Lição 4: vôo lento
Rod Machado Muito bem, é o seguinte. Vou colocá-lo em um avião capaz de voar a 120 nós, duas vezes mais rápido que a maioria dos carros na rodovia abaixo, e tenho somente um pedido: quero que você voe o mais lento que puder. Parece razoável, não? Na verdade, não. É como pedir a um piloto de fórmula Indy 500 para não ir além da primeira marcha. No entanto, há uma boa razão para voar lentamente. A prática do vôo lento é o campo de testes no qual você se prepara para o maior evento da aviação: o pouso. Afinal, você não quer pousar em velocidades de cruzeiro, pois os aviões não foram projetados para manobras na superfície em altas velocidades. Você não quer queimar os pneus até que eles saiam dos aros, quer? (É brincadeira, mas não está muito longe da verdade.) Em geral, quanto mais lento você estiver ao tocar na pista, mais fácil será controlar o avião. Além disso, os aviões não podem voar tão lentamente, ou irão parar de voar e começar a cair (isso é chamado entrar em estol, mas não tem nada a ver com a parada do motor, como você verá mais adiante). Por isso quero que você se sinta à vontade ao operar em velocidades mais lentas, para que saiba onde estão os perigos. Além disso, como você descobrirá com o tempo, às vezes é necessário seguir aviões mais lentos. Você precisa saber como ajustar sua velocidade no ar para evitar destruir as penas de suas caudas. Estas são apenas algumas das razões para praticarmos o vôo lento. É uma manobra importante. Vamos começar descrevendo como as asas do avião desenvolvem força de sustentação. A asa e suas ações No centro de treinamento em terra, muitos anos atrás, minha instrutora perguntou-me sobre a origem e definição da palavra “asa”. Respondi “Senhora, acho que significa o braço de um pássaro”. Ela resmungou algo sobre o motivo de muitos animais comerem seus filhotes ao nascerem e, em seguida, foi procurar a definição no dicionário. Asa foi definida como “um suplemento duplo e móvel para vôo”. Ela olhou para mim e disse “Bem, o que isso significa para você?” Eu disse “Bem, parece-me o braço de um pássaro”. Não chegamos a um acordo, embora eu estivesse certo. A asa tem várias partes distintas: a superfície convexa superior, a superfície convexa inferior, a borda de ataque, a borda posterior e a linha do cabo (Figura 4-1).
Figura 4-1. Os cinco componentes de uma asa.
Observe que a superfície convexa (significando curva) superior parece ter uma curva maior que a superfície convexa inferior. Isso não é acidental. Na verdade, é tão importante que falaremos sobre isso de maneira detalhada. Talvez o único termo cuja definição não é intuitivamente óbvia é a linha do cabo. A linha do cabo é uma linha imaginária ligando a borda de ataque da asa à borda posterior. Acredite, não há nenhuma linha na asa parecida com essa. É somente imaginária, como as setas que mostram as quatro forças na Lição 1. Quando um vendedor de sapatos aponta para seu pé e diz “Seu dedo está aqui”, você tem vontade de responder “Obrigado, estava procurando por ele”. Na verdade, ele está apontando a posição de algo que não é visualmente óbvio. A linha do cabo é algo semelhante. Por causa das superfícies curvas da asa, é difícil dizer para que direção a asa aponta. Como os engenheiros não apreciam incerteza, eles concordaram que a linha do cabo irá representar a forma geral de uma asa. Como a asa funciona Para compreender a força de sustentação, você precisa visualizar como a asa ataca o ar. Os engenheiros de aeronáutica falam sobre a asa entrar em contato com, ou atacar, o ar em um ângulo específico. Isso acontece como um pit bull atacando um carteiro — a boca primeiro. Qual parte da asa vai para o ataque? É a borda de ataque? É a borda posterior? Ou é a parte inferior da asa? É aqui que a definição da linha do cabo torna-se útil. Como as asas têm tamanhos e formas variáveis (como os pilotos), às vezes é difícil determinar exatamente como e onde o vento ataca a asa. Felizmente, a linha do cabo substitui como referência geral para a forma da asa. Se eu disser que o vento golpeia a asa em um ângulo de 18 graus, estarei dizendo que o ângulo entre a asa e a linha do cabo é de 18 graus (Figura 4-2).
