teoria de voo - helicóptero

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APOSTILA DE TEORIA DE VO HE 1 PERODOConceituao do Helicptero A sustentao dos aparelhos que voam garantida por superfcies perfiladas denominadas ASA, as asas de um helicptero so as ps do seu rotor.

PERFIL SUSTENTADOR

ASA ROTOR

Sobre tal superfcie perfilada que se desloca no ar com a velocidade V, desenvolve-se um empuxo aerodinmico vertical Fn dirigido para cima. esta fora aerodinmica que, oposta ao peso do aparelho, possibilita o vo dos mais pesados do que o ar.

A velocidade ento o elemento essencial que, sobre um perfil, produz foras aerodinmicas de sustentao.

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Fn Essa velocidade obtida em avies pelo emprego de uma hlice (ou uma turbina) que propulsiona o aparelho na velocidade V .

Fn No helicptero, a velocidade obtida pela rotao do rotor que propulsionado na velocidade r por um motor, onde r a distncia em que se encontra o perfil em Em resumo: para se manter no ar o avio deve ser animado por uma velocidade V e o helicptero pode dispensar essa velocidade j que sua asa gira na velocidade r. A asa giratria permite ao helicptero voar verticalmente (subir e descer) ou permanecer imvel (pairado) e, com ajuda dos comandos que possibilitam inclinar o plano de rotao do rotor, o vo com deslocamento em todas as direes, a originalidade do helicptero. Fn = W Fn > W Fn < W vo pairado vo vertical ascendente vo vertical descendente

Portanto, um helicptero voa segundo os mesmos princpios bsicos que um avio convencional. Foras aerodinmicas necessrias para manter o vo so produzidas em suas asas (ps) quando o vento relativo passas sobre elas. As ps do rotor, ou asas rotativas, a estrutura que torna possvel o vo dos helicpteros. A sua forma aerodinmica produz fora de sustentao quando gira atravs do ar. As ps do helicptero so desenhadas para conseguir o mximo rendimento aerodinmico.

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O rotor garante tambm a propulso do helicptero. Basta, para isso, um comando apropriado para inclinar seu plano de rotao. A sustentao Fn decompe-se em 2 foras: Fs (fora de sustentao que equilibra o peso) T (fora de propulso) que equilibra o arrasto do aparelho Fx e provoca a translao.

T

Arrasto D W

Todas as aeronaves cuja sustentao garantida por uma asa giratria (rotor) constitui a famlia dos GIROAVIO. Existem trs tipos de GIROAVIES: O helicptero, o autogiro e o Girdino tambm conhecido como Ciclogiro. PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DO AUTOGIRO:

Seu rotor gira livre em um eixo no sendo acionado por ele. Um motopropulsor gera a trao necessria para provocar a translao do aparelho. Essa translao provoca a rotao do rotor que, por sua vez, garante a sustentao. na realidade, um avio cujas asas foram substitudas por uma asa giratria. Ele no pode voar nem verticalmente, nem se sustentar em vo pairado.

T

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Princpio de funcionamento do girodinoSeu rotor, acionado por um motor, assegura somente a sustentao. A trao para criar o deslocamento frente obtida por meio de um grupo moto-propulsor. possvel realizar vo vertical.

Princpio de funcionamento do helicpteroComo j demonstrado anteriormente, a velocidade rotacional faz com que cada perfil aerodinmico do rotor se desloque com a velocidade tangencial r e a fora de sustentao Fn fornecida pelo rotor perpendicular ao plano de rotao do mesmo.

Descrio do Helicptero uma aeronave que tem a estrutura constituda dos seguintes componentes: Rotores, grupo moto-propulsor e conjuntos mecnicos, estrutura e trem de pouso e outros componentes (sistemas de combustvel, sistema hidrulico, etc). Sua performance depende diretamente da potncia do motor e das caractersticas aerodinmicas do rotor principal.ROTOR PRINCIPAL CUBO DO ROTOR

ROTOR DE CAUDA

TRANSMISSO

MOTOR

CABINA CONE DE CAUDA TREM DE POUSO

CLASSIFICAO DOS HELICPTEROS:AUTOGIRO:

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Seu rotor gira livre sobre um eixo. Um grupo moto-propulsor gera a trao necessria para provocar a translao do aparelho. Esta translao provoca a rotao do rotor, que por sua vez assegura a sustentao. O autogiro pode ser comparado a um avio, no qual a asa fixa foi trocada por asas rotativas. Ele no voa verticalmente nem realiza vo pairado.

