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BIANCH_... AS ESTRUTURAS E OS SISTEMAS QUE COMPÕEM OS AVIÕES TODO O CONTEÚDO TEÓRICO EXIGIDO PELA ANAC PARA OS CURSOS DE PP E PC ANÁLISE DETALHADA DOS MOTORES A PISTÃO E A REAÇÃO O livro "ConhecimentosTecnicos - Aviões" faz parte da coleção de livros da Editora Bianch para o treinamento de piloto privado e comercial. Este livro visa qualificar o piloto tanto para a realização da prova teórica da ANAC quanto para a parte prática do treinamento. Durante a leitura deste livro o aluno terá a oportunidade de aprender os conceitos básicos e as características dos sistemas que compõem um avião, os princípios de funcionamento de um motor a pistão e de um motor a reação, as obrigações do piloto perante a manutenção, enfim, tudo aquilo que você precisa saber sobre os conhecimentos tecnicos relativos a estrutura e ao motor de um avião. Tudo isso para que você se sinta mais confiante e preparado para a realização da prova e dos seus voos! CONHECIMENTOS TÉCNICOS AVIÕES DENIS BIANCHINI (ONHECIMENT01S TÉCNICOS AVIÕES DENIS BIANCHINI B IA N C IH 3ª Edição - 2017 - Copyright 2017 by Denis Bianchini ISBN 978-85-66282-33-7 Todos os direitos reservados e protegidos pela lei. A reprodução não autorizada deste material, no todo ou em parte, constitui violação do copyright-Lei nº 9.610/98. Depósito legal na Biblioteca Nacional conforme Decreto nº 1.825, de 20 de dezembro de 1907. Capa: Editora Bianch Diagramação : Editora Bianch Impressão: Bartira Gráfica Muito cuidado e técnica foram empregados na edição desta obra. Porém, podem ocorrer erros de di gi tação, impressão ou dúvida conceitual. Em qualquer das hipóteses, solicitamos a comunicação à nossa Central de Atendimento, para que possamos esclarecer ou encaminhar a questão. Central de Atendimento email: suporte@ebianch.com.br site: www.ebianch.com.br www.bianch.com.br Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Índices para catálogo sistemático: 1. Conhecimentos técnicos : Piloto privado : Estudo e ensino : Aeronáutica 629.1307 Impresso no Brasil/ Printed in Brazil Bianchini , Denis Conhecimentos técnicos - aviões / Deni s Bianchini. 31 Edição -- São Paulo: Editora Bianch, 2017. Bibliografia ISBN 978-85-66282-33-7 1. Aviad ores - Estudo e ensino 1. Título. 17-06106 CDD-62 9.1307 mailto:suporte@ebianch.com.br http://www.ebianch.com.br/ http://www.bianch.com.br/ .) ÁPRESENT, C:ÃO Este livro faz parte da coleção de livros da Editora Bianch para o treinamento de piloto privado (PP) e piloto comercial (PC), que visa qualificar o aluno ou piloto para a realização da prova de conhecimentos teóricos da ANAC, do respectivo curso, e obviamente prepará-lo para o uso destes conhecimentos em voo. Seguindo a linha editorial desta coleção, este livro foi escrito com uma linguagem simples e direta, proporcionando uma leitura leve e produtiva. Foram utilizadas dezenas de figuras e imagens, pois temos certeza que tais ilustrações tornam a absorção do assunto mais fácil. Todo o conteúdo deste livro está baseado no conteúdo programático estabelecido pela ANAC para os cursos de piloto privado e comercial de avião. Nesta nova edição foi acrescentado o conteúdo de conhecimentos técnicos para piloto comercial, portanto, o livro foi dividido em duas partes: a primeira engloba o conteúdo programático de piloto privado e a segunda o conteúdo complementar para o curso de piloto comercial. A primeira parte traz as informações relativas ao funcionamento mecânico do avião, onde serão abordados diversos assuntos, como: sistemas, estrutura da aeronave, motores, etc. É também nesta matéria que serão analisados os conceitos básicos de manutenção e as obrigações e deveres do piloto na operação segura da aeronave, respeitando sempre os limites impostos pelo fabricante, preconizados no manual de operações da aeronave. O manual de operações da aeronave, mencionado acima, será amplamente citado ao longo deste livro, uma vez que é este o manual que fundamenta os procedimentos normais e anormais (emergência) realizados pelo piloto durante a operação da aeronave. É também no manual de operações que o piloto encontrará as limitações e a descrição dos sistemas e características da aeronave. O conteúdo deste livro é genérico a todas as aeronaves, no entanto, sempre haverá alguma particularidade ou diferença nos procedimentos entre a aeronave que você irá operar e as demais, motivo pelo qual sempre iremos mencionar o manual de operações da aeronave como a base para a realização de um voo seguro. É fundamental que você leia o manual de operações da aeronave que irá operar, de modo a familiarizar- se aos procedimentos e características específicas àquela aeronave. Havendo qualquer divergência entre as informações contidas neste livro e o manual de operações da aeronave que será operada, siga sempre o que preconizai o manual de operações! A segunda parte deste livro traz o conteúdo complementar relativo ao curso de piloto comercial. Nesta parte o piloto terá a oportunidade de conhecer o sistema hidráulico, de pressurização, anti-ice/de-ice e de piloto automático, sistemas estes que estão presentes nas aeronaves mais modernas e de maior porte. A segunda parte também traz a análise detalhada dos motores a reação, que equipam as aeronaves de alta performance. Temos a certeza que após a leitura deste livro, aliado a um estudo dedicado e constante em relação a esta matéria, você estará preparado para a realização da prova teórica de conhecimentos técnicos (aviões) da ANAC. Portanto, estude e bons voos! São Paulo, 08 de junho de 2017 Denis Bianchini SUMÁRIO (iERAL Parte 1 - Conhecimentos técnicos (Piloto Privado) 1 Tipos e classificação das aeronaves 15 2 A estrutura dos aviões 23 3 Controles de voo 31 4 Sistema de trem de pouso 37 5 Motores aeronáuticos 49 6 Motores convencionais 55 7 Sistema de lubrificação 73 8 Sistema de refrigeração 83 9 1 O Sistema de alimentação 87 Sistema de combustível 109 11 Sistema elétrico 119 12 Sistema de ignição 143 13 Sistema de proteção contra fogo 153 14 Hélices 161 15 Instrumentos 169 16 Manutenção de aeronaves 187 17 Exercícios de conhecimentos técnicos (PP) 195 Parte li - Conhecimentos técnicos (Piloto Comercial) 18 Motores a reação 219 19 Sistema hidráulico 241 20 Sistema de de-ice e anti-ice 247 21 Sistema de pressurização 253 22 Piloto automático 263 23 Exercícios de conhecimentos técnicos (PC) 267 Glossário 275 Índice remissivo 289 Bibliografia 293 SUMÁRIO [)ETALHADO Parte 1 - Conhecimentos técnicos (Piloto Privado) Tipos e classificação das aeronaves Tipos de aeronaves 15 Classificação dos tipos de aviões 16 Componentes básicos de um avião 21 A estrutura dos aviões Esforços estruturais e materiais utilizados 24 Asas 25 Fuselagem 26 Empenagem 27 Superfícies de comandos 28 Dispositivos hipersustentadores 28 Spoiler 30 Controles de voo Controles primários de voo 31 Controles secundários de voo 33 Ajustes nas superfícies de comando 34 Sistema de trem de pouso Classificação do trem de pouso 37 Sistema de amortecimento 39 Conjunto das rodas 41 Pneus 42 Freios 45 Roda de direção 47 1 2 3 4 Sistema de proteção contra fogo Motores aeronáuticos Tipos de motores aeronáuticos 49 Características dos motores aeronáuticos 52 Motores convencionais Características geraisdos motores a pistão 55 Principais componentes de um motor a pistão 58 Funcionamento de um motor a pistão (quatro tempos) 63 Funcionamento de um motor a pistão (dois tempos) 68 Performance do motor 69 Sistema de lubrificação Óleos lubrificantes 73 Tipos de lubrificação 76 Componentes do sistema de lubrificação 77 Falhas no sistema de lubrificação 81 Sistema de refrigeração Sistemas de resfriamento 84 Controle da temperatura do motor 86 Sistema de alimentação Sistema de admissão 88 Sistema de superalimentação 89 Sistema de formação de mistura 92 Carburação 97 Sistema de injeção de combustível 106 Sistema de combustível Componentes do sistema de combustível 11O Combustíveis 114 Abastecimento e inspeção pré-voo 116 Sistema elétrico Noções básicas de eletricidade 120 Circuito elétrico 125 Corrente contínua (DC) e corrente alternadai (AC) 129 Magnetismo 131 Sistema elétrico de uma aeronave 134 12 Sistema de ignição Principais componentes Cheque dos magnetos Starter 150 13 Combate ao fogo 153 144 149 Sistema de proteção contra fogo 157 6 9 5 7 8 10 11 Hélices Características gerais das hélices 161 Tipos de hélices 164 Cuidados com a hélice 167 Instrumentos Graduação e marcação dos instrumentos 171 Instrumentos básicos de voo e de navegação 171 Instrumentos do motor 184 Instrumentos dos sistemas da aeronave 185 Manutenção de aeronaves Programa de manutenção 188 Documentação, manuais e publicações 188 Obrigações do piloto 190 Exercícios de conhecimentos técnicos (PP) Exercícios de conhecimentos técnicos 195 Gabarito 216 Parte li - Conhecimentos técnicos (Piloto Comercial) Motores a reação Tipos de motores 220 Princípios de funcionamento 223 Principais componentes 225 Limitações 234 Instrumentos do motor 235 Reversar de potência 238 Sistema hidráulico Componentes básicos 242 Falhas no sistema 244 Sistema de De-ice e Anti-ce Tipos de sistemas 248 Inspeção de pré-voo 251 Utilização dos sistemas em voo 252 Sistema de pressurização Principais componentes 254 Princípios de funcionamento 256 Falhas no sistema 