A Ciência Da Rotação Automática: Um Guia Para Iniciantes

No mundo da engenharia, trata-se de fazer máquinas que possam funcionar mesmo nas situações mais difíceis.

A autorrotação é uma manobra muito importante para helicópteros que pode significar a diferença entre a vida e a morte.

Vou explicar o que é autorrotação, como funciona e por que é tão importante para pilotos e engenheiros de helicóptero neste post do blog.

Então, prepare-se para aprender sobre uma das partes mais importantes de pilotar um helicóptero.

Introdução à rotação automática em engenharia

Definição formal:

1. Rotação em torno de qualquer eixo de um corpo simétrico e exposto a uma corrente de ar uniforme e mantido apenas por momentos aerodinâmicos. 2. Rotação de um aerofólio simétrico parado paralelo à direção do vento.

A autorrotação é um tipo de voo no qual o sistema do rotor principal de um helicóptero ou outra aeronave de asa rotativa gira sem ser acionado pelo motor.

Isso é semelhante ao funcionamento de um autogiro.

Quando o motor ou o rotor de cauda param de funcionar, esse método costuma ser usado para pousar o helicóptero rapidamente. Mas também pode ser usado para sair de um anel de vórtice e como uma ferramenta de treinamento quando um piloto está aprendendo a voar.

Como funciona a rotação automática

Durante a autorrotação, o piloto desconecta o motor do sistema do rotor principal. Isso permite que o fluxo ascendente de ar conduza as pás do rotor sozinhas.

Para controlar o RPM de autorrotação, o piloto altera o tamanho da área de autorrotação em relação às áreas de acionamento e estol.

Para mais detalhes visite esta página:

ardupilot

Aerodinâmica da Autorrotação

A autorrotação é um procedimento de emergência muito importante no voo de helicóptero. Ele permite que o rotor principal de um helicóptero se mova apenas por causa da pressão do ar, não por causa do motor.

Variáveis ​​que afetam a autorrotação

As principais coisas que afetam o funcionamento da autorotação são:

• Altitude Densidade: Em altitudes de alta densidade, onde o ar é menos denso, a taxa de descida será mais rápida.
• Peso Bruto: Helicópteros com mais peso caem mais rápido.
• Velocidade no ar: O piloto tem o maior controle sobre a taxa de descida durante a autorrotação por meio da velocidade no ar.

Assim como em um vôo normal, o controle de pitch cíclico faz o avião ir mais rápido ou mais devagar.

Descidas autorotativas em velocidades muito baixas ou muito altas são mais perigosas do que aquelas feitas na razão mínima de velocidade de descida.

• Velocidade de rotação do rotor: À medida que a velocidade de rotação do rotor aumenta, a taxa de descida diminui.

Região de condução de autorrotação

Durante a autorrotação, a região de acionamento ou região autorotativa geralmente está entre 25 e 70% do raio da pá. É aqui que são feitas as forças que giram as lâminas.

Há um ângulo para a força aerodinâmica total nesta área.

Aterrissagem Flare e Absorção de Energia

Ao pousar de uma auto-rotação, a energia cinética armazenada nas pás rotativas e o movimento para frente do avião são usados ​​para diminuir a taxa de descida e fazer um pouso suave.

Uma razão de descida mais alta significa que mais energia do rotor é necessária para parar um helicóptero do que uma razão mais baixa.

Manobras em Autorrotação

Quando um avião perde potência, o piloto deve fazer três coisas importantes:

• Autorrotação: Esta manobra abrange a mudança de voo motorizado normal para autorrotação estável.
• Autorrotação constante: Durante a autorrotação constante, as forças aerodinâmicas do motor sozinhas devem resultar em torque líquido zero.

Como o avião está caindo, o ar sobe pelo rotor principal. A forma das lâminas também torna isso mais fácil.

O rotor principal está conectado ao rotor de cauda com engrenagens, portanto, em vôo normal, o rotor principal aciona o rotor de cauda.

Mas durante a descida autorotativa em estado estacionário, quando o motor perde potência e o torque cai para zero, o rotor de cauda para de funcionar como um dispositivo antitorque porque recebe torque do sistema do rotor principal através do sistema de transmissão.

• Flare Landing: Nesta manobra, as pás giratórias e o movimento para frente do avião são usados ​​para diminuir a taxa de descida e fazer um pouso suave.
• Touch-Down - O veículo é pousado suavemente usando a energia restante na cabeça do rotor.

Limitação de velocidade no ar manual de voo para rotação automática

Na autorrotação, haverá uma velocidade acima da qual as partes das pás do rotor que se arrastam atrás do rotor se estenderão tanto ao longo do vão das pás que o rotor começará a desacelerar bastante.

Esta velocidade no ar é geralmente escrita como a velocidade máxima permitida para autorrotação no manual de vôo.

