UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA DJEAN ARAUJO COELHO
ASPECTOS DA MANOBRA DE AUTORROTAÇÃO
Palhoça 2019
DJEAN ARAUJO COELHO
ASPECTOS DA MANOBRA DE AUTORROTAÇÃO
Monografia apresentada ao Curso de graduação em Ciências Aeronáuticas, da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel.
Orientador: Prof. Cleo Marcus Garcia
Palhoça 2019
DJEAN ARAUJO COELHO
ASPECTOS DA MANOBRA DE AUTORROTAÇÃO
Esta monografia foi julgada adequada à obtenção do título de Bacharel em Ciências Aeronáuticas e aprovada em sua forma final pelo Curso de Ciências Aeronáuticas, da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Palhoça, 17 de setembro de 2019
__________________________________________ Orientador: Prof. Cleo Marcus Garcia
__________________________________________ Prof.Esp. Antônio Carlos Vieira de Campos
Dedico este trabalho à minha família, em especial aos meus pais, irmãs e a minha esposa, que sempre estiveram me apoiando incondicionalmente. Ao Prof. Cleo Marcus Garcia pelo apoio, dedicação e compreensão e a toda equipe docente do curso de Ciências Aeronáuticas.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus, por ter me concedido saúde, força e disposição, para concluir a minha faculdade. À instituição Unisul (Universidade do Sul de Santa Catarina), e todo corpo docente. Agradeço aos meus avôs (in memorian), por terem me ensinado os valores que carrego comigo em todos os momentos.
"Uma vez que você tenha experimentado voar, você andará pela terra com seus olhos voltados para céu, pois lá você esteve e para lá você desejará voltar." - Leonardo da Vinci
RESUMO
O objetivo central deste trabalho é demonstrar as principais falhas no treinamento da manobra de autorrotação, e propor as respectivas correções. Vale resaltar, que o foco deste trabalho é a prevenção de acidentes conforme a dinâmica de investigação abordada pelo CENIPA (Centro de Investigação e Prevenção e Investigação de Acidentes Aeronáuticos), segundo o item “3.1”, Capítulo 3, do Anexo13 da Convenção de Chicago, “o único objetivo da investigação de acidente será o da prevenção de futuros acidentes” e “o propósito dessa atividade não é determinar culpa ou responsabilidade”. Esta pesquisa se caracteriza como explicativa, já que identifica as falhas de treinamento da manobra de autorrotação, que colaboram para acidentes envolvendo helicópteros. Segundo Gil (2008), a pesquisa explicativa tem como preocupação central identificar os fatores que determinam ou contribuem para a ocorrência dos fenômenos. Este tipo de pesquisa explica o porquê das coisas através de resultados oferecidos. Para o desenvolvimento deste trabalho, foi utilizado o procedimento biográfico com coleta documental. O levantamento estatístico realizado pelo CENIPA através do sumário estatístico analisa o período de 2008 e 2017 e está dividido nas respectivas categorias de operação, neste trabalho, será utilizado como parâmetro o sumário estatístico de helicópteros. Analisando os acidentes envolvendo helicópteros, verificou-se que a falha do motor em voo está entre as principais causas de acidentes. Além disso, grande parte destes acidentes ocorreu durante a fase de treinamento, o que viabilizou este trabalho. O processo de identificação das falhas no treinamento da manobra de autorrotação se deu através da consulta de relatórios finais publicados pelo CENIPA, ao qual três destes relatórios, estão presentes neste trabalho, e são descritos através do estudo de caso. Este trabalho, também aborda a descrição da manobra de autorrotação e seus respectivos aspectos aerodinâmicos.
ABSTRACT
The main objective of this work is to demonstrate as main failures in the training of the self-rotation maneuver and proportions as corresponding corrections. It is noteworthy that it focuses on this work and threat of accidents as investigated by CENIPA (Center for Investigation and Prevention and Investigation of Aeronautical Accidents), according to item “3.1”, Chapter 3, Annex 13 of the Chicago Convention, “The sole purpose of accident investigation will be the threat of future accidents”and“the purpose of this activity is not to determine fault or liability”. This research is characterized as explanatory, as it identifies the training failures of the self-rotating maneuver, which contribute to accidents involving helicopters. According to Gil (2008), the explanatory research has as its central concern to identify the factors that determine or contribute to the occurrence of the phenomena. This type of research explains why things are through results offered. For the development of this work, the biographical procedure with documentary collection was used. The statistical survey conducted by CENIPA through the statistical summary analyzing the period 2008 and 2017 is divided into the respective categories of operation. In this work, the statistical summary of helicopters will be used as a parameter. Analyzing accidents involving helicopters, it was found that engine failure in flight is among the main causes of accidents. In addition, large parts of these accidents occurred during the training phase, which made this work possible. The process of identifying the failures in the training of the self-rotation maneuver occurred through the consultation of final reports published by CENIPA, to which three of these reports are present in this work, and are described through the case study. This paper also addresses the description of the self-rotation maneuver and its respective aerodynamic aspects.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Perfil do Aerofólio ... 16
Figura 2 –Variação da Velocidade do Ar Sobre as Superfícieis Superior e Inferior de Um Aerofólio ... 16
Figura 3 – Sentido do Fluxo de Ar em Voo com Potência ... 17
Figura 4 – Sentido do Fluxo de Ar em Voo sem Potência ... 17
Figura 5 – PP-CGO, Após Colisão com o Solo ... 21
Figura 6 – Dinâmica do Acidente Envolvendo o PP-CGO ... 22
Figura 7 – Dinâmica do Acidente Envolvendo o PP-CGO ... 22
Figura 8 – O PT-HZE em um Talune Adjacente à Cabeceira 9 ... 24
Figura 9 – Destroços da Aeronave PR-DYD ... 25
LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 – Acidentes Aeronáuticos Entre 2008 a 2017 Envolvendo Helicópteros ... ....9
Gráfico 2 – Acidentes Aeronáuticos por Tipo de Ocorrência Entre 2008 a 2017 Envolvendo Helicópteros ... 10
Gráfico 3 – Percentual de Acidentes Aeronáuticos por Seguimento Entre 2008 a 2017 ... 11
Gráfico 4 – Diagrama de Altura e Velocidade Robson 22 ... 19
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
R.p.m Rotações Por minuto
LISTA DE SIGLAS
ANAC Agência Nacional de Aviação Civil
CENIPA Centro de Investigação e Prevenção e Investigação de Acidentes Aeronáuticos. SIPAER Sistema de Investigação e Prevenção de Acidentes Aeronáuticos.