Figura 4-2 Ângulo de ataque. O ângulo de ataque é o ângulo entre a linha do cabo e o vento relativo (o vento que está soprando na asa).
Essa distinção, embora aparentemente banal, é tão importante para um engenheiro quanto a costura reforçada da calça é importante para um toureiro. Vento relativo Somente uma ou mais definições precisam ser assimiladas antes que os segredos da força de sustentação sejam revelados. Esse termo é chamado vento relativo. O movimento de um avião gera vento sobre a asa. Esse vento é chamado vento relativo porque é relativo ao movimento (ou resultado dele). Por exemplo, na Figura 4-3, não importa a direção do corredor; ele sente o vento no rosto, que é relativo (oposto e igual) ao seu movimento.
Figura 4-3 Vento relativo. O vento relativo é o vento resultante do movimento de um objeto. Apesar do vento real que está soprando de trás, o corredor sente o vento em seu rosto como conseqüência do movimento de corrida. O vento relativo é relativo (oposto e igual) ao movimento de um objeto.
O vento relativo é o vento gerado pelo movimento igual e oposto ao movimento do avião. Para ilustrar este ponto, coloque sua mão para fora da janela de um automóvel em movimento (por favor, mantenha todas as outras partes do corpo dentro do automóvel). Você sentirá o vento batendo oposto ao movimento do carro. Dê ré em um carro na rodovia e você sentirá o vento, e ouvirá várias buzinas, vindo de trás de você (também atrairá a polícia). Mova o avião para a frente, conforme mostrado pelo avião A, na Figura 4-4, e o vento baterá no nariz dele.
Figura 4-4 Todas as ilustrações mostram que o vento relativo é oposto e igual ao movimento do avião.
Conforme um avião sobe ou desce (ou seja, move-se para cima ou para baixo da colina imaginária que abordamos na Lição 2), o vento relativo continua a bater no nariz dele (aviões B e C). Mas se um avião baixar, sem alteração da inclinação, o vento relativo baterá na barriga dele (avião D). No que diz respeito ao avião D, o vento está batendo em sua barriga, apesar da atitude nivelada. Quanto aos passageiros, eles estão provavelmente debaixo da poltrona da frente em posição fetal fazendo transmissões espirituais que não requerem uma transmissão de rádio. Tente não assustar seus passageiros. Não é legal e eles não gostam disso. O próximo ponto também é muito importante. Quero que você coloque um dedo no ouvido. Vamos, faça isso antes de ler adiante! Quero que você faça isso pois não quero que esta informação entre por um ouvido e saia pelo outro. O princípio importante a ser lembrado é que o vento relativo não depende da direção para a qual o nariz do avião está apontado. O vento relativo move-se na direção oposta e é igual à velocidade do avião. Vamos ver como a asa realmente ataca o vento para desenvolver força de sustentação. Atacando o ar Caçar é um esporte para algumas pessoas. Também é um esporte quando seu oponente não sabe que está participando. Atacar um animal significa que o caçador deve apontar sua arma para a presa com precisão. O caçador olha através da mira da arma e vê o caminho da bala. Um avião é diferente de uma arma (e de um carro) porque seu caminho de subida vertical é diferente de sua inclinação (a direção em que ele aponta para cima). Lembra-se daquela torre de 750 pés no final da pista? Na decolagem, se você apontar seu avião apenas um pouco acima do topo desse obstáculo (como a mira de um rifle), é improvável que vá ultrapassá-lo. Na verdade, a única coisa que estará ultrapassada é você, quando for retirado da torre pelos bombeiros. Lembre-se, aviões com empuxo limitado têm caminhos de inclinação menores, ao contrário de alguns caças a jato. O princípio mais importante para se compreender aqui (coloque novamente o dedo no ouvido) é que o nariz (portanto a asa) pode ser apontado em uma inclinação diferente do caminho de inclinação real. Existe um ângulo entre o grau de inclinação da asa e seu caminho de inclinação (em breve você saberá a razão). Lembre-se de que o vento relativo é sempre igual e oposto ao caminho do vôo. É mais correto dizer que existe um ângulo entre a linha do cabo e o vento relativo. Esse ângulo é conhecido como ângulo de ataque (Figura 4-5).