259 Sistema de oxigênio 261 14 15 16 17 18 19 20 21 Piloto automático Principais componentes 263 Princípios de funcionamento 266 Exercícios de conhecimentos técnicos (PC) Exercícios de conhecimentos técnicos 267 Gabarito 274 Glossário 275 Índice remissivo 289 Bibliografia 293 22 23 1 TIPOS E CLASSIFICAC, ÃO DAS AER()NAVES N este capítulo inicial abordaremos a1 parte conceitua[ relativa aos tipos e classificação das aeronaves e aviões. Na parte final do capítulo analisaremos os componentes básicos de um avião. Tipos de aeronaves Antes de analisarmos os tipos de aeronaves, vamos fazer uma distinção entre o conceito de aeronave e avião. Aeronave: é um dispositivo que é usado ou que se pretenda usar para voar na atmosfera, capaz de transportar pessoas e/ou coisas. Avião : é uma aeronave de asa fixa, mais pesada que o ar, com propulsão a motor e que é sustentada no ar pela reação dinâmica do ar contra suas superfícies de sustentação que permanecem fixas sob determinadas condições de voo. As aeronaves são divididas basicamente em dois tipos: - aeróstatos - aeródinos Aeróstatos Aeróstato é uma aeronave mais leve que o ar, que pode elevar-se e manter-se sustentada no ar pelo emprego de invólucros cheios de gás, com o conjunto pesando planador 1 61 Tipos e classificação das aeronaves Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch menos que o ar deslocado por tais invólucros. São exemplos de aeróstatos: - balões: aeróstatos sem propulsão própria, tendo o deslocamento livre. - dirigíveis: aeróstatos com propulsão própria , podendo ter o deslocamento controlado através de superfícies ae rodinâm icas. dirigível balão Aeródinos É uma aeronave cuja sustentação no ar provém, principalmente, de forças aerodinâmicas. São aeródinos: aviões, planadores, helicópteros, autogiros, motoplanadores e ultraleves. avião helicóptero Classificação dos tipos de aviões Os aviões possuem diversas classificações que levam em consideração, por exemplo, o tipo e o número de motores que possuem, a localização e quantidade de asas, velocidade de deslocamento, etc. Analisaremos a seguir estas classificações. Classificações relativas aos motores Um avião poderá ser classificado pelos tipos e números de motores que o eq uip am. Classificação dos tipos de aviões1 1 7 Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini Com relação aos tipos de motores que equipam um avião, podemos classificá - los principalmente como: - avjão a pjstão: são equipados com motores a pistão. Exemplo: Cessna 182, Seneca li e Cirrus. - avjão turbo-héUce: são equipados com motores turbo-hélice. Exemplo: KingAir, Caravan e Pilatus. - avjão a jato: são equipados com motores de propulsão a jato. Exemplo : Boeing 737, Citation e Airbus A380. avião a pistão avião turbo-hélice avião a jato Com relação ao número de motores que equipam um avião, podemos classificá- los principalmente como: - monomotor: avião equipado com apenas um motor: Exemplo: Cessna 182, Cirrus e Caravan. - bjmotor: avião equipado com dois motores. Exemplo: Boeing 737, KingAir B350 e Seneca li. - tdmotor: avião equipado com três motores. Exemplo: DC-10, Falcon 900, MD-11 e Boeing 727. - quaddmotor: avião equipado com quatro motores. Exemplo: Boeing 747, Airbus A380 e DC-8 . bimotor trimotor quadrimotor Classificações relativas às asas Um avião poderá ser classificado pela localização, forma e número de asa que possui. - 1 8 1 Tipos e classificação das aeronaves Conhec i mentos Técnicos (Aviões) - Edi to r a Bianch Com relação a localização das asas de um avião, podemos classificá-los principalmente como: - asa baixa: asa localizada na parte inferior da fuselagem. Exemplo: Cirrus. - asa média: asa localizada na parte mediana da fuselagem. Exemplo: Extra 300. - asa alta: asa localizada na parte superior da fuselagem. Exe mplo : Cessna 182. asa baixa asa média asa alta Com relação ao número de asas de um avião, podemos classificá-los como: - monoplano: avião com um par de asas. Exemplo: Cessna 182 e Boeing 747; - biplano: avião com dois pares de asas. Exemplo: Sopwith Camel e Nieuport 17. - triplano: avião com três pares de asas. Exemplo: Fokker Dr. 1. monoplano biplano triplano como: Com relação a fixação das asas na estrutura do avião, podemos classificá-los - cantilever: as asas são fixadas à estrutura do avião em um só ponto, sem nenhum suporte. Exemplo: Cessna 177, Cessna 195. - semicantilever: as asas são fixadas à estrutura do avião através de suportes, que ajudam na absorção dos esforços estruturais. Exemplo: Cessna 182, AB115, Caravan. '- asa cantilever asa semicantilever -- Classificação dos tipos de aviões 119 Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini Com relação ao formato da asa de um avião, podemos classific á-los como: retangular elíptica trapezoidal delta Classificações relativas ao tipo de pista utilizada Um avião poderá ser classificado pelo tipo de pista que utiliza nas operações de pouso e decolagem, veja. Utoplanos: aeronaves que operam apenas em superfícies sólidas. Hidroplanos: aeronaves que operam a.penas em superfícies líquida s. Anfíbios: aeronaves que operam tanto em superfícies sólidas quanto em superfícies líquidas. litoplano hidroplano anfíbio Classificações relativas a velocidade de deslocamento Umavião poderá ser classificado pela sua velocidade de deslocamento. Veja . Subsônico: número Mach inferior a O.75 Transônico: número Mach entre O.75 e 1.20. Nesta categoria enquadram-se a maioria dos aviões comerciais e dos jatos executivos. Supersônico: número Mach entre 1.20 e 5.00. A maioria dos caças militares enquadram-se nesta categoria, o famoso Concorde também era classificado como supersônico. Hipersônico: número Mach superior a 5.00. 20 1 Tipos e classificação das aeronaves Conhecimentos Técnicos (Aviões) · Edi to ra Bianch A velocidade do som varia com a temperatura, numa atmosfera padrão (ISA) ao nível médio do mar a velocidade do som equivale a 661kt. Em voos de alta velocidade ou alta altitude, a velocidade é expressa em " número Mach" . Um avião voando na velocidade do som estará voando com Mach 1.0. sup - ersônico hipersônico Classificações relativas a performance em relação à distância percorrida durante o pouso e decolagem Um avião poderá ser classificado de acordo com a sua performance em relação à distância percorrida nas operações de pousos e decolagem, veja . VTOL: Vertical Take-Off and Landing. Classificação atribuída às aeronaves projetadas para decolar e pousar na vertical, o exemplo clássico é o helicóptero. STOL: Short Take-Off and Landing. Classificação atribuída às aeronaves projetadas para operarem em pistas com comprimento relativamente curt o. CTOL: Conventional Take-Off and Landing . Classificação atribuída às aeronaves projetadas para operarem em pistas com comprimento relativamente grande. VTOL STOL CTOL TOL - transônico - o Componentes básicos de um avião Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini Componentes básicos de um avião Apesar de cada avião ser projetado e construído com um propósito específico (avião agrícola, executivo, come rci al, caça, acrobático ), os componentes básicos são muito similares entre si, independente do tipo do avião. De forma simplificada um avião pode ser dividido em três partes: - estrutura - grupo motopropulsor - sistemas sistemas A seguir analisaremos se forma simplificada os componentes e a função das principais partes de um avião. - estrutura: é o corpo do avião constituído pela fuselagem, asas, empe nagem, superfícies de comandos e dispositivos hipersustentadores. Esta parte é responsável em acomodar os siste ma s, o grupo moto propulsor, os passageiros e tripulantes, a carga e os demais componentes. - grupo motopropulsor: parte responsável em gerar a força tração para o deslocamento do avião. Esta parte é constituída basicamente do motor e da hélice. - sistemas: são sistemas específicos responsáveis pelo correto funcionamento e operação de um avião. São alguns exemplos de sistemas: elét ric o, pne um ático, ar condicionado, pressurização, combustível, navegação, antigelo, etc. A c omplexid ade , quantidade e tipos de sistemas irá variar significantemente de um avião para outro. 