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 7 1.1 PROBLEMA DA PESQUISA ... 7 1.2 OBJETIVOS ... 8 1.2.1 Objetivo Geral ... 8 1.2.2 Objetivos específicos ... 8 1.3 JUSTIFICATIVA ... 8 1.4 METODOLOGIA ... 11 1.5 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ... 12
2 PRINCIPAIS FALHAS QUE OCORREM DURANTE O TREINAMENTO DA MANOBRA DE AUTORROTAÇÃO ... 13
2.1 A AUTORROTAÇÃO ... 14
2.2 ASPECTOS AERODINÂMICOS DA AUTORROTAÇÃO ... 15
2.3 OS ROTORES ... 18
2.4 DIAGRAMA DE ALTURA E VELOCIDADE ... 18
3ESTUDO DE CASO ... 21
4CORREÇÕES PARA OS ERROS DE TREINAMENTO IDENTIFICADOS NESTE TRABALHO ... 27
5SEGURANÇA OPERACIONAL NO QUE SE REFERE À OPERAÇÃO DE HELICÓPTEROS ... 29
6CONCLUSÃO ... 30
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1 INTRODUÇÃO
Ao longo dos anos, as aeronaves tem se tornado mais confiáveis. Quando mantidas em cronogramas adequados de manutenção, as falhas mecânicas se tornam cada vez mais raras. Porém, emergências podem ocorrer, por isso, é necessário que os pilotos desenvolvam a cultura de segurança operacional visando à correta execução dos procedimentos de emergência em caso de uma pane.
No que se refere à operação de helicópteros, diversos tipos de panes podem ocorrer, porém neste trabalho, serão abordados os principais erros de treinamento que envolve a manobra de autorrotação, elemento crucial para o pouso seguro de um helicóptero em caso de falha do motor em voo. A autorrotação pode ser descrita como, o recurso que permite aos helicópteros efetuar um pouso em segurança durante uma falha do motor, utilizando apenas a rotação do rotor. Silva (2013, p.216), define a autorrotação como: “a capacidade que as pás possuem de continuar girando no mesmo sentindo e com a mesma velocidade em caso de falha de potência, deste que estejam no passo mínimo”.
A fundamentação da problemática deste trabalho se deu, através da análise do sumário estatístico produzido pelo Cenipa, que analisa os acidentes envolvendo helicópteros entre os anos de 2008 e 2017. Segundo CENIPA (2017), o sumário estatístico é uma ferramenta que tem por objetivo atender a demanda de informações estatísticas de ocorrências na aviação. Está ferramenta, permite que os usuários tenham conhecimento das ocorrências aeronáuticas da aviação civil brasileira, através do levantamento estatístico e informações das respectivas contribuições para cada ocorrência. Deste modo, é possível realizar estudos avaliando as principais contribuições para as ocorrências que envolvem helicópteros. Além disso, verificou-se que as falhas no treinamento da manobra de autorrotação, não acontecem apenas no Brasil. O manual de voo do helicóptero, documento produzido pela (Federal Aviation Administration), Administração Federal de Aviação, dos Estados Unidos, demonstra as falhas no treinamento da autorrotação em diversas fases de voo. Mediante ao exposto, justificou-se este trabalho.
1.1.PROBLEMA DA PESQUISA
Segundo o CENIPA (2017), através do sumário estatístico produzido entre o período de 2008 e 2017 verificou-se, que a falha do motor está entre as principais causas de acidentes
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com helicópteros. Ainda , segundo este levantamento estatístico , grande parte destes acidentes ocorreu durante a fase de treinamento. Diante do exposto, fica evidenciado a viabilidade e a importância deste trabalho para a segurança da aviação civil. Assim, a problemática central deste estudo estará norteada em responder a seguinte questão, quais são os principais erros de treinamento da manobra de autorrotação?
1.2.OBJETIVOS
1.2.1. Objetivo Geral
Este trabalho tem como objetivo geral, identificar as principais falhas no treinamento da manobra de autorrotação, elemento primordial para diversas situações de panes em helicópteros.
1.2.2. Objetivos Específicos
Analisar as principais falhas que ocorrem durante o treinamento da manobra de autorrotação.
Demonstrar os aspectos aerodinâmicos que envolvem a manobra de autorrotação, no que se refere a conceitos aerodinâmicos.
Propor as devidas correções para os erros de treinamento identificados neste trabalho
Contribuir para melhoria da segurança operacional no que se refere à operação de helicópteros.
1.3 JUSTIFICATIVA
Para a identificação dos erros de treinamento da autorrotação, foi utilizado o método de estudo de caso, através da análise dos relatórios finais de acidentes aéreos envolvendo helicópteros publicados pelo CENIPA (Centro de Prevenção e Investigação de Acidentes Aeronáuticos).
Esta pesquisa se caracteriza como explicativa, já que identifica as falhas de treinamento da manobra de autorrotação que colaboram para acidentes envolvendo
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helicópteros. Segundo Gil (2008), a pesquisa explicativa tem como preocupação central identificar os fatores que determinam ou contribuem para a ocorrência dos fenômenos. Este tipo de pesquisa explica o porquê das coisas através de resultados oferecidos. Para o desenvolvimento deste trabalho, foi utilizado o procedimento biográfico com coleta documental.
