Apostila de teoria de vôo Helicóptero

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<p>APOSTILA DE HELICPTEROTEORIA DE VO</p> <p>PROF. SRVULO1</p> <p>NDICE Tipos de Vo ...........................3 Vo pairado ............................3 Arrasto de Fuselagem ...................4 Efeito de Cone .........................4 Efeito de Solo .........................5 Ressonncia com o Solo .................5</p> <p>2</p> <p>Vo com deslocamento ...................5 Efeito Pendular ........................7 Dissimetria de Sustentao .............7 Sustentao de Deslocamento ............8 Fluxo Transverso .......................8 Distribuio da Sustentao ............9 Estol ..................................9 Curva do Homem Morto ..................12 Fator de Carga ........................12 Velocidades............................13 Auto-rotao ..........................13 Estabilidade ..........................15 Precaues Gerais .....................16 Condies de vo X Performance .......17</p> <p>Manobras de Vo .......................19 Dicas para um bom vo .................26</p> <p>TEORIA DE VO</p> <p>TIPOS DE VO O helicptero, por possuir asas rotativas, tem a capacidade de executar o vo pairado, pois as ps esto em deslocamento em relao ao vento, e o vo com deslocamento. VO PAIRADO (rover do ingls Hover) Tipo de vo no qual o helicptero se encontra imvel em relao a um ponto, diz-se do helicptero em vo pairado, est roverando. Teoricamente, a velocidade no vo 3</p> <p>pairado no zero, pois, a velocidade do helicptero depende da velocidade do vento relativo (para a aerodinmica tanto faz, o corpo ou o vento em deslocamento), sendo a posio do disco de rotao, inclinada na direo contrria e na mesma intensidade do vento, na qual o helicptero ter todas as reaes de que como estivesse voando horizontalmente na velocidade do vento. No pairado existem trs grandes foras verticais que na realidade resumem-se a duas, que so iguais, porm em sentido contrrio. So elas: Sustentao ( L ) e Peso( W ), que acrescido da terceira fora que o Arrasto de Fuselagem (DF ou DP). No vo pairado, sem vento, a sustentao uniforme, as duas metades do disco de rotao (esquerda e direita) esto operando com a mesma velocidade aerodinmica, ngulos de ataque iguais e, portanto sustentao igual em todo o disco. Nesta situao o disco de rotao e as estrelas estacionria e rotativa esto paralelos entre si e ao solo, entretanto, a rigor, todo o conjunto est ligeiramente inclinado para a esquerda (helicpteros anti-horrio) para compensar o torque, na verdade para compensar a deriva para a direita provocada pelo rotor de cauda. O empuxo resultante das foras do rotor principal para cima, de modo que exercida sobre a massa de ar uma fora para baixo. NOTA: O peso mximo de decolagem e o teto mximo para o vo pairado podem ser definidos pela limitao de potncia, melhor do que pela capacidade aerodinmica de sustentao do rotor principal.</p> <p>ARRASTO DE FUSELAGEM (DF OU DP) o arrasto provocado pelo ar jogado para baixo, pelo rotor principal, que vai de encontro com a fuselagem. uma fora na perpendicular do vento relativo, portanto uma fora vertical que no colabora em nada para a sustentao, tem sentido contrrio a esta. um dos fatores que limitam o teto mximo no vo pairado, sendo uma caracterstica deste tipo de vo, pois, em deslocamento (+/- 15 MPH) esta fora desaparece, devido inclinao do disco de rotao e ao aparecimento do vento relativo, fazendo com que o ar jogado para baixo incline-se para trs.