Helicóptero: Controles de Voo

Existem três controles principais em um helicóptero que o piloto deve usar durante o vôo. Eles são o controle de pitch coletivo, o controle de pitch cíclico e os pedais antitorque ou controle do rotor de cauda. Além desses controles principais, o piloto também deve usar o controle de aceleração, que geralmente é montado diretamente no controle de passo coletivo para pilotar o helicóptero.

Controle de arremesso coletivo

O controle de passo coletivo (ou simplesmente “coletivo” ou “alavanca de empuxo”) está localizado no lado esquerdo do assento do piloto e é operado com a mão esquerda. O coletivo é usado para fazer alterações no ângulo de inclinação das pás do rotor principal e faz isso simultaneamente, ou coletivamente, como o nome indica. À medida que o controle de passo coletivo é aumentado, há um aumento simultâneo e igual no ângulo de passo de todas as pás do rotor principal; à medida que é abaixado, há uma diminuição simultânea e igual no ângulo de inclinação. Isso é feito através de uma série de ligações mecânicas e a quantidade de movimento na alavanca coletiva determina a quantidade de mudança de passo da lâmina. Um controle de atrito ajustável ajuda a evitar o movimento de passo coletivo inadvertido.

Alterar o ângulo de inclinação nas lâminas altera o ângulo de incidência em cada lâmina. Com uma mudança no ângulo de incidência vem uma mudança no arrasto, que afeta a velocidade ou rotações por minuto (rpm) do rotor principal. À medida que o ângulo de passo aumenta, o ângulo de incidência aumenta, o arrasto aumenta e a rotação do rotor diminui. A diminuição do ângulo de inclinação diminui tanto o ângulo de incidência quanto o arrasto, enquanto a rotação do rotor aumenta. Para manter uma rotação constante do rotor, que é essencial nas operações do helicóptero, é necessária uma mudança proporcional na potência para compensar a mudança no arrasto. Isso é feito com o controle do acelerador ou governador, que ajusta automaticamente a potência do motor.

Controle de aceleração

A função do acelerador é regular a rotação do motor. Se o sistema correlacionador ou governador não mantiver a rotação desejada ao levantar ou abaixar o coletivo, ou se esses sistemas não estiverem instalados, a borboleta deve ser movida manualmente com a manopla giratória para manter a rotação. Na maioria dos helicópteros, girar o acelerador para longe do piloto (no sentido anti-horário), aumenta a rotação do motor; girar o acelerador do punho giratório em direção ao piloto (sentido horário) diminui a rotação do motor.

Governador/Correlador 

Um governador é um dispositivo sensor que detecta a rotação do rotor e do motor e faz os ajustes necessários para manter a rotação do rotor constante. Em operação normal, uma vez ajustada a rotação do rotor, o governador mantém a rotação constante, não havendo necessidade de ajustes de aceleração. Os reguladores são comuns em todos os helicópteros a turbina (pois é uma função do sistema de controle de combustível do motor da turbina) e usados ​​em alguns helicópteros movidos a pistão.

Um correlacionador é uma conexão mecânica entre a alavanca coletiva e o acelerador do motor. Quando a alavanca coletiva é levantada, a potência é aumentada automaticamente; quando abaixado, a potência é diminuída. Este sistema mantém a rotação próxima ao valor desejado, mas ainda requer ajuste do acelerador para ajuste fino.

Alguns helicópteros não possuem correlatores ou reguladores e requerem coordenação de todos os movimentos coletivos e de aceleração. Quando o coletivo é levantado, o acelerador deve ser aumentado; quando o coletivo é abaixado, o acelerador deve ser diminuído. Como em qualquer controle de aeronave, grandes ajustes de passo coletivo ou aceleração devem ser evitados. Todas as correções devem ser feitas através do uso de pressão suave.

Em helicópteros a pistão, o passo coletivo é o controle primário para a pressão do coletor, e o acelerador é o controle primário para rpm. No entanto, o controle de passo coletivo também influencia a rotação, e o acelerador também influencia a pressão do coletor; portanto, cada um é considerado um controle secundário da função do outro. Tanto o tacômetro (indicador de rpm) quanto o manômetro do manifold devem ser analisados ​​para determinar qual controle usar. A figura ilustra essa relação.

Controle de passo cíclico 

O controle de passo cíclico (ou simplesmente “cíclico”) geralmente é projetado para cima a partir do piso da cabine, entre as pernas do piloto ou entre os dois assentos do piloto em alguns modelos. Este controle de vôo primário permite que o piloto voe o helicóptero em qualquer direção de viagem: para frente, para trás, esquerda e direita, Aerodinâmica de Voo, a força de sustentação total é sempre perpendicular ao plano de trajetória de ponta do rotor principal. O objetivo do controle de passo cíclico é inclinar o plano do caminho de ponta na direção da direção horizontal desejada. O cíclico controla a inclinação do disco do rotor em relação ao horizonte, que direciona o empuxo do disco do rotor para permitir que o piloto controle a direção da viagem do helicóptero.

