Facilita!
Resumos Para
Aviação
Peso, Balanceamento e
Performance
Índice
Relevância De Peso e
Balanceamento
Pesos Estruturais
Pesos Operacionais
Abastecimento de
Combustível
Fatores de Performance
Centro de Gravidade
Envelope de P & B
PESO E BALANCEAMENTO
Relevância
O princípio do Peso e Balanceamento de Aeronaves é baseado na “Teoria da Alavanca”, i.e., numa
barra sólida que, quando em repouso sobre um apoio, permanece em equilíbrio ou balanceada.
Podemos pensar na figura de uma
gangorra:
se apoiada pelo centro da
prancha, sem que seja submetida a
qualquer força, esta permanecerá em
equilíbrio. A este “ponto de apoio”, que
podemos
chamar
de
“Centro
de
Equilíbrio”, dá-se o nome de “
CENTRO
DE
GRAVIDADE
”, nosso primeiro
conceito relevante para a compreensão
de Peso e Balanceamento de Aeronaves.
PESO E BALANCEAMENTO
Relevância
Durante a fase de projeto das aeronaves, são definidos os limites estruturais de peso, localização
do centro de gravidade e cargas que poderão ser carregadas pela aeronave.
Logo após a sua produção, a aeronave, vazia, isto é, carregada apenas com seus equipamentos e
acessórios instalados, é pesada e os parâmetros são verificados quanto à sua conformidade relativa aos
padrões de projeto. A aeronave deverá está equilibrada e restrita ao limite estrutural de peso.
Foto: aviacaoexperimental.pro.br
Ao longo da vida útil da aeronave,
o processo deve ser refeito, pois
haverá trabalho de manutenção,
pintura, etc, que poderão alterar o
peso do equipamento.
PESOS ESTRUTURAIS,
OPERACIONAIS
PESO E BALANCEAMENTO
Pesos Estruturais
Os Pesos Estruturais da Aeronave, como o conceito nos induz a compreender, são determinados
com base tão somente na ESTRUTURA da aeronave. São, portanto, LIMITES SUPERIORES, que podem
ser restritos por fatores operacionais, sobre os quais trataremos adiante.
É fato que o projeto dos aviões contempla uma margem de segurança. Contudo, a superação dos
pesos máximos estruturais poderão ocasionar deformações permanentes na estrutura, fissuras, trincas e, em
casos extremos, ruptura de partes. Assim, observá-los é de vital relevância.
DEFORMAÇÕES
ELÁSTICAS:
existem apenas enquanto perdura o
esforço.
Quando
este
cessa, a
superfície retorna à sua forma
primitiva, como no caso de uma
mola.
DEFORMAÇÕES
PERMANENTES: na ausência do
esforço, a superfície não retorna à
sua forma original. Nos aviões, esta
situação só ocorre na eventualidade
de os Pesos Máximos não serem
observados.
PESO E BALANCEAMENTO
Pesos Estruturais
Os Pesos Estruturais de uma aeronave são:
• Peso Máximo Estrutural de Decolagem (Maximum Takeoff Gross Weight – MTOGW): é o peso de
decolagem para o qual a estrutura da aeronave é projetada. Respeitando-se o MTOW, demais, é possível
pousar, em emergência, com uma razão de descida de até 6ft/seg, que será classificado como hard
landing;
• Peso Máximo Estrutural de Pouso (Maximum Landing Gross Weight – MLGW): é o peso para o
qual a estrutura é dimensionada para pouso a uma razão de descida de até 10ft/seg.
A razão de descida empregada em pousos normais é
de cerca de 2 a 3 pés por segundo. Assim, verifica-se
que há uma grande margem de segurança no projeto
das aeronaves. Mesmo situações de hard landing
(aprox. 6ft/seg) são contempladas por ela.
Na eventualidade de ocorrência de um pouso
com peso superior ao MLW, a aeronave
deverá sofrer uma “overweight inspection”.
PESO E BALANCEAMENTO
Pesos Estruturais
Em Maio de 2019, um Boeing 777-300ER da Latam
decolou de Guarulhos (SP) com destino a Londres.
Devido a uma pane elétrica, a aeronave realizou um
pouso de emergência em Belo Horizonte. A inoperância
do sistema elétrico impediu que a tripulação despejasse o
combustível para reduzir o peso da aeronave afim de
adequá-lo ao MLW.
Assim, foi efetuado um hard landing que, embora tenha
ocasionado danos ao equipamento, não causou o seu
comprometimento
definitivo.
Após
manutenção,
a
aeronave retornou à operação.
PESO E BALANCEAMENTO
Pesos Estruturais
• Peso Máximo de Táxi (Maximum Taxi Weight – MTW): é o peso máximo para o qual a estrutura do
avião foi projetada para o táxi. É ligeiramente superior ao MTOW, pois contempla o combustível que será
usado para o deslocamento até a cabeceira;
• Peso Máximo Zero Combustível (Maximum Zero Fuel Weight – MZFW): é o peso máximo de um
avião totalmente carregado, faltando apenas o combustível.
A superação do Peso Máximo Zero
Combustível tem o efeito de tornar
o
“corpo” da aeronave muito
pesado. Assim, como a sustentação
provém das asas, haverá uma
grande torção dos aerofólios, que
sujeitará a raiz da asa a esforço
excessivo.
Imagem: westwingsinc.com
Quanto mais carga o
avião
leva,
menos
combustível
ele
“aguenta
carregar”.
Assim, mais a asa
será flexionada!
PESO E BALANCEAMENTO
Pesos Operacionais
Os Pesos Estruturais, conforme estudamos, devem ser considerados LIMITES SUPERIORES.
