MECÂNICA BÁSICA - HÉLICES
O artigo traz informações sobre Hélices e demais partes que a compõe
Por Leonardo Prudente Vieira Mecânico Aeronáutico com habilitação em Célula e Aviônicos
“Hélice é o conjunto de pás, que possuem um mesmo centro, comprimento, largura e ângulo. Ao executar movimento de giro, apoiada em um eixo fixo, causa propulsão fazendo a aeronave se deslocar de um ponto a outro ou sair da
imobilidade”.
A idéia e o desenvolvimento destas peças remota do tempo antigo, os chineses faziam uso da Hélice na intenção de movimentar embarcações, posterior a esta data foram os europeus, com moinhos de vento e Leonardo da Vinci com a idéia do girocóptero, mais tarde James Walt usou um motor a vapor na intenção de provocar movimento de rotação a uma hélice.
Outro ponto interessante e que deve ser mencionado aqui no artigo diz respeito aos precursores da aviação, nosso compatriota Santos Dumont, e também os irmãos Wright, foram os primeiros a lançar mão do objeto e utiliza-lo na
composição de uma aeronave. No caso de Santos Dumont, isto ocorreu por volta de 1898, depois de realizar exaustivos testes em barcos de alta performance, na intenção de aprimorar a aerodinâmica de duas hélices existentes nestas embarcações. Mesmo tendo sucesso em sua bateria de testes as hélices demonstravam ser pouco eficientes, isto acontecia devido á falta de torção, e foi ai, exatamente nesse ponto, que os irmãos Wright dedicaram sua pesquisa, ou seja, introduziram torção às pás da hélice depois de inúmeros testes em seu túnel de vento. Fica aqui uma pequena curiosidade, foram eles que criaram o túnel de vento, por volta de 1895. As hélices criadas pelos irmãos obviamente eram mais eficientes.
Antigamente as hélices eram confeccionadas em madeira, Santos Dumont foi quem substituiu a madeira pelo alumínio, tornando-se pioneiro na construção de pás de hélice compostas do material. O uso da madeira na fabricação de hélices permanece até hoje, sendo o uso restrito a aeronaves de pequeno porte.
Hélices são aerofólios, ou seja, dispositivos hipersustentadores que possuem diferentes funções, dentre elas a de gerar sustentação, tração e propulsão, convertendo energia rotacional (torque) em energia cinética (movimento). Com base no conceito apresentado acima fica fácil se imaginar que as pás de uma hélice e as asas de uma aeronave possuem semelhanças. As pás possuem, assim como as asas, bordo de ataque, bordo de fuga, extra dorso, intradorso, ponta, rariz, cambra, área alar, corda e demais especificações técnicas pertinentes. Obedecem ao principio de Bernaulli e a 3ª lei de Newton.
Bernaulli descobriu que a diferença de velocidade, no escoamento de vento entre as superfícies extradorso(superior) e intradorso (inferior), cria uma diferença de pressão, esse efeito aerodinâmico gera o que chamamos de “sustentação”, é esta sustentação que permite ao avião permanecer suspenso no ar durante o vôo. Aliada a descoberta da sustentação esta a 3° lei de Newton, ou princípio da ação e reação, em que a pá de uma hélice aplica uma força no ar para a esquerda recebendo dele uma força de reação para a direita.
Assim como os motores as hélices também geram eficiência mecânica, porém em porcentagens bem maiores, algo em torno de 80%. Isto se deve em grande parte, dentre outros fatores, ao ângulo de ataque das pás, ângulo formado entre a corda da pá e o vento relativo. Existe um ângulo de ataque ideal para cada faze do vôo (decolagem, subida, cruzeiro, descida, pouso, e ainda o planeio).
Passo é a variação do ângulo das pás durante as fases do vôo, é determinado pelo piloto em comando através de um mecanismo dentro da cabine que é o
responsável pelo ajuste, mas não são todas as hélices que podem sofrer variação em seu passo, existem hélices de passo fixo onde ande o ângulo de ataque não pode ser variado.
