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Como Funcionam os Afterburner’s – Parte 1

Os Afterburner’s ou Pós – Combustores são um componente que se adiciona a alguns motores a jacto, cuja sua finalidade é proporcionar um aumento temporário da pressão tanto para voo supersónico como para as manobras de descolagem.

Em manobras de descolagem o uso de Afterburner’s torna-se essencial em aeronaves que possuam uma grande carga alar (peso da aeronave carregada dividida pela área da asa), o que significa que necessitam de velocidades bastante elevadas para efectuarem a descolagem. Quando em voo o Afterburner pode ser utilizado para um aumento da potência disponível de imediato.

Este aumento imediato da potência disponível é conseguido através da injecção adicional de combustível na área do bocal de escape, ou seja, genericamente após ser queimado o combustível na câmara de combustão, esta liberta gases a elevada temperatura que são pressurizados pela turbina, e é sobre estes mesmos gases que se encontram extremamente quentes e pressurizados que se injecta mais combustível de modo a que este seja queimado quando em contacto com os gases expulsos, gerando uma maior quantidade de gases, o que aumenta a impulsão gerada.

O uso deste sistema tem vantagens, tais como o aumento significativo da impulsão gerada, mas por outro lado aumenta consideravelmente o consumo de combustível e tem uma elevada taxa de ineficiência, mas é aceitável o seu uso em curtos espaços de tempo e para a realização de determinadas manobras.

Principio Básico dos Motores a Jacto

Os motores de propulsão a jacto regem-se pelo princípio geral do fluxo de massa. Basicamente o impulso depende de duas variáveis, a primeira é a velocidade dos gases de escape, e a segunda a massa dos gases. Existem duas expressões importantes no uso dos Afterbuner’s, e são elas “wet” quando o Afterburner está a ser usado e “dry” quando se está a usar o motor sem pós-combustão, ou seja sem a intervenção do Afterburner.

A temperatura dos gases resultantes da combustão ocorrida na câmara de combustão é maior logo antes da turbina, o que faz com que seja a capacidade da turbina resistir a essas temperaturas que é a primeira restrição da potência seca (dry) que o motor é capaz de gerar. Essa temperatura é conhecida como Turbine Entry Temperature (TET), e é um dos parâmetros críticos da operação do motor.

Sabendo que nem todo o oxigénio foi consumido na reacção de combustão ocorrida dentro da câmara de combustão, então ainda existe possibilidade de adicionar mais combustível de modo a reacender os gases e causar um aumento substancial na velocidade de exaustão dos gases e assim aumentar a propulsão. Este é o real funcionamento de um Afterburner, e é pelo motivo da adição posterior de mais combustível que se chama de potência molhada (wet).

Assim, durante a operação de funcionamento do motor, os gases passam a turbina e expandem numa entropia constante, perdendo assim temperatura, consequentemente o pós-combustor (afterburner) injecta combustível à direita da turbina, que ao entrar em contacto com os gases quentes expelidos pela turbina se reacendem na presença de uma quantidade adicional de combustível, aumentando assim a pressão no tubo de escape, enquanto o fluxo de massa se torna ligeiramente maior, aumentando a propulsão.

Como é Definido o Numero de Pás do Rotor de um Helicóptero?

Certamente não será a propriedade mais denotada pela maioria dos que olham para um Helicóptero, mas o que é certo é que nem todos usam o mesmo número de pás no rotor.

Mas porque é que o número de pás no rotor varia de Helicóptero para Helicóptero?

O rotor de um Helicóptero usa um conceito que vai muito mais além do que uma simples hélice. E é por este motivo que os pilotos repugnam o uso da denominação “hélice” para se referir ao “rotor”.

As pás de um rotor fazem parte dum complexo sistema que luta a todo o momento para gerar sustentação.

Uma das grandes diferenças entre uma pá de um rotor e uma hélice é que a hélice é retorcida da raiz até a ponta, enquanto as pás têm um perfil plano, com quase o mesmo ângulo em toda a sua extensão.

Os Problemas Enfrentados pelas Pás do Rotor

Por incrível que pareça o rotor principal é a parte mais lenta de um Helicóptero. A rotação por minuto (RPM) a que o rotor principal trabalha, varia de helicóptero para helicóptero, mas em geral situa-se entre as 192RPM e as 400RPM. Estes valores são bastante lentos quando comparados com os valores que os rotores de cauda utilizam, que podem variar entre as 1000RPM e as 2000RPM.