121 2 A ESTRUTURA DOS AVIÕES N es te capítulo analisaremos as funções e características das partes que compõem a estrutura de um avião. A estrutura é o corpo do avião, responsável em acomodar os sistemas, o grupo moto propulsor, os passageiros e tripulantes, a carga e os demais componentes. A estrutura de um avião é constituída basicamente por: - fuselagem - asas - empenagem - superfícies de comandos - dispositivos hipersustentadores dispositivos hipersustentadores superfícies de comando A estrutura dos aviões Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch Esforços estruturais e materiais utHizados Antes de começarmos a estudar as partes que compõem a estrutura de um av1ao, analisaremos os esforços aos quais tais partes são submetidas, bem como os principais materiais utilizados na construção dessa estrutura. Esforços estruturais Durante o projeto e o desenvolvimento de um av1ao o fabricante realiza exaustivos testes para avaliar a carga máxima de esforços que a estrutura do avião estará apta a suportar nas mais diversas situações sem que ocorram danos. Após a homologação do avião o fabricante estabelece, através do manual de operações, os limites dentro dos quais a operação deve ser conduzida. Um piloto que respeita as limitações da aeronave seja ela de peso, velocidade, altitude, parâmetros do motor ou fator de carga, certamente não terá muitas surpresas desagradáveis ao longo de sua carreira na aviação. Por outro lado, ao ultrapassar deliberadamente as limitações impostas pelo fabricante o piloto está abrindo mão da segurança do voo e colocando em risco a estrutura da aeronave e consequentemente a própria vida! Portanto, lembramos, enfaticamente, a importância da leitura do manual de operação da aeronave que você irá voar, a fim de ter conhecimento das diversas limitações da mesma. Os principais esforços estruturais sofridos pela estrutura de um avião são: tensão compressão torção cisalhamento tração V--- re;;.;;;-- flexão 2 4 1 Asas Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bian chini Materiais utilizados Os materiais utilizados na construção da estrutura de uma avião devem possuir três requisitos básicos: resistência, peso (leve) e confiabilidade. A estrutura necessita ser forte e ao mesmo tempo leve, aumentando a performance e o desempenho do avião. Ao mesmo tempo esta relação resistência/peso deve ter uma elevada confiabilidade, minimizando a possibilidade de falhas e danos à estrutura ao longo do tempo. Além das propriedades citadas acima, o material deve suportar os cinco esforços básicos citados ante riorme nte . Atualmente o alumínio é amplamente utilizado nas construções aeronáuticas, principalmente pela sua alta resistência em relação ao peso, bem como sua facilidade de manuseio. · Outro material amplamente utilizado na aviação é a Liga de Alum ínio , que nada mais é do que a combinação do alumínio com outros elementos a fim de maximizar determinadas características. Um dos aspectos que tornam as ligas de alumínio tão atraentes é o fato de o alumínio poder combinar-se com a maioria dos metais de engenharia, chamados de elementos de liga. Com essas associações, é possível obter características tecnológicas ajustadas de acordo com a aplicação do produto final. Asas As asas são aerofólios que ficam fixados na fuselagem e tem a função de produzir a sustentação necessária para manter a aeronave em voo. Há diversos tipos de designs, posições, formas e tamanhos de asa, e cada fabricante adota as características mais adequadas ao projeto de sua ae ronave . Analisaremos a seguir as principais partes que compõem a estrutura das asas. bordo de fuga 125 2 6 1 A estrutura dos aviões Conhe cimentos Técnicos (Aviões) · Edit ora Bianch Ponta da asa: parte da asa localizada na extremidade oposta à raiz. Rajz da asa: parte da asa localizada próxima à fuselagem da aeronave. Bordo de ataque: extremidade dianteira da asa. Bordo de fuga: extremidade traseira da asa. Longadnas: são os principais membros estruturais da asa, responsáveis pela absorção de grande parte dos esforços. Nervuras: são responsáveis pela concepção do formato aerodinâmico da asa, além de transmitir os esforços sofridos pelo revestimento e reforçadores para as longarinas. As nervuras também são utilizadas em ailerons, profundares, lemes e estabilizadores. Revestjmento: parte externa da asa responsável em proteger as demais estruturas da asa. Reforçadores: são responsáveis em absorver parte dos esforços sofridos pela asa, aumentando assim a resistência da estrutura da me sma. Fuselagem É a estrutura na qual são fixados as demais partesda aeronave (asas, empenagem, trem de pouso, sistemas, etc.), além de alocar a cabine de comando e o compartimento para passageiros e cargas. É também na fuselagem que o motor é fixado, no caso dos aviões monomotores. Os três principais tipos de estrutura da fuselagem são: tubular ou treliça, monocoque e semim onocoque . Tubular ou treUça: este tipo de estrutura é empregado na construção de aviões leves e de pequeno porto, ele é geralmente formado por tubos de aço soldados entre si, desta forma distribui-se os esforços sofridos pela estrutura. Este tipo de fuselagem é comumente revestido por uma tela. Monocoque: este tipo de estrutura é constituído basicamente de cavernas e do revestimento. Como este tipo de fuselagem não possui longarinas e reforçadores, a maior parte dos esforços estruturais é absorvido pelo revestimento, logo, este deve ser bastante resistente para suportar tais esforços. Um dos grandes problemas da estrutura monocoque é que o material do revestimento deve ser muito resistente, o que na maioria das vezes resulta num elevado peso da estrutura. revestimento 7 Empenagem Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini Semimonocoque: este tipo de fuselagem derivada da estrutura monocoque, porém, há a presença de longarinas e reforçadores ao longo da fuselagem, permitindo uma melhor distribuição dos esforços sofridos pela est rut ur a. Atualmente este é o tipo de fuselagem mais utilizado nas construções dos aviões. caverna Empenagem Chamada coloquialmente de "cauda" a empenagem é constituída pelo estabilizador ve rtic al, o estab ilizad or horizontal e as respectivas superfícies de comando. A principal função dos aerofólios quie compõem a empenagem é manter a estabilidade e controlabilidade do voo. Há diversos formatos de empenagem, veja. -1 / · convencional em forma de V em forma de T Estabilizador horizontal: esta superfície tem a função de manter a controlabilidade e estabilidade longitudinal do avião. Esta est rut ur a é basicamente composta pelo estabilizador horizont al, profundar e compensador. Na maioria dos aviões a estrutura do estabilizador horizontal é fixa, sendo móvel apenas o profundar e o compensador, poré m, em alguns aviões (Seneca PA-34, por exemplo) toda a estrutura é móvel. Estabilizador vertical: esta supe rfície tem a função de manter a controlabilidade e estabilidade direcional do avião. Esta estrutura é basicamente composta pelo estabilizador vertical, leme e compe nsador. O estabilizador vertical é fixo, sendo móvel apenas o leme e o compensador. estabilizador horizontal estabilizador 127 -E -E 2 8 1 A estrutura dos aviões Conhecim entos Técnicos (Aviões) - Edi t or a Bia nch Superficies de comandos Neste capítulo abordaremos apenas os aspectos básicos das superfícies de comandos, como divisão e localização, e no próximo capítulo analisaremos os controles de voo de forma mais aprofundada e abrangente. As superfícies de comandos são responsáveis pelo controle dos movimentos do avião em voo, e são divididas em: superfícies primárias e superfícies secundárias. Basicamente as superfícies primárias são as responsáveis pelo controle efetivo dos movimentos da aeronave em voo, enquanto as superfícies secundárias auxiliam na diminuição das forças empregadas pelo piloto ao efetuar um movimento com a aeronave. Veja abaixo a divisão das superfícies de comandos. ailerons - superfícies primárias profundor leme compensador dos ailerons - superfícies secundárias compensador do profundor compensador do leme A figura abaixo exibe os três eixos sobre os quais o avião se movimenta, além das superfícies de comandos. - - [ u l _ eixo longitudinal Dispositivos hipersustentadores Os dispositivos hipersustentadores têm a finalidade de aumentar a sustentação produzida pela asa. O uso destes dispositivos é praticamente indispensável durante as operações de pouso e decolagem, uma vez que eles permitem a operação da aeronave ' '' ' ' '° ._.__ _aileron , ''0 ,;xo /otecol --compensador do aileron plano ou comum split flap ou ventral slotted flap fowler Dispositivos hipersustentadores Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini com uma velocidade reduzida, o que é primordial nestas duas etapas do voo. Os dispositivos hipersustentadores mais utilizados são os flaps e os slats. Flap O f\ap é o dispositivo hipersustentador mais comum e está presente em praticamente todas as aeronaves, desde as mais simples até as mais modernas e sofisticadas, variando apenas o tipo de f\ap utilizado por cada aeronave. Localizados no bordo de fuga da asa, os flaps possuem a função básica de aumentar a sustentação, o que também acaba gerando mais arrasto . Esse aumento de sustentação é obtido com a alteração da curvatura do aerofólio, o aumento do ângulo de ataque e, em alguns tipos de flaps, com o aumento da área da asa. O controle de acionamento do flap pode ser mecânico, hidráulico ou elétrico. O modo de acionamento irá variar de acordo com o tamanho e a complexidade da aeronave. Abaixo os tipos mais comuns de flap. ou com fenda ' Slot Enquanto o flap atua exclusivamente no bordo de fuga, o slot é um dispos"itivo hipersustentador que irá atuar no bordo de ataque da asa. A lógica do slot é a seguinte, ele gerará uma fenda no bordo de ataque que permiti r á a passagem dos filetes de ar para o extradorso, dando mais energia aquela região e retardando o turbilhonamento. O seu uso ocorre geralmente em ângulos de ataque elevados e em operações de baixa velocidade, como o pouso e a decolagem. Os tipos mais comum de slots são: slots fixos slats móveis leading edge flaps \ 129 3 O I A estrutura dos aviões Conh ecimentos Técnicos (Aviões) - Edit o ra Bianch Spoiler Ao contrário do flap e do slot que são dispositivos cuja função é aumentar a sustentação, o spoiler têm a função de aumentar o arrasto. O spoiler é um dispositivo instalado no extradorso da asa, que é aberto/fechado automaticamente ou manualmente pelo piloto. Ao ser aberto, o spoiler reduz a sustentação e aumenta o arrasto em determinado ponto da asa. O spoiler também auxilia no movimento de rolagem da aeronave, ajudando o aileron, e eliminado o efeito da guinada adversa. Durante o pouso o spoiler é completamente aberto para que se produza máximo arrasto e o peso da aeronave seja parcialmente transferido para o trem de pouso, aumentando a eficiência dos freios. Em aeronaves a jato a atuação do spoiler é essencial durante o pouso, pois ele "segura" a aeronave no solo. O spoiler ou speedbrake - como também é chamado - é mais comum em aeronaves a jato e em planadores, sendo raramente instalado em aeronave de pequeno porte a pistão. 