Turbulência em Helicópteros

ROTEIRO:

- PERIGO DA TURBULÊNCIA PARA OS HELICÓPTEROS;

- O QUE CAUSA A TURBULÊNCIA? ;

- TIPOS DE TURBULÊNCIA E SUA SEVERIDADE PARA OS HELICÓPTEROS.

Na maioria das vezes quando citamos o termo “turbulência” as pessoas logo pensam nos aviões comerciais e como ela é realmente desagradável pelo chacoalhamento. Muitos se desesperam e acham realmente que a aeronave irá cair, mas estudos feitos pela NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) “http://www.liveleak.com/view?i=a9f_1335390665” provam que se um avião cair ou se acidentar devido a uma turbulência é muito difícil ou quase impossível, a não ser pela turbulência ocorrida dentro das nuvens do tipo cumulonimbus (explicaremos a frente sobre os tipos de turbulência), que podem danificar seriamente qualquer aeronave.

Aviões comerciais são máquinas desenvolvidas para serem estáveis positivamente, ou seja, possui a tendência de voltar a sua posição original antes da aplicação de comando sobre a mesma, mas raramente, escutamos falar sobre o perigo da turbulência para as aeronaves de asas rotativas que não são tão estáveis devido à sua manobrabilidade. Os helicópteros representam menos da metade da aviação mundial e não recebem a atenção que deveriam, quando recebem, são notícias de incidentes ou acidentes dos mais diversos.

As turbulências são causadas a partir de “flutuações casuais do fluxo de vento, as quais são instantâneas e irregulares” (SONNEMAKER, João Baptista, LIVRO METEOROLOGIA, EDITORA ASA, 31ª Edição). A partir dessa definição podemos entender como as aeronaves são afetadas pela turbulência e como esta é desastrosa para os helicópteros. As flutuações são capazes de chacoalhar uma aeronave para cima e para baixo que, segundo o relato de um comandante ao site  ASK THE PILOT (http://www.askthepilot.com/questionanswers/turbulence/), a variação vertical de um avião chega a 40 pés! Para o helicóptero, é crítico sofrer essa variação brusca, tanto para cima quanto para baixo. Para cima poderá ocorrer o efeito de mast bumping em rotores semirrígidos (explicaremos detalhadamente sobre esse efeito no estudo de caso dos acidentes causados pela turbulência), para baixo causará um fator de carga menor que 1G na aeronave, levando a uma área de baixa pressão na área do rotor principal sendo este incapaz de gerar sustentação para o helicóptero podendo estolar, e consequentemente, entrar em atitude anormal.

O tipo de turbulência citada acima é do tipo convectiva, causada pela instabilidade do ar (gradiente térmico maior que 1°C/100m) proveniente do aquecimento do solo, por sua vez aquece o ar e sobe pois é menos denso que o ar frio superior que desce. Ocorrem dentro e fora de nuvens como as cumulonimbus, se dentro desta a aeronave sofrerá severos danos pois possivelmente encontrará formação de gelo e granizo.

Em montanhas, devido à diferença de pressão entre o topo e sua base, temos deslocamento de correntes de vento que sopram perpendicular às encostas. Uma aeronave passando próxima a esse tipo de relevo pode sentir a turbulência. Esse tipo de turbulência é classificada como orográfica. Consequência desse tipo de turbulência foi sofrida pela aeronave de matrícula PR-MXM, modelo R66 em Mangaratiba-RJ, provocando o mast bumping no helicóptero e fazendo com que se partisse em três pedaços em pleno voo.

Temos também a turbulência associada às frentes frias, que basicamente é a ascensão do ar quente proveniente das regiões mais baixas sobre a massa de ar frio, isso caracteriza uma turbulência frontal.

A turbulência cortante de vento é uma das mais severas pois ocorre próxima ao solo e prejudica aproximações e decolagens devido à grande variação da direção e velocidade do vento, se muito forte e próxima ao solo poderá levar a aeronave à uma atitude anormal e fazê-la colidir com o mesmo.

O único tipo de turbulência causada diretamente pela ação do homem são as de esteira de turbulência. Causada na maioria das vezes por aeronaves de asa fixa, será prejudicial às aeronaves menores que estiverem na mesma trajetória da aeronave causadora da turbulência. A intensidade da esteira variará de acordo com a diferença de peso da aeronave causadora e da aeronave que sofre com a esteira de turbulência, quanto maior o peso da primeira e menor o peso da segunda, maior será os efeitos sofridos sobre esta. Os helicópteros precisam ficar atentos às esteiras de turbulência, pois em sua maioria são aeronaves leves e sensíveis à pequenas variações de vento.

Para ter-se noção, as turbulências são classificadas em leve, moderada, forte e severa e têm seus parâmetros baseados na variação da velocidade indicada da aeronave que sofre com elas, a intensidade variará com o porte da mesma:

·         5 a 15 kt - leve

·         15 a 25 kt - moderada

·         > 25 kt – forte

Em breve estudaremos de forma mais aprofundada o mast bumping, em quais condições climáticas ele poderá ocorrer, como evitá-lo e como sair da condição de voo específica em que ele ocorre.

