Freios de aeronaves

Aeronaves muito antigas não têm sistema de freio para desacelerar e parar a aeronave enquanto ela está no solo. Em vez disso, eles contam com velocidades lentas, superfícies de aeródromo macias e o atrito desenvolvido pela derrapagem da cauda para reduzir a velocidade durante a operação em solo. Os sistemas de freio projetados para aeronaves tornaram-se comuns após a Primeira Guerra Mundial, à medida que a velocidade e a complexidade das aeronaves aumentavam e o uso de superfícies de pista lisas e pavimentadas proliferava. Todas as aeronaves modernas estão equipadas com freios. Seu bom funcionamento é confiável para a operação segura da aeronave no solo. Os freios desaceleram a aeronave e a param em um tempo razoável. Eles mantêm a aeronave parada durante a aceleração do motor e, em muitos casos, orientam a aeronave durante o táxi. Na maioria das aeronaves, cada uma das rodas principais é equipada com uma unidade de freio. A roda do nariz ou a roda traseira não têm freio.

No sistema de freio típico, as ligações mecânicas e/ou hidráulicas aos pedais do leme permitem que o piloto controle os freios. Pressionar a parte superior do pedal do leme direito ativa o freio na(s) roda(s) principal(is) direita(s) e pressionar a parte superior do pedal do leme esquerdo opera o freio na(s) roda(s) principal(is) esquerda(s). A operação básica dos freios envolve a conversão da energia cinética do movimento em energia térmica através da criação de atrito. Uma grande quantidade de calor é desenvolvida e as forças nos componentes do sistema de freio são exigentes. O ajuste, a inspeção e a manutenção adequados dos freios são essenciais para uma operação eficaz.

Tipos e construção de freios de aeronaves 

Aeronaves modernas normalmente usam freios a disco. O disco gira com o conjunto da roda giratória enquanto uma pinça estacionária resiste à rotação causando atrito contra o disco quando os freios são aplicados. O tamanho, peso e velocidade de pouso da aeronave influenciam o projeto e a complexidade do sistema de freio a disco. Freios a disco simples, duplos e múltiplos são tipos comuns de freios. Freios de rotor segmentados são usados ​​em aeronaves de grande porte. Freios de tubo expansor são encontrados em aeronaves grandes mais antigas. O uso de discos de carbono está aumentando na frota de aviação moderna.  

Freios de disco único 

Aeronaves pequenas e leves normalmente alcançam uma frenagem eficaz usando um único disco com chave ou aparafusado em cada roda. À medida que a roda gira, o mesmo acontece com o disco. A frenagem é realizada aplicando fricção em ambos os lados do disco a partir de uma pinça não rotativa aparafusada ao flange do eixo do trem de pouso. Pistões na carcaça da pinça sob pressão hidráulica forçam as pastilhas ou lonas de freio contra o disco quando os freios são acionados. Cilindros mestres hidráulicos conectados aos pedais do leme fornecem a pressão quando as metades superiores dos pedais do leme são pressionadas.

Freios de disco duplo 

Freios de disco duplo são usados ​​em aeronaves onde um único disco em cada roda não fornece atrito de frenagem suficiente. Dois discos são chaveados para a roda em vez de um. Um suporte central está localizado entre os dois discos. Ele contém revestimentos em cada lado que entram em contato com cada um dos discos quando os freios são acionados. Os parafusos de montagem da pinça são longos e são montados através do suporte central, bem como a placa traseira que é aparafusada ao conjunto da caixa.

Freios de discos múltiplos 

Aeronaves grandes e pesadas requerem o uso de freios de discos múltiplos. Os freios de discos múltiplos são freios de serviço pesado projetados para uso com válvulas de controle de freio de potência ou cilindros mestres de reforço de potência, que serão discutidos mais adiante neste capítulo. O conjunto do freio consiste em um suporte de rolamento estendido semelhante a uma unidade do tipo tubo de torque que é aparafusada ao flange do eixo. Ele suporta as várias peças do freio, incluindo um cilindro anular e pistão, uma série de discos de aço alternados com discos revestidos de cobre ou bronze, uma placa traseira e um retentor de placa traseira. Os estatores de aço são chaveados ao suporte do rolamento, e os rotores banhados a cobre ou bronze são chaveados à roda giratória. A pressão hidráulica aplicada ao pistão faz com que toda a pilha de estatores e rotores seja comprimida. Isso cria um enorme atrito e calor e diminui a rotação da roda.

