Lição 1: vôo direto e nivelado
Como o avião permanece no ar Rod Machado Muitas vezes usamos equipamentos mecânicos sem compreender totalmente como funcionam. Quando era um jovem estudante, meus pais me deram um aspirador de pó em meu aniversário. Vários meses depois, mamãe ligou e perguntou: “Você está tendo problemas para encontrar sacos para o aspirador de pó?”. Eu disse: “Sacos? Que sacos?” Como eu poderia saber que a coisa precisava de sacos? A ignorância tecnológica tem suas vantagens, mas não quando você está no ar. Não é preciso ser Ph.D. em aerodinâmica para ser um piloto, mas uma boa compreensão sobre a razão de um avião voar será útil e o manterá vivo. É por isso que a primeira lição em terra é a mais longa. Não se preocupe. A leitura não cansará seus olhos. Mas quero que você leia tudo. Para pilotar um avião, primeiro é necessário encher seu cérebro (pelo menos com um pouquinho de informação). Esta aula é o ponto de partida. Leia e fique contente, pois este é um investimento com ótimo retorno. Que as Quatro Forças estejam com você Não, as quatro forças não são um grupo de rock dos anos 60. Essas forças são na verdade as coisas que puxam e empurram um avião durante o vôo. As quatro forças (sustentação, peso, empuxo e arrasto) estão presentes a todo e qualquer momento em que um avião estiver no ar. Observe a Figura 1-1, que mostra a ação das quatro forças.
Figura 1-1 As quatro forças atuando num avião em vôo. 1- Sustentação, 2- Empuxo, 3- Peso e 4- Arrasto
É claro que as enormes setas não se projetam realmente do avião. Sei que isso vai desapontar aqueles que ainda esperam que os estados tenham linhas desenhadas ao redor de suas fronteiras ao se voar sobre eles, mas você se acostumará com isso. Na verdade, as setas servem para mostrar que temos aqui um novo jogo altamente competitivo, um cabo-de-guerra de quatro direções. Sua tarefa como piloto é administrar os recursos disponíveis para equilibrar essas forças. Vamos ver o que elas significam. Força de sustentação Força de sustentação é a força que atua para cima, criada quando as asas de um avião se movem no ar. O movimento para a frente produz uma leve diferença na pressão entre as superfícies superior e inferior das asas. Essa diferença se transforma em força de sustentação. É essa força de sustentação que mantém um avião no ar. Descobri como a força de sustentação funciona aos quatro anos de idade, durante minha primeira visita à igreja. O prato de coleta passou na minha frente e eu escolhi alguns itens brilhantes. Meu avô correu atrás de mim ao redor do banco da igreja e eu pensei: “Uau! A igreja é divertida!”. Segurando-me pelo suéter, vovô suspendeu-me a cerca de um metro do chão e carregou-me para fora. Foi a força de sustentação do braço do vovô, exatamente igual ao meu peso, que me manteve no ar. As asas fazem pelo avião o que o braço do vovô fez por mim: fornecem a força de sustentação para a manutenção da altitude. Peso O peso é a força que atua para baixo. É a única força que os pilotos controlam até certo ponto, ao escolher como carregar o avião. Com exceção da queima de combustível, é difícil alterar o peso real do avião em vôo. Uma vez no ar, você não vai queimar carga nem adquirir passageiros extras (muito menos perdê-los). O desembarque inesperado de passageiros durante o vôo é uma violação de alguma regra do Ministério da Aeronáutica; portanto, não faça isso. Em um vôo sem aceleração (quando a velocidade e direção do avião são constantes), as forças opostas de sustentação e peso estão em equilíbrio. Empuxo e Arrasto O empuxo é a força que atua para a frente, produzida por uma hélice que gira o motor. Para a maioria, quanto maior o motor (significando mais potência), maior o empuxo produzido e maior a velocidade do avião, até certo ponto. O movimento para a frente sempre gera uma penalidade aerodinâmica chamada arrasto. O arrasto puxa o avião para trás e é simplesmente a resistência molecular da atmosfera a se mover através dele. Em bom português (que pilotos e engenheiros raramente usam), é a resistência do vento. Poucas coisas vêem de graça da Mãe Natureza. Como costuma dizer um colega meu: "Quando você obtém algo sem esforço, não está usando seu próprio cartão de crédito". O empuxo faz com que o avião acelere, mas o arrasto determina sua velocidade final. À medida que a velocidade do avião aumenta, o arrasto também aumenta. Por causa da alteração da natureza, duplicar a velocidade do avião na verdade quadruplica o arrasto. Finalmente, a tração para trás do arrasto iguala o empuxo do motor e uma velocidade constante é obtida. O fusquinha que eu tinha no colegial conhecia bem esses limites. A velocidade do fusca era limitada pelo tamanho do motor. Com quatro pequenos cilindros (sendo que somente três funcionavam quando queriam), esse VW simplesmente não podia passar dos 105 km/h. A Figura 1-2 mostra os resultados do empuxo máximo equivalente à tração igual e para trás do arrasto nessa velocidade.