O levantamento estatístico realizado pelo CENIPA através do sumário estatístico tem como parâmetro de análise o período de 2008 e 2017, e está dividido nas respectivas categorias de operação, sumário estatístico de helicópteros, sumário estatístico da aviação particular, sumário estatístico da aviação de instrução, sumário estatístico aeródromos, sumário estatístico de aviões e sumário estatístico da aviação agrícola. Neste trabalho, será abordado o sumário estatístico de helicópteros.
Segundo o sumário estatístico de helicópteros, entre o ano de 2008 e 2017 ocorreram 206 acidentes envolvendo helicópteros.
Gráfico 1 – Acidentes aeronáuticos entre 2008 e 2017 envolvendo helicópteros.
Fonte: < FORÇA AÉREA BRASILEIRA, sumário estatístico http://www2.fab.mil.br/cenipa/index.php/estatisticas > Acessado em: 06 jun.2019.
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Gráfico 2 – Acidentes aeronáuticos por tipo de ocorrência entre 2008 a 2017 envolvendo helicópteros.
Fonte: < FORÇA AÉREA BRASILEIRA, sumário estatístico http://www2.fab.mil.br/cenipa/index.php/estatisticas > Acessado em: 06 jun.2019.
Ainda segundo este levantamento estatístico produzido pelo CENIPA, dos 206 acidentes ocorridos entre 2008 e 2017, agora caracterizados por tipo de ocorrência (Gráfico 2), e assim determinando seus respectivos percentuais temos; 33.01 % (Perda de Controle em Voo), 13.11% (Colisão com Obstáculo Durante a Decolagem), 11.65% (Falha do Motor em Voo), 6.31% (Perda de Controle no Solo), 5.34% Outros, 4.37% (Indeterminado), 3.88% (Voo Controlado contra o Terreno), 3.88% (Falha ou Mau Funcionamento de Sistema), 2.91% (Pouso Brusco), 15.53% (Outros). A falha do motor em voo é a terceira maior causa de acidentes envolvendo helicópteros, tal falha, está diretamente relacionada com a autorrotação. Seguindo a análise, pode-se verificar que dos 206 acidentes envolvendo helicópteros entre 2008 e 2017, agora caracterizados pelo segmento da aviação, 22,3% dos acidentes ocorreram durante o processo de instrução, o que evidencia a necessidade de se avaliar os procedimentos e erros cometidos durante o treinamento da manobra de autorrotação.
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Gráfico 3 – Percentual de acidentes aeronáuticos por seguimento, entre 2008 a 2017.
Fonte: < FORÇA AÉREA BRASILEIRA, sumário estatístico http://www2.fab.mil.br/cenipa/index.php/estatisticas > Acessado em: 06 jun.2019.
Os dados expostos demonstram a necessidade de se investigar e avaliar as lagunas que envolvem o treinamento de autorrotação, identificando os principais erros de treinamento e assim colaborando para a segurança na operação de helicópteros.
Para a análise das lacunas envolvendo o treinamento da manobra de autorrotação, é necessário primeiramente que se descreva a manobra, e seus respectivos aspectos aerodinâmicos, leis da física, e o tão conhecido diagrama de altura e velocidade (Curva do homem morto).
1.4.METODOLOGIA
Para o desenvolvimento deste trabalho, foi utilizado o procedimento biográfico com coleta documental, através de pesquisas na internet e leitura de livros.
Esta pesquisa se caracteriza como explicativa, já que identifica as falhas de treinamento da manobra de autorrotação que colaboram para acidentes envolvendo helicópteros. Segundo Gil (2008), a pesquisa explicativa tem como preocupação central
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identificar os fatores que determinam ou contribuem para a ocorrência dos fenômenos. Este tipo de pesquisa explica o porquê das coisas através de resultados oferecidos.
Para a identificação dos erros de treinamento da autorrotação, foi utilizado o método de estudo de caso, através da análise dos relatórios finais de acidentes envolvendo helicópteros publicados pelo CENIPA (Centro de Prevenção e Investigação de Acidentes Aeronáuticos).
1.5.ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
Este trabalho está dividido em 6 capítulos. O primeiro capítulo traz à apresentação deste trabalho, sua contextualização, a fundamentação da problemática da pesquisa, objetivo geral, objetivos específicos e sua justificativa.
O segundo capítulo expõe a problemática deste trabalho, identificando as falhas no treinamento da autorrotação, descrição da manobra, descrição dos aspectos aerodinâmicos da autorrotação, análise dos rotores quanto a sua inércia e a analise do diagrama de altura e velocidade (curva do homem morto).
O terceiro capítulo aborda o estudo de caso, através de três acidentes, descritos a partir de relatórios finais publicados pelo CENIPA.
O quarto capítulo, propõe as devidas correções para os erros de treinamento da manobra de autorrotação, identificados neste trabalho.
O quinto capítulo aborda os aspectos da segurança operacional no que se refere à operação de helicópteros.
Por fim, o sexto capítulo, traz as conclusões finais e os resultados obtidos por este trabalho, evidenciando a sua importância e relevância.
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2 PRINCIPAIS FALHAS QUE OCORREM DURANTE O TREINAMENTO DA MANOBRA DE AUTORROTAÇÃO.
O treinamento de qualquer emergência tem como finalidade minimizar as consequências da falha, tendo como principal objetivo a preservação da integridade física de cada ocupante da aeronave sequencialmente a reutilização da mesma. Por isso, é importante ressaltar que o treinamento não pode ser uma fonte de acidentes, ele é a ferramenta que proporciona a proteção contra uma eventual falha.
A FAA (Federal Aviation Administration), Administração Federal de Aviação, dos Estados Unidos, salienta através do manual de voo de helicóptero capítulo 11, Faa (2013, p 4) que os principais erros durante a autorrotação são:
Não compreender a importância de uma imediata entrada em autorrotação durante a falha do motor.
Deixar de usar pedal antitorque suficiente quando a energia é reduzida. Abaixar o nariz muito abruptamente quando, colocando o helicóptero em um
mergulho.
Deixar de manter a rotação correta do rotor durante a descida.