Contudo, na operação da aeronave podem surgir outros fatores que limitarão sua Performance. Entre eles,
podemos mencionar o comprimento de pista para decolagem, distância de parada para pouso, necessidade
de superação de obstáculos, entre outros. Assim, além dos pesos máximos suportados pela estrutura da
aeronave, é preciso que compreendamos os seus PESOS OPERACIONAIS.
Os Conceitos ligados a Pesos Operacionais costumam ser bastante cobrados em exames da ANAC. Assim, é fundamental que você os tenha claros. Para que você não se esqueça, procure entendê-los em sequência, como se você estivesse preparando o avião para um voo.
PESO E BALANCEAMENTO
Pesos Operacionais
Peso Básico (PB) (Basic Weight ou
Empty Weight) = É o avião vazio,
incluindo fluidos, combustível não drenável e equipamentos fixos. Este é o Peso informado pelo fabricante na entrega do equipamento e que, como mencionamos antes, deve ser aferido periodicamente para que contemple eventuais adições/trocas de equipamentos, pinturas, modificações, etc. Em outras palavras, é o peso do avião ainda no hangar, aguardando a preparação para o voo. É onde a nossa etapa tem início.
Peso Básico Operacional (PBO) (Basic
Operacional Weight ou Dry Operating Weight) = É o Peso Básico acrescido da
tripulação com bagagens e o serviço de comissaria (refeições, bebidas, jornais, etc.).
Peso Operacional (PO) (Operational
Weight) = É o Peso Básico Operacional,
acrescido do combustível para decolagem. É o necessário para que o avião se torne operacional.
PESO E BALANCEAMENTO
Pesos Operacionais
Peso Zero Combustível (PAZC) (Actual
Zero Fuel Weight) = É o Peso Básico
Operacional + Carga Paga.
Peso de Decolagem (PAD) (Takeoff
Weight) = É a soma do Peso Zero
Combustível com o combustível da Decolagem. Também podemos dizer que é o Peso Operacional + Carga Paga.
Lembre-se: CARGA PAGA é a soma do peso dos passageiros, suas bagagens, incluindo as malas de mão, mais a carga transportada no porão da aeronave e correio. Em resumo, é tudo aquilo que paga para estar ali!
A CARGA PAGA também é limitada pela estrutura do avião. Neste caso, será a
Carga Paga Máxima Estrutural e é
representada pela diferença entre o Peso Máximo Zero Combustível e o Peso Básico Operacional!
PESO E BALANCEAMENTO
Pesos Operacionais
Peso de Pouso (PAP) (Landing Weight)
= É o peso de decolagem menos o
combustível consumido na etapa (trip
fuel).
Peso Máximo de Performance (MPTOW – Maximum Performance
Takeoff Weight) = É o peso máximo de
decolagem restrito pela pista (field limit), pelos gradientes de subida (climb limit), pelos obstáculos (obstacle limit) e limite de velocidade dos pneus (tire limit), além da capacidade de frenagem (brake limit).
Peso Máximo de Pouso (PMP) (Maximum Landing Weight) = É o peso
máximo de acordo com as condições da pista e meteorologia. Lembre-se: ele nunca poderá ser superior ao Peso Máximo Estrutural de Pouso!
PESO E BALANCEAMENTO
Abastecimento de Combustível
Desde o acionamento, a aeronave consome combustível. Por fazer parte do peso e influenciar não
apenas na performance, mas também no aspecto financeiro do voo, o abastecimento de combustível é parte
fundamental do planejamento e da segurança da operação.
Abastecimento de Combustível (Block
Fuel): É o peso total do combustível nos
tanques do avião, antes do acionamento dos motores.
Combustível Para Táxi (Taxi Fuel): É o
montante de combustível previsto para ser consumido no deslocamento do avião até a cabeceira.
Combustível De Decolagem (Takeoff
Fuel): É o peso do combustível contido
nos tanques, na cabeceira da pista, pronto para decolar.
Combustível Para Etapa (Trip Fuel): É
o combustível previsto para ser consumido na viagem, da decolagem ao pouso, sem margem de segurança.
PESO E BALANCEAMENTO
Abastecimento de Combustível
Combustível Reserva / Combustível Sobre o Destino (Reserve Fuel / Fuel
Over Destination): É o combustível levado como margem de segurança, além daquele previsto para ser consumido durante a etapa. Este será utilizado para eventuais esperas e/ou deslocamento até o aeroporto de alternativa.
Curiosidade!
Conforme falamos há pouco, o combustível é parte essencial do planejamento da companhia aérea. Não apenas é responsável por parcela considerável das despesas de uma linha aérea, mas seu preço varia entre uma localidade e outra. Assim, em função da economia, uma empresa pode optar por aumentar o abastecimento do avião em determinados locais para reduzir o quanto terá de comprar de combustível no futuro. A isto dá-se o nome de FUEL TANKERING.
PESO E BALANCEAMENTO
Como mencionamos há pouco, uma forma de compreender (e de não se esquecer!) do conceito de
cada Peso, é pensar num voo. Então, vamos lá:
Ao chegar ao aeroporto, o Piloto encontra o avião parado, no Hangar. A aeronave terá o seu PESO
BÁSICO. A tripulação embarca com sua bagagem e todo o material para o serviço de bordo. Assim,
teremos o PESO BÁSICO OPERACIONAL. Na sequência, os passageiros, sua bagagem, a carga a ser
transportada e o material de correios vai a bordo. Chegamos ao PESO ATUAL ZERO COMBUSTÍVEL. O
último a entrar é o abastecimento. Então, temos nosso PESO DE TÁXI. Motores acionados e aeronave
posicionada na cabeceira: PESO DE DECOLAGEM.