Figura 1-2 1- Empuxo de um automóvel, produzido pela potência do motor e 2- Arrasto, provocado pela resistência das moléculas de ar
Manter uma velocidade menor requer menos potência, uma vez que existe menos arrasto. Em qualquer velocidade menor que a velocidade máxima do carro, há excesso de empuxo (potência) disponível para outras aplicações, como acelerar perto de outros carros ou talvez ligar um órgão a vapor portátil se você estiver bastante disposto. O mesmo acontece nos aviões. Em velocidade menor do que a máxima em vôo nivelado, há potência (empuxo) a mais. O excesso de empuxo pode ser aplicado para executar uma das mais importantes manobras da aviação: a subida. Com esta introdução concluída, acho que é hora de você aprender um pouco sobre os controles de vôo do avião. Controles de vôo Se você já tem noções de pilotagem, deve estar com água na boca, esperando pela discussão sobre controles de vôo. Gandhi aplaudiria sua paciência (mas, como ele não está aqui, eu aplaudirei). A Figura 1-3 mostra os três eixos imaginários do avião.
Figura 1-3 Os três eixos de um avião. 1- Eixo vertical (Guinada), 2- Eixo longitudinal (Giro), 3- Eixo lateral (Inclinação)
Pelo uso dos controles de vôo, o avião pode ser girado sobre um ou mais desses eixos. O eixo longitudinal, ou de comprimento, passa pela linha central do avião, do nariz até a cauda. O avião gira, ou inclina, sobre seu eixo longitudinal. Uma boa maneira de guardar o sentido do eixo longitudinal é lembrar-se de que ele faz um trajeto longo (de longitudinal) do nariz até a cauda do avião. No futebol, os lados do campo são chamados laterais. Da mesma forma, os eixos laterais percorrem os lados do avião da ponta de uma asa até a ponta da outra asa. Os aviões inclinam-se sobre seus eixos laterais. Os eixos verticais do avião correm para cima e para baixo, da cabine até a barriga. Os aviões fazem a guinada sobre seus eixos verticais. Pense na guinada como um bocejo. De manhã, você boceja levantando e espreguiçando-se verticalmente, girando para a esquerda e para a direita, esperando que as vértebras se endireitem. Agora, estamos prontos para examinar cada um dos três principais controles de vôo que fazem com que o avião se mova sobre seus eixos. Ailerons Os ailerons são as superfícies móveis nas bordas posteriores externas das asas. Sua finalidade é inclinar o avião na direção para a qual você deseja virar. Quando o manche do avião é virado para a direita, conforme mostrado na Figura 1-4, os ailerons simultaneamente se movem nas direções opostas (isso não quer dizer que um deles esteja quebrado).
Figura 1-4. Inclinando à direita. Como os ailerons inclinam o avião. 1- Mais força de sustentação com um aileron baixado, 2- Menos força de sustentação com um aileron levantado.
O aileron da asa esquerda é baixado, aumentando a força de sustentação nela. O aileron da asa direita é levantado, reduzindo a força de sustentação nela. Isso faz com que o avião se incline para a direita. Quando o manche é virado para a esquerda, conforme mostrado na Figura 1-5, o aileron da asa esquerda é levantado, reduzindo a força de sustentação nela.