Freios a disco de rotor segmentado 

A grande quantidade de calor gerada ao diminuir a rotação das rodas em aeronaves grandes e de alto desempenho é problemática. Para melhor dissipar esse calor, foram desenvolvidos freios a disco rotor segmentados. Os freios a disco de rotor segmentado são freios a discos múltiplos, mas de design mais moderno do que o tipo discutido anteriormente. Existem muitas variações. A maioria apresenta inúmeros elementos que auxiliam no controle e dissipação do calor. Os freios a disco de rotor segmentados são freios para serviço pesado especialmente adaptados para uso com os sistemas hidráulicos de alta pressão dos sistemas de freio de potência. A frenagem é realizada por meio de diversos conjuntos de pastilhas de freio estacionárias de alto atrito que fazem contato com segmentos rotativos. Os rotores são construídos com ranhuras ou em seções com espaço entre elas, o que ajuda a dissipar o calor e dá nome ao freio.

Freios de carbono 

O freio de disco múltiplo segmentado proporcionou muitos anos de serviço confiável para a indústria da aviação. Ele evoluiu ao longo do tempo em um esforço para torná-lo leve e dissipar o calor de fricção da frenagem de maneira rápida e segura. A última iteração do freio de discos múltiplos é o freio a disco de carbono. Atualmente é encontrado em aeronaves de alto desempenho e transportadoras aéreas. Os freios de carbono são assim chamados porque os materiais de fibra de carbono são usados ​​para construir os rotores de freio.

Freios de tubo expansor 

Um freio de tubo expansor é uma abordagem diferente de frenagem que é usada em aeronaves de todos os tamanhos produzidas nas décadas de 1930 e 1950. É um freio leve e de baixa pressão aparafusado ao flange do eixo que se encaixa dentro de um tambor de freio de ferro. Um tubo de neoprene plano e reforçado com tecido é instalado ao redor da circunferência de um flange de torque semelhante a uma roda. A superfície plana exposta do tubo expansor é revestida com blocos de freio semelhantes ao material da lona de freio. Duas estruturas planas são aparafusadas nas laterais do flange de torque. As abas nas estruturas contêm o tubo e permitem que as barras de torque uniformemente espaçadas sejam aparafusadas no tubo entre cada bloco de freio. Estes impedem o movimento circunferencial do tubo no flange.

Sistemas de Atuação do Freio 

Os vários conjuntos de freio, descritos na seção anterior, usam energia hidráulica para operar. Diferentes meios de fornecer a pressão do fluido hidráulico necessária para os conjuntos de freio são discutidos nesta seção. Existem três sistemas básicos de atuação: 

1. Um sistema independente que não faça parte do sistema hidráulico principal da aeronave;

2. Um sistema de reforço que utiliza o sistema hidráulico da aeronave de forma intermitente quando necessário; e 

3. Um sistema de freio motorizado que usa apenas o(s) sistema(s) hidráulico(s) principal(is) da aeronave como fonte de pressão. 

Cilindros Mestres Independentes 

Em geral, aeronaves pequenas e leves e aeronaves sem sistemas hidráulicos usam sistemas de frenagem independentes. Um sistema de freio independente não está conectado de forma alguma ao sistema hidráulico da aeronave. Os cilindros mestres são usados ​​para desenvolver a pressão hidráulica necessária para operar os freios. Isso é semelhante ao sistema de freio de um automóvel.