Entrando um pouquinho nas relações entre os diferentes ângulos e o deslocamento da
aeronave em função destas mudanças, temos á variação do ângulo das pás da hélice, diferente nos aviões com motor convencional, quando comparado a um turbo-hélice. Nos convencionais têm-se basicamente dois ângulos, o Low Pich angle
e o High angle para mono motores e Feather (bandeira) para os bimotores. Já no
caso dos turbo-hélices, cabe aqui uma ressalva de que isso não é regra, em sua
maioria, tem-se Low Pich, High angle, Reverso, Feather (bandeira) e Star Lock.
Para o leitor entender melhor, podemos dizer que, o Low e High são os ângulos máximo e mínimo ou baixo e alto, usados na decolagem, subida, cruzeiro, descida e inicio de pouso. No caso dos turbo-hélices, durante o pouso, imediatamente após o toque dos pneus no solo, o reverso é atuado fazendo com que as pás da hélice assumam ângulos negativos, este processo reverte o fluxo de ar e serve como freio auxiliar, pois provoca perda da velocidade durante o deslocamento da aeronave pela pista.
Ainda não falamos do Feather ou Bandeira, é a posição perpendicular do bordo de ataque em relação ao sentido
rotacional ou o ângulo de arrasto mínimo, usado no acionamento e corte do funcionamento dos motores turbo-hélices, na intenção de provocar redução de desgaste da turbina durante a partida. Em situação de emergência, em vôo, a hélice é embandeirada, ou seja, o Feather e acionado, isso provoca a redução do arrasto parasita, causado pelos ângulos das pás, aumentando a distância de planeio.
De modo simples, resumidamente, procuramos descrever os ângulos mais utilizados nas hélices das aeronaves como Sêneca, Minuano, Baron, 210, King Ar, TBM, Pilatus e várias outras que aqui não foram citadas. Existem muitos outros dispositivos e outros tipos de hélices usados nos mais diversos modelos de aviões e helicópteros espalhados pelo mundo.
Curiosidades Interessantes
A aplicação de vários ângulos às pás é realizada através de pressão no óleo vindo do motor, quem gerencia a quantidade e o grau é o governador de hélices, um dispositivo hidráulico-mêcanico que integra esse sistema.
As pás são fabricadas de madeira, liga de alumínio e ainda material composto de fibra de carbono, resinas e etc. As três maiores marcas mundiais na fabricação de hélices são em ordem: Hartzell, Maccaley, Hamilton Standard. Os aviões com hélice possuem velocidade máxima limitada, em teoria, a 845km/h. O motivo de tal limitação é porque a velocidade da hélice se aproxima a velocidade do som, logo as pontas das pás entram em estol, perdendo sustentação, propulsão e eficiência, é chamado de estol de alta velocidade.
Colocando de lado outras possibilidades, como avarias, acidente, etc, normalmente as hélices vão para manutenção em função do término de horas disponíveis a sua utilização e recomendada pelo fabricante para uso antes da revisão, o TBO, ou do tempo transcorrido corresponde à revisão geral e de pequenas panes.
Nas revisões gerais as hélices são totalmente desmontadas e avaliadas visualmente, outra forma de inspeção são os ensaios Eddy, Currente e Zyglo, são feitos para detecções de descontinuidades, ou seja, localização de possíveis trincas, rachaduras, demais avarias. Alguns itens devem ser substituídos obrigatoriamente, tais como anéis de vedação,
parafusos, porcas arruelas e outros. Esses itens fazem parte do kit básico.
As Principais partes da hélice são: Pá, Cubo, Garfo, Prato, Bandeja, Deslizante, Beta, Eixo, Pistão, Mola, Copo, Pistas e Braçadeiras. Essas peças não são substituídas a não ser que ocorra alguma descontinuidade.
As partes pintadas como copo, pá, cubo, braçadeiras são decapadas, retrabalhadas e pintadas novamente. Ainda são feitos processos específicos como: Dimensional das pás, rolagem shot peening e outros.
Após todas estas, e outras, etapas, a hélice é montada em uma bancada, os ângulos são checados, estando pronta para girar novamente.