O disco do rotor se inclina na mesma direção em que o controle de passo cíclico é movido. Se o cíclico for movido para frente, o disco do rotor se inclina para frente; se o cíclico for movido para trás, o disco se inclina para trás e assim por diante. Como o disco do rotor age como um giroscópio, as ligações mecânicas para as hastes de controle cíclico são manipuladas de tal forma que diminuem o ângulo de passo da pá do rotor aproximadamente 90° antes de atingir a direção do deslocamento cíclico e aumentam o ângulo de passo de a pá do rotor aproximadamente 90° depois de passar na direção do deslocamento. Um aumento no ângulo de inclinação aumenta AOA; uma diminuição no ângulo de inclinação diminui AOA. Por exemplo, se o cíclico for movido para frente, o AOA diminui à medida que a pá do rotor passa pelo lado direito do helicóptero e aumenta no lado esquerdo.

Pedais Antitorque

Os pedais antitorque, localizados no piso da cabine aos pés do piloto, controlam o passo e, portanto, o empuxo das pás do rotor de cauda ou outro sistema antitorque, Componentes, Seções e Sistemas do Helicóptero, para uma discussão sobre esses outros sistemas. Aerodinâmica Geral, afirmando que para cada ação há uma reação igual e oposta. Esta lei se aplica à fuselagem do helicóptero e sua rotação na direção oposta das pás do rotor principal, a menos que seja contrariada e controlada. Para possibilitar o voo e compensar esse torque, a maioria dos projetos de helicópteros incorpora um rotor antitorque ou rotor de cauda. Os pedais antitorque permitem que o piloto controle o ângulo de inclinação das pás do rotor de cauda, ​​o que em voo para frente coloca o helicóptero em trim longitudinal e, enquanto paira, permite que o piloto gire o helicóptero em 360°.

Controle de rumo

O rotor de cauda é usado para controlar a direção do helicóptero enquanto paira ou faz curvas de voo pairado, além de neutralizar o torque do rotor principal. As curvas suspensas são comumente chamadas de “curvas de pedal”. 

Em velocidades acima da sustentação translacional, os pedais são usados ​​para compensar o torque para colocar o helicóptero em trim longitudinal, de modo que o voo coordenado possa ser mantido. O controle cíclico é usado para mudar o rumo fazendo uma curva na direção desejada.

O impulso do rotor de cauda depende do ângulo de inclinação das pás do rotor de cauda. Este ângulo de inclinação pode ser positivo, negativo ou zero. Um ângulo de inclinação positivo tende a mover a cauda para a direita. Um ângulo de passo negativo move a cauda para a esquerda, enquanto nenhum impulso é produzido com um ângulo de passo zero. O ângulo de passo positivo máximo do rotor de cauda é geralmente maior do que o ângulo de passo negativo máximo disponível. Isso ocorre porque o objetivo principal do rotor de cauda é neutralizar o torque do rotor principal. A capacidade dos rotores de cauda para produzir impulso para a esquerda (ângulo de inclinação negativo) é necessária, porque durante a autorrotação o arrasto da transmissão tende a guinar o nariz para a esquerda, ou na mesma direção em que o rotor principal está girando.

A partir da posição neutra, a aplicação do pedal direito faz com que o nariz do helicóptero gire para a direita e a cauda gire para a esquerda. Pressionar o pedal esquerdo tem o efeito oposto: o nariz do helicóptero vira para a esquerda e a cauda balança para a direita. 

Com os pedais antitorque na posição neutra, o rotor de cauda tem um ângulo de passo positivo médio. Em passo positivo médio, o impulso do rotor de cauda é aproximadamente igual ao torque do rotor principal durante o voo de cruzeiro, de modo que o helicóptero mantém um rumo constante em voo nivelado.

Uma barbatana vertical ou estabilizador é usado em muitos helicópteros de rotor único para ajudar no controle de direção. A barbatana é projetada para otimizar a estabilidade direcional em voo com uma configuração de empuxo zero do rotor de cauda. O tamanho da barbatana é crucial para este design. Se a superfície for muito grande, o empuxo do rotor de cauda pode ser bloqueado. O controle de rumo seria mais difícil em velocidades mais lentas e em um voo pairado e a barbatana vertical seria então cata-vento.

Helicópteros projetados com rotores tandem não possuem rotor antitorque. O helicóptero é projetado com ambos os sistemas de rotor girando em direções opostas para neutralizar o torque em vez de um rotor de cauda. Pedais antitorque direcionais são usados ​​para controle direcional da aeronave durante o voo, bem como durante o taxiamento com a marcha à frente fora do solo.

Nos sistemas de rotores entrelaçados, que são um conjunto de dois rotores girando em direções opostas com cada mastro do rotor montado no helicóptero com um leve ângulo em relação ao outro, de modo que as pás se entrelaçam sem colidir, e sistemas de rotor coaxial, que são um par de rotores montados um acima do outro no mesmo eixo e girando em direções opostas, os pedais de direção controlam a direção do helicóptero enquanto paira, desequilibrando o torque entre os rotores, permitindo que o torque gire o helicóptero.