Figura 4-5 Ângulo de ataque.
A Figura 4-6 mostra a asa (linha do cabo) do avião A formando um ângulo de 5 graus em relação ao vento relativo.
Figura 4-6 Ângulo de ataque. Como a força de sustentação se desenvolve.
Uma maneira mais comum de dizer isso é que o ângulo de ataque da asa é de 5 graus. Os aviões B, C e D mostram ângulos de ataque crescentes de 10, 30 e 45 graus, respectivamente. Quanto maior a diferença entre a asa e o vento relativo, maior o ângulo de ataque. Além disso, como você vai ver, a força de sustentação da asa está diretamente associada ao ângulo de ataque. Como a força de sustentação se desenvolve A asa é o cortador de ar mais moderno. Tão poderosa quanto qualquer espada de Samurai ou golpe de karatê, é um dispositivo de precisão para cortar o ar em uma direção específica. As asas foram especialmente criadas para arar as moléculas de ar, separando-as acima ou abaixo e, ao mesmo tempo, oferecendo pouca resistência na direção horizontal. Qualquer resistência horizontal força a asa para baixo. Essa resistência horizontal é chamada arrasto e é, definitivamente, um caso de quanto menor, melhor. A Figura 4-7 mostra como o plano aerodinâmico (o nome técnico de uma asa) divide o vento quando está em um ângulo de ataque de 10 graus.
Figura 4-7. Fluxo de ar por cima e por baixo de uma asa. A força de sustentação de um plano aerodinâmico é produzida pelo fluxo de ar por cima e por baixo da asa.
O fluxo de ar golpeia a borda de ataque da asa forçando ar para cima (e ar para baixo) do plano aerodinâmico. Os fluxos de ar acima e abaixo da asa são responsáveis pela geração da força de sustentação. Primeiro, vamos examinar como o fluxo de ar, golpeando a parte inferior da asa, produz parte da força de sustentação total desenvolvida. Impacto versus força de sustentação da pressão Colocar sua mão para fora da janela de um automóvel em movimento mostra duas coisas: demonstra como uma superfície relativamente plana desenvolve força de sustentação e sinaliza uma curva à esquerda. A Figura 4-8 mostra como o vento é desviado para baixo quando bate em sua mão.
Figura 4-8 Força de sustentação de impacto. O fluxo de ar que atinge a mão é desviado para baixo. Isso provoca uma força para cima igual e oposta à mão. A alta pressão é criada na parte inferior da mão, pelo impacto das moléculas do ar.
De acordo com Isaac Newton, que conhecia bem essas coisas, para cada ação há uma reação igual e contrária. O vento desviado para baixo pelo plano aerodinâmico cria um movimento da asa para cima (oposto). Esse movimento para cima é causado pela energia do impacto de bilhões de minúsculas moléculas de ar batendo na parte de baixo da asa. Além disso, a maior pressão na superfície inferior da asa resulta desse impacto molecular. A asa se move para cima como se estivesse sendo empurrada de baixo. Esse tipo de força de sustentação é conhecido como força de sustentação de porta de celeiro ou força de sustentação de impacto. Geralmente, ele contribui somente em parte com a força de sustentação total produzida pelas asas, o que significa que ninguém voa através da força de sustentação de porta de celeiro unicamente. Se isso fosse possível, pessoas excêntricas relatariam o vôo de portas de celeiro em vez de OVNIs. Uma maneira mais sutil e poderosa de força de sustentação ocorre a partir do fluxo de ar curvo sobre a parte superior da asa. Dobrando o vento com a asa Os japoneses inventaram a arte de dobrar papel e a chamaram de origami. Depois, experimentaram dobrar pessoas e chamaram isso de judô. No entanto, essa arte não estava aperfeiçoada, até as linhas aéreas adotarem a prática, que é chamada de “carruagem voadora”. Os aviões de passageiros (na verdade, todos os aviões) dobram outra coisa. Eles usam suas asas para dobrar o vento. Dobrar o vento não soou sofisticado o bastante para explicar por que os aviões voam; portanto, recebeu um título grego especial. Chamamos a ação de dobrar do vento de aerodinâmica. Simplificando, a asa é um dispositivo preciso para dobrar ou curvar o vento para baixo. Mas, como a ação de dobrar do vento sobre a asa cria força de sustentação? Vamos descobrir. A Figura 4-9 mostra um corte transversal de um plano aerodinâmico.
