em autorotação, após uma pane de motor, é uma das causas primárias dos acidentes de helicópteros. A chave para se fazer uma boa entrada em autorotação é manter a velocidade de rotação do rotor alta. Ao se permitir uma queda acentuada desta rotação, o rotor poderá estolar ( descolamento dos filetes de ar do perfil), quando solicitado a sustentar o peso do helicóptero. Porém, muito antes deste ponto chegar, outras panes como falha do (s) gerador (es), pressão hidráulica abaixo dos mínimos poderão acontecer.

A razão para esta queda de rotação é que a energia fornecida pelo motor cessou e o rotor começa a consumí-la, o que se traduz na diminuição de rotação. Se temos um rotor de alta energia, em função do peso das pás ou do peso nas pontas das pás, esta queda se dará mais lentamente do que num rotor de baixa energia.

A condição de vôo no momento da pane de motor também influencia na queda de rotação, ou seja, uma pane de motor num regime de subida a toda potência, resultará numa queda rápida de rotação. Ao passo que numa situação inversa, ou seja, numa descida em baixa potência, a perda de rotação seria insignificante.

O procedimento para se prevenir uma queda acentuada de rotação, descrito e aprovado pela maioria dos fabricantes, é o de se diminuir as solicitações de potência do rotor reduzindo-se o passo coletivo. Esta manobra resultará numa diminuição de sustentação, fazendo com que o helicóptero inicie uma descida no ar (ar passando pelas pás do rotor), que se constitui no primeiro pré-requisito para uma autorotação.

Ao perder altitude, o helicóptero estará perdendo sua energia potencial, mas ganhando energia cinética no rotor.

O fluxo constante de ar pelo rotor produz potência suficiente para as necessidades do helicóptero naquela velocidade.

A menor razão de descida ocorrerá na velocidade onde o helicóptero voa com a menor potência aplicada (Vy), da curva de potência em vôo nivelado (figura 13). É prudente mantermos uma velocidade 10KIAS acima da Vy, como margem de segurança no momento do flaire.

 

 

Ao se manter a mesma atitude da rampa em autorotação, até o contato com o solo, positivamente o choque teria energia superior ao suportado pelo trem de pouso ou esquis do helicóptero, e os mesmos não absorveriam esta energia. Portanto, uma manobra que diminua a energia cinética ao longo da rampa se torna necessária, ao mesmo tempo em que o contato com o solo é efetuado. Isto é o flaire. A manobra consiste em cabrar, ou seja, colocar o nariz da aeronave para cima, diminuindo ao máximo a velocidade de translação do helicóptero, enquanto ganha rotação no rotor para se aplicar potência nas pás através do passo coletivo, e suavizar o contato com o solo. (Figura 14)

É evidente que o sucesso de uma autorotação depende de vários fatores, mas o timing do piloto ao executar todas estas manobras é crucial. Isto se adquire através de treinamento continuado até que todas as ações sejam feitas quase que por instinto, ou reflexo condicionado.

Em todo o procedimento descrito até o momento, independente da proficiência do piloto, algumas combinações de altura e velocidade se tornam mortais e resultarão em um acidente.

A curva que mostra estes pontos é a Curva do Homem Morto, ou mais polidamente chamada de diagrama Altura X Velocidade. (Figura 15)

Fora da área a ser evitada, o piloto deverá ser capaz de efetuar uma autorotação com sucesso, assumindo que ele tenha uma área de pouso disponível. Mas, dentro da área do gráfico a ser evitada, mesmo com todos os pré-requisitos descritos anteriormente, sérios danos poderão ser causados à aeronave e seus ocupantes, no caso de uma autorotação.

 

Alguns pontos desta curva são bastante definidos :

- Vôo pairado dentro do efeito de solo: Se a pane ocorrer e o helicóptero estiver na altura certa, a energia do rotor e o uso do passo coletivo, serão suficientes para amortecer o contato com o solo. Mais alto que o previsto, o rotor irá estolar quando o passo coletivo for usado e o contato com o solo será bastante severo.

- Vôo pairado fora do efeito de solo: Este segundo ponto é o mais alto da curva que possibilita ao piloto ganhar velocidade a frente até a velocidade ideal de autorotação, efetuar um flaire e ter energia suficiente no rotor par amortecer o seu contato com o solo.

- Vôo nivelado a baixa altitude: Uma autorotação em vôo nivelado será sempre possível visto que muita da energia cinética já está presente na velocidade, salvo no segmento de alta velocidade a ser evitado na curva Altura X Velocidade. Se durante um vôo a baixa altura, uma pane de motor ocorrer, as características de fapping do rotor (pá que recua baixa e pá que avança sobe) produz um momento a cabrar, fazendo com que o nariz do helicóptero suba. Se a distância em relação ao solo não for suficiente, haverá o contato do rotor de cauda com o solo e o acidente será inevitável.


 

CONCLUSÃO

O procedimento de autorotação já é por si só complicado o suficiente para nós pilotos em função das variáveis envolvidas. Portanto, nossa obrigação, conhecedores que somos destas variáveis, é minimizar os riscos desnecessários como os inerentes aos vôos dentro das áreas a serem evitadas. Uma consulta aos Manuais de Vôo dos fabricantes, resultará no conhecimento profícuo destes perigos.

Mas, se por força das circunstâncias e da operação, o piloto se ver obrigado a voar numa situação delicada, e por falta de sorte tiver uma pane nestas condições, procure não gastar inutilmente a energia de seu rotor. Mas, ao contrário, procure ganhar energia seguindo os procedimentos previstos. Ao contato com o solo, procure um toque o mais nivelado possível, para que a tremenda energia cinética seja absorvida pela estrutura do helicóptero e a cabine de passageiros fique integralmente preservada, bem como seus ocupantes. Afinal este é o objetivo primário desta manobra de emergência.

Só nos falta desejar a todos BOA SORTE.