O motor tem como objectivo principal manter exactamente as mesmas rotações por minuto do rotor principal em todos os regimes, desde a descolagem, voo, pairar, aterragem. Seja qual for a manobra, as rotações por minuto do rotor não podem ser alteradas.

Tendo em conta as rotações por minuto, o tamanho da pá, a sua envergadura e alongamento, podemos definir a sua carga alar, ou seja, quanto peso consegue a pá sustentar.

Primeiro Problema de uma Pá de um Rotor

É no momento em que a pá começa a girar que se dá o primeiro problema. Se dividirmos uma pá em 3 secções, uma mais próxima da raiz, outra na zona média e por fim a ponta. Ao girar a pá descreve um movimento circular, em que cada secção tem o mesmo movimento circular, mas percorre distâncias diferentes, pois o círculo descrito pela secção mais perto da raiz é muito menor do que o círculo descrito pela ponta da pá, isto no mesmo intervalo de tempo.

A sustentação tem como princípio básico o Principio de Bernoulli, que refere o seguinte:

–  V = velocidade na secção considerada.

–  g = aceleração gravitacional

–  z = altura na direcção da gravidade desde uma cota de referência.

–  P = pressão ao longo da linha de corrente.

–  p = densidade.

Um dos primeiros problemas que surgiram referentes á estrutura das pás foi que ao girarem a determinada velocidade e ao serem sujeitas a forças as pás flexionavam violentamente no sentido ascendente e simplesmente não aguentavam tamanho esforço e partiam.

Foi então que se começou a pensar numa solução. A primeira medida tomada foi torcer ligeiramente a pá mais junto da raiz e mais linear junto à ponta da pá de modo a ter um formato trapezoidal, ficando a raiz da pá um pouco maior que a ponta. Esta foi a solução mais eficaz de entre muitas outras testadas.

O Que Define o Número de Pás?

Os primeiros Helicópteros que surgiram utilizavam 3 pás, era o método de construção mais simples. Esses rotores tinham o de sistema de rotor rígido, já que as pás estavam aplicadas directamente na cabeça do rotor, tem apenas movimento em torno do seu eixo longitudinal.

O Sistema de rotor rígido tinham bastantes “defeitos” que dificultavam a manobrabilidade, como as pás estavam directamente acopladas à cabeça do rotor, a sua rotação transmitia bastante vibração para a fuselagem e comandos. Além das vibrações, a raiz das pás estavam sujeitas a enormes esforços de flexão e compressão.

Estes problemas tinham como principal razão a assimetria da sustentação, uma vez que a sustentação aumenta no lado em que a pá avança, e desce no lado em que a pá recua, este movimento é conhecido como batimento. Durante estes primeiros tempos uma vez que não havia liberdade de controlar o batimento, as pás eram construídas com ligas de Alumínio flexíveis que permitiam às pás obter alguma flexibilidade.

Com o passar do tempo veio a verificar-se que o sistema de rotor rígido não era eficiente, pois restringia a velocidade do helicóptero, além disso tinha-se chegado ao limite da própria tecnologia de construção e dos materiais existentes na época, uma vez que as pás deveriam ser ao mesmo tempo flexíveis para permitir o batimento, e rígidas de modo a suportar o peso e os esforços aplicados pela sustentação.

O Primeiro sistema de rotor semi-rígido foi idealizado por Juan de La Cierva em 1928, este sistema tinha como principal objectivo compensar a tendência de o helicóptero levantar o nariz no inicio da manobra de descolagem. Este sistema permitia que o batimento fosse feito sem que para isso fosse necessário flectir as pás, assim as pás poderiam ser rígidas e o movimento do batimento seria aplicado no mastro.

O sistema de rotor semi-rígido ainda é aplicado nos dias de hoje em várias aeronaves, mas este sistema não resolveu o problema dos esforços de flexão e deflexão que ocorria na raiz das pás, devido ao efeito de Coriollis, que basicamente se traduz pela modificação do centro de massa das pás e faz com que elas tenham a tendência de ter um movimento de vai e vem.