Aplicação de comando coletivo de forma excessiva, resultando em um pouso Forçado, perda do controle de controle, e possíveis danos ao rotor de cauda e rotor principal.
Deixar de nivelar o helicóptero ou alcançar a altitude preferencial para o pouso segundo a determinação do fabricante.
Falha em manter o alinhamento entre o trem de pouso e a pista durante o pouso. Falha em minimizar ou eliminar o movimento lateral durante o pouso.
Falha em arremeter, se a aeronave estiver fora dos limites e critérios seguros para a autorrotação.
No Brasil, foi possível identificar vários erros de treinamento da manobra de autorrotação através da análise de relatórios finais de acidentes envolvendo helicópteros publicados pelo CENIPA. Geralmente os pilotos enxergam a manobra de autorrotação como um todo. Porém é de extrema importância que se avalie cada etapa desta manobra. Segundo Saunders (1985), a autorrotação é composta por três fases, a entrada, o arredondamento (flare) e o toque no solo.
Segundo Koeller (2014), investigador sênior do CENIPA, os principais erros de treinamento da autorrotação, são:
a) Erro durante a Entrada: O primeiro erro que ocorre durante o treinamento da autorrotação está na preparação para a entrada da manobra. Os instrutores de voo muitas vezes, pedem ao aluno que ajuste a velocidade do helicóptero antes de se
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iniciar a autorrotação. Na aeronave Robson 22, por exemplo, a velocidade de autorrotação é de 65kt, o helicóptero durante um voo de cruzeiro, está entre 70kt e 75kt de velocidade, o instrutor solicita ao aluno que reduza sua velocidade para 65kt, a fim de iniciar a autorrotação. Assim, quando o aluno inicia a simulação da autorrotação , o helicóptero já está configurado na velocidade correta para a manobra. É de grande importância, que o aluno aprenda a configurar o helicóptero corretamente para a autorrotação. O processo de reduzir a velocidade de cruzeiro para a velocidade de autorrotação é fundamental para que se inicie a manobra corretamente. O aluno precisa ser condicionado que após a percepção da falha do motor, ele deve imediatamente abaixar o coletivo e configurar o helicóptero para a velocidade de autorrotação.
b) Erro durante a descida: O segundo erro ocorre durante a descida. É importante que o piloto mantenha a velocidade constante durante a descida. Muitos pilotos de helicóptero tem a tendência de perder velocidade durante a descida.
c) Erro durante o flare ou arredondamento: O terceiro erro está na fase final da manobra. Os pilotos geralmente executam um flare agressivo seguido de uma arremetida, o que impede que o piloto tenha a real percepção de que a manobra de autorrotação termina no pouso e não na arremetida.
Os erros descritos acima contribuem para que o treinamento seja deficiente e consequentemente ocorram acidentes. O aluno deve ser condicionado à percepção imediata da falha do motor, entrando imediatamente em autorrotação, fazendo a correta conversão da velocidade de cruzeiro para a velocidade de autorrotação. É importante que se mantenha os parâmetros constantes durante a descida, evitando a variação da Rpm e velocidade, executando um flare da maneira mais suave possível, convertendo este, em um pouso direto ou corrido.
2.1 A AUTORROTAÇÃO
A autorrotação é o recurso que permite aos helicópteros efetuar um pouso em segurança durante uma falha do motor utilizando apenas a rotação do rotor. Este procedimento é possível devido ao mecanismo conhecido como roda livre.
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O mecanismo de roda livre funciona de forma semelhante a uma corrente de bicicleta, mesmo que o pedal da bicicleta não seja acionado suas rodas continuam girando. Esse sistema desacopla o rotor do motor do helicóptero permitindo que o rotor continue girando mesmo com a parada total do motor. Nessa condição de voo, não ocorre o fornecimento de potência oriunda do motor, e o rotor principal mantém o giro apenas utilizando o vento relativo.
Silva (2013, p.216), define a autorrotação como: “a capacidade que as pás possuem de continuar girando no mesmo sentindo e com a mesma velocidade em caso de falha de potência, deste que estejam no passo mínimo”. Durante uma autorrotação, o helicóptero basicamente utiliza duas formas de energia para se manter em planeio de forma segura. A primeira é a energia potencial que é a altitude do helicóptero em relação ao solo. A energia potencial gravitacional pode ser definida como a energia armazenada em um corpo. Uma esfera no alto de uma montanha possui energia gravitacional, pois se ela for empurrada, irá rolar por influência da aceleração da gravidade. A segunda forma de energia é a energia cinética, que pode ser definida como a capacidade de um corpo realizar trabalho devido ao seu movimento. Assim, um helicóptero em altitude, pode transformar a energia potencial (altitude) em energia cinética (rotação), efetuando um pouso seguro em caso de uma falha do motor em voo.
O piloto, percebendo a pane do motor, deve imediatamente abaixar o coletivo e iniciar a autorrotação, mantendo os parâmetros de velocidade e Rpm estabelecidos pelo fabricante do helicóptero conforme descrito em seu respectivo manual de operação.
2.2 ASPECTOS AERODINÂMICOS DA AUTORROTAÇÃO
A força principal que envolve o voo de uma aeronave é a sustentação, seja um avião ou helicóptero. A sustentação é obtida através do deslocamento de um aerofólio no ar.
O aerofólio é uma superfície aerodinâmica que ao se deslocar no ar atmosférico, produz reações e consequentemente produz sustentação possibilitando o voo de uma aeronave.
O avião e o helicóptero utilizam o diferencial de pressão através do aerofólio para gerar sustentação. A superfície aerodinâmica (aerofólio), em deslocamento no ar atmosférico provoca um escoamento de ar, quando o vento relativo atinge o aerofólio o escoamento de ar se divide em duas partes , a parte que está acima do aerofólio tem maior velocidade e menor pressão. Já a parte que escoa por baixo do aerofólio, tem menor velocidade e maior pressão,
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esse diferencial de pressão em relação à parte superior e inferior do aerofólio gera a sustentação. Este princípio é explicado através do teorema de Bernoulli em sua obra Hidrodinâmica (1738).