Manobra de Autorrotação do Helicóptero

Autorrotação básica e suas quatro seções

Existem quatro partes na autorrotação básica:

• Glide: Durante esta parte, o helicóptero está em uma descida autorotativa estável, e o piloto muda a trajetória de vôo virando o helicóptero ou alterando a velocidade no ar.
• Flare: Nesta seção, a taxa de descida é retardada usando a energia cinética armazenada nas pás rotativas e o movimento para frente do avião.
• Pouso ou Recuperação de Força: Na última parte, o helicóptero pousa suavemente ou o piloto lhe dá força para voltar a subir.

Aplicação Prática e Autorotações Avançadas

O uso do treinamento de auto-rotação no mundo real é semelhante ao que os pilotos fazem quando praticam pousos forçados sem energia.

Assim como em um avião, tudo o que o piloto do helicóptero precisa fazer para iniciar uma arremetida é religar a energia. Mas é muito importante ter precisão e saber movimentar o helicóptero quando ele está em autorrotação.

Coletivo para Controle de RPM do Rotor

Os pilotos de helicópteros precisam saber como usar o coletivo para controlar a velocidade dos rotores durante as autorotações de desligamento em uma curva.

Quando o coletivo é movido para cima, o RPM do rotor aumenta e, quando é movido para baixo, o RPM diminui.

Limites e riscos de segurança

Existem riscos em fazer autorotações durante o treinamento.

Na última parte de uma autorrotação, a energia cinética do helicóptero pode se esgotar, deixando-o com pouco ou nenhum efeito de amortecimento

Isso pode levar a um pouso forçado que danifica o helicóptero.

O diagrama de altura versus velocidade da aeronave nos diz qual é a maneira mais segura de fazer essa manobra.

Modelagem e Simulação de Autorrotação

Simulações e modelos em computadores tornaram-se formas populares de estudar e melhorar o desempenho da autorrotação em helicópteros.

Simulações de computador podem ser usadas para descobrir como diferentes designs de helicópteros ou formas de pás de rotor afetam o quão bem o helicóptero pode voar por conta própria.

Os pesquisadores também criaram e testaram em um simulador várias dicas de piloto que facilitarão o controle do piloto do helicóptero quando ele estiver girando por conta própria.

Durante a autorrotação, um conjunto de sinais discretos e contínuos é definido para ajudar o piloto a saber o que está acontecendo e o que fazer.

Benefícios da modelagem de simulação de computador

A modelagem de simulação de computador é útil quando fazer alterações no sistema real é difícil, caro ou simplesmente não é uma boa ideia.

Ele usa software de computador para modelar um sistema real ou proposto, e designers, gerentes de programa, analistas e engenheiros o usam para entender e avaliar cenários de casos "e se".

Por exemplo, em vez de bater em dezenas de carros novos, as montadoras usam simulações de computador para testar suas novas linhas de veículos.

Limitações da modelagem de simulação de computador

Em geral, um dos problemas com os modelos de computador é que eles não podem levar em conta com precisão todos os fatores que podem afetar o funcionamento de um sistema.

Isso é especialmente verdadeiro ao tentar entender fenômenos aerodinâmicos complicados, como um helicóptero pode virar sozinho.

Outra coisa que precisa ser observada é como as simulações de computador afetam o público em geral. Portanto, usar modelagem e simulação sem cuidado pode levar a conclusões erradas.

Algumas regras, como descobrir onde um sistema de defesa não está funcionando corretamente, precisam ser levadas em consideração ao julgar a validade de qualquer sistema simulado.

No final das contas, as simulações de computador têm muitos benefícios, mas também apresentam alguns problemas que precisam ser cuidadosamente pensados ​​antes de tirar qualquer conclusão.

Exemplos do mundo real de autorrotação

Exemplos reais de autorrotação mostram como é importante para os pilotos de helicóptero saber como fazer essa manobra em caso de emergência.

Robinson Heli Down Autorrotação

O Robinson Heli Down Autorotation é uma maneira de um helicóptero pousar com segurança se o motor parar de funcionar.

Os pilotos de helicóptero Robinson costumam usá-lo como parte de seu treinamento, e aqui estão os passos:

• O piloto deve primeiro perceber que o motor parou de funcionar e então iniciar a manobra de autorrotação imediatamente abaixando o coletivo e entrando em uma descida de autorrotação.
• Para chegar a uma zona de pouso segura, o piloto deve definir uma taxa de descida constante e manter a velocidade dos rotores constante enquanto gira.
• Durante a descida, o piloto deve ficar de olho na velocidade e na rotação do rotor e usar o controle de inclinação cíclica para fazer as alterações necessárias, mantendo o controle do avião.
• Quando o helicóptero se aproxima do solo, o piloto deve virá-lo de lado para suavizar o pouso e diminuir sua razão de descida.

Rotação automática em drones

A rotação automática é útil não apenas para helicópteros de tamanho normal, mas também para helicópteros de controle remoto e drones.