Na maioria dos sistemas de acionamento dos freios, o piloto aciona as partes superiores dos pedais do leme para aplicar os freios. Um cilindro mestre para cada freio é conectado mecanicamente ao pedal do leme correspondente (ou seja, freio principal direito ao pedal do leme direito, freio principal esquerdo ao pedal do leme esquerdo). Quando o pedal é pressionado, um pistão dentro de uma câmara selada cheia de fluido no cilindro mestre força o fluido hidráulico através de uma linha para o(s) pistão(ões) no conjunto do freio. O(s) pistão(ões) do freio empurra(m) as lonas do freio contra o rotor do freio para criar o atrito que diminui a rotação da roda. A pressão é aumentada em todos os sistemas de freio e contra o rotor à medida que o pedal é pressionado com mais força.

Freios Reforçados 

Em um sistema de frenagem independente, a pressão aplicada aos freios é tão grande quanto a pressão do pé aplicada ao topo do pedal do leme. Os sistemas de acionamento do freio reforçado aumentam a força desenvolvida pelo piloto com a pressão do sistema hidráulico quando necessário. O impulso é apenas durante a travagem forte. Isso resulta em maior pressão aplicada aos freios do que o piloto sozinho pode fornecer. Os freios reforçados são usados ​​em aeronaves de médio e grande porte que não requerem um sistema de acionamento de freio de potência total.

Freios Elétricos 

Aeronaves grandes e de alto desempenho são equipadas com freios elétricos para desacelerar, parar e segurar a aeronave. Os sistemas de acionamento do freio motorizado usam o sistema hidráulico da aeronave como fonte de energia para aplicar os freios. O piloto pressiona a parte superior do pedal do leme para frenagem, como nos outros sistemas de atuação. O volume e a pressão do fluido hidráulico necessários não podem ser produzidos por um cilindro mestre. Em vez disso, uma válvula de controle do freio motorizado ou válvula medidora do freio recebe a entrada do pedal do freio diretamente ou por meio de ligações. A válvula mede o fluido hidráulico para o conjunto de freio correspondente em relação direta à pressão aplicada ao pedal.

Válvula de Controle de Freio/Válvula de Medição de Freio 

O elemento chave em um sistema de freio motorizado é a válvula de controle do freio, às vezes chamada de válvula medidora do freio. Ele responde à entrada do pedal do freio direcionando o fluido hidráulico do sistema da aeronave para os freios. À medida que a pressão é aumentada no pedal do freio, mais fluido é direcionado para o freio, causando uma pressão mais alta e uma maior ação de frenagem. 

Sistemas de freio de emergência 

Como pode ser visto na Figura, as válvulas dosadoras de freio não apenas recebem pressão hidráulica de dois sistemas hidráulicos separados, mas também alimentam dois conjuntos de freio separados. Cada conjunto de roda principal tem duas rodas. O freio da roda interna e o freio da roda externa, localizados em seus respectivos aros, são independentes um do outro. Em caso de falha do sistema hidráulico ou falha do freio, cada um é fornecido independentemente para desacelerar e parar adequadamente a aeronave sem o outro. Aeronaves mais complicadas podem envolver outro sistema hidráulico para backup ou usar uma alternância semelhante de fontes e conjuntos de freios para manter a frenagem em caso de falha do sistema hidráulico ou do freio. 

NOTA: Na seção de freio de rotor segmentado acima, foi descrito um conjunto de freio que tinha pistões alternados fornecidos por fontes hidráulicas independentes. Este é outro método de redundância particularmente adequado, mas não limitado a, aeronaves de uma única roda principal.

Travão de mão 

A função do sistema de freio de estacionamento é uma operação combinada. Os freios são acionados com os pedais do leme e um sistema de catraca os mantém no lugar quando a alavanca do freio de estacionamento na cabine de comando é puxada. 

Ao mesmo tempo, uma válvula de corte é fechada na linha de retorno comum dos freios para o sistema hidráulico. Isso retém o fluido nos freios, mantendo os rotores estacionários. Pressionar os pedais libera ainda mais a catraca do pedal e abre a válvula da linha de retorno.

Descarregadores de freio 

Alguns conjuntos de freios de aeronaves que operam na pressão do sistema hidráulico da aeronave não são projetados para essa alta pressão. Eles fornecem uma frenagem eficaz por meio de um sistema de freio de potência, mas exigem menos do que a pressão máxima do sistema hidráulico. Para fornecer a pressão mais baixa, um cilindro de descompressão do freio é instalado a jusante da válvula de controle e da válvula antiderrapante. O debooster reduz toda a pressão da válvula de controle para dentro da faixa de trabalho do conjunto do freio.