Figura 1 – Perfil do aerofólio
Fonte: Estude aviação, 2011.
O cientista Daniel Bernoulli, valeu-se de um tubo de Venturi para demonstrar o escoamento de um fluído. Basicamente a teoria de Bernoulli conclui que, quando um fluído está em escoamento em determinado tubo, sua massa e velocidade são exatamente iguais. Porém, ao adicionar um estreitamento neste tubo, o fluído precisará ser acelerado para compensar o estreitamento e assim manter a continuidade no escoamento. Partindo deste princípio, Bernoulli desenvolveu o princípio de conservação de energia e observou o diferencial de pressão. Princípio básico para o voo de aeronaves.
O avião obtém a sustentação por diferencial de pressão através de seu deslocamento (velocidade), já o helicóptero, obtém a sustentação por diferencial de pressão através do movimento rotacional de suas pás.
Figura 2 – Variação da velocidade do ar sobre as superfícies superior e inferior de um aerofólio
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Todas as aeronaves que tem sustentação por diferencial de pressão sofrem um efeito conhecido como Down Whash. Através do aerofólio é gerada a sustentação, após o fluxo de ar passar pelo aerofólio, existe uma tendência do ar permanecer em fluxo descendente. Este fenômeno ocorre em qualquer aerofólio. Então, o Down Whash pode ser definido como, a tendência do ar assumir um movimento descendente após passar pelo aerofólio.
Durante o voo de um helicóptero com potência, o fluxo de ar após passar pelo rotor tem sentindo descendente, porém durante a autorrotação, este fluxo de ar assume o sentido ascendente, gerando o fenômeno conhecido como Up Whash. Após o helicóptero passar pelo fluxo de ar o ascendente (Up Whash), o fluxo volta a ser descendente e por tanto permanece o Down Whash.
Figura 3 – Sentido do fluxo de ar em voo com potência
Fonte: Hypesciencie, 2016.
Figura 4 – Sentido do fluxo de ar em voo sem potência
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2.3 OS ROTORES
O sucesso de um pouso em autorrotação depende exclusivamente da manutenção de alguns parâmetros como, boa altitude, velocidade à frente e o mais importante, boa taxa de Rpm (rotações por minuto). Segundo Saunders (1985), “à razão da queda da rotação é diretamente proporcional ao torque aplicado e inversamente proporcional ao momento inércia do rotor”. O momento inércia também conhecido como inércia rotacional, pode ser definido como a força ou esforço requerido para se colocar ou manter um corpo em rotação. O momento inércia de um corpo está relacionado à sua massa (peso), por isso rotores de grandes helicópteros como o modelo AW119 Koala fabricado pela Agusta Westland, perdem Rpm de forma mais lenta. Porém após a perda, é mais difícil à recuperação da Rpm. Isso ocorre porque helicópteros de grande porte possuem o sistema de rotor de alta inércia. Já os helicópteros de pequeno porte, como o Robson 22 fabricado pela Robinson Helicopter Company, possuem sistema de rotores de baixa inércia e como consequência perdem Rpm com mais velocidade, porém a recuperação da Rpm, ocorre de forma mais fácil. Por isso é de suma importância, que o piloto conheça as características da aeronave que está operando, quanto às questões aerodinâmicas e características dos rotores. Essas informações podem ser encontradas nos respectivos manuais de operação de cada aeronave.
2.4 DIAGRAMA DE ALTURA E VELOCIDADE
Todo helicóptero possui um gráfico determinado por seu fabricante através de voos de ensaio, conhecido entre os pilotos como “curva do homem morto”, porém, o termo técnico utilizado é diagrama de altura e velocidade. Basicamente o fabricante do helicóptero determina que a aeronave operando em uma condição que se encontre dentro da aérea sombreada do gráfico, não há garantia de um pouso seguro durante uma autorrotação em caso de uma falha do motor.
Este gráfico tem o objetivo, demonstrar aos pilotos as condições mínimas seguras de voo, para um flare (arredondamento) seguido de um pouso durante uma autorrotação. O diagrama de altura e velocidade estabelece a relação entre altura e velocidade, demonstrando os limites das áreas aonde o helicóptero pode operar de forma segura, conforme estabelecido pelo fabricante.
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Gráfico 4 – Diagrama de altura e velocidade Robson 22.
Fonte: Robinson helicopter company, 2019.
Se o piloto estiver operando dentro da área sombreada com altura ou velocidade insuficiente, este não conseguirá realizar uma autorrotação em caso de pane do motor. Por isso, é importante que o piloto conheça o diagrama de altura e velocidade da aeronave que esteja operando.
Durante uma decolagem ou pouso é necessário que o piloto efetue a manobra de forma gradativa mantendo uma boa relação de altura e velocidade. Para isso, o gráfico demonstra o perfil ideal para se realizar a decolagem (Gráfico5).
Analisando o diagrama de altura e velocidade da aeronave Robson 22 conforme seu manual operacional, segundo o R22 Pilot’s Operating Handbook (2012), verifica-se que a área mínima para a operação segura do helicóptero R22 é de 500ft de altitude e 60kt de velocidade, para que se possa realizar uma autorrotação em caso de falha do motor. No gráfico 5, destaca-se em vermelho , o perfil ideal de decolagem que orienta ao piloto, a permanecer abaixo de 10ft de altitude até atingir uma velocidade entre 40kt e 50kt, para só então começar a subir. Se o piloto, permanecer abaixo de 10ft de altitude, com velocidade superior a 50kt, ele não terá tempo suficiente para executar uma autorrotação seguida de um flare (arredondamento) antes de colidir como chão.
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Gráfico 5 – Diagrama de altura e velocidade Robson 22, decolagem Ideal.
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3 ESTUDO DE CASO
Com o propósito de demonstrar situações envolvendo falhas no treinamento da manobra de autorrotação, serão abordados três acidentes seguidos de suas respectivas análises conforme os relatórios finais publicados pelo CENIPA.