Figura 4-9 Fluxo de ar por cima e por baixo da asa em um pequeno ângulo de ataque. Em pequenos ângulos de ataque, o ar acima da asa é curvo, enquanto o ar abaixo da asa é relativamente reto.
Examine sua forma cuidadosamente. Em pequenos ângulos de ataque, o fluxo de ar sobre a asa é dobrado ou curvado com grande precisão, à medida que segue a superfície convexa superior. Uma superfície um tanto reta na parte inferior da asa deixa o ar de baixo relativamente reto. Dobrar ou curvar o vento acima da asa força o ar a viajar uma distância maior que o fluxo de ar mais reto abaixo. Se o vento acima está para alcançar a borda superior aproximadamente ao mesmo tempo que o vento abaixo (a ciência e as experiências dizem que isso acontece), a velocidade deve ser aumentada para cobrir a distância maior. Por exemplo, suponha que você esteja passeando com seu pit bull terrier (chamado Bob) em uma coleira. Você está na calçada e Bob está passeando na sarjeta (Figura 4-10).
Figura 4-10 Distâncias diferentes na curvatura acima e abaixo do carro (asa também).
Bob encontra um Volkswagen estacionado e resolve passar sobre o carro em vez de desviar (lembre-se que se trata de um pit bull... essa raça é teimosa). Obviamente, a distância sobre o carro é maior que a distância que você percorreria na calçada. Para que Bob não seja sufocado pela coleira, ele terá que aumentar um pouco sua velocidade ao percorrer essa distância maior. Você notou a semelhança do perfil do VW com uma asa? É curvo na parte superior e bastante reto na parte inferior. À medida que o ar flui sobre a asa, ele se curva e aumenta a velocidade. A maioria das asas é projetada com a superfície superior curva e a superfície inferior relativamente reta. Por causa da forma da asa, mesmo com um pequeno ângulo de ataque, uma asa convexa continuará a adicionar uma pequena curva e aceleração ao vento. Isso produz a força de sustentação que você aprende a amar, especialmente se pensa que um avião deve voar. Ângulo de ataque e geração de força de sustentação Durante a decolagem de um avião de passageiros comercial, você já notou que o piloto sempre ergue o nariz um pouco para começar a subida após chegar a uma velocidade mínima para a frente? Isso é chamado rotação e não é algo feito aos pneus do avião. À medida que o avião acelera para a decolagem, ele finalmente atinge uma velocidade suficiente para começar a voar. No entanto, a essa velocidade relativamente lenta, a curva projetada da asa não é capaz de curvar ou desviar ar suficiente para baixo, a fim de produzir a força de sustentação necessária para o vôo. É por isso que o avião não salta do chão como um gafanhoto que acabou de pousar em um churrasco quente. O piloto deve fazer algo mais para adicionar uma curva extra ao vento. Erguer o nariz aumenta um pouco o ângulo de ataque. Isso força o ar a experimentar uma curva adicional maior que aquela produzida pela forma projetada do plano aerodinâmico. A Figura 4-11 descreve esse processo.
Figura 4-11 Duas formas de força de sustentação. A- Força de sustentação de baixa pressão. Em ângulos maiores de ataque, o fluxo de ar é forçado a curvar além da forma projetada da asa. B- A força de sustentação de impacto na parte inferior da asa aumenta em um ângulo de ataque maior.
