Helicóptero: Peso e Equilíbrio

É vital cumprir os limites de peso e balanceamento estabelecidos para helicópteros. Operar acima da limitação de peso máximo compromete a integridade estrutural do helicóptero e afeta negativamente o desempenho. O equilíbrio também é crítico porque, em alguns helicópteros totalmente carregados, desvios do centro de gravidade (CG) tão pequenos quanto três polegadas podem alterar drasticamente as características de manuseio de um helicóptero. Operar um helicóptero que não esteja dentro das limitações de peso e balanceamento não é seguro.

Peso

Ao determinar se um helicóptero está dentro dos limites de peso, considere o peso básico do helicóptero, tripulação, passageiros, carga e combustível. Embora o peso efetivo (fator de carga) varie durante o voo de manobra, este capítulo aborda principalmente o peso do helicóptero carregado em repouso. 

É fundamental entender que o peso máximo permitido pode mudar durante o voo. Quando as operações incluem flutuações fora do efeito do solo (OGE) e áreas confinadas, o planejamento deve ser feito para garantir que o helicóptero seja capaz de levantar o peso durante todas as fases do voo. O peso pode ser aceitável durante as primeiras horas da manhã, mas à medida que a altitude de densidade aumenta durante o dia, o peso máximo permitido pode ter que ser reduzido para manter o helicóptero dentro de sua capacidade.

Os seguintes termos são usados ​​ao calcular o peso de um helicóptero:

• Peso Vazio Básico 

• Peso Bruto Máximo 

• Limitações de peso

Peso Vazio Básico

O ponto de partida para cálculos de peso é o peso vazio básico. Este é o peso do helicóptero padrão, equipamento opcional, combustível inutilizável e todos os fluidos operacionais, incluindo óleo de motor e transmissão e fluido hidráulico para as aeronaves assim equipadas. Alguns helicópteros podem usar o termo “peso vazio licenciado”, que é quase o mesmo que peso vazio básico, exceto que não inclui motor cheio e óleo de transmissão, apenas óleo não drenável. Se estiver pilotando um helicóptero que lista um peso vazio licenciado, certifique-se de adicionar o peso do óleo aos cálculos.

Peso Bruto Máximo

O peso máximo do helicóptero é referido ao seu peso bruto máximo. A maioria dos helicópteros tem um peso bruto máximo interno, que se refere ao peso dentro da estrutura do helicóptero e um peso bruto máximo externo, que se refere ao peso do helicóptero com carga externa. O peso máximo externo pode variar dependendo de onde está preso ao helicóptero. Alguns grandes helicópteros de carga podem ter vários pontos de fixação para operações de carga ou guincho. Esses helicópteros podem carregar uma quantidade enorme de peso quando o ponto de fixação está diretamente sob o CG da aeronave.

Limitações de peso

Os limites de peso são necessários para garantir a integridade estrutural do helicóptero, permitir aos pilotos prever o desempenho do helicóptero e garantir a controlabilidade da aeronave. Embora os fabricantes de aeronaves incluam fatores de segurança, um piloto nunca deve exceder intencionalmente os limites de carga para os quais um helicóptero é certificado.

Operar abaixo de um peso mínimo pode afetar adversamente as características de manuseio do helicóptero. Durante as operações de piloto único em alguns helicópteros, um piloto precisa usar uma grande quantidade de cíclico para frente para manter o pairado. Ao adicionar lastro ao helicóptero, a posição cíclica neutra pode ser deslocada em direção ao centro de seu alcance, proporcionando assim um maior alcance de controle para fora do neutro em todas as direções. Ao operar no peso mínimo do helicóptero ou abaixo dele, o peso adicional também melhora as características autorrotacionais, uma vez que a descida autorrotacional pode ser estabelecida mais cedo. Além disso, operar abaixo do peso mínimo pode impedir a obtenção das rotações de rotor por minuto (rpm) desejáveis ​​durante as autorrotações.

