Helicóptero: Autorotação

Autorotação é o estado de voo em que o disco do rotor principal de um helicóptero está sendo girado pela ação do ar movendo-se através do rotor, em vez da força do motor que aciona o rotor. Em vôo normal, motorizado, o ar é puxado para dentro do disco do rotor principal de cima e exausto para baixo, mas durante a autorrotação, o ar se move para cima no disco do rotor por baixo à medida que o helicóptero desce. A autorrotação é permitida mecanicamente por uma unidade de roda livre, que é um mecanismo de embreagem especial que permite que o rotor principal continue girando mesmo que o motor não esteja funcionando. Se o motor falhar, a unidade de roda livre desengata automaticamente o motor do rotor principal, permitindo que o rotor principal gire livremente. É o meio pelo qual um helicóptero pode pousar com segurança em caso de falha do motor; consequentemente, todos os helicópteros devem demonstrar essa capacidade para serem certificados. Se for tomada a decisão de tentar uma nova partida do motor em voo (os parâmetros para este procedimento de emergência serão diferentes para cada helicóptero e devem ser seguidos com precisão), o piloto deve reativar o interruptor de partida do motor para dar partida no motor. Uma vez que o motor é ligado, a unidade de roda livre irá reengatar o motor com o rotor principal.

Autorrotação Vertical

A maioria das autorrotações são executadas com velocidade de avanço. Para simplificar, a seguinte explicação aerodinâmica é baseada em uma descida vertical auto-rotativa (sem velocidade de avanço) em ar parado. Nessas condições, as forças que fazem com que as pás girem são semelhantes para todas as pás, independentemente de sua posição no plano de rotação. Portanto, a dissimetria de sustentação resultante da velocidade do helicóptero não é um fator.

Durante a autorrotação vertical, o disco do rotor é dividido em três regiões (como ilustrado na Figura): região acionada, região de acionamento e região de estol. A figura mostra três seções de lâminas que ilustram vetores de força. A parte A é a região acionada, B e D são pontos de equilíbrio, a parte C é a região de acionamento e a parte E é a região de estol. Os vetores de força são diferentes em cada região porque o vento relativo rotacional é mais lento perto da raiz da pá e aumenta continuamente em direção à ponta da pá. Além disso, a torção da lâmina fornece um AOA mais positivo na região de acionamento do que na região de acionamento. A combinação do fluxo ascendente através do rotor com o vento relativo rotacional produz diferentes combinações de força aerodinâmica em todos os pontos ao longo da pá.

A região acionada, também chamada de região da hélice, está mais próxima das pontas das pás. Normalmente, consiste em cerca de 30 por cento do raio. Na região acionada, parte A da Figura, o TAF atua atrás do eixo de rotação, resultando em uma força de arrasto geral. A região acionada produz alguma sustentação, mas essa sustentação é compensada pelo arrasto. O resultado geral é uma desaceleração na rotação da lâmina. O tamanho desta região varia com o passo da pá, taxa de descida e rpm do rotor. Ao alterar o passo da pá em rpm autorrotativo, ou taxa de descida, o tamanho da região acionada em relação às outras regiões também muda.

Existem dois pontos de equilíbrio na pá - um entre a região acionada e a região de acionamento e outro entre a região de acionamento e a região de estol. Nos pontos de equilíbrio, o TAF está alinhado com o eixo de rotação. A sustentação e o arrasto são produzidos, mas o efeito total não produz nem aceleração nem desaceleração.

A região de condução, ou região auto-rotativa, situa-se normalmente entre 25 a 70 por cento do raio da pá. A parte C da Figura mostra a região de acionamento da lâmina, que produz as forças necessárias para girar as lâminas durante a autorrotação. A força aerodinâmica total na região motriz é ligeiramente inclinada para a frente do eixo de rotação, produzindo uma força de aceleração contínua. Essa inclinação fornece empuxo, que tende a acelerar a rotação da lâmina. O tamanho da região de condução varia com a configuração do passo da lâmina, taxa de descida e rpm do rotor.

Ao controlar o tamanho desta região, um piloto pode ajustar o rpm autorotativo. Por exemplo, se o tom coletivo for aumentado, o ângulo de tom aumentará em todas as regiões. Isso faz com que o ponto de equilíbrio se mova para dentro ao longo do vão da lâmina, aumentando assim o tamanho da região acionada. A região de estol também se torna maior enquanto a região de condução se torna menor. Reduzir o tamanho da região de acionamento faz com que a força de aceleração da região de acionamento e a rpm diminuam. Uma rotação constante do rotor é alcançada ajustando o passo coletivo para que as forças de aceleração da pá da região de acionamento sejam equilibradas com as forças de desaceleração das regiões de acionamento e estol.

Os 25% internos da pá do rotor são chamados de região de estol e operam acima de seu AOA máximo (ângulo de estol), causando arrasto, o que tende a diminuir a rotação da pá. A parte E da Figura mostra a região de estol.

Rotação automática (voo para frente)

A força autorrotativa no vôo para frente é produzida exatamente da mesma maneira que quando o helicóptero está descendo verticalmente no ar parado. No entanto, como a velocidade de avanço altera o fluxo de ar através do disco do rotor, todas as três regiões se movem para fora ao longo da extensão da lâmina no lado de recuo do disco, onde o AOA é maior. Com menor AOA na lâmina lateral de avanço, mais lâmina cai na região acionada. No lado de recuo, mais da lâmina está na região de estol. Uma pequena seção próxima à raiz experimenta um fluxo reverso; portanto, o tamanho da região acionada no lado de recuo é reduzido.

Antes de pousar a partir de uma descida auto-rotativa (ou auto-rotação), o piloto deve sinalizar o helicóptero para desacelerar. O piloto inicia o flare aplicando o cíclico de popa. À medida que o helicóptero retorna, os padrões de fluxo de ar mudam ao redor das pás, fazendo com que a rotação aumente. Os pilotos devem ajustar o coletivo conforme necessário para manter as rpm dentro dos limites operacionais.