PESO E BALANCEAMENTO
Pesos Excessivos - Consequências
O emprego de Pesos Excessivos, isto é, que superam os limites definidos pelo fabricante,
provocarão os seguintes efeitos:
- Aumento das velocidades de decolagem, pouso e estol, além de requerer mais comprimento de pista para
a corrida de decolagem e distância de parada no pouso;
- Redução do ângulo e razão de subida, tetos de serviço e absoluto, alcance, autonomia, velocidade
máxima e dificuldades de controle do avião;
- Caso os pesos estruturais não sejam respeitados, poderão ocorrer trincas, fissuras, ruptura de estruturas e,
no limite, queda da aeronave.
PESO E BALANCEAMENTO
Mecânica
Logo no início do Material, mencionamos que o equilíbrio de uma aeronave se assemelha,
guardadas as devidas proporções, ao funcionamento de uma gangorra. Para que possamos entender melhor
– e acrescentar fundamentos – a este raciocínio, é preciso que nos lemnbremos de alguns conceitos da
Física.
Força Resultante: Se duas pessoas empurrarem um objeto e cada uma delas aplicar uma força de 30kgf, teremos que, juntos, a força resultante será de 60kgf. Assim, um elemento que exerça uma força de 60kgf em sentido contrário será suficiente para evitar qualquer deslocamento. Define-se, pois, que a Resultante de duas ou mais forças é uma outra força que produz o mesmo efeito que as outras atuando juntas.
Um avião é a união de diversos componentes (fuselagem, asas, motor, etc) que possuem um peso, que é uma força. O peso total do avião, i.e., a soma do peso de todas as suas partes, é a resultante de tais pesos e agirá no CG (Centro de
Gravidade). Caso uma força em sentido
contrário fosse aplicada no CG, o avião suspenso por aquele único ponto, estaria em equilíbrio.
PESO E BALANCEAMENTO
Mecânica
A posição do CG é muito importante e possui influência direta na estabilidade e controlabilidade
do avião, além do consumo de combustível. Voltaremos a ela mais adiante. Porém, para que fique bem
claro, pense que, se você fosse pendurar um avião no teto de seu quarto, por exemplo, é no CG que o
barbante deveria ser afixado!
PESO E BALANCEAMENTO
Mecânica
Se você já usou uma chave de rodas para trocar o pneu de um carro, daquelas que são fornecidas
pelo fabricante, é provável que já tenha feito muita força. É de se supor, também, que, ao chegar à
borracharia, tenha se impressionado com a facilidade com que os profissionais removem a roda que tanto o
fez sofrer. Qual o segredo deles para que consigam executar a tarefa com tamanha facilidade? É bem
simples: em vez de uma chave de rodas compacta, eles utilizam um equipamento bem mais extenso. Com
isso, obtém um “efeito girante” muito superior. Ao produto da força pelo braço de alavanca dá-se o nome de
MOMENTO DE FORÇA.
Imagem: Somos Físicos Neste exemplo, a mão “B”, para exercer o
mesmo MOMENTO DE FORÇA que a mão “A” precisa de metade da força. Isso porque ela está a duas vezes a distância quando comparada à mais próxima.
PESO E BALANCEAMENTO
Mecânica
Para que o voo seja possível, é preciso que haja forças aerodinâmicas atuando sobre a aeronave.
Como vimos, a somatória de forças constitui uma resultante. No caso das forças aerodinâmicas, esta
resultante estará concentrada no CENTRO DE PRESSÃO (CP). Este ponto é projeto para permanecer
onde está. Isto é, independente da condição ou da configuração da aeronave, sua localização não se altera.
Podemos notar, pela figura ao lado, que a estabilidade e a controlabilidade da aeronave dependem de uma interação entre o CG e o CP.
Demais, temos que o CP não se desloca, de modo que todo o balanceamento da aeronave deverá ser executado pela movimentação do Centro de Gravidade. Daí a sua importância!
Imagem: Aeromagazine RESULTANTE DO PESO = CENTRO DE GRAVIDADE
PESO E BALANCEAMENTO
Limites do Centro de Gravidade - Dianteiro
Imagine que o avião da figura ao lado está decolando. Ao
atingir a velocidade de rotação, será necessário que o estabilizador
horizontal exerça uma força que possa eliminar o equilíbrio do avião
e possibilite a elevação do nariz e o movimento de subida.
Esta
força,
contudo,
é
LIMITADA,
sobretudo
em
decolagens e pousos, quando a velocidade é menor.
Desta forma, caso o CENTRO DE GRAVIDADE (CG)
esteja posicionado à frente de seu limite dianteiro, a deflexão do
profundor não será suficiente para produzir força suficiente para o
movimento e o avião não será capaz de rodar.
Imagem: Saintive.
Na Imagem:
Momento do CG: 2 metros X 10 ton = 20 Momento do Profundor: 8 metros X 2 ton = 16 Logo, o profundor não produziria força suficiente para elevar o nariz da aeronave.
Portanto, CG a frente do Limite Dianteiro ocasiona AUMENTO DA ESTABILIDADE LONGITUDINAL. Assim, os comandos ficam cada vez mais pesados até que, no limite, o piloto perderá o controle sobre o profundor e sobre o pitch.
PESO E BALANCEAMENTO
Limites do Centro de Gravidade - Traseiro
Pense numa aeronave em voo. Esta recebe uma rajada de
vento e tem sua atitude alterada para a posição de nariz em cima.
Caberá ao profundor a tarefa de produzir mais sustentação para que o
avião retorne à atitude de voo reto e nivelado. Utilizando a mesma
figura, ao lado, podemos notar que, caso o CG se desloque para trás,
seu momento produzido será menor, de modo que a estabilidade
longitudinal do avião ficará a cargo do estabilizador horizontal.