Antiderrapante 

Aeronaves grandes com freios elétricos requerem sistemas antiderrapantes. Não é possível verificar imediatamente na cabine de comando quando uma roda para de girar e começa a derrapar, especialmente em aeronaves com conjuntos de trem de pouso principal de múltiplas rodas. Uma derrapagem não corrigida pode levar rapidamente a um estouro do pneu, possíveis danos à aeronave e perda de controle da aeronave.

O sistema antiderrapante não apenas detecta a derrapagem da roda, mas também detecta quando a derrapagem da roda é iminente. Ele alivia automaticamente a pressão nos pistões de freio da roda em questão, conectando momentaneamente a área do fluido de freio pressurizado à linha de retorno do sistema hidráulico. Isso permite que a roda gire e evite uma derrapagem. A pressão mais baixa é então mantida no freio em um nível que reduz a velocidade da roda sem fazer com que ela derrape.

A eficiência máxima de frenagem existe quando as rodas estão desacelerando a uma taxa máxima, mas não estão derrapando. Se uma roda desacelera muito rápido, é uma indicação de que os freios estão prestes a travar e causar uma derrapagem. Para garantir que isso não aconteça, cada roda é monitorada para uma taxa de desaceleração mais rápida do que uma taxa predefinida. Quando uma desaceleração excessiva é detectada, a pressão hidráulica é reduzida para o freio naquela roda. Para operar o sistema antiderrapante, os interruptores da cabine de comando devem ser colocados na posição ON. Após o pouso da aeronave, o piloto aplica e mantém pressão total nos pedais de freio do leme. O sistema antiderrapante então funciona automaticamente até que a velocidade da aeronave caia para aproximadamente 20 mph. O sistema retorna ao modo de frenagem manual para táxi lento e manobras em solo. 

Existem vários modelos de sistemas antiderrapantes. A maioria contém três tipos principais de componentes: sensores de velocidade da roda, válvulas de controle antiderrapantes e uma unidade de controle. Essas unidades trabalham juntas sem interferência humana. Alguns sistemas antiderrapantes fornecem frenagem automática completa. O piloto precisa apenas ligar o sistema de freio automático e os componentes antiderrapantes desaceleram a aeronave sem acionamento do pedal. As chaves de segurança de aterramento são conectadas ao circuito para sistemas antiderrapantes e de freio automático. Os sensores de velocidade da roda estão localizados em cada roda equipada com um conjunto de freio. Cada freio também possui sua própria válvula de controle antiderrapante. Normalmente, uma única caixa de controle contém o circuito comparativo antiderrapante para todos os freios da aeronave.

Válvulas de Controle Antiderrapante 

As válvulas de controle antiderrapante são válvulas hidráulicas de ação rápida e controladas eletricamente que respondem à entrada da unidade de controle antiderrapante. Há uma válvula de controle para cada conjunto de freio. Um motor de torque usa a entrada do acionador da válvula para ajustar a posição de uma lingueta entre dois bicos. Ao mover a lingueta para mais perto de um bocal ou de outro, as pressões são desenvolvidas no segundo estágio da válvula. Essas pressões atuam em um carretel posicionado para aumentar ou reduzir a pressão no freio, abrindo e bloqueando as portas de fluido.