Na tentativa da resolução dos problemas que ainda persistiam, Juan de La Cierva desenhou então um sistema de 4 pás, com uma articulação que permitia o movimento individual em torno dos eixos longitudinal (mudança de passo), transversal (batimento) e vertical (avanço e recuo). Esta combinação é conhecida como prato oscilante. Com estas modificações ficou mais caro e mais complexo construir um rotor e seria preciso um complexo sistema de amortecimento para evitar que a diversidade de movimentos permitidos provocasse uma vibração demasiado elevada no mastro e consequentemente na fuselagem, tornando o controlo da aeronave muito mais complicado e desconfortável, ou até mesmo impossível.

Agora podemos entender melhor aos factores que influenciam a quantidade de pás de um rotor principal.

A utilização de apenas duas pás seria inviável num Helicóptero muito pesado, pois a área da pá teria de ser gigantesca e a grande quantidade de ar deslocada iria ao mesmo tempo gerar muitas vibrações e muito barulho.

As mesmas características são adoptadas para a quantidade de pás existentes no rotor de cauda. Além de os fabricantes levarem em consideração o peso e a sustentação gerada, tem especial atenção às vibrações. Nos voos de teste dos primeiros Helicópteros Sikosrsky, os pilotos saíam enjoados e outros tiveram crises profundas de Labirintite.

Labirintite é uma desordem do equilíbrio do corpo humano. Tal desordem é causada por um processo inflamatório ou infeccioso que afecta os labirintos, que ficam dentro do sistema vestibular, órgão responsável pelo equilíbrio, postura e orientação do corpo e que se localiza no ouvido interno. Posteriormente foi descoberto que estes efeitos eram causados porque a aeronave ressoava na mesma frequência que o corpo Humano.

Temos como exemplo o Bell 205 Huey que utiliza apenas duas pás, mas é um Helicóptero relativamente leve, uma vez que o seu peso máximo de descolagem é de cerca de 3900Kg, além disso o som característico deste Helicóptero pode ser ouvido até 5 Km de distância. Por Outro lado o Mil MI 26, o maior helicóptero do mundo utiliza 8 pás para distribuir a enorme sustentação necessária para conseguir descolar com um peso máximo de 56000Kg.

Basicamente a diferença principal entre a quantidade de pás utilizada é na melhoria da capacidade de sustentação e no maior conforto e manobrabilidade.

Recentemente o Journal of Nueroscience publicou um estudo da University College London, no qual se tenta demonstrar e explicar a habilidade dos pilotos de Aviões Caça de trabalhar sobre enormes pressões físicas e emocionais se deve ao modo como o seu cérebro se adaptou ao treino intensivo, e possivelmente o nascimento do piloto já com algumas destas características evidenciadas. O estudo evidenciou diferenças na massa branca cerebral que é constituída pelas fibras (axónios) que interligam os neurónios, e nas conexões do hemisfério direito do cérebro, quando comparados com outros voluntários que não eram pilotos.

A ideia de investigar os cérebros dos pilotos de aviões caça surgiu porque os Pilotos de Força Aérea são treinados para voar a velocidades supersónicas e a baixas altitudes e em diversas condições de relevo, quer seja urbano ou não. Para se conseguir pilotar um Avião Caça é necessário um controlo absoluto para lidar com qualquer erro possível, ou seja, a disciplina dos pilotos de Aviões Caça está nos limites da capacidade cognitiva humana.

O estudo foi feito com base em 11 pilotos de Aviões Caça Panavia Tornado, da Força Aérea Real Britânica. O Panavia Tornado é um avião jacto bi-motor capaz de atingir a velocidade de Mach 2.2 (2.350 km/h). Foram feitos testes cognitivos visuais aos pilotos seleccionados, com o objectivo de medir a precisão com que conseguiam responder a um alvo enquanto estavam a ser distraídos. Ainda não está 100% comprovado se os pilotos nascem com essas diferenças nas conexões cerebrais ou se as desenvolvem com o intensivo treino.

Este estudo vem fundamentar ainda mais as minhas próprias conclusões, que para ser um piloto de Aviões Caça, o nosso corpo tem de ser treinado em diverso níveis, ou quem sabe talvez já nascer com as tais diferenças a nível cerebral evidenciadas. A capacidade do corpo suportar pressões várias vezes superiores à pressão atmosférica requer um treino intensivo, o que leva ao limite o corpo humano, e onde nem sempre a fisionomia de todos os que querem consegue chegar.