GIRODINO:Seu rotor, acionado por um motor, assegura somente a sustentao. A trao para criar o deslocamento frente obtida por meio de um grupo motopropulsor. possvel realizar vo vertical. HELICPTERO: Com base nos componentes e na classificao mencionados, podemos dizer que um helicptero uma mquina de voar, constituda por uma estrutura, na qual so montados: uma cabina, um motor, rotores, transmisses e os necessrios comandos e sistemas. Tudo isso agrupado representa um certo peso, o qual requer uma necessria potncia do motor para elevar o aparelho, ou melhor, para conseguir sustentao. Se houver suficiente potncia do motor e se o rotor for capaz de transformar com sucesso essa potncia para a performance desejada, o peso certamente ser levantado. Da concluirmos que, a performance do helicptero para um dado peso, pode ser limitada por dois fatores: 1. potncia do motor; inabilidade do rotor em transformar a potncia do motor em performance. COMPONENTES DE UM HELICPTERO Antes de entrar no estudo do funcionamento do helicptero, faz-se necessrio mostrar a arquitetura geral de um helicptero convencional e explicar a funo dos seus principais componentes: 1- Rotores; 2- Grupo moto-propulsor e conjuntos mecnicos; 3- Estrutura e trem de pouso; 4- Outros Equipamentos (Sistema de Combustvel; Sistema Eltrico; Sistema Hidrulico) A) OS ROTORES: O rotor principal assegura a sustentao e a propulso. Ele constitudo de um certo nmero de ps, que podem ser consideradas como asas de grande alongamento (razo de aspecto), animadas de um movimento de rotao. Essas ps so presas parte central do rotor chamada de cubo do rotor.

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O rotor de cauda fornece a fora necessria para anular o torque de reao causado pelo rotor principal. O torque de reao do rotor principal existe em contraposio ao torque gerado pelo motor pra moviment-lo. B) GRUPO MOTO-PROPULSOR: Um ou mais motores fornecem a potncia mecnica ao rotor principal, ao rotor de cauda e a outros equipamentos. Geralmente so motores turbina livre. A velocidade de sada de uma turbina da ordem de 20.000 rpm, enquanto que a velocidade de um rotor principal da ordem de 300 rpm. A transmisso da potncia do motor aos rotores necessita de um redutor, chamado de Caixa de Transmisso Principal, que comporta vrios estgios de reduo. Em alguns helicpteros, uma embreagem centrfuga permite a transmisso progressiva do torque do motor para os rotores durante a partida. Em outros essa funo feita por um sistema de roda livre que tambm permite a rotao dos rotores mesmo sem o motor estar em funcionamento. Um sistema composto por rvores de transmisso e caixas de transmisso assegura a reduo e a mudana de ngulos para o acionamento do rotor de cauda. C) ESTRUTURA: A estrutura compreende essencialmente: a cabina, onde esto os comandos de vo e os instrumentos de bordo, e onde so transportados os pilotos, os passageiros e a carga. a estrutura central, onde se localizam os principais conjuntos mecnicos. a cauda, onde se localizam o rotor de cauda, a deriva vertical e a arfagem com deslocamentos frente. o trem de pouso, tipo esqui ou com rodas. D) OUTROS EQUIPAMENTOS: Eles so, principalmente, os dispositivos de comando e de controle de vo e aqueles que so necessrios para cumprir as funes que lhes so destinadas (sistema hidrulico, sistema de combustvel, sistema eltrico etc.)

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CLASSIFICAO QUANTO AS CONFIGURAES:

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Os helicpteros so classificados pelas suas configuraes de construo em 5 tipos principais e uma srie de sub-classes. 1- ROTOR SIMPLES (monorotor): Com um rotor de cauda, o tipo mais comum nos dias de hoje, chamado de tipo bsico; Vantagem - a simplicidade e a economia em peso. Desvantagem - o perigo do R/C; Componentes: Rotor Principal, Sistema de Controle, Transmisso Principal, Sistema de Acionamento, Comandos e Rotor de Cauda; O acionamento do R/C consome em torno de 8 a 10% da potncia do motor, no vo pairado e 3 a 4% no vo em deslocamento. Sub-Classe: GIRDINO Utiliza o rotor anti-torque na frente, para puxar a mquina; Vantagem - maior eficincia operacional do R/P no vo para frente; - diminui o arrasto parasita porque o rotor antitorque montado numa armao relativamente curta; - evita a inclinao do rotor para frente. Desvantagem a potncia requerida para contrariar o torque maior 2- ROTOR JATO: rotor acionado por unidades a jato, instaladas nas pontas das ps; no tem rotor anti-torque; controle direcional obtido por superfcies de comando, empregando o ar jogado para baixo no vo pairado ou pelo vento relativo no vo para frente; Vantagem mxima simplicidade; Desvantagem grande consumo de combustvel. OBS: o desenvolvimento desse tipo depende primariamente do desenvolvimento do motor a jato, prprio para o mesmo, com o menor tamanho possvel. 3- ROTOR CO-AXIAL:

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O torque eliminado pela utilizao de dois rotores superpostos e girando em sentidos opostos; Os rotores podem no ter o mesmo dimetro ou no girarem na mesma velocidade, o importante que ambos absorvam o mesmo torque; Vantagem Ter todas as dimenses definidas no seu projeto. Num rotor simples as dimenses dependem do dimetro do R/P e da utilizao de potncia do motor, o que ir determinar o valor do anti-torque; Desvantagem Cabeas de rotores e controles mais complexos e maior peso dos componentes. 4- ROTOR LADO A LADO: - o deslocamento lateral dos rotores reduz a Vantagem potncia requerida do motor para produzir sustentao e deslocamento para frente. - produz uma razo de aspecto semelhante s asas de um avio, o que permite o nvel de vo com um motor desligado, em um helicptero multimotor.. - a potncia necessria para manter um nvel de vo com carga pesada bem menor. Desvantage