Porque seu velocímetro mente ou no mínimo não te dá a verdadeira indicação



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Encontro15.02.2019
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CAUSAS DE STRESS

Porque seu velocímetro mente ou no mínimo não te dá a verdadeira indicação.


Por: KEN SCOTH

Traduzido por: JC








Construir um avião experimental com um sócio que é um engenheiro aeronáutico é bom demais porque estamos sempre aprendendo. Dessa vez foi uma simples frase jogada ao acaso enquanto eu arrebitava a asa. O trabalho de cravar os rebites é tão familiar para mim que as mãos fazem sozinhas permitindo a mente considerar várias coisas diferentes.

“Claro”, disse o engenheiro enquanto conversávamos sobre o potencial de nosso futuro avião, “VNE é uma velocidade verdadeira e não uma velocidade indicada.” “Certo”, disse eu. Então, duas frases a mais e minha mente se enrolou. “Espere um pouco. Você quer dizer que a linha vermelha no velocímetro não é meu limite real de velocidade?”

“Bem, é mas somente no nível do mar e com temperatura de 15°C”, ele disse. “A velocidade indicada da VNE diminui com a altitude.” E completou: “Eu imaginava que todo mundo sabia disso”.

Sou piloto há 25 anos e eu não sabia disso. Questionei vários outros amigos e eles também não sabiam. Como um avião pode exceder a VNE se a velocidade está no arco verde e bem abaixo da linha vermelha. Está na hora de procurar por mais conhecimento.

É possível, disse o engenheiro, devido ao fato do indicador de velocidade ser um instrumento que mente. Embora com esse nome o indicador de velocidade não mede velocidade, até mesmo a escala lida em knots, mph, mente. O que esse instrumento mede é a pressão dinâmica criada pelo impacto das moléculas de ar dentro do tubo de pitot, pressão essa que damos o nome de “q”. Quanto mais rápido o avião voa em uma dada altitude mais pressão temos dentro do tubo. Mas em altitudes maiores existem menos moléculas de ar e, portanto menor pressão dinâmica, assim a agulha do velocímetro mostra uma velocidade menor que a real. É por esse motivo que a velocidade verdadeira do avião é maior que a indicada em qualquer altitude acima do nível do mar.

Agora, vários limites de velocidade são mostrados no indicador, tais como: velocidade de stol (limite inferior do arco verde), velocidade de manobra (marca azul). Todas são funções de “q”, assim essas podem ser lidas diretamente do mostrador. Nesses casos o instrumento é verdadeiro.

O instrumento não é verdadeiro para a leitura muito importante no final do arco amarelo.






Eis o porque: Um dos parâmetros que o projetista tem que considerar quando calcula a VNE é o “Flutter”. Flutter é uma palavra muito temida. Podemos associá-la a com bandeiras tremulando ao vento, borboletas voando e lenços de seda balançando. No caso da aviação é um efeito devastador.

Flutter é uma vibração que ocorre quando uma superfície se deforma devido a um esforço. A deformação reduz o esforço, absorvendo-o. Com a redução do esforço a deformação é reduzida, retornando a forma original que faz com que o esforço volte também ao original e o ciclo recomeça mais outra vez. Se essa estrutura é levemente elástica (os pequenos aviões tem estruturas bem elásticas), a deformação se desfaz tão rapidamente que ultrapassa a forma original e causa uma nova força aerodinâmica na direção oposta a original.

E aqui temos um ponto muito importante: Flutter não inicia pelo esforço criado pela passagem do ar sobre a superfície, mas pela velocidade do ar passando por ali. Em outras palavras, TAS (true air speed) a velocidade verdadeira do ar, é o que realmente nos interessa e não a velocidade indicada no velocímetro.

Uma vez iniciado o flutter, a amplitude pode rapidamente se tornar tão grande que a estrutura se desintegrará literalmente. Se espalhando em vários pedaços. Muitos de nós já vimos o filme da ponte de Tacoma nos EUA. Construída antes de haver o entendimento total do fenômeno da ressonância, essa estrutura poderia suportar os esforços de um furacão. Mas em um exato momento a velocidade do vento passou a ser os exatos 42 mph que combinava com a freqüência natural da ponte. Ela começou a ondular com a amplitude da ondulação aumentando até que atingiu o limite de elasticidade dos materiais envolvidos e a estrutura toda se rompeu. Até existem milhares de toneladas de material no leito do braço de mar de Tacoma, em frente ao aeroporto

Voltemos ao caso.

