Aeronave: Sistemas de Bússola
A Terra é um enorme ímã, girando no espaço, cercado por um campo magnético formado por linhas invisíveis de fluxo. Essas linhas saem da superfície no pólo norte magnético e reentram no pólo sul magnético.
As linhas de fluxo magnético têm duas características importantes: qualquer ímã que esteja livre para girar se alinhará com elas, e uma corrente elétrica é induzida em qualquer condutor que as atravesse. A maioria dos indicadores de direção instalados em aeronaves faz uso de uma dessas duas características.
Bússola magnética
Um dos instrumentos mais antigos e simples para indicar a direção é a bússola magnética. É também um dos instrumentos básicos exigidos pelo Título 14 do Código de Regulamentos Federais (14 CFR) parte 91 para voo VFR e IFR.
Um ímã é um pedaço de material, geralmente um metal contendo ferro, que atrai e mantém linhas de fluxo magnético. Independentemente do tamanho, todo ímã tem dois pólos: norte e sul. Quando um ímã é colocado no campo de outro, os pólos diferentes se atraem e os pólos iguais se repelem.
Uma bússola magnética de aeronave, como a da Figura 8-32, tem dois pequenos ímãs presos a um flutuador de metal selado dentro de uma tigela de fluido transparente semelhante ao querosene. Uma escala graduada, chamada de cartão, é enrolada ao redor do flutuador e vista através de uma janela de vidro com uma linha de madeira atravessada. O cartão é marcado com letras que representam as direções cardeais, norte, leste, sul e oeste, e um número para cada 30° entre essas letras. O “0” final é omitido nestas direções. Por exemplo, 3 = 30°, 6 = 60° e 33 = 330°.
Existem marcas de graduação longas e curtas entre as letras e os números, cada marca longa representando 10° e cada marca curta representando 5°.
O conjunto do flutuador e do cartão tem um pivô de aço endurecido em seu centro que fica dentro de um copo especial de vidro rígido com mola. A flutuabilidade do flutuador retira a maior parte do peso do pivô, e o fluido amortece a oscilação do flutuador e do cartão. Esta montagem tipo joia e pivô permite que a bóia gire e incline até um ângulo de inclinação de aproximadamente 18°. Em ângulos de inclinação mais acentuados, as indicações da bússola são erráticas e imprevisíveis.
A caixa da bússola está totalmente cheia de fluido da bússola. Para evitar danos ou vazamentos quando o fluido se expande e se contrai com as mudanças de temperatura, a parte traseira da caixa da bússola é vedada com um diafragma flexível ou com um fole de metal em algumas bússolas.
Os ímãs se alinham com o campo magnético da Terra e o piloto lê a direção na escala oposta à linha de lubrificação. Observe que na Figura, o piloto vê o cartão da bússola pela parte de trás. Quando o piloto está voando para o norte, como indica a bússola, o leste está à direita do piloto. No cartão, “33”, que representa 330° (a oeste do norte), está à direita do norte. A razão para esta aparente graduação para trás é que o cartão permanece estacionário, e a caixa da bússola e o piloto giram em torno dele. Por causa dessa configuração, a bússola magnética pode ser confusa para ler.
Erros Induzidos por Bússola Magnética
A bússola magnética é o instrumento mais simples do painel, mas está sujeito a uma série de erros que devem ser considerados.
Variação A Terra gira em torno de seu eixo geográfico; mapas e cartas são desenhados usando meridianos de longitude que passam pelos pólos geográficos. As direções medidas a partir dos pólos geográficos são chamadas de direções verdadeiras. O Pólo Norte magnético para o qual a bússola magnética aponta não está colocado com o Pólo Norte geográfico, mas está a cerca de 1.300 milhas de distância; As direções medidas a partir dos pólos magnéticos são chamadas de direções magnéticas. Na navegação aérea, a diferença entre as direções verdadeira e magnética é chamada de variação. Essa mesma diferença angular no levantamento topográfico e na navegação terrestre é chamada de declinação.
A figura mostra as linhas isogônicas que identificam o número de graus de variação em sua área. A linha que passa perto de Chicago é chamada de linha agônica. Em qualquer lugar ao longo desta linha os dois pólos estão alinhados e não há variação. A leste desta linha, o Pólo Norte magnético está a oeste do Pólo Norte geográfico e uma correção deve ser aplicada a uma indicação da bússola para obter uma direção verdadeira.