Com essa curvatura adicional, o ar viaja uma distância maior, sua velocidade aumenta, a pressão diminui na parte inferior do plano aerodinâmico e é produzida força de sustentação suficiente para começar a voar a uma velocidade no ar menor (obrigado pela força de sustentação, Bernoulli!). A força de sustentação de maior impacto resulta da exposição maior da superfície inferior da asa ao vento relativo. O resultado é que um ângulo de ataque crescente permite que o avião produza a força de sustentação necessária para voar a uma velocidade no ar menor. Agora você sabe como os planos aerodinâmicos geram a força de sustentação necessária a velocidades no ar menores. Sabe também por que a decolagem ou o pouso dos aviões a velocidades menores parece ter uma atitude do nariz um tanto alta. Mas o que acontece a velocidades no ar maiores? Você notou que, em vôo cruzeiro a velocidades no ar de cruzeiro, os aviões voam em atitudes de vôo quase niveladas? A Figura 4-12 mostra um avião em vários ângulos de ataque diferentes.
Figura 4-12 Relação entre ângulo de ataque e velocidade. Com variações de velocidade em vôo nivelado, a relação entre o ângulo de ataque e a velocidade no ar é mostrada claramente. Com o aumento da velocidade no ar, o avião requer um ângulo de ataque menor para permanecer no ar. À medida que a velocidade no ar do avião diminui, é necessário um ângulo de ataque maior.
A velocidades maiores, os aviões podem voar com ângulos de ataque menores, porque a forma da asa gera força de sustentação suficiente. Reduza a velocidade do avião e a asa deverá dobrar o vento artificialmente, aumentando seu ângulo de ataque. Há uma relação íntima e quente entre o ângulo de ataque e a força de sustentação. Em ângulos de ataque pequenos (como durante o vôo cruzeiro), a forma projetada do plano aerodinâmico gera força de sustentação suficiente para voar, desde que a velocidade no ar seja alta. O impacto do ar abaixo da asa não desempenha um papel importante no desenvolvimento da força de sustentação a velocidades mais altas (cruzeiro), pois um pedaço menor da parte inferior da asa está exposto ao vento. Em resumo, quanto mais lento está o avião, maior o ângulo de ataque necessário para voar. No entanto, há algo de bom nisso. Aumente bem o ângulo de ataque e, em vez de o ar fluir diretamente sobre a asa e criar força de sustentação, ele criará bolhas e borbulhas e a asa não será levantada. Chamamos essa condição de estol e esse assunto será tratado em uma lição futura. Agora é hora de falar sobre os detalhes de entrar e sair do vôo lento, como é feito no ar. Vôo lento em ação Em vôo direto e nivelado em potência de cruzeiro, o avião se move pelo ar a aproximadamente 110 nós. Nossa atitude de inclinação a essa velocidade no ar é de aproximadamente 4 graus do nariz para cima, conforme mostrado no indicador de atitude. Nessa condição, vamos descrever como você entrará em vôo lento. Vamos tornar isso realista, supondo que você esteja se preparando para pousar e deva reduzir a velocidade do avião para 75 nós para evitar atingir o avião à sua frente.
Para entrar em vôo lento enquanto mantém a altitude Reduza a potência para marcha lenta. Com a experiência, você aprenderá os ajustes de potência para a velocidade desejada e reduzirá a potência até esse valor. Erga o nariz rápido o suficiente para manter o ponteiro do VSI fixo em zero (ou o ponteiro de 100 pés do altímetro fixo). À medida que o avião desacelera, aplique um pouco de compensação do nariz para cima a fim de ajudar a manter a atitude de inclinação do nariz para cima (aproximadamente 9 graus de inclinação do nariz para cima, conforme mostrado no indicador de atitude). Quando o avião estiver na velocidade no ar desejada, aplique potência suficiente para manter sua altitude (cerca de 1.900 rpm). Faça pequenos ajustes na inclinação do nariz para manter a velocidade no ar desejada. Faça um ajuste de compensação final (se necessário) para manter a atitude de inclinação, que fornece a velocidade no ar desejada.