O primeiro acidente envolve uma aeronave matrícula PP-CGO, modelo Agusta AW119 MKII, que era operada pela Unidade Aérea da Policia Civil do estado de Goiás.
Figura 5 – PP-CGO, Aeronave após a colisão com o solo
Fonte: Cenipa, 2013.
A dinâmica do acidente segundo o CENIPA (2013) ocorreu descreve que a aeronave matrícula PP-CGO, modelo Agusta AW119 MKII, encontrava-se em voo de cruzeiro a aproximadamente 1.000ft de altitude, as cidades de Doverlândia e Piranhas, ambas no estado de Goiás. Durante o voo, o helicóptero apresentou uma falha do motor.
Ainda segundo o CENIPA (2013), a lentidão do piloto em comando, quanto à percepção da falha do motor e imediatamente iniciar a manobra de autorrotação, associada ao torque aplicado no rotor, ao fato de que a aeronave operava próximo do peso máximo, e ao baixo momento de inércia proporcionado pelas pás de compósito do AW119 MKII Koala, acarretaram em uma rápida queda de RPM do rotor principal. Como consequência, a ação combinada da perda de força centrífuga de sustentação e do peso do helicóptero sobre o disco do rotor principal ocasionou o enflechamento das pás para cima (Efeito Cone).
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Como consequência do enflechamento das pás para cima, ocorreu à falha estática da pá do rotor principal e sua ruptura.
Figura 6 – Dinâmica do acidente, envolvendo o PP-CGO
Fonte: Cenipa, 2013.
Segundo o CENIPA (2013), após a queda de rotação do rotor principal associada ao momento proporcionado pela perda de uma das pás do rotor principal, fez com que a aeronave iniciasse um giro no eixo longitudinal, no sentido anti-horário. Não houve como determinar quantos giros foram realizados pela aeronave em torno do eixo longitudinal, entretanto, em função das condições encontradas na Ação Inicial, é provável que o PP-CGO tenha colidido com o solo próximo à posição de dorso.
Figura 7 – Dinâmica do acidente, envolvendo o PP-CGO
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No acidente envolvendo o PP-CGO, foram apontados pelo CENIPA como fatores contribuintes;
a) Aplicação dos Comandos.
A partir dos exames realizados nas pás do rotor principal, verificou-se a possibilidade de que os pilotos não tenham atuado com o tempo de resposta adequado para evitar uma queda excessiva de RPM do rotor principal logo após a falha do motor, o que fez com que as pás dobrassem para cima e uma delas com marcação em azul atingisse seu limite estrutural. (Cenipa, 2013, p.85).
b) Formação, Capacitação e Treinamento.
A inexistência de um programa mínimo de treinamento e manutenção operacional na Unidade Aérea, que especificasse a carga horária para o exercício de autorrotação, pode ter contribuído para a emissão de respostas cognitivas e motoras inadequadas dos pilotos. (Cenipa, 2013, p.85).
c) Processo Decisório
A ausência de um programa de treinamento regular na Unidade Aérea pode ter favorecido um retardo no julgamento e na resposta do piloto frente à emergência, levando-o a utilizar-se de uma quantidade de tempo maior que a necessária para iniciar o procedimento de autorrotação. (Cenipa, 2013, p.85).
Pode-se afirmar que a principal contribuição para este acidente, foi à deficiência de proficiência do piloto em comando na manobra de autorrotação. A investigação evidenciou que a aeronave estava dentro dos parâmetros adequados de peso e CG (Centro de gravidade), estabelecidos pelo fabricante e voava aproximadamente a 1.000ft de altura, o que possibilitaria um pouso em autorrotação de forma segura. Vale resaltar que a ausência de um programa de treinamento na unidade aérea da Polícia Civil do Estado de Goiás pode ter colaborado para a lentidão por parte do piloto em responder a pane no motor e iniciar imediatamente uma autorrotação.
Seguindo a sequencia do estudo de caso, trago um acidente ocorrido durante o treinamento da manobra de autorrotação.
Segundo o CENIPA (2012), a aeronave matrícula PT-HZE, modelo Helibras HB-350, decolou do Heliponto Viganó 2 (SNXC,) para o aeródromo Carlos Prates (SBPR), ambos no município de Belo Horizonte, ao final do procedimento de aproximação para a área utilizada no treinamento, a aeronave não atingiu o ponto de toque desejado, vindo a colidir contra um barranco localizado a poucos metros da cabeceira 09. A tripulação realizava um treinamento de aproximação de 180º em autorrotação. Durante a execução de um desses exercícios, ao reduzir a potência, comandando a emergência para o piloto, o instrutor percebeu que este não teria condições de concluir o exercício, alcançando o ponto de toque. Mas, ainda assim,
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permitiu que o piloto continuasse com o exercício, demonstrando, possivelmente, excesso de autoconfiança, uma vez que subestimou momentaneamente o risco envolvido.
Figura 8 – O PT-HZE em um talude adjacente à cabeceira 09
Fonte: Fonte: Cenipa, 2015.
No acidente envolvendo o PT-HZE, foram apontados pelo CENIPA, como fatores contribuintes;
a) Aplicação dos comandos.
As circunstâncias sob as quais se deu esta ocorrência indicam que, em determinado momento, durante a execução da manobra de autorrotação, o piloto em treinamento conduziu a aeronave para uma condição insegura, obrigando o instrutor a assumir os comandos, mas a atuação nos comandos pelo instrutor não se mostrou suficientemente efetiva ou em tempo hábil para reverter àquela condição. (Cenipa, 2012, p.13).
b) Atitude.
O fato de o instrutor ter muito conhecimento e experiência naquele tipo de voo, paradoxalmente, pode ter concorrido para a degradação da percepção do risco envolvido. Essa bagagem de experiência pode ter provocado um sentimento de invulnerabilidade ou excesso de autoconfiança, afetando, por consequência, a avaliação do risco real. (Cenipa, 2012, p.13).
c) Coordenação de Cabine.