Voando na área de Washington, DC, por exemplo, a variação é de 10° oeste. Se um piloto quiser voar um curso verdadeiro de sul (180°), a variação deve ser somada a isso, resultando em um curso magnético de 190° para voar. Voando na área de Los Angeles, Califórnia, a variação é de 14° leste. Para voar um curso verdadeiro de 180° ali, o piloto teria que subtrair a variação e voar um curso magnético de 166°. O erro de variação não muda com o rumo da aeronave; é o mesmo em qualquer lugar ao longo da linha isogônica.
Desvio Os ímãs em uma bússola se alinham com qualquer campo magnético. Algumas causas para campos magnéticos em aeronaves incluem fluxo de corrente elétrica, peças magnetizadas e conflito com o campo magnético da Terra. Esses campos magnéticos da aeronave criam um erro de bússola chamado desvio.
O desvio, ao contrário da variação, depende do rumo da aeronave. Também diferentemente da variação, a localização geográfica da aeronave não afeta o desvio. Embora ninguém possa reduzir ou alterar o erro de variação, um técnico de manutenção de aviação (AMT) pode fornecer os meios para minimizar o erro de desvio executando a tarefa de manutenção conhecida como “balançar a bússola”.
Para balançar a bússola, um AMT posiciona a aeronave em uma série de rumos conhecidos, geralmente em uma rosa dos ventos. [Figura 8-34] Uma rosa-dos-ventos consiste em uma série de linhas marcadas a cada 30° na rampa de um aeroporto, orientadas para o norte magnético. Há interferência magnética mínima na rosa dos ventos. O piloto ou o AMT, se autorizado, pode taxiar a aeronave até a bússola e manobrar a aeronave nos rumos prescritos pelo AMT.
À medida que a aeronave é “balançada” ou alinhada a cada direção da bússola, o AMT ajusta o conjunto do compensador localizado na parte superior ou inferior da bússola. O conjunto do compensador possui dois eixos cujas extremidades possuem ranhuras para chave de fenda acessíveis pela frente da bússola. Cada eixo gira um ou dois pequenos ímãs de compensação. A extremidade de um eixo é marcada EW, e seus ímãs afetam a bússola quando a aeronave está apontada para leste ou oeste. O outro eixo é marcado NS e seus ímãs afetam a bússola quando a aeronave está apontada para o norte ou para o sul.
Os ajustes posicionam os ímãs de compensação para minimizar a diferença entre a indicação da bússola e o rumo magnético real da aeronave. O AMT registra qualquer erro remanescente em um cartão de correção de bússola como o da Figura 8-35 e o coloca em um suporte próximo à bússola. Apenas AMTs podem ajustar a bússola ou completar o cartão de correção da bússola. Os pilotos determinam e voam os rumos da bússola usando os erros de desvio anotados no cartão. Os pilotos também devem observar o uso de qualquer equipamento que cause interferência magnética operacional, como rádios, equipamentos de degelo, aquecimento de pitot, radar ou carga magnética.
As correções para variação e desvio devem ser aplicadas na sequência correta conforme mostrado abaixo, começando pelo verdadeiro curso desejado.
Erros de mergulho O campo magnético da Terra corre paralelo à sua superfície apenas no equador magnético, que é o ponto a meio caminho entre os pólos norte e sul magnéticos. À medida que você se afasta do Equador Magnético em direção aos pólos magnéticos, o ângulo criado pela atração vertical do campo magnético da Terra em relação à superfície da Terra aumenta gradualmente. Esse ângulo é conhecido como ângulo de mergulho. O ângulo de mergulho aumenta na direção descendente à medida que você se move em direção ao Pólo Norte Magnético e aumenta na direção ascendente à medida que você se move em direção ao Pólo Sul Magnético.