A ideia por trás da autorrotação não mudou: o rotor principal gira porque o ar sobe através dele, e não porque o motor o gira.

Autorrotação em helicópteros e drones controlados remotamente

A maioria dos helicópteros de controle remoto (RC) de passo coletivo também pode operar automaticamente se o motor pegar fogo ou parar de funcionar por algum motivo.

Para que o helicóptero faça autorrotações, o eixo do rotor principal precisa poder ser retirado do resto do acionamento ou conjunto de engrenagens.

Alguns pequenos drones podem usar um pequeno motor elétrico para manter o rotor girando na mesma velocidade durante a autorrotação, enquanto outros podem contar apenas com as forças do ar para manter o rotor girando na mesma velocidade.

Para helicópteros e drones controlados remotamente, a chave para um pouso de auto-rotação bem-sucedido é manter a velocidade do rotor constante e usar os controles de inclinação, cíclico e coletivo para controlar a descida e a velocidade de avanço da aeronave.

Para helicópteros e drones controlados remotamente, a melhor maneira de fazer pousos de autorrotação é praticar em uma área aberta e segura, longe de pessoas, prédios e outros obstáculos, e gradualmente tornar as manobras mais difíceis à medida que suas habilidades melhoram.

Além disso, é importante manter o avião em boas condições e fazer manutenções e inspeções regulares para garantir que ele funcione bem. Os pilotos devem seguir todas as leis e regras sobre como operar aeronaves de controle remoto.

O piloto automático VECTOR, que foi feito pela UAV Navigation, é um de apenas um pequeno número de pilotos automáticos que podem girar totalmente por conta própria.

Para ficar bom em autorotações, é importante praticá-las com frequência em um local seguro.

A chave para um pouso de auto-rotação bem-sucedido é cronometrar e saber quando diminuir sua velocidade de descida e avanço, queimando com um comando cíclico traseiro, aplicando inclinação coletiva positiva e, em seguida, nivelando a aeronave antes de tocar o solo com um cíclico dianteiro para pousar suavemente.

Também é importante escolher um bom local para pousar e se aproximar dele no ângulo e velocidade corretos.

Vídeo e referências

Dica: Ative o botão de legenda se precisar. Escolha “tradução automática” no botão de configurações, se você não estiver familiarizado com o idioma inglês. Pode ser necessário clicar primeiro no idioma do vídeo antes que seu idioma favorito fique disponível para tradução.

https://en.wikipedia.org/wiki/Autorotation

Casos de uso

Usado em:	Descrição:
Pouso de emergência	Uma das formas mais importantes de usar a autorrotação é quando o motor de um helicóptero para de funcionar em uma emergência. Quando isso acontece, o piloto pode iniciar a autorrotação, o que possibilita que o helicóptero deslize com segurança até o solo. Este movimento pode salvar a vida do piloto e das pessoas a bordo.
Militares	A autorrotação é uma habilidade útil para pilotos de helicópteros militares encarregados de operações militares. Em combate, um helicóptero pode precisar cair rapidamente no chão para evitar ser atingido pelo fogo inimigo. Ao usar a autorrotação, o piloto pode pousar o helicóptero com rapidez e segurança.
Busca e resgate	Helicópteros são frequentemente usados ​​para busca e salvamento, especialmente em áreas remotas ou de difícil acesso. Nesse tipo de situação, a autorrotação pode ajudar o helicóptero a pousar com segurança e controle, mesmo em terrenos acidentados.
Agricultura	A autorrotação também pode ser usada na agricultura, especialmente ao polvilhar as plantações.
Filmagem e fotografia	Helicópteros são frequentemente usados ​​para tirar fotos de cima nas indústrias de cinema e fotografia.
Manutenção de linhas de energia	Às vezes, os helicópteros são usados ​​para fazer manutenção em linhas de energia, como consertar ou substituir linhas quebradas. A rotação automática pode ajudar o helicóptero a pousar com segurança e precisão em locais de difícil acesso de qualquer outra maneira.

Conclusão

Concluindo, a ideia de autorrotação mostra como a engenharia pode ser poderosa e como as pessoas podem ser criativas.

Isso nos dá confiança para voar em helicópteros e outros aviões, sabendo que, se o motor parar de funcionar, ainda podemos planar com segurança de volta ao solo.

A autorrotação também nos mostra que, quando ultrapassamos os limites do possível, podemos fazer coisas incríveis.

Engenheiros e pilotos sempre foram motivados a encontrar novas e melhores maneiras de voar, desde as primeiras vezes que as pessoas voaram até a tecnologia de ponta usada na aviação moderna.

A autorrotação é apenas uma das coisas incríveis que podemos fazer quando nos dedicamos a isso.

Então, da próxima vez que você olhar para cima e ver um helicóptero voando, pense na autorrotação, um feito de engenharia que torna tudo isso possível.