Estabilidade Vertical

A estabilidade direcional deverá ser satisfatória aos helicópteros, por que além de alguns não terem piloto automático a operação do rotor de cauda deverá ser cuidadosa, o estabilizador vertical ou deriva superior visa proporcionar essa estabilidade e conforto aos pilotos em voos com deslocamento à frente. Exemplo: Voo em cruzeiro com velocidade constante, que gera um menor consumo de combustível pelo menor uso das pás do rotor de cauda. A deriva tende a criar uma força aerodinâmica ou sustentação oposta ao torque do rotor principal. Em caso de perda do rotor de cauda, a deriva fará com que o helicóptero se mantém estabilizado em torno do eixo vertical.  A deriva inferior possibilita pousos corridos com maior segurança e evita a perda acidental do rotor de cauda se por ventura, este num "flare" tocasse o solo, pois possui uma bequilha protetora.       

 Outro componente da estabilidade vertical nos helicópteros é o rotor de cauda, mas sem o rotor de cauda, sem este a direção do voo seria impossível ser mantida, a não ser que o equipamento seja composto por um sistema NOTAR (a aeronave usa o sistema anti-torque NOTAR, sem rotor de cauda, que substitui o rotor de cauda tradicional por um fan embutido entre a fuselagem e a cauda do helicóptero, aspirando e empurrando o ar ambiente através da cauda para executar o controle anti-torque e direcional). O rotor de cauda trabalha para manter a proa tem a finalidade anular o torque, criando uma sustentação que vai opor-se a tendência da fuselagem girar no sentido contrário, produzindo o controle em torno de seu eixo vertical (guinada). Tal fato consome de 8 a 10% da potência no vôo pairado e 3 a 4% no voo com deslocamento, pois o vento relativo ajuda a manter a proa, necessitando de menor potência e menor ângulo de ataque para o rotor de cauda. Nos helicópteros com mais de um rotor principal esta tendência é anulada pela inversão de rotação dos rotores principais. Para controle das variações de passo utiliza-se o pedal, dependendo do sentido de rotação do rotor principal.

 O fator área atrás do CG maior do que à frente (quilha) está presente com maior atuação numa auto rotação, pois o CG se localiza num ponto do rotor principal, sendo assim toda parte “atrás do CG”, empenagem e cone de cauda serão guiados à posição inicial devido ao vento relativo que incide sobre as superfícies (área plana equivalente), no caso de uma guinada. No entanto o helicóptero será estáticamente e dinâmicamente estável direcionalmente, ou seja, em seus movimentos em torno do eixo vertical, mas a estabilidade, tanto a vertical como longitudinal e lateral, são difíceis ser conseguida de forma satisfatória (dinâmica e estática positiva) nos projetos e desenvolvimento dessas aeronaves, com excessão de alguns helicópteros de maior porte. A incidência do vento relativo tende a mudar nas superfícies aerodinâmicas e fuselagem, devido ao fluxo de ar jogado para baixo pelo rotor principal, diferente do avião que pode ser totalmente estável.

Rolamento Dinâmico

Há situações em que a tripulação pode perder controle da situação, se não tiver uma boa percepção de alguma anormalidade que eventualmente venha a ocorrer. O rolamento dinâmico se enquadra dentro dessas condições anormais de operação e requer atenção dobrada durante o pouso, pois uma execução errônea do piloto na aterragem poderá levar o helicóptero ao fenômeno de rolamento, excedendo o ângulo crítico de rolamento dinâmico e estático.

 A tendência das aeronaves em retornar a posição inicial sendo equilíbrio estático positivo, faz com que o CG acompanhe o movimento, ficando sobre o ponto de rolamento. Se o corpo for demasiadamente inclinado, ele tenderá a se afastar cada vez mais da posição inicial, irá cair. Se for diminuído, o corpo retorna.

Passando do limite entre 30 e 35 graus, cujo ângulo de rolamento estático se encontra. O CG numa situação adversa irá para o ponto de rolamento, fazendo com que o peso aumente a inclinação.  Derivando da velocidade de rotação, do peso bruto e do empuxo do rotor, o ângulo de rolamento dinâmico é excedido em torno de +-7º.

 No ângulo de inclinação máxima do rotor principal, a situação se torna irreversível, pois o lado inclinado terá velocidade angular, ou seja, o empuxo “vetorado” combinado com a trajetória da componente peso e o momento de inércia (atuação do batente do cíclico será nula) poderá efetuar a capotagem como consequência nos helicópteros.

 Ao entrarmos numa condição de visibilidade restrita para pouso, como tempestade de areia. Nesse caso há uma grande chance tocar o solo com apenas um esqui ou trem de pouso teremos um novo eixo em relação a essa única superfície. Se o empuxo da aeronave estiver acelerado a sustentação será para o lado em que o cíclico estiver direcionado. Para corrigir a tendência o piloto deverá abaixar o coletivo de maneira rápida para que o vetor peso possa se sobressair assim o helicóptero toca o solo de maneira uniforme. Na decolagem de terrenos inclinados (morros), a operação também é cautelosa devido ao fato de que o helicóptero irá sair do solo com apenas um esqui, se nada for feito com o cíclico. Portanto, para evitar o fenômeno, o cíclico deverá ser levado para o lado onde está o ponto mais elevado do relevo.



Foi desenvolvido por engenheiros da Augusta Westland um software 3D para que pilotos que operam em condições de visibilidade restrita, como deserto e neve possam executar com mais precisão. “As imagens são mostradas no display do capacete vão sendo ampliadas, aproximando-as do tamanho real, e também fornecem informações relevantes que permitem que o piloto analise rapidamente a altura, a velocidade e vento”. As informações enviadas ao piloto acabam substituindo a visão real do solo quando este está coberto pela areia ou pela poeira.