Pequenos movimentos no estabilizador provocarão grandes
oscilações na trajetória da aeronave, tornando-a INSTÁVEL
longitudinalmente.
Imagem: Saintive.
Na Imagem:
Momento do CG: 2 metros X 10 ton = 20 Momento do Profundor: 8 metros X 2 ton = 16 Logo, o profundor não produziria força suficiente para elevar o nariz da aeronave.
Portanto, CG atrás do Limite Traseiro ocasiona AUMENTO DA INSTABILIDADE LONGITUDINAL. Assim, os comandos ficam cada vez mais leves até que, no limite, o piloto perderá o controle sobre a aeronave dado que intervencões mínimas trarão efeitos excessivos.
PESO E BALANCEAMENTO
Efeitos do Deslocamento do CG
É fundamental a compreensão deste tema, pois, além de ser conteúdo frequente nas Bancas da
ANAC, fará toda a diferença para a segurança de seus voos!
CG a Frente do Limite Dianteiro:
- Excesso de Estabilidade Longitudinal; - Controlabilidade Reduzida;
- Aumento do Arrasto;
- Maior consumo de combustível.
(Pense que o nariz é excessivamente pesado. Então, manter a trajetória exige grande esforço por parte do piloto e geração de muita sustentação, o que ocasiona arrasto e aumenta o consumo!)
CG Atrás do Limite Traseiro:
- Dificuldade de recuperação de um estol;
- Excesso de controlabilidade (que acaba se tornando um “descontrole”);
- Risco de tailstrike;
(Pense que o nariz é excessivamente leve. Qualquer esforço por parte do piloto provoca movimentos intensos e impedem o controle da aeronave.)
PESO E BALANCEAMENTO
Velocidade de Estol, Arrasto e o CG
Imagem: Saintive. Para tornar mais claro o impacto do
deslocamento do CG para a velocidade de estol e arrasto, olhe para a figura ao lado. No primeiro caso, o CG está deslocado para a frente. Assim, há uma tendência de “nariz pesado” na aeronave e a asa precisará produzir mais sustentação para possibilitar o vôo reto e nivelado. O Arrasto Induzido é, lembre-se, uma consequência, um produto indesejado da sustentação. Quanto mais sustentação, portanto, mais arrasto. Subsequentemente, mais consumo de combustível.
PESO E BALANCEAMENTO
Velocidade de Estol, Arrasto e o CG
Imagem: Saintive. Se dois aviões voam juntos, lado a lado, a asa
do que tiver o CG mais a frente deverá produzir mais sustentação. Por não haver possibilidade de mudança da atmosfera, velocidade e área da asa, somente o ângulo de ataque poderá ser usado como recurso. Quanto mais ângulo, mais sustentação e mais arrasto. Considerando que ambos reduzam sua velocidade e aumentem o ângulo de ataque simultaneamente, aquele que tiver o CG mais à frente irá estolar primeiro, haja vista que necessita de mais sustentação para permanecer em voo.
PESO E BALANCEAMENTO
Velocidade de Estol, Arrasto e o CG
Em aeronaves com asas enflechadas, o planejamento acerca da posição do CG é ainda mais importante. Isso porque, devido a sua características, o combustível é consumido a partir dos tanques externos (Outer Tanks) para os internos. Assim, à medida em que o vôo se desenvolve, o CG tende a deslocar para a frente.
PESO E BALANCEAMENTO
Passeio do CG
Sempre que o Centro de Gravidade estiver dentro dos limites estipulados pelo fabricante da
aeronave, o balanceamento estará correto. No entanto, conforme vimos, quanto mais à frente ele estiver,
ainda que dentro dos parâmetros, maior será o consumo de combustível. Portanto, o ideal é que o CG seja
posicionado sempre o mais próximo possível do Limite Traseiro.
A essa variação permissível na localização do CG dá-se o nome de PASSEIO DO CG.
Imagem: Blog Cultura Aeronáutica O MD-11 possuía um avançado sistema
de controle de combustível que fazia a transferência do querosene das asas para um tanque localizado no estabilizador horizontal (tail tank) para sempre manter o CG próximo do limite traseiro. Era o chamado fuel efficient CG.
PESO E BALANCEAMENTO
Limites Laterais do CG
Não é tão comum que falemos sobre Limites Laterais quando mencionamos o Centro de
Gravidade. Contudo, é válido que se faça essa ressalva.
Como sabemos, as asas são, também, os tanques de combustível do avião. Assim, carregam
grande peso dentro de sua estrutura. Se um avião consumisse combustível somente do tanque de uma das
asas, haveria um desbalanceamento (fuel imbalance). No início, este desequilíbrio seria corrigido pela
atuação dos ailerons cujas únicas consequências seriam o aumento do arrasto e consumo de combustível.
Contudo, tal diferença de peso possui um limite que, se superado, pode tornar a aeronave incontrolável.
Para que se evite tal situação, aeronaves modernas fazem automaticamente o controle do balanço
de combustível entre as asas.
PESO E BALANCEAMENTO
Determinação do Centro de Gravidade (CG)
Até aqui, falamos bastante sobre a importância de um correto
posicionamento do Centro de Gravidade. Destacamos qual a importância de
mantê-lo dentro dos limites de passeio determinados pelo fabricante e
elencamos quais as consequências de ignorar tais orientações.
Demais,
aprendemos
que,
além
da
segurança
de
voo,
o
Balanceamento correto da aeronave tem importante papel ligado à viabilidade
econômica da operação.
Contudo, ainda temos uma questão importante a definir: se falamos
em limites dianteiro, traseiro e mesmo em passeio do CG, qual é a referência?
Em outras palavras, o CG pode se deslocar a partir de que ponto?