Figura 1-5. Inclinando à esquerda. Como os ailerons inclinam o avião. 1- Menos força de sustentação com um aileron levantado. 2- Mais força de sustentação com um aileron baixado.
O aileron da asa direita é baixado, aumentando a força de sustentação nela. Isso faz com que o avião se incline para a esquerda. Os ailerons permitem que uma asa desenvolva mais força de sustentação e a outra desenvolva menos. A força de sustentação diferencial inclina o avião, o que inclina a força de sustentação total na direção para a qual você deseja virar. Profundor O profundor é a superfície horizontal móvel localizada na parte traseira do avião. Sua finalidade é elevar ou baixar o nariz do avião. (Figura 1-6)
Figura 1-6. Como o controle do profundor altera a inclinação do avião. A cauda se move para baixo (1) porque o profundor (2) se move para cima.
O que é "contrapressão"? "Aplicar contrapressão" é outro termo que soa estranho para não-pilotos. Não significa que você fará uma massagem a bordo no instrutor (por melhor que isso possa parecer). Na verdade, diz respeito à ação em que um piloto puxa o manche do avião gentilmente para trás. Essa expressão provavelmente surgiu de um instrutor que percebeu como os alunos iniciantes tendem a interpretar a expressão "puxar o manche para trás" de maneira muito literal, acabando por dar um forte puxão no manche… uma manobra que eu não recomendo.
O controle do profundor funciona com o mesmo princípio aerodinâmico do aileron. A aplicação de contrapressão no manche do avião, conforme mostrado na Figura 1-6, desvia a superfície do profundor para cima. Menor pressão é criada na parte de baixo da cauda, o que a move para baixo, e o nariz do avião é elevado. O avião da Figura 1-7 mostra o que acontece quando o manche é movido para a frente.
Figura 1-7. Como o controle do profundor altera a inclinação do avião. A cauda se move para cima (1) porque o profundor (2) se move para baixo.
A superfície do profundor se move para baixo, criando, dessa forma, menor pressão na parte superior da cauda e fazendo com que a cauda se levante. O nariz gira sobre o eixo lateral em uma direção descendente. Simplificando, para elevar o nariz, puxe o manche para trás; para baixar o nariz, mova o manche para a frente. Há também um terceiro controle de vôo, o leme, que controla a guinada ao redor do eixo vertical. Abordaremos isso mais adiante, mas por enquanto só quero que você saiba que ele não foi esquecido. Agora que você adquiriu uma idéia básica de como os controles de vôo funcionam, vamos colocar nosso cérebro no avião e descrever como executar uma manobra de vôo útil: vôo direto e nivelado. Vôo direto e nivelado Você está prestes a praticar o vôo direto e nivelado, uma das manobras mais fundamentais da aviação. O nome soa como duas manobras em vez de uma? Bem, é isso mesmo. Vôo direto significa que o nariz do avião permanece apontado em uma direção e as asas estão paralelas ao horizonte da terra. Vôo nivelado significa que o avião não ganha nem perde altitude. A Figura 1-8 mostra como é o vôo direto e nivelado do ponto de vista do assento esquerdo, no qual você, o piloto, normalmente senta.
Figura 1-8
Não se preocupe se a foto nos mostra rumando para uma montanha distante. Eu estou com você e sou bom em evitar montanhas. Na verdade, é a minha especialidade. Como saber se você está voando direto Muito bem, como saber se você está realmente voando direto e nivelado? A maneira mais fácil de saber é olhar além do painel de instrumentos, pelo pára-brisa (a janela frontal), conforme mostrado na Figura 1.8. Parece que a parte superior do painel de instrumentos está quase paralela ao horizonte distante da terra. Isso indica que suas asas não estão inclinadas lateralmente, o que significa que você está voando direto e não virando. No entanto, há outra maneira de saber se você está voando direto. Você pode pressionar o botão hat do joystick. (O hat do joystick é o botão que sai do meio, perto do polegar oposto.) Se você olhar pela janela esquerda ou direita, conforme mostrado na Figura 1-9, notará a posição de cada asa em relação ao horizonte da terra.