Durante a execução da manobra, houve falha ou falta de assertividade na mensagem do instrutor ao piloto em treinamento sobre a decisão de arremeter, uma vez que o instrutor não determinou em qual momento iniciaria a arremetida. Essa atitude pode ter gerado dúvida sobre quem comandaria a arremetida, ou concorrido para retardar o momento da assunção dos comandos pelo instrutor, culminando com a condução do voo para uma condição irreversível. (Cenipa, 2012, p.13).
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d) Julgamento de pilotagem.
O instrutor confiou demais em seu julgamento de que poderia reverter a situação e demorou a atuar nos comandos de forma eficaz. (Cenipa, 2012, p.13).
O CENIPA identificou em sua investigação, várias lagunas operacionais que contribuíram para este acidente. As deficiências operacionais em condições de treinamento contribuem muito, para acidentes envolvendo helicópteros. Cabe ao instrutor de voo, identificar as situações que podem ocasionar um acidente ou incidente, e buscar, minimizar ao máximo, o risco que envolve o treinamento.
Seguindo a análise das ocorrências, na descrição do histórico deste acidente ,segundo o CENIPA (2012), a aeronave matrícula PR-DYD, modelo R44, fabricada pela Robinson Helicopter, decolou do Aeródromo de Eldorado do Sul, RS (SSMK), às 14h40min (UTC), a fim de realizar um pouso em área próxima ao Hotel Pampas, com um tripulante e dois passageiros a bordo, quando próximo ao pouso no hotel, o piloto relatou baixa RPM na aproximação e tentou realizar o pouso no Aeródromo de Canela, RS (SSCN). Não sendo possível, o helicóptero acabou colidindo contra o solo, a 100m da pista.
Figura 9 - Destroços da aeronave PR-DYD
Fonte: Fonte: Cenipa, 2016.
Ainda segundo o CENIPA (2016), o fato do piloto em comando, não abrir a manete imediatamente no momento da queda da RPM e abaixar o coletivo entrando em autorrotação, foi determinante para o acidente. Vale resaltar, que o respectivo manual dessa aeronave,
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recomenda o piloto que ao ouvir o alarme de baixa RPM, deve-se imediatamente se preparar para entrar em autorrotação.
No acidente envolvendo o PT-HZE, foram apontados pelo CENIPA, como fatores contribuintes:
a) Aplicação dos comandos- contribuiu, (Cenipa, 2016, p.10).
b) Atitude - contribuiu. (Cenipa, 2016, p.10).
Os três acidentes descritos neste trabalho expõem as deficiências no treinamento de autorrotação, conforme a problemática central do trabalho. Reforçando a importância da análise e identificação dos erros de treinamento.
O único objetivo das investigações realizadas pelo Sistema de Investigação e Prevenção de Acidentes Aeronáuticos (SIPAER) é a prevenção de futuros acidentes aeronáuticos. De acordo com o Anexo 13 à Convenção sobre Aviação Civil Internacional (Convenção de Chicago) de 1944, da qual o Brasil é país signatário, não é propósito desta atividade determinar culpa ou responsabilidade. (Força Aérea Brasileira, 2017).
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4 CORREÇÕES PARA OS ERROS DE TREINAMENTO IDENTIFICADOS NESTE TRABALHO
O treinamento de uma emergência precisa ser realizado objetivando a sua eficiência diante de uma situação real de emergência. Por isso, o treinamento de autorrotação como qualquer outro tipo de treinamento, tem por objetivo minimizar as consequências da falha. Como já descrito neste trabalho, existem várias falhas que ocorrem durante o processo de treinamento da autorrotação. Porém, neste tópico irei abordar as correções para o treinamento da manobra de autorrotação.
A primeira correção está na entrada da manobra. Todo piloto de helicóptero, precisa saber que a percepção da falha do motor aliada à ação imediata de abaixar o coletivo, é de grande importância para o pouso seguro em caso de falha do motor em voo. Por isso, o piloto deve ser condicionado que, ao ouvir o alarme de baixa Rpm, ele deve imediatamente abaixar o coletivo e entrar em autorrotação.
Segundo Koeller (2014), investigador sênior do CENIPA, outro erro cometido por instrutores de voo, ocorre durante a entrada da autorrotação. O instrutor solicita ao aluno, que ajuste a velocidade de cruzeiro do helicóptero, para a velocidade de autorrotação. Neste sentido, é importante que o helicóptero esteja configurado para o voo de cruzeiro, e que ao perceber a falha do motor, o aluno faça a transição da velocidade de cruzeiro para a velocidade de autorrotação conforme o respectivo manual operacional do helicóptero. Outro ponto refere-se à percepção da falha, o piloto irá perceber que após a falha do motor, o helicóptero irá guinar para o lado contrário à compensação do torque. Se o rotor do helicóptero gira no sentido anti-horário, o movimento de guinada será para esquerda, já em helicópteros com rotores que giram no sentido horário, o movimento de guinada será para direita.
O próximo ponto de correção é a descida e escolha do ponto de pouso. Segundo Koeller (2014) a maioria dos pilotos de helicóptero tendem a perder velocidade durante a descida em autorrotação. O piloto precisa manter a velocidade do helicóptero constante durante a descida. Para isso, o piloto deve picar o helicóptero para manter a velocidade constante. Deve-se evitar que a velocidade caia ou aumente demasiadamente. O excesso de velocidade de deslocamento pode aumentar a razão de descida do helicóptero. A razão de descida do helicóptero, que se encontra em autorrotação é função da variação da sua velocidade de deslocamento.
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A escolha do ponto de pouso é outro ponto importante, para o sucesso do pouso em autorrotação, por isso, é importante que o piloto tenha a real percepção da capacidade de planeio do helicóptero. O planeio, irá variar de acordo com a altitude do helicóptero (energia potencial) e sua velocidade (energia cinética), durante o treinamento, o piloto deve aprender a configurar o helicóptero corretamente para atingir o ponto de pouso escolhido.