PESO E BALANCEAMENTO
Determinação do Centro de Gravidade (CG)
O Centro de Gravidade (CG) de uma aeronave, ponto em que todo o peso da aeronave está
concentrado, é localizado e comumente descrito de duas maneiras:
- Sua distância a partir da Linha Datum;
- Percentual da Corda Média Aerodinâmica.
PESO E BALANCEAMENTO
Determinação do Centro de Gravidade (CG)
Imagem: Flightliteracy.com
Linha Datum (Datum Line) é uma linha
vertical tomada como origem para medidas longitudinais. Esta é dada pelo fabricante e pode estar localizada no nariz da aeronave ou deslocada. No exemplo ao lado, temos que a Linha Datum está localizada logo a frente do bordo de ataque da asa do avião.
PESO E BALANCEAMENTO
Determinação do Centro de Gravidade (CG)
Imagem: ANAC.
A Corda Média Aerodinâmica (Mean Aerodynamic Chord) varia de acordo com o tipo de asa:
- Em asas retangulares, é representada pela Linha de Corda (que liga o Bordo de Ataque ao Bordo de Fuga);
- Em asas trapezoidais, é definida pela média entre as Linhas de Corda da Raiz da Asa e Ponta da Asa.
PESO E BALANCEAMENTO
Determinação do Centro de Gravidade (CG)
Há, ainda, dois conceitos a serem apresentados:
Imagem: Flightliteracy.com
Estação (station ou sta): é a
distância de qualquer parte do avião, medida sobre o eixo longitudinal, deste ponto à linha Datum. Para aeronaves em que a linha Datum está localizada à frente do nariz, todas as estações serão positivas. Caso a linha de referências esteja localizada em outra posição, poderá haver estações com sinal negativo, i.e., à esquerda da Datum.
Braço: a distância de uma força
ao centro de um momento.
Lembre-se de quando
descrevemos, há pouco, o conceito físico de momento.
Momento = Força X Distância Os Limites Dianteiro e Traseiro
do CG são expressos em porcentagem da MAC, a partir da LEMAC (Leading Edge MAC).
PESO E BALANCEAMENTO
Determinação do Centro de Gravidade (CG)
A determinação do CG a partir da linha Datum é bastante simples. Basta que se apure a distância
da linha de referência até ele. Já sua localização enquanto porcentagem da Corda Média Aerodinâmica
(MAC) costuma gerar algumas dúvidas. Então, vamos entender o método através de um exemplo.
Imagem: Flightliteracy.com
Na imagem ao lado, temos dois conceitos: - LEMAC: Leading Edge MAC; e,
- TEMAC: Trailing Edge MAC.
Para que possamos localizar LEMAC e TEMAC, devemos medir a sua distância a partir da Linha Datum.
Em nosso exemplo, LEMAC está na Estação 144 (144 polegadas de distância da linha Datum); TEMAC, na Estação 206 (206 polegadas de distância da linha Datum). A MAC, que representa a distância entre TEMAC e LEMAC (206-144), assim, será de 62 polegadas.
PESO E BALANCEAMENTO
Determinação do Centro de Gravidade (CG)
Imagem: Flightliteracy.com Para determinar o percentual da MAC, agora que já conhecemos este valor,
devemos, na sequência, apurar qual a distância do CG medida a partir da LEMAC. Então:
LEMAC = 144;
CG = 161. Logo,
CG – LEMAC = 17. → A distância da LEMAC até o CG é de 17 polegadas. A localização CG em porcentagem da LEMAC é determinado, por
fim, pela fórmula ao lado.
Teremos, então, que o estará localizado a 27,4% da MAC.
De posse desta informação, devemos verificar, no Envelope de Peso e Balanceamento disponbilizado pelo fabricante, se existe conformidade para a realização daquele voo ou se devemos ajustar nosso peso/balanceamento.
PESO E BALANCEAMENTO
Envelope de Peso e Balanceamento
Com a finalidade de identificar se os limites de Centro de Gravidade estão sendo contemplados
pela configuração da aeronave, devemos fazer uso do Envelope de Peso e Balanceamento disponibilizado
pelo fabricante do modelo.
Imagem: Ricardo Volpe (EACON) No exemplo ao lado,
podemos verificar como o correto Balanceamento é executado. Com base das informações de pesagem da aeronave, além das informações inseridas pelo piloto, determinam-se os Pesos e os Braços, que devem ser inseridos no envelope. Caso os pontos encontrados não estejam localizados no interior do envelope, haverá necessidade de redução ou de redistribuição do peso na aeronave.
PESO E BALANCEAMENTO
Envelope de Peso e Balanceamento
Imagem: Ricardo Volpe (EACON) Repare que, para
verificação do envelope, são utilizados os Pesos Zero Combustível, de Decolagem e de Pouso. Assim, temos a certeza de que, em todas as fases do vôo, estarão sendo respeitados os limites do CG.
É válido destacar, ainda, que o momento de um determinado peso varia de acordo com a sua posição na aeronave. Em nosso exemplo, algo colocado no bagageiro causa maior influência ao voo do que um ocupante ou objeto no assento dianteiro devido ao braço.
PESO E BALANCEAMENTO
Imagem: Simpleflying.com
Imagem: wikimedia.com
Nem só durante o voo…
A Variação da Posição do CG não ocorre somente durante o voo ou após o acionamento dos motores. À medida em que a aeronave é carregada, já é necessário estar atento ao fator.
Na imagem ao lado, podemos verificar um carregamento realizado de forma incorreta em um cargueiro 747. Devido ao posicionamento de peso excessivo na parte traseira da aeronave, o CG deslocou-se muito para trás, ocasionando um tailstrike com o avião ainda no pátio.