</p> <p>4</p> <p>EFEITO DE CONE o enflexamento excessivo (para cima) das ps do rotor principal que no giram no plano recomendado, causando alm de uma perda muito grande da sustentao (diminui a rea til de sustentao), um esforo muito grande de flexo nas ps, podendo resultar na quebra destas. provocado pela composio de duas grandes foras: sustentao e centrfuga (aumento da sustentao e decrscimo da centrifuga). agravado em atitude de cabradas, curvas ou manobras bruscas, peso excessivo, ventos ascendentes e principalmente baixa RPM, fatores que aumentam consideravelmente o fator carga. OBS: - A diminuio da RPM acentua o efeito de cone, aumentando a possibilidade de quebra das ps; - O aumento excessivo da RPM provocar uma antecipao do efeito de compressibilidade, como tambm uma quebra das ps (largar a p do punho) causada pelo aumento da fora centrfuga. Por este motivo existe um limite de RPM (estipulado pelo fabricante do helicptero) tanto para mais como para menos. NOTA: Um certo cone tolerado e inevitvel, principalmente nos rotores articulados (movimento livre das ps) no podendo, entretanto, ter um ngulo muito acentuado, o que caracteriza o Efeito de Cone.</p> <p>EFEITO DE SOLO (FLUTUAO) o ganho extra de sustentao que o helicptero adquire, sendo mximo quando se encontra no vo pairado at uma altura mxima de metade do dimetro do rotor principal, resultando em um aumento do teto do helicptero no vo pairado. A partir desta altura, metade do dimetro do rotor principal, perde completamente a sua eficcia. uma consequncia do ar comprimido (alta presso) pelo rotor principal, contra o solo, formando um colcho de ar abaixo da rea de cone. A direo e a quantidade de ar so de grande importncia, sendo o efeito diretamente proporcional ao ngulo 5</p> <p>de ataque das ps do rotor principal, neste caso tem maior importncia que a RPM, provocando um aumento da densidade do ar abaixo do disco de rotao que voltar de encontro ao rotor principal, aumentando a sustentao deste. a aplicao da Terceira Lei de Newton, onde o helicptero est tentando empurrar a Terra para baixo. O tipo de terreno tambm de grande importncia, pois quanto mais consistente e plano for o terreno, maior a quantidade de ar defletida (para cima e para fora) aumentando a sua eficincia, perdendo eficcia em grama, capim alto e gua onde o efeito praticamente desprezvel. Ao sair dos parmetros do efeito de solo, a presso positiva (alta) abaixo de rea do cone dissipa-se rapidamente. conhecido internacionalmente pelas siglas: IGE (In Ground Efect) = Dentro do Efeito de Solo OGE (Out Ground Efect) = Fora do Efeito de Solo Ver vdeo da sada do Efeito de Solo, AFUNDAMENTO, na pasta VIDEOS AVIAO</p> <p>RESSONNCIA COM O SOLO sentida como uma vibrao violenta e progressiva, devido ao desequilbrio do colcho de ar sob o rotor principal. causada pela descentralizao do centro de massa do rotor, que por sua vez causado pelo movimento de avano e recuo da p. Muita ateno: esta vibrao pode destruir o helicptero em questo de segundos. A ressonncia sempre uma probabilidade, que s ocorrer com o helicptero dentro do efeito de solo. Sendo que a probabilidade aumenta bastante em helicpteros com: rotor articulado, amortecedores de arrasto descalibrados, pneus e amortecedores no trem de pouso descalibrados, terrenos acidentados ou de consistncia diferente, engrazamento e desengrazamento do rotor com o motor, cheque de magnetos, txi, pousos e decolagens. Correes: 1 Se com RPM (potncia) suficiente, tirar o helicptero imediatamente do efeito de solo; 2 Se com baixa RPM (potncia), fechar toda a manete, coletivo em mnimo e aplicar o freio do rotor (com as devidas precaues). Ver vdeo GROUND RESONANCE, RESSONNCIA 1 e 2, na pasta Vdeos Aviao. Faa o Teste GR I VO COM DESLOCAMENTO Devido maneira com a qual emprega as asas o helicptero pode fazer trs tipos de vo, que so: Pairado (sem movimento em relao ao solo), Vertical (sustentao maior que o peso) e Horizontal (trao maior que o arrasto). Vertical Com o helicptero no pairado puxa-se o coletivo, alterando o ngulo de ataque das ps coletivamente (em todos os setores