Operar acima de um peso máximo pode resultar em deformação estrutural ou falha durante o voo se encontrar fatores de carga excessivos, fortes rajadas de vento ou turbulência. O peso e as limitações de manobra também são fatores que determinam a vida em fadiga dos componentes. Sobrepeso, ou seja, sobrecarregado, as peças falham mais cedo do que o previsto. Portanto, a falha prematura é uma consideração importante na determinação da vida em fadiga e nos ciclos de vida das peças. 

Embora um helicóptero seja certificado para um peso bruto máximo especificado, não é seguro decolar com essa carga sob algumas condições. Qualquer coisa que afete adversamente o desempenho de decolagem, subida, flutuação e pouso pode exigir o descarregamento de combustível, passageiros ou bagagem com um peso menor que o máximo publicado. Os fatores que podem afetar o desempenho incluem alta altitude, alta temperatura e condições de alta umidade, que resultam em uma altitude de alta densidade. O planejamento de desempenho aprofundado é fundamental ao operar nessas condições.

Equilíbrio 

O desempenho do helicóptero não é afetado apenas pelo peso bruto, mas também pela posição desse peso. É essencial carregar a aeronave dentro da faixa de CG permitida especificada nas limitações de peso e balanceamento do manual de voo do rotorcraft (RFM). Carregar fora dos limites aprovados pode resultar em deslocamento de controle insuficiente para operação segura.

Centro de gravidade

O piloto deve garantir que o helicóptero esteja devidamente equilibrado e dentro das limitações do seu centro de gravidade, de modo que seja necessária uma entrada cíclica mínima durante o voo pairado, exceto por quaisquer correções de vento. Como a fuselagem atua como um pêndulo suspenso do rotor, a alteração do CG altera o ângulo em que a aeronave fica suspensa do rotor. Quando o CG está diretamente sob o mastro do rotor, o helicóptero fica pendurado horizontalmente; se o CG estiver muito à frente do mastro, o helicóptero fica pendurado com o nariz inclinado para baixo; se o CG estiver muito atrás do mastro, o nariz se inclina para cima.

Limite de Encaminhamento de CG do Limite de Encaminhamento 

Um CG dianteiro pode ocorrer quando um piloto pesado e um passageiro decolam sem bagagem ou lastro adequado localizado atrás do mastro do rotor. Esta situação torna-se pior se os tanques de combustível estiverem localizados atrás do mastro do rotor porque, à medida que o combustível queima, o CG continua a se deslocar para a frente.

Esta condição é facilmente reconhecida quando se está pairando após uma decolagem vertical. O helicóptero tem uma atitude de nariz baixo e é necessário um deslocamento excessivo para trás do controle cíclico para manter o pairado em uma condição sem vento. Não continue o voo nesta condição, pois um piloto pode perder rapidamente o controle cíclico traseiro à medida que o combustível é consumido. Um piloto também pode achar impossível desacelerar o suficiente para parar o helicóptero. No caso de falha do motor e a autorrotação resultante, pode não haver controle cíclico suficiente para acender adequadamente para o pouso.

Um CG para frente não é tão óbvio quando pairando em um vento forte, pois é necessário menos deslocamento cíclico para trás do que quando pairando sem vento. Ao determinar se existe uma condição crítica de equilíbrio, é essencial considerar a velocidade do vento e sua relação com o deslocamento para trás do controle cíclico.

CG Limite de popa de popa

Sem lastro adequado na cabine, pode ocorrer a ultrapassagem do CG de popa quando:

• Um piloto leve decola sozinho com uma carga completa de combustível localizada atrás do mastro do rotor.
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• Um piloto leve decola com a bagagem máxima permitida em um compartimento de bagagem localizado atrás do mastro do rotor.
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• Um piloto leve decola com uma combinação de bagagem e combustível substancial, onde ambos estão atrás do mastro do rotor.

Um piloto pode reconhecer a condição de CG de popa ao pairar após uma decolagem vertical. O helicóptero terá uma atitude de cauda baixa e precisará de deslocamento excessivo para frente do controle cíclico para manter o pairar em uma condição sem vento. Ao enfrentar o vento, é necessário um cíclico ainda maior para a frente.