Na segunda ilustração, temos uma aeronave Ilyushin IL-62. Devido à sua configuração com quatro motores na traseira, há uma tendência ao tailstrike durante o embarque de passageiros. Para minimizar este risco, em solo, a aeronave foi equipada com uma “perna”adicional ao trem de pouso, que se retrai quando o carregamento do avião é concluído.
Quase Lá!
É Verdade! Já falamos bastante sobre Pesos e Balanceamento.
Vamos para nossa reta final?
PERFORMANCE
Fases Críticas
Conforme podemos verificar pela Tabela
ao lado, elaborada pela Boeing, um número
significativo de acidentes ocorre durante as fases
de Decolagem e Pouso, que são consideradas
“Fases Críticas”.
Pelo que estudamos até aqui, podemos
compreender que a correta execução das rotinas de
Peso e Balanceamento da aeronave, embora sejam
importantes para todas as etapas de voo, são ainda
mais necessárias para tais fases. Afinal, trata-se do
momento em que a aeronave está mais próxima do
solo e, por consequência, dispõe de menos tempo
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance - Peso
Entre os fatores que afetam a Performance de uma Aeronave, temos:
- PESO:
Conforme aumentamos o Peso de uma aeronave, maior se torna a necessidade de
produção de sustentação para que ela possa decolar e se manter em vôo. Assim, haverá necessidade de
uma maior corrida de decolagem, maior velocidade de rotação e maior velocidade de stall.
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance - Peso
Não obstante, o Peso da aeronave afeta a performance de pouso. Isso porque, por estar mais
pesada, a aeronave necessita de uma Velocidade de Aproximação mais elevada e um comprimento de
pista maior para que possa parar em segurança.
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance - Peso
Em algumas situações, a restrição de
comprimento de pista ou a necessidade de
livrar obstáculos logo após a decolagem
podem comprometer a capacidade de a
aeronave carregar grandes quantidades de
carga paga e/ou de combustível.
Em operações militares, é usual que
se pratique o reabastecimento em voo para
que as aeronaves possam decolar, com
segurança, a partir de aeródromos em que a
pista disponível não permitiria que estes
decolassem com a carga e o combustível
necessário para missões de longa distância.
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Densidade do Ar
- Densidade do Ar: Quando dizemos que a densidade do ar foi reduzida, o que estamos mencionando é,
na prática, que existe “uma menor quantidade de ar em um determinado espaço”. Este espaço é a
atmosfera que, no caso, tornou-se mais rarefeita.
Sabemos que a sustentação tem origem na aceleração dos filetes de ar sobre o extradorso da asa. Logo,
se tivermos menos ar, a eficiência do aerofólio (asa) será menor. Também será reduzida a eficácia do
motor, pois este também depende da quantidade de ar na atmosfera para dar propulsão ao avião.
Como consequência, haverá maior necessidade de a aeronave desenvolver Velocidade para que possa
decolar e se manter em voo.
No caso da decolagem, quanto menor a Densidade do Ar, maior será nossa necessidade de comprimento de pista. O mesmo ocorrerá no Pouso, pois a aproximação terá de ser feita com mais aceleração.
Já para o voo de cruzeiro, a densidade afetará a Velocidade de Stall. (Lembra do que estudamos em Aerodinâmica de Alta Velocidade?!)
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Densidade do Ar
Não podemos nos esquecer de que a Densidade do Ar éreduzida conforme a altitude aumenta.
Pense que, sobre a superfície, ao nível do mar, temos uma grande massa de ar “pesando”, exercendo pressão sobre nós. À medida em que ganhamos altitude, essa massa de ar sobre nós é cada vez mais fina. Assim, cada vez mais leve. Há cada vez menos ar e, assim, menos densidade!
Em altitude, o ar torna-se mais livre para se expandir.
A UMIDADE também exerce influência sobre a Densidade do Ar. Isso porque o Vapor D`Água é mais leve que o ar. Consequentemente, quando o ar fica saturado (carregado de vapor d`água), este torna-se menos denso.
Na prática, naquela mistura de gases que compõe a atmosfera, haverá menos ar para que possa dar espaço à água!
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Densidade do Ar
Em Altitude, temos também a redução daTEMPERATURA, que exerce efeito sobre a Densidade do Ar.
Quanto mais frio, mais denso torna-se o ar. A baixa temperatura faz com que as moléculas de ar se aproximem umas das outras. (É mais ou menos como nós: no verão, todo mundo quer espaço; no inverno, todos se agrupam em locais pequenos para se aquecer!). Porém, o efeito da Temperatura sobre a Densidade não é capaz de compensar a queda de pressão, que se faz dominante.
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Densidade do Ar
Quando combinamos os efeitos da Temperatura ePressão sobre a Densidade, temos o conceito de ALTITUDE DENSIDADE.
Ao projetar uma aeronave e estimar os seus limites operacionais, os fabricantes fazem uso a Condição ISA como a referência para a atmosfera. Nela, considera-se a Temperatura de 15 Graus (Celsius) e o Nível Médio do Mar. Assim, na operação cotidiana dos aviões, é preciso verificar qual o desvio da Atmosfera naquele momento com relação à ISA para a performance do avião naquela
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Vento
- Vento: Sabemos que uma aeronave decola e pousa, preferencialmente, contra o vento. Isso porque,
para a Sustentação, conforme aprendemos na Teoria de Voo, o que importa é a Velocidade Aerodinâmica
do Avião (sua velocidade com relação ao Vento Relativo) e não a velocidade com relação ao solo
(Ground Speed).