3 CONTROLES.DE VOO N este capítulo analisaremos de forma detalhada os componentes, os mecanismos de acionamento e o funcionament o dos controles de voo de um avião. Iremos nos ater aos sistemas de controles de voo de um avião de pequeno porte, citando apenas algumas características dos mecanismos das aeronaves mais modernas. O sistema de controle ou comandos de voo é dividido em dois, o primário e o secundário. Basicamente o sistema primário é o responsável pelo controle efetivo dos movimentos da aeronave em voo, enquanto o sistema secundário auxilia na performance do voo e na diminuição das forças empregadas pelo piloto ao efetuar um movimento com a aeronave. Controles primários de voo Uma aeronave realiza movimentos em voo sobre três eixos: vertical, lateral e longitudinal. O movimentosobre cada um destes três eixos é realizado por uma superfície de controle primária específica. As superfícies de controle primárias nada mais são do que aerofólios móveis que provocam alteração no fluxo e na pressão de ar em pontos específicos, que resultam na movimentação da aeronave sobre um dos três eixos. As superfícies de controle primárias de voo são: aileron, profundar e leme. Os controles de voo são compostos pelo manche, que controla os ailerons e o profundar, e pelo pedal que controla o leme. Nas aeronaves menores e menos sofisticadas os movimentos realizados no manche e no pedal são transmitidos mecanicamente 1 Controles de voo Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch ao profundo, aileron e leme através de cabos de aço, polias, esticadores, alavancas e alavancas. Já nas aeronaves mais modernas estes movimentos são transmitidos pelo sistema hidráulico, o que diminui de forma significativa a força aplicada pelo piloto. Em algumas modelos de aeronaves, o manche convencional é substituído pelo sidestick, que fica posicionado no centro do cockpit ou ao lado do piloto. A maioria dos caças militares, sidestick e o manche convencional, responsáveis pelo controle dos ai/erans e profundar os modernos Airbus comerciais e algumas aeronaves de treinamento (Aerobuero e Paulistinha), utilizam o sidestick como controle de voo. A tabela abaixo exibe de forma clara a relação entre as superfícies de comando, o movimento realizado e o controle de voo utilizado. superfície de comando movimento eixo de rota,ção controle de voo aileron rolagem longitudinal manche profundar arfagem lateral manche leme guinada vertical pedal Ailerons São aerofólios localizados no bordo de fuga da asa que possuem a função de controlar o movimento do avião em torno do seu eixo longitudinal. O manche é o responsável em controlar os ailerons, com movimentos para esquerda e para direita. Os ailerons da asa direita e esquerda trabalham em sincronia, quando um abaixa o outro se eleva, assim é possível que o avião realize uma curva. Para facilitar o trabalho dos ailerons as aeronaves mais modernas dispõem do spoiler, um controle de voo secundário. o manche é o responsável em controlar os ai/erans Controles secundários de voo Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini Profundor São aerofólios que controlam o movimento do avião sobre o eixo lateral ou transversal. O profundar é controlado pelo manche, com movimentos para frente e para trás, e é o responsável em fazer a aeronave subir ou descer. o manche é o responsável em controlar o profundar, com movimentos para frente e para trás Leme O leme é o responsável pelo movimento da aeronave sobre o eixo vertical, ou seja, controla a direção do avião, realizando o movimento de guinada . O leme é controlado pelos pedais. o pedal é o responsável em controlar o leme Controles secundários de voo Os controles secundários de voo auxiliam na performance do voo e na diminuição das forças empregadas pelo piloto ao efetuar um movimento com a aeronave. O sistema de controle secundário de voo é composto pelo flap, slot, spoiler e compensadores. Neste capítulo analisaremos apenas os compensadores, uma vez que o flap, slot e spoiler já foram analisados no capítulo anterior. leme 133 t 1 Controles de voo Conhecimentos Técnicos (Aviões} - Editora Bianch Compensadores Alterações na atitude, velocidade e potência do motor fazem com que o piloto tenha que estar constantemente dando comandos para que a aeronave se mantenha na atitude desejada. Para minimizar a pressão dos comandos aplicada pelo piloto nos controles primários de voo, utiliza-se o compensador, instalado no bordo de fuga das superfícies de comando. Em algumas aeronaves, principalmente nas de médio e grande porte, a força para que o piloto mova uma superfície de comando pode ser excessiva, neste caso os engenheiros projetam determinados compensadores automáticos que minimizam a força necessária para mover tais superfícies. Os tipos mais utilizados decompensadores são: fixos, comandáveis e automáticos. Ajustes nas superfícies de comando Analisaremos a seguir os ajustes que devem ser realizados nos componentes das superfícies de comando de um avião. Estes ajustes são realizados pelo mecânico, pessoa qualificada e treinada para a realização destes procedimentos. Ao piloto compete apenas informar ao mecânico, através do diário de bordo, sobre alguma discrepância na operação normal da aeronave. Os movimentos dos aerofólios (profundar, ailerons e leme) devem ser sincronizados com os movimentos realizados nos controles de voo instalados na cabine de comando. O sistema de controles de voo deve ser ajustado para que estas condições possam ser obtidas em voo. De um modo geral estes ajustes consistem no seguinte: - posicionamento do sistema de controles de voo em neutro, e temporariamente, travado por meio de pinos de trava ou blocos;: e - ajustagem do curso das superfícies, tensão dos cabos de comando, hastes de ligação, e ajustagem dos batentes para as especificações dos fabricantes das aeronaves. Alinhamento dos comandos Alinhamento é o ajuste final realizado nos diversos componentes das superfícies de comando. O alinhamento deve ser realizado de acordo com os requisitos estipulados Ajustes nas superfícies de comando Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini pelo fabricante da aeronave, esses procedimentos são geralmente detalhados no manual de serviço ou de manutenção aplicável. O alinhamento dos componentes das superfícies de comando é particular a cada aeronave, contudo, alguns princípios aplicam-se para todas as situações. Um destes princípios define que quando o manche e os pedais estiverem na posição neutra, as respectivas superfícies de comando também deverão estar em posição neutra, a fim de minimizar possíveis tendências em voo. Conjunto de cabos Para a realização dos ajustes nas superfícies de comando o mecamco ira trabalhar na estrutura do sistema de controle de voo, que nas aeronaves de pequeno porte é geralmente composto por: Esticador: é um dispositivo usado nos sistemas de cabo de controle para o ajuste da tensão do cabo. Roldanas ou polias: são usadas para guiar os cabos e também para mudar a direção do movimento do cabo. Guias: são usadas para guiar os cabos em linha reta, através, ou entre partes estruturais da aeronave. Hastes de comando: são usadas como conexões nos sistemas de comando de voo, para dar um movimento de "puxa-empurra". Batentes: podem ser ajustáveis ou não, são usados para limitar o percurso ou curso de movimento dos ailerons, profundares e leme, evitando desta forma, que o piloto aplique pressão excessiva e sobrecarregue determinada estrut ura . exemplo do conjunto de cabos ligados ao profundar Uma das regulagens mais frequentes é no ajuste da tensão dos cabos. O fabricante da aeronave estipula os parâmetros de regulagem da tensão e o mecânico irá 135 3 6 1 Controles de voo Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch trabalhar para manter sempre o padrão requerido. Cabos com pouca tensão ("frouxos") diminuem significativamente a ação dos comandos de voo, e cabos com muita tensão ("muito esticados") deixam os comandos muito duros e pesados. Balanceamento das superfícies de comando Outro importante ajuste é o balanceamento das superfícies de comando, que deve ser realizado principalmente após reparos e pintura nas respectivas estruturas. Uma condição de desbalanceamento pode causar, dentre outros, vibrações na aeronave, tendênciase instabilidade em voo. Durante o balanceamento o mecânico geralmente adiciona pesos, internamente, ou no bordo de ataque dos compensadores, ailerons, ou no local apropriado nos painéis de balanceamento. 