Ao entrar em vôo lento, seu avião deve ficar parecido com o da Figura 4-13.
Figura 4-13
Saindo do vôo lento Vamos supor que estejamos seguindo um avião e o controlador da torre queira que você aumente sua velocidade de 75 para 85 nós. Como fazer isso? Basta reverter o processo usado para entrar em vôo lento.
Para sair do vôo lento Aumente um pouco a potência, em torno de 2.000 rpm. Abaixe o nariz rápido o suficiente para manter o ponteiro do VSI fixo em zero (ou o ponteiro do altímetro de 100 pés fixo). À medida que o avião acelera, aplique um pouco de compensação do nariz para baixo a fim de ajudar a manter a atitude de inclinação desejada (aproximadamente 6 graus de inclinação do nariz para cima, conforme mostrado no indicador de atitude). Quando o avião estiver na velocidade no ar desejada, aplique potência suficiente para manter sua altitude. Use os ajustes de inclinação para manter essa velocidade no ar. Faça um ajuste de compensação final (se necessário) para manter a atitude de inclinação, que fornece a velocidade no ar desejada (85 nós neste exemplo).
Ao sair do vôo lento, seu avião deve ficar parecido com o da Figura 4-14.
Figura 4-14
Mantendo a altitude na velocidade de cruzeiro Até agora, você aprendeu como pilotar o avião com várias velocidades diferentes. Neste estágio do treinamento, você deve estar ciente de que a aceleração é melhor usada para manter a altitude ou a razão de descida. A velocidade no ar é mantida através do ajuste da atitude de inclinação do nariz do avião. Mas e quando você não estiver tentando manter uma velocidade específica, como no vôo de cruzeiro? Afinal, no vôo de cruzeiro, você não mantém sua altitude usando ajustes de aceleração, mantém? Não, não mantém. Eis aqui a razão. No vôo de cruzeiro, você geralmente ajusta a aceleração para um valor de potência que não danifique o motor (para simplificar as lições, iremos supor que a aplicação da aceleração total em qualquer de nossas simulações não danificará o motor). Depois, durante a maior parte do tempo, você não mexe na aceleração. Não há necessidade de se preocupar em manter uma velocidade no ar específica no vôo de cruzeiro. Neste caso, a potência é fixada em um valor específico e você faz pequenos ajustes na atitude de inclinação para manter ou modificar sua altitude. No entanto, em vôo lento, você usará a potência para controlar sua altitude e a inclinação (joystick) para controlar a velocidade no ar. Isto pode ser o oposto do que você poderia pensar. No entanto, como você verá em breve, esta é a técnica básica que quero que você use ao pousar um avião. Agora é por sua conta Agora quero que você vá para a lição interativa e pratique o vôo lento no avião. Seu principal objetivo é manter a altitude e o rumo, tentando voar a várias velocidades de vôo lento. Primeiro, você poderá achar um pouco difícil manter a velocidade no ar e a altitude, ao voar em um rumo preciso. Portanto, estabeleça suas prioridades da seguinte forma: primeiro, ajuste a inclinação para obter a velocidade no ar desejada. Em seguida, enquanto mantém essa atitude de inclinação do nariz, faça pequenos ajustes na potência para manter a altitude. Se você se sentir com sorte, tente o vôo lento em curvas. Mas seja cuidadoso nas curvas. Lembre-se da Lição 2, em que um pequeno aumento na atitude de inclinação era necessário para manter a altitude em uma curva. Agora que você sabe como usar a aceleração, poderá adicionar um pouco de potência, se necessário, para ajudar a manter a altitude em uma curva. Quanto mais íngreme a curva, mais potência será necessária. Seja generoso ao usar a compensação no vôo lento (embora seja melhor não compensar em curvas, pois elas são condições transitórias). Isso evita que o avião saia da atitude de inclinação desejada, se sua atenção for desviada do painel de instrumentos. Acima de tudo, divirta-se! Ler o briefing deste vôo - início -