VENTO DE PROA (Headwind): Para Decolagem e
Pouso, a presença de vento em sentido contrário ao da aeronave possibilita uma menor velocidade com relação ao solo. Assim, é possível operar em pistas menores e com menor velocidade. Rejeitar uma decolagem, assim, torna-se mais seguro, posto que a Ground Speed será menor e exigirá uma menor distância de parada, além de evitar uma sobrecarga dos freios.
Após a Decolagem, o ângulo de subida poderá ser maior, o que é uma vantagem para livrar obstáculos à frente. A aeronave chegará mais alto em uma menor distância.
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Fatores Que Afetam a Performance – Vento
VENTO DE CAUDA (Tailwind): Para Decolagem e
Pouso, o vento no mesmo sentido da aeronave não proporcionará o mesmo efeito aerodinâmico. Assim, será necessária uma maior Velocidade com Relação ao Solo para assegurar a sustentação, de modo que a distância de corrida de decolagem será maior, bem como a necessidade de comprimento de pista para o pouso.
O Segmento inicial de subida será performado com um menor ângulo de subida. Assim, fica prejudicada a capacidade da aeronave de superar obstáculos.
Devido a estas restrições de performance decorrentes de
Tailwind, estes procedimentos não são comuns e devem
ser evitados.
VENTO DE TRAVÉS (Crosswind): A Decolagem e
Pouso com Vento de Través exige bastante cautela por parte do Piloto e costuma ser bastante desafiadora para os iniciantes na Aviação. Isso porque a incidência do vento pela lateral da aeronave pode fazer com que o avião perca o eixo da pista, o que pode resultar em um acidente.
No caso de Performance, especificamente, o Vento de Través afeta operações de Pouso e Decolagem devido a redução da componente reduzida de Headwind.
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Vento
Imagem: Será Que Cai? Imagem: Será Que Cai?Nas Imagens, podemos notar a necessidade de uso de Técnicas de Pouso para compensar o Vento de Través, bem como os riscos à operação que são ocasionados por uma componente excessiva de vento lateral.
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Vento
RAJADA DE VENTO (Gusting Wind):
Eventualmente, ao checar o METAR de um aeroporto, deparamo-nos com a informação de rajada de vento. Nesta situação, é adequado se mantenha a aeronave no solo por um período maior durante a corrida de decolagem, afim de obtermos uma velocidade mais alta. Para o pouso, devemos realizar uma aproximação com velocidade também acima da usual. Isso porque, nosso objetivo diante de rajadas, é manter uma margem de segurança maior com relação à velocidade de Stall.
Assim, operações em situações de Gusting Winds requerem um maior comprimento de pista.
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Runway Slope
As Pistas dos aeroportos não costumam ser totalmente planas. Basicamente, estas são construídas com
esta característica para facilitar o escoamento da água em caso de chuvas e evitar a aquaplanagem.
Inclusive, as cabeceiras usualmente não possuem a mesma altura. Desta forma, a depender da pista em
uso, decolagens e pousos poderão acontecer “morro acima”ou “morro abaixo”.
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Runway Slope
Slope Positivo (Uphill / Morro Acima):
Nesta situação, a Corrida de Decolagem será maior, pois a aeronave precisará de maior distância para “acelerar na subida”. Já para o Pouso, a distância de parada será menor, pois a trajetória “morro acima”ajudará a drenar a energia e a reduzir a velocidade.
Slope Negativo (Downhill / Morro Abaixo): Nesta situação, a Corrida de
Decolagem será menor, pois a aeronave precisará de menor distância para “acelerar na descida”. Já para o Pouso, a distância de parada será maior, pois a trajetória “morro abaixo” dificultará a frenagem.
Cálculo do Slope: Para que possamos
apurar qual o Slope da pista, devemos obter a diferença de altura entre as cabeceiras e dividir este número pelo comprimento da pista. Por exemplo:
Diferença de Altura: 15 Metros; Comprimento de Pista: 750 Metros;
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Fatores Que Afetam a Performance – Runway Slope
Além do Slope, o solo disponível na Pistaem uso interfere na Performance das Aeronaves, sobretudo pelo Atrito entre os Pneus e a superfície.
Uma pista de grama, por exemplo, que é frequente em áreas rurais, possui um maior atrito que o asfalto, de modo que dificulta a decolagem, i.e., exige maior distância de corrida, ao mesmo tempo em que permite uma parada mais eficiente num pouso.
Imagem: INFRAERO
Recentemente, a pista principal do Aeroporto de Congonhas (SP) passou por reforma, para a instalação de uma Camada Porosa de Atrito. A função do piso, como o nome indica, é proporcionar maior atrito no contato entre os pneus e o pavimento, de modo que a eficiência de frenagem aumenta e permite que os aviões pousem no aeroporto com maior peso, sem comprometer a segurança.
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Fatores Que Afetam a Performance – Obstáculos
Ao analisar nossaperformance de subida, precisamos considerar os obstáculos que estarão em nossa trajetória e verificar se a razão de subida que a aeronave performará naquela configuração é suficiente para evitá-los.
Imagem: FlyinHighOKC
Imagem: FlyinHighOKC O mesmo cuidado deverá
dedicado ao planejamento da trajetória de Aproximação para Pouso.
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Fatores Que Afetam a Performance – Uso dos Flapes
Imagem: boldmethod.com Os Flaps são dispositivos hipersustentadores. Isto
é, criam uma sustentação adicional. Assim, reduzem a velocidade de stall e permitem que a aeronave decole com uma Velocidade menor, bem como realize uma aproximação mais lenta. Nas duas situações, esta condição reduz a necessidade de comprimento de pista.
Se voltarmos ao slide anterior, veremos que o uso dos Flaps podem ser se grande apoio quando temos a necessidade de livrar obstáculos. Isso porque a sustentação adicional produzida por eles pode contribuir para nosso ângulo de subida, permitindo que a aeronave alcance maior altitude com um deslocamento menor.