Proteção de toque e bloqueio da roda 

É essencial que os freios não sejam acionados quando a aeronave entrar em contato com a pista ao pousar. Isso pode causar o estouro imediato do pneu. Um modo de proteção contra touchdown está embutido na maioria dos sistemas antiderrapantes de aeronaves para evitar isso. Ele normalmente funciona em conjunto com o sensor de velocidade da roda e o interruptor de segurança ar/solo na escora do trem de pouso (interruptor de agachamento). Até que a aeronave tenha peso sobre as rodas, o circuito detector sinaliza a válvula de controle antiderrapante para abrir a passagem entre os freios e o retorno do sistema hidráulico, evitando assim o acúmulo de pressão e a aplicação dos freios. Uma vez que o interruptor de agachamento está aberto, a unidade de controle antiderrapante envia um sinal para a válvula de controle para fechar e permitir o aumento da pressão do freio. Como backup e quando a aeronave está no solo com o suporte não comprimido o suficiente para abrir o interruptor de agachamento, um sinal do sensor de velocidade mínima da roda pode anular e permitir a frenagem. As rodas geralmente são agrupadas com uma contando com o interruptor de agachamento e a outra na saída do sensor de velocidade da roda para garantir a frenagem quando a aeronave estiver no solo, mas não antes disso.

Freios Automáticos 

Aeronaves equipadas com freios automáticos normalmente contornam as válvulas de controle de freio ou válvulas medidoras de freio e usam uma válvula de controle de freio automático separada para fornecer essa função. Além da redundância fornecida, os freios automáticos contam com o sistema antiderrapante para ajustar a pressão dos freios, se necessário devido a uma derrapagem iminente. A figura mostra um diagrama simplificado do sistema de freio do Boeing 757 com a válvula de freio automático em relação à válvula medidora principal e válvulas antiderrapantes neste sistema de oito rodas principais.

Inspeção e Serviço de Freio 

A inspeção e manutenção dos freios são importantes para manter esses componentes críticos da aeronave totalmente funcionais em todos os momentos. Existem muitos sistemas de freio diferentes em aeronaves. A manutenção do sistema de freio é realizada tanto enquanto os freios estão instalados na aeronave quanto quando os freios são removidos. As instruções do fabricante devem ser sempre seguidas para garantir a manutenção adequada. 

É necessária a inspeção e manutenção dos freios da aeronave enquanto instalados na aeronave. Todo o sistema de freio deve ser inspecionado de acordo com as instruções do fabricante. Alguns itens comuns de inspeção incluem: desgaste da pastilha de freio, ar no sistema de freio, nível de quantidade de fluido, vazamentos e torque adequado do parafuso.

Desgaste do Forro. O material da lona de freio é feito para se desgastar, pois causa atrito durante a aplicação dos freios. Esse desgaste deve ser monitorado para garantir que não seja usado além dos limites e que haja revestimento suficiente para uma frenagem eficaz. O fabricante da aeronave fornece especificações para o desgaste do revestimento em suas informações de manutenção. A quantidade de desgaste pode ser verificada enquanto os freios estão instalados na aeronave.   

Ar no sistema de freio 

A presença de ar no fluido do sistema de freio faz com que o pedal do freio fique esponjoso. O ar pode ser removido por sangria para restaurar a sensação firme do pedal do freio. Os sistemas de freio devem ser sangrados de acordo com as instruções do fabricante. O método utilizado é adequado ao tipo de sistema de freio. Os freios são sangrados por um dos dois métodos: sangria de cima para baixo, sangria por gravidade ou sangria de pressão de baixo para cima. Os freios são sangrados quando os pedais parecem esponjosos ou sempre que o sistema de freio é aberto. 

Sistemas de freio do cilindro mestre de sangria 

Os sistemas de freio com cilindros mestres podem ser sangrados por métodos de sangria por gravidade ou pressão. Siga as instruções do manual de manutenção da aeronave. Para sangrar a pressão de um sistema de freio de baixo para cima, é usado um pote de pressão. Este é um tanque portátil que contém um suprimento de fluido de freio sob pressão. Ao dispersar o fluido do tanque, o fluido livre de ar puro é forçado a sair próximo ao fundo do tanque pela pressão do ar acima dele. A mangueira de saída que conecta a porta de sangria no conjunto do freio contém uma válvula de corte. Observe que uma fonte semelhante de fluido puro pressurizado pode ser substituída por um tanque de pressão, como uma unidade do tipo bomba manual encontrada em alguns hangares.