Se a agulha da bússola fosse montada de forma que pudesse girar livremente em três dimensões, ela se alinharia com o campo magnético, apontando para cima ou para baixo no ângulo de mergulho na direção do Norte Magnético local. Como o ângulo de mergulho não é de interesse de navegação, a bússola é feita de modo que possa girar apenas no plano horizontal. Isso é feito abaixando o centro de gravidade abaixo do ponto de articulação e tornando o conjunto pesado o suficiente para que o componente vertical da força magnética seja muito fraco para incliná-lo significativamente para fora do plano horizontal. A bússola pode então funcionar efetivamente em todas as latitudes sem compensação específica para mergulho. No entanto, próximo aos pólos magnéticos, o componente horizontal do campo da Terra é muito pequeno para alinhar a bússola, o que torna a bússola inutilizável para navegação. Por causa dessa restrição, a bússola só indica corretamente se o cartão estiver na horizontal. Uma vez inclinado para fora do plano horizontal, ele será afetado pelo componente vertical do campo da Terra, o que leva às seguintes discussões sobre erros de giro para o norte e para o sul.
Erros de giro ao norte O centro de gravidade da montagem flutuante está localizado abaixo do ponto de articulação. À medida que a aeronave gira, a força resultante do mergulho magnético faz com que o conjunto do flutuador gire na mesma direção em que o flutuador gira. O resultado é uma falsa indicação de curva para o norte. Por causa dessa orientação da bússola, ou conjunto de flutuação, uma curva para o norte deve ser interrompida antes da chegada ao rumo desejado. Este erro de bússola é amplificado com a proximidade de qualquer pólo magnético. Uma regra prática para corrigir esse erro inicial é parar a curva 15 graus mais metade da latitude (ou seja, se a aeronave estiver sendo operada em uma posição próxima a 40 graus de latitude, a curva deve ser interrompida 15+20=35 graus antes do título desejado).
Erros de giro ao sul Ao girar em direção ao sul, as forças são tais que o conjunto da boia da bússola fica atrasado em vez de adiantado. O resultado é uma falsa indicação de curva para o sul. O cartão da bússola, ou conjunto de flutuação, deve ser autorizado a passar pelo rumo desejado antes de parar a curva. Tal como acontece com o erro do norte, este erro é amplificado com a proximidade de qualquer pólo magnético. Para corrigir este erro de atraso, a aeronave deve ser autorizada a passar na direção desejada antes de parar a curva. A mesma regra de 15 graus mais metade da latitude se aplica aqui (ou seja, se a aeronave estiver sendo operada em uma posição próxima a 30 graus de latitude, a curva deve ser interrompida 15+15+30 graus após passar a proa desejada).
Erro de aceleração O mergulho magnético e as forças de inércia causam erros de bússola magnética ao acelerar e desacelerar em rumos de leste e oeste. Por causa da montagem do tipo pendular, a extremidade traseira da bússola é inclinada para cima ao acelerar e para baixo ao desacelerar durante as mudanças de velocidade do ar. Ao acelerar em direção leste ou oeste, o erro aparece como uma indicação de curva em direção ao norte. Ao desacelerar em qualquer um desses rumos, a bússola indica uma curva para o sul. Um mnemônico, ou jogger de memória, para o efeito do erro de aceleração é a palavra “ANDS” (Aceleração Norte/Desaceleração-Sul) pode ajudá-lo a lembrar o erro de aceleração. A aceleração causa uma indicação em direção ao norte; desaceleração causa uma indicação para o sul.
Erro de oscilação A oscilação é uma combinação de todos os erros mencionados anteriormente e resulta na flutuação da bússola em relação à direção real da aeronave. Ao ajustar o indicador de rumo giroscópico para concordar com a bússola magnética, use a indicação média entre as oscilações.
A bússola magnética do cartão vertical
A bússola magnética de cartão vertical elimina alguns dos erros e confusões encontrados com a bússola magnética. O mostrador desta bússola é graduado com letras que representam os pontos cardeais, números a cada 30° e marcas de escala a cada 5°. O mostrador é girado por um conjunto de engrenagens do ímã montado no eixo, e o nariz da aeronave simbólica no vidro do instrumento representa a linha de lubrificação para ler a direção da aeronave no mostrador.
Atrasos ou antecipações Ao iniciar uma curva a partir de uma direção para o norte, a bússola fica atrasada em relação à curva. Ao iniciar uma curva a partir de uma direção ao sul, a bússola lidera a curva.
Amortecimento de correntes parasitas No caso de uma bússola magnética de cartão vertical, o fluxo do ímã permanente oscilante produz correntes parasitas em um disco ou copo de amortecimento. O fluxo magnético produzido pelas correntes parasitas se opõe ao fluxo do ímã permanente e diminui as oscilações.