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Fatores Que Afetam a Performance – Aerofólio
Imagem: aircraftcompare.com Como sabemos, para que um aerofólio tenha sua
eficiência assegurada, é necessário que o fluxo de ar sobre ele seja laminar.
Assim, a presença de depósitos, ao prejudizar o escoamento do ar, reduz a produção de sustentação. Como consequência, será necessário maior velocidade, que só pode ser obtida com maior comprimento de pista, seja para decolagem ou pouso.
É por esta razão que a remoção do gelo é fundamental para a segurança de voo.
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Pressão dos Pneus
Se você já andou de bicicleta ou mesmo reparouno consumo de combustível de um automóvel, já percebeu que a pressão dos pneus faz toda a diferença no esforço necessário para que se produza deslocamento.
Assim, assegurar a calibragem correta contribui para a redução de distância na corrida de decolagem, bem como garante a segurança em uma eventual aquaplanagem.
Note que a pressão dos pneus deve ser ajustada de acordo com a indicação do fabricante para que não haja o risco de um estouro decorrente de pressão excessiva!
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Pontos de Decisão
Sempre que planejamos a Decolagem e o Pouso, é preciso estabelecer os Pontos de Decisão (Decision
Points), que representam o local em que descontinuaremos a corrida de decolagem ou iniciaremos o
procedimento de Aproximação Perdida.
Decolagem: A definição do decision point
da decolagem deve levar em consideração a disponibilidade de comprimento de pista suficiente para uma parada segura em caso de necessidade. A decisão de abortar a decolagem deve ser tomada pelo Comandante da Aeronave antes da V1, velocidade a partir da qual a corrida não mais será interrompida.
Pouso: A definição do decision point da
aproximação para pouso deverá levar em conta o procedimento em execução e garantir que haja margem de segurança para uma arremetida segura. Sempre que as condições de pouso não forem satisfatórias, um
go-around deve ser executado. Este não é,
necessariamente, um procedimento de emergência. É uma manobra normal.
PERFORMANCE
Fatores Que Afetam a Performance – Contingências
Mesmo após a correta execução das rotinas de Peso,
Balanceamento e Cálculo de Performance, é importante que
seja adicionada uma margem de segurança, uma contingência,
afim de contemplar eventualidades que podem estar fora de
nosso controle ou que não possam ser previstas por nós.
Por exemplo: o motor pode não apresentar o desempenho que
se espera dele, o vento pode apresentar variações, ainda que
pequenas, ou a hélice pode não exibir a mesma efiência a que
estamos acostumados.
Além disso, o Manual do Fabricante deve ser sempre consultado!
Obrigado!
O Tema apresentado nos slides nos mostra que o PLANEJAMENTO é essencial para a
SEGURANÇA de nossos voos. Peso, Balanceamento e Performance das Aeronaves são como vasos
comunicantes, isto é, alterações em um destes elementos produzem impactos sobre os demais. Assim, são
princípios que conversam entre si.
Um aumento de peso não necessariamente inviabiliza um voo, pois seu efeito pode ser
compensado com uma correta distribuição da carga na aeronave. Desta forma, a Performance de
Decolagem, o consumo de combustível durante o voo de cruzeiro e a segurança do pouso serão
conservadas.
Nosso Objetivo aqui não é esgotar o assunto ou substituir os manuais dos fabricantes, mas tão
somente facilitar a compreensão dos conceitos aqui apresentados e traduzi-los em palavras mais simples.
Referências
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GOMES FILHO, Lauri. Peso e Balanceamento de Aeronaves. Disponível em: http://www.aviacaobr.com.br/Biblioteca/PESO%20E%20BALANCEAMENTO%20DE%20AERONAVES.pdf. Acesso em 09/11/2020.
Aviação Experimental. Peso e Balanceamento de Aeronaves. Disponível em:
http://www.aviacaoexperimental.pro.br/aero/montagens/peso_e_balanceamento.htm. Acesso em 09/11/2020. Portal G1. Curto Circuito causou pane em Boeing 777 da Latam que fez pouso forçado em Confins em 2018, diz Cenipa. Disponível em: https://g1.globo.com/mg/minas-gerais/noticia/2019/05/28/curto-circuito-causou-pane-em-aviao-que-fez-pouso-forcado-em-confins-em-2018-diz-cenipa.ghtml. Acesso em 09/11/2020.
Referências
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Aeromagazine. Como fazer o balanceamento de sua aeronave. Disponível em:
https://aeromagazine.uol.com.br/artigo/como-fazer-o-balanceamento-de-sua-aeronave_1641.html. Acesso em 10/11/2020.
LIMA, Vânia. Blog Somos Físicos. Disponível em: http://www.vanialima.blog.br/2014/09/mecanica-torque-momento-de-uma-forca.html. Acesso em 10/11/2020.
Blog Cultura Aeronáutica. Os MD-11 na Varig: O Canto do Cisne. Disponível em:
http://culturaaeronautica.blogspot.com/2017/11/os-mcdonnell-douglas-md-11-na-varig-o.html. Acesso em 10/11/2020.
Referências
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Referências
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Será Que Cai?. Pouso Caranguejo e Vento Cruzado. Disponível em
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https://www.tropicalfm99.com.br/noticia/15856/rajadas-de-vento-de-ate-70-kmh-atingem-sc-previsao-e-de-queda-na-temperatura. Acesso em 17/11/2020.
Referências
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http://www4.infraero.gov.br/imprensa/noticias/infraero-conclui-obra-na-pista-principal-de-congonhas-e-libera-pousos-e-decolagens/. Acesso em 17/11/2020.