do plano de rotao as ps tem o mesmo</p> <p>6</p> <p>ngulo de ataque), tendo-se uma maior ou menor sustentao (coletivo para cima ou para baixo), com mais coletivo a sustentao fica maior que o peso fazendo o helicptero subir.Trao = arrasto Sustentao maior que peso = vo ascendente Trao = arrasto Sustentao menor que peso = vo descendente</p> <p>Horizontal Nas aeronaves de asas fixas, a fora de trao obtida da fora provocada pela hlice, puxando o ar para trs. Nas aeronaves de asas rotativas obtida pela inclinao do vetor sustentao que decompe com o peso, fato muito mais complexo e que gera vrias outras foras, algumas benficas e outras malficas ao vo. A fora de trao conseguida pela inclinao do comando cclico (ngulos diferentes em cada setor do plano de rotao atravs da unidade misturadora), aumentando a sustentao na metade traseira e diminuindo na metade dianteira do plano de rotao, fato que provocar uma inclinao neste. Esta inclinao deve-se exclusivamente a mudana de passo cclica (ngulos diferentes para cada setor que a p se encontre). Com a decomposio da sustentao em duas foras, uma vertical (R.A resultante aerodinmica) e outra inclinada na direo da metade mais baixa do plano de rotao, sendo que desta combinao de foras (peso e sustentao) que surgir a fora de trao. Que uma fora na horizontal, portanto mesma direo e sentido contrrio ao vento relativo. Ao aparecer a trao, tem-se o aparecimento do efeito pendular (o helicptero fuselagem - tem a tendncia de inclinar-se no mesmo sentido do plano de rotao); mais a diminuio da sustentao em funo da inclinao do plano de rotao e a perda do efeito de solo, faz com que o helicptero tenha a tendncia de afundar por inteiro no incio do deslocamento, havendo uma necessidade de maior potncia para manter-se a altura do vo. A trao inversamente proporcional a sustentao; maior trao, maior inclinao do disco de rotao, resultando em uma menor sustentao. Desta forma chega-se a concluso que a direo e velocidade so uma consequncia direta do batimento forado pelo comando cclico.</p> <p>Trao maior que arrasto = vo em acelerao Trao menor que arrasto = vo em desacelerao OBS: Devido a inclinao do plano de rotao para um aumento da velocidade, a sustentao diminuir, e com a diminuio da velocidade, a sustentao, aumentar.</p> <p>EFEITO PENDULAR Nos helicpteros o CP fica muito acima do CG, e quando um deles deslocado, cria uma tendncia para que o CG se alinhe com a fora de sustentao, iniciando um movimento pendular (igual ao pendulo de um relgio). o movimento lateral ou longitudinal, caracterstico das aeronaves de asas rotativas que se progressivo pode tornar o helicptero incontrolvel, chegando a ponto de derrub-lo. Surge por causa da inrcia da fuselagem em acompanhar o movimento de inclinao do plano de rotao e pelo Efeito da Rigidez Giroscpica que tende a manter um corpo em seu momento de equilbrio, que no caso do helicptero bem acentuado devido a distncia entre o rotor e a fuselagem, fazendo com que o mastro tenha a tendncia de alinhar-se perpendicularmente ao plano de rotao. O Efeito Pendular agravado com comandos ou correes bruscas no cclico. Em caso de entrar-se neste efeito o procedimento mais correto ser a parada total da mo (comando cclico), e no tentar a correo da tendncia. 