Eu como apaixonado pela aviação tenho cada vez mais certezas que os verdadeiros pilotos de Aviões Caça são a elite dos pilotos, onde muito poucos conseguem entrar e atingir a perfeição.

Porquê é que é que os Helicópteros não Voam mais Depressa?

No princípio dos anos 40, quando apareceram os primeiros helicópteros totalmente controláveis, o principal objectivo deste tipo de aeronave era aterrar e descolar verticalmente e onde a velocidade não era o elemento mais importante.

O helicóptero Bell-47B com duas pessoas a bordo já alcançava os 140 km\h, isto durante o ano de 1946. No entanto no final dos anos 50 algumas aeronaves já conseguiam atingir os 260 km\h, e esse era o limite para os anos que corriam, nenhuma aeronave conseguia ultrapassar a barreira dos 300 km\h.

A grande dificuldade encontrada pelos engenheiros aeronáuticos no final dos anos 50 e início dos anos 60 era a impossibilidade de ultrapassar a barreira dos 300 km\h. Mas porquê é que não se conseguia ultrapassar essa velocidade?

A Aerodinâmica é o Principal Problema.

O Helicóptero ao descolar verticalmente, as pás do seu rotor atingem o ar com a mesma velocidade, e com a alteração do ângulo de ataque das pás do rotor elas conseguem gerar sustentação, direccionando o ar no sentido descendente e impulsionando a aeronave no sentido ascendente.  Mas o verdadeiro problema reside quando o helicóptero se desloca na horizontal.

Um dos problemas de aumentar a velocidade de rotação das pás é o facto de a ponta da pá começar a entrar num regime supersónico, alterando a compressibilidade do ar e a aerodinâmica para a qual a pá foi desenhada.

Para tentar resolver este problema, no final dos anos 70 a companhia Westland Helicopter uniu esforços com a Royal Aircraft Establishment e iniciaram uma pesquisa à qual chamaram BERP (British Experimental Rotor Programme), onde o principal objectivo era aumentar a velocidade e a capacidade de carga dos rotores.

Foi então que surgiu o helicóptero Westland Lynx , que possuía um design da pá do rotor muito eficiente em altas velocidades e construída em material composto com maior resistência a grandes esforços.

O recorde de velocidade foi atingido pelo Westland Lynx em 1986 conseguindo ultrapassar a marca dos 400 km\h. No entanto outras empresas tentaram evoluir as suas aeronaves, ou seja, tentando conjugar a versatilidade do helicoptero com a velocidade do avião. Na tentativa de aumentar a velocidade de ponta dos helicópteros a Sikorsky Aircraft iniciou uma pesquisa à qual chamou ABC (Advancing Blade Concept) e criou o Sikorsky S-69, que atingia 296 km\h.

Em 2008 a Sikorsky realizou o primeiro voo com a sua nova aeronave Sikorsky X2, e desde então tem vindo a melhorar e a testar a sua performance. Em Setembro deste ano (2010) a empresa revelou que tinha alcançado uma velocidade de 460 km\h, batendo assim o recorde do Westalnd Lynx.

A Eurocopter também não está indiferente á tentativa de aumentar a velocidade das suas aeronaves e revelou recentemente que já está a desenvolver à cerca de 3 anos uma aeronave de alta velocidade, e que promete revolucionar o conceito de voo do helicóptero. A aeronave foi apelidade de X3, e ainda não efectuou qualquer voo de alta velocidade.

Sikorsky X2                                                                                      Eurocopter X3

Em conclusão, podemos afirmar que muito dificilmente, ou mesmo nunca conseguiremos ter a velocidade de um avião ( > 700 km\h) conjugada com a versatilidade do actual conceito de voo dos helicópteros.

Como é que os Helicópteros Voam

O helicóptero é um tipo de aeronave de asas rotativas, propulsada por um ou mais rotores horizontais, que quando girados criam a sustentação necessária para o vôo. É chamada de aeronave de asas rotativas devido ao facto de as pás do rotor girarem em torno de um eixo, esta é a maior diferença das aeronaves de asas fixa (aviões).