Figura 1-9
Em um vôo direto, ambas as asas devem estar à mesma distância acima do horizonte (tenha como referência o horizonte, e não as montanhas). Mantendo a atitude correta Em aviões de verdade, prefiro que meus alunos fiquem com o pescoço doendo de tanto olhar pelas janelas direita e esquerda. Isso os ajuda a verificar a posição da asa e mantém seus olhos concentrados fora da cabine, observando o tráfego. Não, não estou me referindo ao tráfego de automóveis. Estou me referindo ao tráfego de aviões. No entanto, no simulador, é inconveniente desviar o olhar para a esquerda e para a direita. Portanto, você usará o indicador de atitude para ajudar a manter o vôo direto e nivelado. O indicador de atitude está localizado acima dos seis principais instrumentos de vôo, diretamente à sua frente (Figura 1-10).
Figura 1-10
O indicador de atitude é uma representação artificial do horizonte real. Como o próprio nome sugere, o indicador de atitude exibe a atitude do avião (a inclinação do nariz para cima ou para baixo e a inclinação lateral das asas em relação ao horizonte). A metade superior do indicador de atitude é azul (como o céu, a menos, é claro, que você esteja voando sobre São Paulo) e a metade inferior é marrom (como a superfície abaixo de nós). A fina linha branca entre essas cores é a linha do horizonte artificial. Os pilotos usam o indicador de atitude quando não podem ver o horizonte da terra em conseqüência de restrições de visibilidade ou quando for inconveniente olhar as pontas das asas (o que normalmente será a sua situação ao voar no simulador). Ao mover o joystick para a esquerda, o avião se inclina para a esquerda, o que abaixa a asa esquerda em direção ao solo, conforme mostrado na Figura 1-11A.
Figura 1-11A | Figura 1-11B | Figura 1-11C
É assim que se começa uma curva para a esquerda. Observe que o avião em miniatura (com asas cor de laranja) no indicador de atitude também parece abaixar sua asa esquerda em direção ao solo. Falando mecanicamente, é na verdade o plano de fundo do indicador de atitude que se move e cria uma representação da atitude do avião. Apesar disso, você pode sempre saber para que lado está inclinando, determinando qual das pequenas asas cor de laranja no indicador de atitude abaixa em direção ao solo. (É fácil, pois você tem apenas duas opções). Movendo delicadamente o joystick para a direita da mesma maneira, já descrita, o indicador de atitude indicará uma curva para a direita. Agora a asa direita do avião com asas cor de laranja abaixa em direção ao solo, conforme mostrado na Figura 1-11B. Mover o joystick para a direita ou esquerda até que ambas as asas do avião em miniatura estejam paralelas à linha do horizonte artificial retorna o joystick para sua posição central (padrão) e o avião para o vôo direto, conforme mostrado na Figura 1-11C. Afinal, se as asas não estiverem inclinadas, o avião não estará virando. Saiba qual é seu rumo Há mais de uma maneira de saber se você está fazendo um vôo direto. Isso envolve o uso do indicador de rumo do avião, conforme mostrado na Figura 1-12.
Figura 1-12
A Figura 1-12 mostra o indicador de rumo do avião (às vezes chamado giroscópio direcional). Ele fica no meio da fileira inferior dos seis instrumentos de vôo principais que serão descritos em breve. Pense no indicador de rumo como uma bússola mecânica que mostra em que direção o avião aponta. Observe os números na face do indicador de rumo. Adicione um único zero a qualquer número na face para obter o rumo real do avião. Ou seja, 6 é, na verdade, um rumo de 60 graus (pronunciado como zero-seis-zero graus). O número 33 é, na verdade, um rumo de 330 graus. (Em voz alta, dizemos “três-três-zero graus” para maior clareza. É importante ser extremamente claro durante o vôo.) Esses números aparecem em intervalos de 30 graus. Entre esses números há incrementos de rumo de 5 e 10 graus. Para voar em um rumo específico, basta virar o avião na direção mais curta para o rumo desejado. Por exemplo, vire o avião até que o nariz dele no indicador de rumo aponte para a letra W de oeste (west) (esse é o rumo de 270 graus). Se o rumo permanecer constante, com certeza você estará fazendo um vôo direto, e não em curva. Essa é outra maneira de identificar se você está voando direto. Agora que você compreendeu o vôo direto, vamos para o vôo nivelado. Verificando se você está nivelado Vamos falar sobre o que acontece com a altitude quando você eleva ou abaixa o nariz do avião. Quando você inclina o avião para cima aplicando uma pressão para trás no joystick, o avião em miniatura do indicador de atitude também aponta para cima em direção ao céu (o azul), conforme mostrado na Figura 1-13A. As linhas de calibração vertical do indicador de atitude têm cinco graus cada; portanto, você as lê (de baixo para cima) como 5, 10, 15 e 20 graus de inclinação do nariz.