4 SISTEMA DE iREM DE POUSO N este capítulo analisaremos todos os componentes que integram o sistema de trem de pouso de uma aeronave de pequeno porte. Inicialmente veremos as classificações relativas ao trem de pouso e posteriormente o sistema de amortecimento, as rodas e pneus, os freios e por fim o sistema de comando direcional. A principal função do sistema de trem de pouso de um avião, independente do seu tamanho, é suporta-lo no solo. No entanto, outras funções podem ser atribuídas ao sistema de trem de pouso: - amortecimento do impacto durante o pouso - frenagem em solo - controle direcional no solo O tipo mais comum de trem de poso é o composto por rodas e pneus, no entanto, alguns aviões podem possuir flutuadores (operação na água) ou skis (operação na neve) em substituição aos pneus que estamos acostumados a presenciar nos aviões terrestres (litoplanos). Classificações do trem de pouso Em aeronaves de pequeno porte o sistema de trem de pouso consiste basicamente de três rodas, duas principais localizadas em cada lado da fuselagem próximas à asa, e uma roda de direção localizada na parte traseira ou dianteira da aeronave. Analisaremos a seguir a classificação do trem de pouso quanto a disposição da roda de direção e a mobilidade do trem de pouso. - - "- 1 3 8 1 Sistema de trem de pouso Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch Classificação quanto à disposição da rodai de direção Com relação à disposição da roda de direção podemos classificar o trem de pouso como: - convencional - triciclo Convencional: nesta configuração as rodas do trem de pouso principal ficam localizadas a frente do centro de gravidade .• (CG) e suportam praticamente todo o peso da aeronave. A roda de direção fica localizada na cauda. Atualmente são poucas as aeronaves que utilizam este tipo de configuração, uma vez que são inúmeras as desvantagens, veja: - dificuldade no controle direcional do avião no solo - limitação da visibilidade do piloto durante o controle do avião no solo - maior propensão a pilonar devido à localização do CG Triciclo: nesta configuração as rodas do trem de pouso principal ficam localizadas atrás do centro de gravidade (CG) . A roda de direção fica localizada próximo ao nariz do avião. Esta é a configuração mais utilizada atualmente por proporcionar várias vantagens à operação da aeronave, veja: - maior controle direcional no solo - maior poder de atuação dos freios das rodas - melhor visibilidade ao piloto durante o controle do avião no solo - baixa propensão a pilonar Classificação quanto à mobilidade do trem de pouso Com relação à mobilidade podemos classificar o trem de pouso como: - fixo - retrátil - escamoteável Fixo: neste tipo de configuração o trem de pouso fica constantemente estendido, não sendo possível o seu recolhimento. A vantagem deste tipo de trem de pouso, utilizado em aeronaves de pequeno porte, é a simplicidade do sistema. A grande desvantagem é o excessivo ' • 1 lJl -... Sistema de amortecimento Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini arrasto criado pela estrutura do trem de pouso durante o voo, o que aumenta o consumo de combustível. Em aeronaves de instrução é muito comum encontrarmos aviões com trem fixo, como: Paulistinha, Aero Boero (AB-115), Cessna 152 e Tupi. Retrátil: neste tipo de configuração o trem de pouso é parcialmente recolhido, ficando ainda parte da estrutura exposta, desta forma o arrasto produzido pelo trem de pouso é diminuído, mas não anulado. Atualmente são poucas as aeronaves que adotam esta configuração. A figura ao lado exibe o famoso DC·3 com o trem de pouso recolhido. Escamoteável: neste tipo de configuração o trem de pouso é totalmente recolhido, eliminando praticamente todo o arrasto produzido pela estrutura, que fica alojada num compartimento específico. Apesar de ser o sistema mais complexo, o mesmo permite uma melhora significativa na performance da aeronave, diminuindo expressivamente o consumo de combustível e o custo operacional do voo. A figura ao lado exibe o Airbus A350, observe que o trem de pouso fica completamente recolhido. Sistema de amortecimento O amortecimento do impacto com o solo, principalmente durante o pouso, é absorvido principalmente pelo trem de pouso principal, através dos amortecedore s. Analisaremos a seguir os dois tipos de sistema de amortecimento comumente empregados nos aviões atuais. Amortecedor de mola Este é o tipo mais simples de amortecedor, ele apresenta molas ou tubos de aço flexível em sua estrutura. No entanto, este amortecedor não absorve a energia do impacto, ele apenas o transfere a estrutura do avião, minimizando o esforço sobre as rodas. A grande vantagem deste sistema é o seu baixo custo operacional, motivo pelo qual 139 1 Sistema de trem de pouso Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch ele é muito utilizado em aeronaves de pequeno porte. A maior desvantagem do amortecedor de molas é a sua baixa capacidade em absorver o impacto . É comum em aviões equipados com este tipo de amortecedor, após um pouso mais duro o avião ficar "quicando", uma vez que as molas não absorvem a energia do impacto devolvendo-a novamente para o avião. Amortecedor hidropneumático Também conhecido como "amortecedor ar e óleo" ou "amortecedor pneumático! hidráulico", este tipo de amortecedor utiliza ar comprimido combinado com fluído hidráulico para absorver e dissipar a energia proveniente do impacto. O amortecedor hidropneumático é o mais utilizado nos aviões atuais. Este tipo de amortecedor é composto por dois cilindros telescópicos ou tubos. Os dois cilindros, conhecidos como cilindro e pist ão, quando montados formam uma câmara superior e uma inferior para a movimentação do fluído . A câmara inferior é cheia de óleo e a câmara superior é preenchida com ar comprimido , um orifício entre as duas câmaras permite a passagem do fluído para a câmara superior durante a compressão e o retorno durante a extensão do amortecedor . Um óleo especial é utilizado nesta estrutura a fim de evitar a rápida movimentação do óleo entre as duas câmaras, evitando assim o problema que ocorre no amortecedor de molas, onde o amortecedor t ransf ere grande parte da energia do impacto novamente à aeronave. Durante o cheque pré-voo é importante que o piloto observe: - a correta extensão do telescópio - a limpeza da estrutura exposta - a presença de possível vazamento de óleo na estrutura Aeronave em voo Momento do toque na pista. Ocorre a compressão máxima. Após o toque com o avião estabilizado. Ocorre o retorno da haste . ar fluído hidráulico haste .•..- - - roda Conjunto das rodas Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini Conjunto das rodas O conjunto das rodas é a estrutura do trem de pouso que permite a montagem dos pneus e do sistema de freios. As rodas são geralmente feitas de alumínio ou magnésio, materiais resistentes e de baixo peso. Os três tipos mais comuns de rodas são: rodas bipartidas, rodas do tipo flange removível e rodas com calha centra e flange fixo. As rodas bipartidas são as mais utilizadas atualmente. freio principais componentes do conjunto das rodas conjunto de rodas montado Durante a inspeção externa no pré-voo, o piloto deverá verificar no conjunto das rodas o marco de referênciapneu/roda, que deverá estar alinhado. Caso haja um desalinhamento deste marco de referência chame o mecânico da aeronave para que ele analise a estrutura da roda e libera a aeronave para voo. posição correta do marco de referência desalinhamento do marco de referência Devemos também inspecionar a roda a procura de danos à sua estrutura. As rodas não devem apresentar rachaduras ou fendas, e deve- se ter certeza de que nenhum objeto esteja preso entre o trem de pouso e o pneu, e que nenhuma peça do trem de pouso esteja tocando no pneu. marco de referência / 141 amortecedores tonas carcaça camada interna 4 2 1 Sistema de trem de pouso Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch Pneus Os pneus de uma aeronave proporcionam certo amortecimento que auxilia na absorção de parte da energia dos impactos sofridos durante a decolagem e principalmente no pouso. Eles também são responsáveis em suportar o peso da aeronave em solo e prover tração necessária para a atuação dos freios, sendo assim, os pneus são projetados para sustentar altas velocidades e pesadíssimas cargas estáticas e dinâmicas. Ao contrário do que se costuma supor, a resistência requerida pelos pneus de um avião é para suportar principalmente o aquecimento rápido durante operações no solo e não o impacto de pousos mais duros. Calibragem da pressão A calibragem correta da pressão dos pneus é sem dúvida o maior cuidado que se deve ter na manutenção dos mesmos, a fim de manter a durabilidade e eficiência das operações. A pressão deve ser checada com a regularidade estipulada pelo fabricante, e mantida sempre dentro dos valores propostos. A pressão deve ser verificada quando os pneus estão fr ios, é necessário aguardar pelo menos duas horas após o voo antes de inspecionar a pressão. Calibragem com pressões acima do correto poderá resultar em vibrações durante o t axi, desgaste desigual da banda de rolagem e até mesmo o estouro do pneu. Caso a pressão esteja muito baixa poderá ocorrer o desalinhamento do marco de referência pneu/roda além de danos e desgastes à estrutura do pneu. Estrutura