O ultimo ponto referente às correções do treinamento da autorrotação, refere-se ao flare ou arredondamento. Segundo Koeller (2014), muitos pilotos executam está fase da autorrotação de forma agressiva, o que contribui para a formação de um modelo mental que a autorrotação, termina em um flare agressivo.
O flare ou arredondamento é a manobra que tem como objetivo, reduzir o afundamento e a velocidade de deslocamento do helicóptero, está manobra, deve ser executada preferencialmente com o helicóptero aproado contra o vento, o que irá maximizar a eficiência aerodinâmica do rotor e o aproveitamento da energia cinética acumulada. A execução do flare com vento de cauda pode dificultar o controle direcional do helicóptero. Outro ponto importante no flare está relacionado à atitude do helicóptero. O flare não pode ser realizado com o helicóptero em atitude de voo muito acentuada, pois essa configuração pode colaborar para o toque inadvertido da calda do helicóptero contra o solo. Nesta fase da autorrotação, a principal correção está em efetuar o flare de forma suave, respeitando os parâmetros estabelecidos no manual de operação do helicóptero. Logo após o flare, assim que o piloto perceber o afundamento do helicóptero, o comando de passo coletivo deverá ser erguido de forma gradativa, utilizando a energia cinética acumulada no rotor, durante o voo em autorrotação, para amortecer o pouso do helicóptero. Quanto mais energia cinética acumulada no rotor, mais tempo o helicóptero permanecerá em voo pairado antes do toque com o solo e consequentemente mais suave será o pouso.
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5 SEGURANÇA OPERACIONAL NO QUE SE REFERE À OPERAÇÃO DE HELICÓPTEROS
Cada helicóptero possui um manual operacional elaborado pelo fabricante, com as informações e parâmetros necessários para operação segura. É dever de cada piloto, conhecer amplamente todas as informações contidas no respectivo manual operacional de sua aeronave, conhecendo suas limitações operacionais, tendo como objetivo central, a operação segura da aeronave. O fato de um piloto, demonstrar habilidade e destreza durante o voo, não necessariamente significa voar com segurança. Como todas as aeronaves, o helicóptero está sujeito a falhas, e o reconhecimento de uma condição crítica, pode auxiliar o piloto a minimizar as consequências da falha.
O piloto deve saber avaliar as condições operacionais que envolvem a sua missão, respeitando as limitações operacionais do helicóptero. É importante saber dizer “não”, quando a avaliação da segurança operacional do voo for incompatível com os padrões mínimos exigidos. Muitas vezes, os pilotos sofrem pressão de seus empregadores para executarem missões fora do peso e balanceamento ideal para o seu helicóptero, conforme recomendação do fabricante ou voam em condições metrológicas degradadas. Não se pode subestimar as forças da natureza, é preciso avaliar se a habilidade operacional do piloto e as características de voo do helicóptero , são compatíveis com o cenário meteorológico.
Todo piloto deve realizar a inspeção pré-voo, em seu helicóptero conforme a determinação de cada fabricante, verificando se a aeronave está em condições ideais para o voo, mesmo que a manutenção já tenha realizado tal inspeção. Além dos manuais operacionais, o piloto deve ter amplo conhecimento dos manuais de manutenção, verificando os critérios para as revisões periódicas de célula, motor, horas de voo e limitação dos componentes.
Em alguns aeroportos, existe um grande número de aeronaves, o que requer ainda mais atenção do piloto. É necessário a atenção para obstáculos terrestres como torres, fios, e montanhas, visando a separação de obstáculos. Outro ponto importante é o monitoramento constante da direção e intensidade do vento.
Durante o taxiamento em voo, o piloto deve evitar áreas de fluxo de ar provocado por outras aeronaves, e durante o voo, estar atento às esteiras de turbulência provocada por outras aeronaves.
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6 CONCLUSÃO
Este trabalho teve como objetivo central, identificar os principais erros no treinamento da manobra de autorrotação. Através dos relatórios finais publicados pelo CENIPA apresentados neste trabalho como estudo de caso, foi possível evidenciar a problemática central deste trabalho e demonstrar as diversas falhas que envolvem o treinamento da manobra de autorrotação. Tais falhas colaboram para acidentes e incidentes aéreos envolvendo a operação de helicópteros.
A análise do sumário estatístico produzido pelo Cenipa entre os anos de 2008 e 2017 possibilitou o levantamento estatístico e a correta avaliação dos acidentes envolvendo helicópteros. Verificou-se, que a falha do motor está entre as principais causas de acidentes envolvendo helicópteros e que grande parte destes acidentes ocorreram durante a fase de instrução, o que reforçou a importância deste trabalho. Além disso, verificou-se que as falhas no treinamento da manobra de autorrotação, não acontecem apenas no Brasil. O manual de voo de helicóptero, documento produzido pela (Federal Aviation Administration), Administração Federal de Aviação, dos Estados Unidos, demonstrou as falhas na autorrotação em diversas fases de voo.
Voar helicóptero proporciona grande prazer, porém como toda aeronave, o helicóptero possui algumas limitações operacionais. Por isso, é fundamental que todo piloto, conheça as características de performance, limitações operacionais e características aerodinâmicas de sua aeronave, tendo como objetivo a operação segura. A leitura diária dos manuais operacionais é de importância, pois, mantém o piloto atualizado das características operacionais e parâmetros de voo de seu helicóptero.
Vale ressaltar, que o treinamento operacional é de grande importância, e essencial para minimizar as consequências de uma emergência. Por isso, os treinamentos de emergências, devem ser praticados conforme as respectivas recomendações do manual operacional de cada helicóptero.
Cada acidente aéreo traz ensinamentos e conhecimentos que devem ser difundidos e estudados, a fim de se evitar a perda de vidas. É uma boa prática a leitura dos relatórios finais publicados pelo CENIPA. Através deles, o piloto terá o conhecimento da realidade estatística dos acidentes envolvendo a aeronave que está operando e terá conhecimento das respectivas contribuições para cada ocorrência.
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