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.

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