Figura 1-13
Olhe para o altímetro, que fica bem à direita do indicador de atitude (Figura 1-13B). O ponteiro maior (o ponteiro de 100 pés) irá se mover no sentido horário quando o nariz for levantado. E, como nos ponteiros de um relógio, o movimento no sentido horário significa algo que está aumentando. Neste caso, sua altitude. Bem abaixo do altímetro, está o indicador de velocidade vertical (VSI). Seu ponteiro também aponta para cima quando você eleva o nariz do avião, mostrando a razão de subida (Figura 1-13C). Estas são as indicações adicionais de que você está subindo e não mantendo o vôo nivelado. Quando o joystick é retornado para sua posição central, o avião começa a voltar ao vôo nivelado (supondo que o avião esteja corretamente compensado; falaremos sobre isso em breve). Quando você inclina o nariz do avião para baixo, o avião em miniatura do indicador de atitude aponta em direção à superfície (a cor marrom), conforme mostrado na Figura 14.
Figura 1-14
Os ponteiros do altímetro começarão a girar no sentido anti-horário, indicando uma perda de altitude. O VSI também mostrará uma razão de descida, conforme seu ponteiro desvia para baixo. É seguro dizer que, se o ponteiro grande do altímetro parar de se mover e o ponteiro do VSI indicar zero, você estará em vôo nivelado. Na verdade, é precisamente como os pilotos confirmam que o avião está em vôo nivelado. Requer prática manter esses ponteiros parados (na vida real, eles estão sempre se movendo um pouquinho). O piloto privado médio faz um excelente trabalho se consegue permanecer a 100 pés de determinada altitude. Infelizmente, quando estudante, eu achava muito mais fácil continuar alterando a altitude de destino na qual queria estar (até, é claro, finalmente aperfeiçoar essa habilidade). Na Lição interativa, você irá praticar como manter o vôo direto, mantendo o avião em miniatura do indicador de atitude (as asas cor de laranja) paralelo à linha do horizonte artificial. Se uma asa baixar para a direita ou esquerda, você a erguerá movendo o joystick na direção oposta. Você também obterá alguma prática em manter o vôo nivelado, mantendo o ponteiro de 100 pés do altímetro parado. Ele não deve se mover. Se isso acontecer, use o joystick para alterar a inclinação levemente até ele parar. Essa será a atitude de inclinação necessária para o vôo nivelado. Hora de compensar? Os aviões estão sujeitos a várias forças aerodinâmicas. Algumas tentam elevar o nariz; outras tentam baixá-lo. A potência do motor, a distribuição do peso e a força de sustentação são apenas algumas dessas forças. O que isso significa para você? Bem, se o avião quer inclinar para a frente, você não pode ficar sentado puxando o joystick para trás durante o vôo todo. Aplicar pressão contínua ao manche para manter a atitude de inclinação pode cansar seus braços rapidamente (seu personal trainer ficaria orgulhoso de você, mas eu não). Felizmente, os aviões possuem algo conhecido como defletor de compensação para tirar a pressão do manche (e do piloto!). Vamos ver como o defletor de compensação funciona e, em seguida, falaremos sobre como usá-lo. Como os defletores de compensação funcionam Um defletor de compensação é uma superfície pequena e móvel conectada à superfície principal que você deseja controlar (neste caso, o profundor). A Figura 1-15A mostra o defletor de compensação e o volante do compensador que é usado para alterar a posição do defletor de compensação. No avião de verdade, o volante fica normalmente entre os dois assentos da frente ou na parte inferior do painel de instrumentos.
Figura 1-15A Como o leme de profundidade funciona. 1- Nariz para baixo. 2- Nariz para cima.