do pneu Abaixo as principais partes da estrutura dos pneus de um avião. sulcos banda de rodagem Pneus Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini Banda de rodagem: parte do pneu que fica em contato direto com a pist a, feita de borracha com qualidade para oferecer resistência e durabilidade. A banda de rolagem é projetada para proporcionar boa tração nas mais variadas condições de pist a. Sulcos: os sulcos ficam localizados na banda de rodagem no sentido longitudinal e têm a função básica de possibilitar o escoamento de água em pistas molhadas, evitando a aquaplanagem e garantindo melhor aderência à pista. Amortecedores ou lona de reforço: são camadas extras, geralmente cordonéis de nylon reforçado, inseridas sob a borracha da banda de rodagem, a fim de proteger o envoltório de lonas e reforçar a área de rodagem. Carcaça: é uma das principais estruturas dop neu, elas são camadas constituídas de fios de nylon, borracha e outros tecidos que se entrelaçam em ângulos opostos proporcionando rigidez e formato ao pneu. Lona: estrutura que circunda completamente o corpo do pneu. As lonas são dobradas em volta dos talões, inserindo-se novamente na carcaça. Elas isolam a carcaça do calor proveniente das freadas e proporcionam boa selagem contra o movimento. Talão: constituem-se internamente de arames de aço cobreado, incrustado em borracha e cobertos com tecidos, tendo a finalidade de proporcionar firmeza à superfície para montagem na roda. Câmara interna: nos pneus sem câmara, esta camada de borracha menos permeável atua como uma câmara de ar embutida, e impede que o ar penetre através das lonas. Nos pneus com câmara, uma camada mais fina de borracha é usada para evitar o atrito entre a câmara de ar e a lona interna. Inspeção dos pneus Analisaremos a seguir as principais características que tornam um pneu aceitável ou não para o voo. A inspeção dos pneus deve ser realizada sempre durante o cheque pré-voo. Desgaste da banda de rodagem Os principais tipos de desgaste da banda de rodagem dos pneus de um avião, são:. condição de desgaste causada pela operação do pneu com uma pressão maior do que a ideal. Essa condição reduz a tração do pneu, e o torna mais suscetível a danos. condição de desgaste causada pela operação do pneu com uma pressão menor do que a ideal. Essa condição reduz a vida útil do pneu devido ao excesso de calor produzido. 143 Sistema de trem de pouso Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch 7\ condição de desgaste normal condição de desgaste excessivo da banda de rodagem. O pneu deve ser substituído! Danos à estrutura do pneu A seguir os danos mais frequentes encontrados na estrutura dos pneus. Desgaste natural do pneu. O pneu geralmente é removido quando a profundidade dos sulcos é menor que 1.0mm (valor variável de acordo com o fabricante). Descolamento da banda de rodagem. Pneu inaceitável ao voo. Desgaste excessivo ocasionado pelo travamento da roda durante uma f reada. Neste caso é possível visualizar a lona, o que torna o pneu inaceitável ao voo. Pequenas fissuras na banda de rodagem. Condição aceitável, desde que tais fissuras não atinjam a lona. Pequenos cortes na banda de rodagem, sem atingir a lona. Condição aceitável ao voo. Presença de bolhas na estrutura do pneu. Condição inaceitável ao voo. 44 1 Freios Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini Freios O sistema de freios tem a função primária de reduzir a velocidade da aeronave em solo, proporcionando frenagem adequada para a parada da aeronave numa distância razoável. Além desta função os freios podem ser utilizados como freios de estacionamento (parking brake) ou no controle direcional da aeronave em solo, através da frenagem diferencial. Na grande maioria das aeronaves os freios são instalados apenas nas rodas do trem de pouso principal. Analisaremos a seguir os principais tipos de freios, o sistema de funcionamento e os cuidados durante a inspeção de pré-voo. Tipos de freios Analisaremos a seguir os dois principais tipos de freios: freio a tambor e o freio a disco. Freio a tambor Este tipo de freio é composto por um tambor contendo um par de sapatas (ou lonas). A pressão aplicada às sapatas alojadas dentro do tambor faz com que este freie a roda, diminuindo assim a velocidade da aeronave em solo. Uma das maiores desvantagens deste tipo de freio é o excesso de temperatura gerada durante a frenagem. sapata Freio a disco Este é o tipo mais comum de freio utilizado nos aviões, ele é composto por um disco (de ferro fundido ou material composto, como carbono) acoplado à roda, e por um conjunto de pastilhas que atuam sobre o disco. Ao aplicar os freios, que são atuados através de fluído hidráulico, as pastilhas realizam pressão sobre o disco, diminuindo a velocidade de rotação da roda. As maiores vantagens deste sistema de freios são: melhor refrigeração e consequentemente menor temperatura de funcionamento, e facilidade para a inspeção do sistema. Na página seguinte analisaremos detalhadamente o sistema de funcionamento e acionamento do freio. 145 Sistema de trem de pouso Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch Sistema de funcionamento Analisaremos a seguir o funcionamento detalhado do sistema de freios de uma aeronave de pequeno porte, desde a atuação dos pedais na cabine até a efetiva pressão das pastilhas sobre a roda. O pedal deum avião é utilizado para o movimento do leme de direção, do trem de pouso de nariz e para o acionamento dos freios. Para a atuação dos freios geralmente aplica-se pressão na parte superior do pedal. É importante ressaltar que a maioria dos aviões de pequeno porte não possui sistema antiderrapante (anti-skid), portanto, uma pressão excessiva poderá ocasionar o travamento das rodas. Por este motivo, seja suave na aplicação dos freios, a menos, é claro, numa situação de emergência. Os freios são instalados em cada roda do trem de pouso principal, e são atuados independentes um do outro, ou seja, o freio da roda direita é controlado pelo pedal direito e o freio da roda esquerda é controlado pelo pedal esqu erdo. Nos aviões de pequeno porte o sistema de freios é totalmente independente dos demais sistemas. O sistema de freios é composto por um reservatório, um ou dois cilindros mestres, linhas de fluído e conexões, além do conjunto de freio em cada roda. A ilustração ao lado exibe os componentes de um sistema de freios a disco. cilindro mestre "- sapatas pedal esquerdo DO DO '\ disco reservatório de fluído de freio linha _de freio cilindro secundário pedal direito DO DO Inspeção pré-voo Durante a inspeção externa da aeronave, no pré-voo, é necessário atentar a alguns itens relativos ao sistema de freios. Devemos assegurar que: - não há vazamento de fluído hidráulico na linha de freio · os discos de freio estão em bom estado, não apresentando corrosão ou danos - as pastilhas não estão excessivamente desgastadas · a estrutura do freio está firmemente presa à roda Qualquer anormalidade encontrada durante a inspeção externa deve-se chamar o mecânico responsável pela aeronave para que se proceda com a liberação da mesma. Se por algum motivo, qualquer que seja a pane, você não se sentir seguro com o aval do mecânico peça a opinião de outro mecânico, e se mesmo assim você não se sentir confortável, não prossiga com o voo! 461 o Roda de direçãol 47 Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini Mesmo com a inspeção externa tendo se mostrado satisfatória, durante o táxi é recomendado que você faça o teste dos freios, a fim de assegurar o correto funcionamento do sistema. Freios de estacionamento O freio de estacionamento (parking brake) na maioria das aeronaves é acionado através de uma alavanca, que geralmente trabalha em conjunto cqm os pedais. Ao acionar o parking brake a pressão nos freios será mantida. A figura ao lado exibe a alavanca de acionamento do parking brake do Seneca li (PA34). Sistema antiderrapante (anti-skid) O sistema Anti-Skid é muito utilizado em aeronaves de alta performance, nas quais o seu funcionamento é indispensável para a frenagem segura da aeronave, visto que tais equipamentos operam com veloci dades elevadas. Em aeronaves a pistão dificilmente encontraremos tal sistema, motivo pelo qual devemos ser suaves na aplicação dos fr eios, uma vez que não há proteção contra o travamento das rodas. O Anti-Skid nada mais é do que um sistema que evita o travamento das rodas, ou seja, quando a roda esta prestes a travar ele libera os freios e assim que a rotação da roda reinicia o sistema volta a atuar os freios. Todo este processo é automático, cabendo ao piloto apenas a verificação dos instrumentos que indicam o correto funcionamento do mesmo. Roda de direção O controle direcional da aeronave em solo faz-se através da roda de direção. Nas aeronaves convencionais tal controle ocorre através da bequilha e nas aeronaves com trem de pouso do tipo triciclo o controle ocorre através do trem de nariz (nosewheel). O piloto tem o controle sobre o trem de nariz ou a bequilha através do pedal, onde geralmente a parte inferior (a mesma que controla o leme) é a responsável por mover a roda de direção. Nas aeronaves maiores o controle do trem de nariz pode ser efetuado também através do "nosewheel steering", o que permite um controle direcional maior e mais preciso durante