Consideremos um avião voando em ar calmo na velocidade de cruzeiro. Se s estrutura do avião é perturbada levemente (tal como uma turbulência), o avião irá oscilar. Normalmente a amplitude diminui até que a oscilação pare por ela mesma. Essa resposta dinamicamente estável ocorre devido ao amortecimento criado pela estrutura do avião e pelo ar em volta dele. Se a velocidade é aumentada haverá um valor em particular no qual essa amplitude de oscilação permanece constante. Nem aumenta e nem diminui. Essa velocidade é definida como Velocidade crítica de Flutter, ou mais comumente: velocidade de flutter.



Quando o flutter ocorre em um avião não é um fenômeno lento como na ponte de Tacoma-EUA, o flutter causa uma falha destrutiva tão rapidamente que mais parece uma explosão ao invés vibração. Não há aviso e nem tempo para reagir. Tipicamente as superfícies de controle oscilam até a destruição. Imagine ficar sem um profundor em pleno vôo. Catastrófico.

É possível exceder a velocidade crítica de flutter sem haver o fenômeno desde que não haja qualquer distúrbio na estrutura do avião. Porém se na velocidade de flutter houver uma turbulência a estrutura do avião começará a oscilar em resposta ao esforço gerado pela turbulência e pelo esforço gerado pela passagem do ar. Esse fenômeno não é uma ressonância típica onde aumentando ou diminuindo a velocidade colocamos a estrutura do avião longe do perigo da vibração. Acelerando colocamos mais energia no sistema avião e ar. Somente reduzindo a velocidade podemos diminuir o efeito.

Mais potência não é sempre boa coisa.

No mundo dos aviões experimentais os construtores são livres para escolher o motor que quiserem. Muitos usam o conceito de quanto mais potência melhor. Eles se sentem seguros com mais potência, mais velocidade e mais altitude. Sabendo que estão dentro do limite uma vez lendo o velocímetro abaixo da VNE. Na verdade podem estar eliminando a margem de segurança quanto ao flutter.

Vejamos o exemplo de um RV-10, da VANS. Foi projetado para um motor de 260 HP, no máximo. Como todos os motores aspirados, somente terão essa potência ao nível do mar e diminui com a altitude. Agora, consideremos que seja instalado um motor turbo que possa manter essa potência em altitudes maiores. Quase sempre os motores turbo são projetados para manter a potência com o aumento da altitude. (Um turbo usa a energia dos gases de escape para girar um compressor que injeta ar dentro dos cilindros em uma pressão maior que a atmosférica. Mais ar significa a habilidade de queimar mais combustível resultando em mais potência).

Assim o piloto tem o melhor dos dois mundos: um arrasto menor devido a atmosfera rarefeita e a mesma potência do motor ao nível do mar. A idéia de manter a potência em altas altitudes é muito apelativa. Com o ganho na velocidade verdadeira inerente a altas altitudes mais a potência adicional é possível chegar mais rápido a todos os lugares.

A VANS especifica que a VNE do RV-10 é 230 mph ou 200 Kt. As análises feitas pela VANS para flutter são bastante conservativas, mas não o suficiente para permitir velocidades verdadeiras que são possíveis de se atingir com um motor turbo de 260 hp que desenvolve essa potência em altas altitudes, por exemplo: 20.000 pés. O piloto com certeza excederá esse limite. Outro exemplo é o planador SINUS da Pipistrel. Nele existe uma tabela correlacionando a VNE com a altitude de densidade. A VNE ao nível do mar é 122 kt e a 10.000 pés é 105 kt.

Como podemos ver na tabelas a margem de segurança quanto a flutter diminui com a altitude e realmente vai a margem negativa em alguns casos. Margem de segurança negativa não é considerável aceitável. Os pilotos como seres superiores que são devem usar seu intelecto para não se preocuparem com esse aspecto sabendo que quando baterem no chão sofrerá os mesmos impactos que todos outros não pilotos. Se desejarem altas velocidades e altas altitudes deverão ter certeza de estarem usando o avião correto para essas missões.






Aracaju, 06 de maio de 07







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