Mover o defletor de compensação cria uma leve diferença de pressão na extremidade da superfície de controle à qual ele está conectado. É criada apenas a pressão necessária para manter a superfície de controle principal na posição desejada, sem ter que manter o manche no lugar. Observe que o defletor de compensação se move em uma direção oposta à superfície de controle principal afetada por ele. Para que o profundor desvie para cima (como se você estivesse puxando o volante para trás em uma subida), o defletor de compensação deve se mover para baixo, conforme mostrado pelo profundor A na Figura 1-15A. Para manter uma deflexão para baixo do profundor (como se você estivesse em uma descida), o defletor de compensação deve se mover para cima, conforme mostrado pelo profundor B, na Figura 1-15B.
Figura 1-15B Como o leme de profundidade funciona. 1- Nariz para baixo. 2- Nariz para cima.
Pense na compensação como uma mão imaginária que segura o avião na posição desejada, eliminando a pressão aplicada ao joystick. O controle de compensação pode ser encontrado no joystick na forma de pequenas rodas ou botões. Se você não tiver um botão de compensação no joystick, poderá usar duas teclas do teclado numérico a fim de compensar o avião para a atitude de inclinação apropriada. A tecla END fornece compensação do nariz para cima e a tecla HOME fornece compensação do nariz para baixo. Veja aqui como você deve compensar um avião para um vôo direto e nivelado. Primeiro, verifique se o avião já está corretamente compensado. Faça isso aliviando a pressão que está sendo aplicada ao joystick. Em seguida, observe o ponteiro do VSI. Se o ponteiro mostrar uma subida (girar para cima), o avião precisará de compensação do nariz para baixo. Aplique uma pequena pressão para a frente no joystick para retornar ao vôo nivelado e pressione HOME uma vez para obter uma pequena compensação do nariz para baixo (ou use o botão de compensação do nariz para baixo). Depois disso, libere a pressão no joystick e veja o que acontece. Quanto mais você pressiona o botão de compensação, mais compensação aplica. Portanto, seja paciente. Talvez tenha que repetir esse mesmo processo várias vezes até que o ponteiro do VSI fique relativamente horizontal, próximo ao valor de razão de subida zero. Se o ponteiro do VSI mostrar uma descida (girar para baixo), aplique um pouco de pressão para trás no joystick para retornar o avião ao vôo nivelado. Em seguida, pressione END no teclado numérico algumas vezes para obter compensação do nariz para cima (ou use o botão de compensação do nariz para cima). Depois disso, libere a pressão no joystick e observe a resposta do ponteiro do VSI. Repita o processo conforme necessário, até que o avião não suba nem desça. Prefiro usar o ponteiro do VSI para compensação, pois ele é bastante sensível. Não estou querendo dizer que ele vai chorar se você chamá-lo de feio. Quero dizer que o ponteiro é sensível a pequenas alterações na inclinação. Isso facilita a detecção de desvios do vôo nivelado. Futuramente em outra lição, mostrarei como usar o ponteiro do VSI para compensação em uma subida ou descida. Muitos aviões possuem compensação para controle de inclinação lateral, chamado compensador do aileron. Talvez ele faça parte do joystick. A compensação de inclinação lateral às vezes é necessária quando a carga de combustível das asas está em desequilíbrio ou se você tem passageiros mais pesados sentados em um lado do avião. Independentemente do grau de compensação do avião, ele pode oscilar levemente para cima ou para baixo, variando sua altitude talvez em 100 pés. Os aviões são assim. Cada um se comporta de uma maneira e pode variar ligeiramente em altitude e rumo, mesmo quando corretamente compensados. Deixe-os ir, a menos que eles se desviem demais. Seu trabalho é tornar o avião o mais fácil possível de pilotar, para ter mais tempo para pensar, planejar, organizar e esquematizar seu caminho para voar no simulador com segurança. Você deve se orgulhar por ter concluído sua primeira sessão no centro de treinamento em terra. Ei! Estou orgulhoso de você! Agora é hora do treinamento de vôo interativo. Ler o briefing deste vôo Na próxima aula do centro de treinamento em terra, apresentaremos o fundamento das curvas. - início -