Sangria dos Sistemas de Freio Hidráulico 

A sangria de freio de cima para baixo é usada em sistemas de freio de potência. Os freios de potência são fornecidos com fluido do sistema hidráulico da aeronave. O sistema hidráulico deve operar sem ar no fluido, assim como o sistema de freio. Portanto, o sangramento de pressão de baixo para cima não é uma opção para freios hidráulicos. O ar preso no sistema de freio seria forçado a entrar no sistema hidráulico principal, o que não é aceitável. 

Falhas e danos nos freios 

Os freios de aeronaves operam sob estresse extremo e condições variadas. Eles são suscetíveis a mau funcionamento e danos. Alguns problemas comuns de freio são discutidos nesta seção. 

Superaquecimento. Enquanto os freios da aeronave diminuem a velocidade da aeronave, alterando a energia cinética em energia térmica, o superaquecimento dos freios não é desejável. O calor excessivo pode danificar e distorcer as peças do freio, enfraquecendo-as até o ponto de falha. O protocolo para uso do freio é projetado para evitar o superaquecimento. Quando um freio mostra sinais de superaquecimento, ele deve ser removido da aeronave e inspecionado quanto a danos. Quando uma aeronave está envolvida em uma decolagem abortada, os freios devem ser removidos e inspecionados para garantir que resistiram a esse alto nível de uso. 

A típica inspeção de freio pós-superaquecimento envolve a remoção do freio da aeronave e a desmontagem dos freios. Todas as vedações devem ser substituídas. A carcaça do freio deve ser verificada quanto a rachaduras, empenamento e dureza de acordo com o manual de manutenção. Qualquer fraqueza ou perda de tratamento térmico pode fazer com que o freio falhe sob frenagem de alta pressão. Os discos de freio também devem ser inspecionados. Eles não devem ser deformados e o tratamento de superfície não deve ser danificado ou transferido para um disco adjacente. Uma vez remontado, o freio deve ser testado em bancada quanto a vazamentos e a pressão testada para operação antes de ser instalado na aeronave.

Arrastando. O arrasto do freio é uma condição causada pelas lonas que não se retraem do disco de freio quando os freios não estão mais sendo aplicados. Ela pode ser causada por vários fatores diferentes. Os freios que arrastam estão essencialmente parcialmente acionados o tempo todo. Isso pode causar desgaste excessivo do revestimento e superaquecimento, causando danos ao(s) disco(s). 

Um freio pode arrastar quando o mecanismo de retorno não estiver funcionando corretamente. Isso pode ser devido a uma mola de retorno fraca, o pino de retorno deslizando no aperto do pino do ajustador automático ou mau funcionamento semelhante. Inspecione o(s) ajustador(es) automático(s) e as unidades de retorno no freio quando o arrasto for relatado. Um freio superaquecido que deformou o disco também causa arrasto do freio. Remova o freio e execute uma inspeção completa conforme discutido na seção anterior. O ar na linha de fluido de freio também pode causar arrasto do freio. O calor faz com que o ar se expanda, o que empurra prematuramente as pastilhas de freio contra o disco. Se nenhum dano tiver sido causado quando relatado, sangre os freios para remover o ar do sistema para eliminar o arrasto.

Em todos os momentos, o técnico deve realizar inspeções para garantir que as peças adequadas sejam usadas no conjunto do freio. Peças impróprias, especialmente nos conjuntos de retração/ajuste, podem fazer com que os freios arrastem.

Batendo ou Gritando.Os freios podem trepidar ou chiar quando as guarnições não se movem de forma suave e uniforme ao longo do disco. Um(s) disco(s) empenado(s) em uma pilha de discos de freio múltiplo produz uma condição em que o freio é realmente aplicado e removido muitas vezes por minuto. Isso causa vibração e, em alta frequência, causa guinchos. Qualquer desalinhamento da pilha de discos fora do paralelo causa o mesmo fenômeno. Discos que foram superaquecidos podem danificar a camada superficial do disco. Parte dessa mixagem pode ser transferida para o disco adjacente, resultando em superfícies irregulares do disco que também levam a trepidação ou chiado. Além do ruído produzido pela trepidação e guincho do freio, é causada vibração que pode levar a mais danos ao freio e ao sistema do trem de pouso. O técnico deve investigar todos os relatos de trepidação e chiado do freio.