o taxi. Sistema de trem de pouso Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch Apenas como curiosidade, no Boeing 737Ng o controle direcional através dos pedais é capaz de girar apenas 7° o trem de nariz, no entanto, o controle através do nosewheel steering permite o giro de até 75°. Conforme comentado anteriormente, a aplicação diferencial dos freios poderá auxiliar na realização de curvas mais fechadas, principalmente nas aeronaves que não dispõe do nosewheel steering. o controle direcional no solo é realizado através dos pedais Shimmy damper O Shimmy damper é um amortecedor de vibração cuja função é minimizar as vibrações e oscilações do trem de pouso de nariz durante a operação em solo. O Shimmy damper é uma pequena unidade pistão/cilindro hidráulico, como é possível visualizar na figura ao lado. em aeronaves equipadas com nosewheel steering o controle direcional no solo pode ser realizado através deste dispositivo ou dos pedais 481 5 MOTORES J ÊRONÁUTICOS N e ste capítulo analisaremos os aspectos gerais dos motores aeronáuticos, primeiramente conheceremos os tipos mais comuns de motores que equipam as aeronaves atuais e posteriormente estudaremos as características básicas que um motor aeronáutico deve possuir. Tipos de motores aeronáuticos Um motor é basicamente uma máquina que transforma um determinado tipo de energia (térmica, elétrica, etc.) em energia mecânica. Os motores utilizados na aviação são do tipo térmico de combustão interna, ou seja, transformam a energia calorífica proveniente da queima do combustível em trabalho mecânico. Os motores térmicos podem ser classificados como de combustão interna e de combustão externa. Nos motores de combustão externa a queima do combustível ocorre fora do motor, como por exemplo, num motor a vapor das antigas locomotivas. Já nos motores de combustão interna a queima ocorre dentro do motor, como por exemplo, num motor a jato de um avião comercial. 5 O I Motores aeronáuticos Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch Os motores de combustão interna possuem diversas vantagens: são mais eficientes, mais leves e menores. Estes são os principais motivos pelos quais um motor de combustão interna equipam atualmente os aviões e os automóveis. Os motores aeronáuticos são divididos em duas categorias: - motores convencionais (a pistão) - motores a reação (turbo -hélice, turbojato, turbofan) Motores convencionais Os motores convencionais (a pistão), que serão amplamente analisados neste li vro, são os motores que equipam a maioria das aeronaves de pequeno porte e as aeronaves de treinamento. Estes motores utilizam a energia proveniente da queima do combustível dentro dos cilindros para mover a hélice. A hélice por sua vez impulsionará grande quantidade de massa de ar a velocidades relativamente baixas, permitindo que a aeronave desenvolva a tração necessária ao voo. As principais vantagens de um motor convencional são o seu baixo custo operacional e sua eficiência em baixas velocidade e altitudes, por estas razões as aeronaves de pequeno porte majoritariamente utilizam este tipo de motor. Motores a reação Faremos apenas uma análise superficial dos motores a reação, uma vez que o conteúdo programático do curso de piloto privado prevê apenas uma visão geral a respeito. A análise detalhada dos motores a reação encontra-se na segunda parte deste livro. Os motores a reação equipam praticamente todas as aeronaves comercial em operação atualmente, e têm como principalcaracterística a elevada potência gerada . Um motor a reação pode ter o seu funcionamento comparado com um motor convencional porque em ambos temos praticamente as mesmas fases operacionais. No entanto, a principal diferença relativa ao funcionamento de um motor a reação se comparado com os motores convencionais, está no modo e no local onde as fases operacionais acontecem. Em um motor convencional, as fases ocorrem intermitentemente , no interior de um cil ind ro, enquanto que nos motores a reação as fases ocorrem de maneira contínua . Outra diferença ocorre na quantidade de massa impulsionada. O motor a reação desloca uma quantidade relativamente pequena de massa de ar a uma velocidade elevada. Na página seguinte exibimos uma figura que compara de forma simplória as fases operacionais entre ambos os tipos de motores térmicos. Tipos de motores aeronáuticos Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini admissão compressão ignição expansão escapamento combustão admissão compressão tempo motor escapamento Os principais tipos de motores a reação em operação atualmente são: - turbo-hélice - turbojato - turbofan Turbo-hélice: é um motor a reação mist a, pois é basicamente um motor jato portando uma hélice . A finalidade do motor a jato nesse grupo motopropulsor é acionar o movimento de rotação da hélice. Logo, a força de propulsão desse tipo é conseguida através do movimento de rotação da hélice que contribui em média com 90% da tração total. Os 10% restantes são conseguidos pelo escape de gases. Exemplos de aviões equipados com motores turbo-hélice: KingAir, Caravan, ATR e Brasília. Turbojato: estes motores têm sua força propulsiva conseguida unicamente através dos gases de escapamento. Por esse motivo são também conhecidos como motores a jato puro. São reatores que desenvolvem boa força propulsiva, podendo portar dispositivos de pós- combustão, o que permite um acréscimo 90% maior nas decolagens ao nível do mar. Porém, em voo de baixa 151 5 2 1 Motores aeronáuticos Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch altitude e velocidade, consomem quantidade demasiada de combustível. Exemplos de aviões equipados com motores turbojato: Boeing 737-200, Boeing 727 e Boeing 707. Turbofan: por ser mais econômico e apresentar um nível de ruído bem menor em relação ao turbojato, este é atualmente o motor mais utilizado para equipar as aeronaves a jato. O motor turbofan (fan = ventilador, em inglês) possui uma grande área de admissão de ar, o que logicamente lhe proporciona uma admissão maior de ar. Esta admissão é feita pelo "fan", e o ar frio admitido irá se misturar com o ar quente expelido pelo escapamento, tornando o motor mais silencioso e potente. Exemplos de aviões equipados com motores turbofan: Boeing 787, Airbus A380 e Embraer 195. Caracteristicas dos motores aeroniáuticos Apesar de um motor convencional aeronáutico ser relativamente parecido com um motor que equipa um automóvel, os padrões de exigência entre ambos são bem distintos. Um motor aeronáutico deve obedecer as seguintes exigências gerais de: - eficiência térmica - economia - confiabilidade - durabilidade - leveza - ausência de vibrações - compactação - flexibilidade de operação - facilidade de manutenção Eficiência térmica: é a relação entre a energia mecânica produzida e a energia térmica liberada pela queima do combustível. Atualmente a eficiência térmica de um motor convencional é de cerca de 32%, o que obviamente é um valor baixo. O desenvolvimento e o progresso deste tipo de motor tem aumentado gradativamente esta eficiência, o que diminui o consumo de combustível e minimiza a emissão de poluentes. Economia: é a quantidade de combustível consumido para a produção da potência requerida para operação do motor. Com relação ao consumo de combustível, é fundamental que os motores aeronáuticos apresentem baixo consumo. Há duas definições para o consumo de combustível. - consumo horário : quantidade de combustível consumido por hora de funcionamento, por exemplo, 100 litros/h ou 2000 kg/h. Nos cálculos efetuados nas navegações aéreas, o piloto utiliza o consumo horário como referência, que é encontrado no manual de operação da aeronave. O consumo horário em cada voo irá variar de E o Características dos motores aeronáuticos Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini acordo com alguns fatores, como: peso da aeronave, nível de voo, regime de potência, velocidade , etc. - consumo especí fico: é o parâmetro básico para descrever a economia de combustível de motores aeronáuticos. O consumo específico utiliza como parâmetro a potência desenvolvida pelo motor. O gráfico abaixo mostra uma comparação do consumos específico médio de três tipos de motores à potência homologada, ao nível do mar. 1,6 -- o 1,4 -- i 1,2 -- V a. , V : , , '"-O 1 ,0 -- o E 0,8 -- :, u 0,6 -- 5 V,'" u 0,4 -- 0,2 -- O 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 número Mach Con fi abilidade : é a capacidade do motor em manter o desempenho dentro de uma classificação específica, em variações amplas de atitudes de voo e sob diversas condições atmosféricas. Padrões de confiabilidade de motores devem satisfazer as exigências da autoridade aeronáutica, do seu fabricante e do fabricante do seu produto através do projeto, pesquisa e teste. Um rígido controle de fabricação e de procedimentos de montagem é mantido, e cada motor é testado antes de sair da fábrica. Durab ilidade : é o tempo de vida do motor, enquanto mantém a confiabilidade desejada. Para que a durabilidade do motor seja mantida é imprescindível que sejam realizadas corretamente todas as revisões estipuladas pelo fabricante do motor. Confiabilidade e durabilidade caminham juntas, e são desenvolvidas pelo fabricante do motor no momento do projeto e construção do mesmo, porém a confiabilidade