Os helicópteros tem variadas vantagens em relação ás aeronaves de asa fixa, ou seja, as aeronaves de asas rotativas podem aterrar e descolar verticalmente, pairar, deslocar-se para a frente e para trás, deslocar-se mais rapidamente ou lentamente e inverter a trajectória. Estes atributos fazem dos helicópteros aeronaves extremamente manobráveis e ágeis, capazes de actuar em locais de espaço reduzido e em condições que as aeronaves de asa fixa não seria capazes de operar.

Mas nem tudo são vantagens em relação ás aeronaves de asa fixa, comparados com os aviões os helicópteros são muito mais complexos a nível de mecânica, mais caros na compra e na manutenção, operam a baixas velocidades, possuem pouca capacidade de carga e a sua autonomia é reduzida quando comparada com a autonomia dos aviões.

Princípio da sustentabilidade

A função das pás que que estão acopladas ao rotor principal é gerar uma força capaz de elevar e sustentar a aeronave. As pás do rotor principal de um helicóptero são projectadas para deflectir o ar no sentido descendente com grande eficiência. Esta deflexão do ar causada pelo girar das pás causa dois efeitos, que são uma reacção contrária e uma diferença de pressão.

A reacção contrária tem como princípio base a 3ª Lei de Newton (Lei da Acção-Reacção), que tem a seguinte definição:  Quando um corpo A (neste caso as pás) exerce uma força sobre um corpo B (neste caso o ar), simultaneamente o corpo B exerce uma força sobre o corpo A com uma intensidade e direcção igual, mas no sentido oposto.

A diferença de pressão baseia-se no princípio de Bernoulli, mas existem diversos factores que podem afectar a elevação produzida sob este princípio. O princípio de Bernoulli assenta na ideia que as pás ao girarem através do ar, se cria uma maior velocidade na parte superior da pá do que na parte inferior. Esta situação cria uma maior pressão na parte inferior da pá do que na parte superior. Esta diferença de pressão resulta numa força que tende a empurrar o corpo no sentido ascendente, o que causa a elevação.

Há vários factores que afectam a quantidade de força de sustentação que é criada. O primeiro factor importante é a velocidade, quando mais rápido a pá se move através do ar, maior é a quantidade de ar que é forçada a passar por baixo da pá, portanto a força de elevação criada é maior. Outro factor que influência a quantidade da força de sustentação é a densidade do ar, quanto maior for a densidade do ar maior é a força de elevação produzida, é por esse motivo que o helicópteros tendem  a melhorar as suas prestações no inverno, visto que o ar frio é mais denso que o ar quente. Por outro lado a forma\desenho da pá pode afectar a quantidade de força de elevação criada

O porquê de se usar um rotor de Cauda

Assim que o rotor principal começa a girar vai criar uma força descendente, mas vai também exercer uma força com uma determinada velocidade angular resultante da sua rotação, esta força vai fazer com que a aeronave tenha tendência a girar em torno do seu próprio eixo. Para evitar que esta situação aconteça foi adicionado um rotor de cauda.

O rotor de cauda não gira em torno de um eixo vertical, mas sim de um eixo horizontal, esta rotação cria uma força com direcção lateral, que contraria o movimento de rotação do rotor principal, mantendo assim a aeronave estável.


A pilotagem de um helicóptero requer grande experiência e  habilidade. O piloto necessita de efectuar correcções permanentes para que consiga manter a aeronave na posição desejada. O “simples” pairar da aeronave requer constantes ajustes, contrariando as acções das interferências naturais sobre a aeronave, como é o caso do vento, ou da densidade do ar.

Há vários factores que afectam a quantidade de força de sustentação que é criada. O primeiro factor importante é a velocidade, quando mais rápido a pá se move através do ar, maior é a quantidade de ar que é forçada a passar por baixo da pá, portanto a força de elevação criada é maior. Outro factor que influência a quantidade da força de sustentação é a densidade do ar, quanto maior for a densidade do ar maior é a força de elevação produzida, é por esse motivo que o helicópteros tendem a melhorar as suas prestações no inverno, visto que o ar frio é mais denso que o ar quente. Por outro lado a forma\desenho da pá pode afectar a quantidade de força de elevação criada.

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