Se o vôo continuar nesta condição, pode ser impossível voar na faixa de velocidade máxima permitida devido à autoridade cíclica avançada inadequada para manter uma atitude de nariz baixo. Além disso, com um CG de popa extremo, rajadas de vento ou ventos fortes podem acelerar o helicóptero a uma velocidade mais rápida do que a produzida com controle cíclico de avanço total. Neste caso, a dissimetria de sustentação e oscilação da lâmina pode fazer com que o disco do rotor se incline para trás. Com o controle cíclico de avanço total já aplicado, um piloto pode não ser capaz de abaixar o disco do rotor, resultando em possível perda de controle ou as pás do rotor atingindo a lança de cauda. 

Balanço Lateral

Para helicópteros menores, geralmente é desnecessário determinar o CG lateral para instrução de voo normal e voos de passageiros. Isso ocorre porque as cabines dos helicópteros são relativamente estreitas e a maioria dos equipamentos opcionais está localizada perto da linha central. No entanto, alguns manuais de helicóptero especificam o assento do qual um piloto deve realizar o voo solo. Além disso, se houver uma situação incomum que possa afetar o CG lateral, como um piloto pesado e uma carga completa de combustível em um lado do helicóptero, sua posição deve ser verificada em relação ao envelope do CG. Se transportar cargas externas em uma posição que exija grande deslocamento de controle cíclico lateral para manter o vôo nivelado, a eficácia cíclica dianteira e traseira pode ser limitada drasticamente. Os fabricantes geralmente contabilizam os deslocamentos laterais conhecidos do CG localizando pontos de fixação externos opostos ao desequilíbrio lateral. Exemplos são a colocação de sistemas de elevação presos ao lado e armazenamentos de asa comumente usados ​​em aeronaves militares para cápsulas de combustível externas ou sistemas de armamento. 

Cálculos de Peso e Equilíbrio

Ao determinar se um helicóptero está devidamente carregado, duas perguntas devem ser respondidas:

• O peso bruto é menor ou igual ao peso bruto máximo permitido?
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• O CG está dentro da faixa de CG permitida e permanecerá dentro da faixa permitida durante toda a duração do voo, incluindo todas as configurações de carregamento que possam ser encontradas?

Para responder à primeira pergunta, basta somar o peso dos itens que compõem a carga útil (piloto, passageiros, combustível, óleo [se aplicável] carga e bagagem) ao peso vazio básico do helicóptero. Certifique-se de que o peso total não exceda o peso bruto máximo permitido.

Para responder à segunda pergunta, use informações de CG ou momento de gráficos de carregamento, tabelas ou gráficos no RFM. É importante observar que qualquer cálculo de peso e balanceamento é tão preciso quanto as informações fornecidas. Portanto, pergunte aos passageiros o que eles pesam e adicione alguns quilos para compensar o peso adicional das roupas, especialmente durante os meses de inverno. A bagagem deve ser pesada em uma balança, se possível. Se uma escala não estiver disponível, calcule os valores de carga pessoal de acordo com cada estimativa individual. A figura indica os pesos padrão para fluidos operacionais específicos. Esses valores são usados ​​ao calcular o equilíbrio de um helicóptero.

Datum de referência

O equilíbrio é determinado pela localização do CG, que geralmente é descrito como um determinado número de polegadas a partir do dado de referência. O datum de referência horizontal é um plano ou ponto vertical imaginário, fixado arbitrariamente em algum lugar ao longo do eixo longitudinal do helicóptero, a partir do qual todas as distâncias horizontais são medidas para fins de peso e balanceamento. Não existe uma regra fixa para a sua localização. Ele pode estar localizado no mastro do rotor, no nariz do helicóptero ou mesmo em um ponto no espaço à frente do helicóptero.

O datum de referência lateral geralmente está localizado no centro do helicóptero. A localização do dado de referência é estabelecida pelo fabricante e é definida no RFM.