continuada desse motor é determinada pela manute nç ão, revisão geral e periódica realizadas pelo operador. Manutenção e métodos de revisão, cuidadosas inspeções periódicas e a estrita observância dos limites de operação estabelecidos pelo fabricante, tornarão a falha do motor uma ocorrência rara. Leveza: é a relação massa/potência, ou seja, é a razão entre a massa do motor e a sua potência. É preferível que o valor proveniente desta relação seja o menor possível. Ausência de vibrações: é desejável que o motor apresente o menor nível de "O 1 - convencional 2 - turbo-hélice 3 - turbojato 153 o 5 4 1 Motores aeronáuticos Conhecimentos Técnicos {Aviões) - Editora Bianch vibrações possível, o que visa minimizar possíveis desgastes e danos as estruturas e peças do motor e da própria aeronave. Compactação: é recomendável que o motor (forma e tamanho) seja compacto, possibilitando um melhor design aerodinâmico da aeronave, minimizando o arrasto e melhorando o desempenho geral do voo. Em aeronaves monomotoras, a forma e o tamanho do motor também afetam a visibilidade do pil oto , uma vez que o motor fica alojado no nariz da aeronave. Flexibilidade de operação: é a capacidade de um motor funcionar sua vemente, e apresentar o desempenho desejado a cada regime de operação, desde a marcha lenta até a potência máxima. O motor de aeronave tem que funcionar eficientemente sob todas as variações nas condições atmosféricas encontradas nas operações corrente s. Facilidade de manutenção: durante o projeto de um motor o fabricante além de analisar cuidadosamente os diversos fatores que já foram citados acima , deve também pensar na facilidade de manutenção do motor. É desejável que um motor permita a fácil inspeção no pré-voo aliada a simplicidadenas t roca s, ajustes e revisões periódicas. 6 MOTORES CONVENCIONAIS N e ste capítulo analisaremos detalhadamente todos os aspectos relacionados ao funcionamento de um motor convencional (a pistão). Inicialmente veremos as características gerais e os principais componentes, em seguida analisaremos o princípio de funcionamento destes motores, e para finalizar estudaremos a performance de um motor convencional. Caracterf sticas gerais dos mot<>res a pistão Conforme visto no capítulo anterior, os motores convencionais (a pistão) equipam a maioria das aeronaves de pequeno porte e as aeronaves de treinamento. Estes motores utilizam a energia proveniente da queima do combustível dentro dos cilindros para mover a hélice. A hélice por sua vez impulsionará grande quantidade de massa de ar a velocidades relativamente baixas, permitindo que a aeronave desenvolva a tração necessária ao voo. Este tipo de motor é muito econômico e barato, além de apresentar um bom desempenho em baixas velocidades, o que o torna ideal para aviões de pequeno porte. 5 6 1 Motores convencionais Conhec i mento s Técnicos (Aviões) - Editora Bianch Tipos de motores a pistão Basicamente os motores a pistão podem ser classificados de acordo com: - a disposição dos cilindros com relação ao eixo de manivelas - o ciclo de trabalho Classificação de acordo com a disposição dos cilindrios Os motores a pistão são equipados com vários cilindros (geralmente 4, 6 ou 8), e a disposição dos cilindros com relação ao eixo de manivelas do motor a pistão pode variar de um modelo para outro. Cada disposição diferente proporciona uma diferença na maciez, custo de produção e características de formato que a tornam mais apropriado para determinados tipos de aeronaves. A seguir analisaremos os tipos mais comuns de disposição dos cilindros num motor aeronáutico. - motor rad ial: neste tipo de configuração os cilindros ficam dispostos ao redor do eixo de manivelas, e o número de cilindros que compõem este arranjo geralmente é de três, cinco, sete ou nove. Num motor radial apenas uma dessas bielas é fixa, e prende-se ao eixo de manivelas, sendo chamada de biela mestra. As demais, por sua vez, são chamadas de bielas articuladas e se prendem à biela mestra . Os motores radiais atingiram o ápice durante a Segunda Guerra Mundial, atualmente muito poucas aeronaves são equipadas com este tipo de motor. São exemplos de aeronaves que utilizaram este tipo de motor: Douglas DC-3, Cessna 195, North American T-6 e Grumman Ag-Cat. As vantagens deste tipo de configuração são: boa relação peso/potência, excelente refrigeração a ar, melhor acomodação de um grande número de cilindros. As desvantagens são: área frontal demasiadamente grande e alto consumo de combustível. cilindro eixo de manivela Douglas DC-3 Características gerais dos motores a pistão Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini - motor com cilindros horizontais opostos: nesta configuração os cilindros ficam dispostos horizontalmente, com um cilindro em posição oposta ao outro, tendo o eixo de manivelas ao centro. A quantidade de cilindros contida neste tipo de motor é comumente de 4 ou 6. A refrigeração deste tipo de motor é geralmente feita a ar, o que torna a refrigeração um tanto quanto deficiente. As vantagens deste tipo de motor são: área frontal relativamente pequena e adequada à instalação em monomotores e bimotores, baixa vibração e permite boa visibilidade do piloto (aeronaves monomotoras). Devido a estas inúmeras vantagens, este tipo de configuração é a mais utilizada atualment e. eixo de manivela Seneca V - motor com cilindros em linha: nesta configuração todos os cilindros ficam dispostos em linha acima do eixo de manivelas, ou, abaixo (denominado motor invertido). As vantagens deste tipo de motor são: pequena área frontal. As desvantagens são: redução da visibilidade do piloto (aeronaves monomotoras), pequena distância entre a hélice e o solo (o que pode causar problemas no design da aeronave), refrigeração deficiente do motor e vibração mais acentuada. eixo de manivela motor invertido Percival Proctor - motor em V: nesta configuração os cilindros ficam dispostos na forma de um "V", num ângulo médio de 60 graus. Este tipo de configuração praticamente não é mais utilizado nos motores aeronáuticos. A aeronave mais famosa equipada com este tipo de motor foi o Spitfire, da Força Aérea Britânica, durante a Segunda Guerra Mundial. 157 5 8 1 Motores convencionais Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Editora Bianch Classificação relativa ao ciclo de trabalho Os motores a pistão podem ser divididos em dois tipos: motor de dois tempos e motor de quatro tempos. - motor de dois tempos: o ciclo é composto por apenas dois tempos. Este tipo de motor apresenta um mecanismo muito simples de funcionamento, é bastante leve, barato e contem poucas peças móveis, no entanto, apresenta inúmeras desvantagens que inviabilizam o seu uso em aviões. Dentre as principais desvantagens podemos citar o aquecimento excessivo, o consumo elevado de combustível e baixa eficiência nas diversas fases de um voo. - motor de quatro tempos: o ciclo é composto por quatro tempos. Este é o tipo de motor a pistão utilizado em praticamente todas as aeronaves, devido ao seu alto grau de confiabilidade, eficiência e economia. Analisaremos o princípio de funcionamento deste tipo de motor de forma detalhada ao longo dete capítulo. Principais componentes de um motor a pistão Analisaremos a seguir os principais componentes de um motor a pistão. As peças básicas de um motor são: o cárte r, os cilindros, os pistões, as bielas, o mecanismo de comando de válvulas e o eixo de manivelas. Cárter A base da estrutura de um motor é o cárter. O cárter é responsável em acomodar os diversos mecanismos do motor, prover a fixação do conjunto de cilindros, sustentar os rolamentos nos quais o eixo de manivelas se apoia e se mantem alinhado, prover um reservatório para o óleo de lubrificação e fixar o motor à estrutura da ae ronave . -- vela de ignição câmara de combustão - eixo de manivelas cárter - - ---<• ! Principais componentes de um motor a pistãol5 9 Conhecimentos Técnicos (Aviões) - Denis Bianchini Devido a diversas forças e vibrações as quais o cárter está sujeito durante a operação do motor é fundamental que o mesmo apresente suficiente rigidez para resistir a esses esforços à sua estrutura. Eixo de manivelas O eixo de manivelas (também conhecido como virabrequim) é a espinha dorsal de um motor a pistão e a sua principal função é transformar o movimento retilíneo do pistão, transmitido através da biela, em movimento rotativo para o acionamento da hélice. Em síntese, o eixo de manivelas é a parte responsável em transmitir a energia gerada pelo motor para a hélice. · As partes principais do eixo de manivel.a são: moente (ou pino da manivela) e o braço da manivela. Contrapesos e amortecedores são comumente ligados ao eixo de manivelas para minimizar as vibrações do motor. Biela A biela é responsável em transmitir a força do pistão para o eixo de manivelas. As bielas são geralmente fabricadas em liga de aço, com seção reta na forma de I ou H. terminal do pino do pistão mancai corpo da biela em forma de H Pistão O pistão é a parte móvel do cilindro, como movimentos retilíneos para baixo e para cima. Ao se mover para baixo o pistão permite que a mistura ar/combustível entre no cilindro. Ao realizar o movimento para cima ocorre a expulsão dos gases queimados, +-----====-- anéis de segmento
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