7</p> <p>cclico</p> <p>em neutro</p> <p>cclico no sentido longitudinal</p> <p>cclico no sentido lateral</p> <p>Ver vdeo PENDULAR (PIASECKI H21, na pasta Vdeos Aviao). DISSIMETRIA DE SUSTENTAO (EFEITO TRANSLACIONAL) Foi o fato que mais problemas trouxe para o desenvolvimento do helicptero, sendo somente, resolvido por Juan de La Cierva, na dcada de 20. Dissimetria de Sustentao ou Efeito Translacional a desigualdade de sustentao entre a metade direita do plano de rotao (p que avana) e metade esquerda (p que recua). Essa desigualdade deve-se a velocidade do ar que passa sobre as ps (velocidade aerodinmica). A p que avana tem uma velocidade aerodinmica maior que a p que recua, sendo a sustentao igual massa de ar que passa por um aeroflio na unidade de tempo, tem-se maior sustentao na metade direita do plano de rotao. Manifesta-se no incio do deslocamento (no vo pairado, sem vento, a velocidade aerodinmica das ps igual nas duas metades do plano de rotao). Porm, quando iniciado o deslocamento, a p que avana ter maior sustentao em relao a que recua, embora a RPM seja a mesma, a velocidade aerodinmica maior na p que avana, fazendo com que o helicptero tenha a tendncia de: girar touneaux (rolamento) para a esquerda. A soluo para este problema alterar a sustentao atravs da mudana de passo cclica, p que avana, maior sustentao, menor ngulo de ataque; p que recua, menor sustentao, maior ngulo de ataque. Esta mudana de passo cclica conseguida pelo uso da Unidade Misturadora (Swash Plate). Por uma ao do cclico tem-se a inclinao da estrela estacionria, que por sua vez, atravs de rolamentos, inclinar a estrela rotativa que est ligada ao rotor principal por hastes, alterando o ngulo de ataque de cada p de acordo com o setor do plano de rotao que esta se encontre. Desta forma tem-se uma sustentao igual em todo o plano de rotao, fazendo o helicptero deslocar-se em velocidade constante, porque para aumentar a velocidade tem-se que inclinar mais o plano de rotao, desigualando novamente a sustentao, tendo um novo ngulo para cada setor que a p se encontre, equalizando novamente a dissimetria de sustentao. NOTA: 01- As explicaes acima tm como base os helicpteros que giram o seu rotor principal no sentido anti-horrio, para os helicpteros horrios tem-se os mesmos efeitos porm com lados invertidos. 02- O rotor de cauda tambm sofre o problema da dissimetria de sustentao que anulada pelo batimento em conjunto de suas ps.</p> <p>8</p> <p>Ver mudana de passo no heloblades, na pasta adicional.</p> <p>SUSTENTAO DE DESLOCAMENTO (EFEITO DE TRANSLAO) a sustentao adicional que o rotor principal desenvolve quando o helicptero entra no vo com deslocamento horizontal. Sendo efetiva quando o helicptero atinge a velocidade de +/- 15 MPH, devido ao aumento da eficincia do rotor principal; a velocidade do ar induzido para baixo soma-se a velocidade de deslocamento, fazendo com que o ar passe mais facilmente pelo rotor. Neste caso, a potncia requerida ser menor, porm, crescendo com a velocidade, sendo mais eficaz entre as velocidades de 40 a 60 MPH. Para velocidades superiores a 60 MPH, quando as resistncias parasitas vencem o efeito de translao, a potncia requerida deve aumentar (em maior proporo) com a velocidade, necessitando de maior potncia para manter a altitude.</p> <p>FLUXO TRANSVERSO a diferena de arrasto entre a parte dianteira e traseira do disco de rotao, causada pelo ar desviado pela dianteira (maior velocidade para cima) e na parte traseira (maior velocidade para baixo), resultando numa maior permanncia das partculas de ar sobre o aeroflio, devido ao maior ngulo de ataque (p que recua setor traseiro esquerdo). Este fato gera um arrasto induzido maior na parte traseira do disco, provocando, alm de uma vibrao lateral de 2:1 (freqncia intermediria), uma tendncia no rotor principal em cabrar, sendo esta tendncia diretamente proporcional velocidade de deslocamento, sendo mais acentuada entre as velocidades de 11 e 23 MPH. 9</p> <p>DISTRIBUIO DA SUSTENTAO Pelo tipo de asa (rotativa) que possui, pode-se distinguir vrias sustentaes no vo do helicptero, que so: Em torno do aeroflio (extra e intradorso), ao longo da p (raiz e ponta) e ao longo do disco. 1- Em torno do aeroflio De acordo com o Princpio de Bernoulli, se a velocidade do ar aumenta sua presso esttica diminui. Como o ar aceler...</p>