Balanceamento de Aeronaves

Algum tempo atrás, havia levantado a polêmica sobre o balanceamento das aeronaves da Gol ser feito a distância (Clique aqui para ler) e não mais no local de partida da mesma.  Mas afinal de contas, o que é esse balanceamento de aeronaves?  Resolvi tentar explicar um pouco aqui apenas com a idéia de se ter uma noção do processo.

Primeiro precisamos de algumas noções de aviação básica:  Uma aeronave em vôo está sujeita a um conjunto de forças que atuam sobre ela.

Se considerarmos que o avião está em vôo nivelado e a velocidade constante, então a força de sustentação anulará o peso, mantendo o avião no ar.  A força de propulsão por sua vez anulará o arrasto, mantendo a velocidade constante.  Assim uma das condições de equilíbrio que diz que o somatório das forças deve ser igual a zero em todas as direções é atendida.

Note que há um ponto (CG) marcado na aeronave.  Este ponto é o centro de gravidade do avião.  Todos os corpos possuem Centros de Gravidade e esse ponto corresponde ao ponto ao qual poderíamos reduzir todas as forças e dizer que estão aplicadas nele.  De modo prático, podemos dizer que, se pegássemos um corpo e o fixássemos ao teto por uma corda que estivesse fixa no CG deste, o corpo ficaria suspenso perfeitamente nivelado.  Ou seja, ao fixar um avião pelo CG no teto do hangar, este deve ficar perfeitamente nivelado como se estivesse voando em céu de brigadeiro.

E esse CG depende do quê?  Por definição, ele vem da média ponderada dos momentos  que as massas provocam (pela força peso).  Como os momentos seguem a regra da alavanca, ou seja, o produto da distância pela força, bastaria somar todos os momentos e dividir pela soma de todos os pesos.  Algo matematicamente assim:

 

Onde M é a massa do objeto e X a posição do mesmo.

Isso ocorre porque, obviamente o mundo não é lindo e as forças não estão todas sendo exercidas no centro de gravidade do avião.  Nem você se aperta com todos os outros passageiros ali para que seus pesos se concentrem todo neste ponto.  Ao mesmo tempo, as próprias forças aerodinâmicas são exercidas nas asas e na cauda, longe, portanto do CG.

Como o CG depende da massa, é natural pensarmos que dependendo de como o peso das coisas que colocamos no avião fica neste, o CG mudará de posição.  E isso é verdade.  No entanto, o CG de uma aeronave não pode ir para qualquer lugar sob pena de se tornar o avião incontrolável.  Imagine se o CG do avião fosse para a ponta de uma das asas?  Ou se ele fosse para a cauda?  Como seria para se pilotar uma aeronave destas?  A ciência de se manter o CG dentro dos limites aceitáveis para o controle do vôo é que é o balanceamento da aeronave.

Como qualquer corpo em movimento e sem restrições, um avião em vôo possui seis graus de liberdade, sendo três de translação e três de rotação.  As translações são triviais e não nos interessam aqui.  Falemos das rotações, que possuem nomes especiais na aviação, conforme as figuras abaixo:

Podemos imaginar essas rotações da aeronave quando feitas a comando do piloto por quais superfícies de comando foram feitas:  O pitch é feito pelos profundores, na cauda. Já o roll é causado pelos ailerons, nas asas, enquanto que o yaw vem de comandos dado ao leme, também na cauda.

Quando comandos são dados a estas superfícies, a aeronave gira, no eixo indicado e em torno do centro de gravidade.  Daí podemos pensar na importância que sua posição tem.  Um deslocamento dele e a forma de pilotar a aeronave muda, e pode até ficar impossível.

Balancear uma aeronave é, portanto, manter o CG dentro de parâmetros aceitáveis para o vôo de forma a permitir o comando e a resposta segura da aeronave independente do lado para o qual o piloto deseja virar.  O balanceamento geral da aeronave, ou seja, regular o CG para os três eixos é feito na fábrica e periodicamente, determinado pelo fabricante.  Já o balanceamento para o pitch é que deve ser feito a cada vôo, uma vez que ele é o mais afetado pela carga que entra e sai do avião.

Sabemos que o CG irá se mover dependendo da quantidade de peso e de onde ele será colocado no avião.  Vamos considerar que ele possa andar apenas para a frente e para trás do avião.  Esqueçamos seu movimento para os lados (assumimos que ele ficará sempre sobre a linha de centro da fuselagem).  O fabricante, após cálculos e simulações quando do projeto do modelo e aferição com protótipos  determina os limites máximos e mínimos que o CG pode andar sobre a aeronave de forma a manter o voo seguro.  Estes limites são chamados de Passeio do CG.

Uma outra coisa importante é que, como estamos falando de distâncias, estas precisam ter uma referência.  A posição do CG não é uma boa referência, visto que é ela que queremos calcular.  Assim determina-se uma linha imaginária no avião que será o zero das distâncias, ou o ponto de origem.  Atuando depois como um plano cartesiano, o que estiver a esquerda terá distância negativa e o que estiver a direita positiva.  Esta linha é chamada DATUM.

A partir da DATUM é fixado o passeio do CG e a partir dele é estabelecida as distâncias para o cálculo dos momentos e determinação do CG.  O trabalho passa a ser determinar todos esses pesos, distâncias (chamadas também de estações) para depois calcular a posição do CG e comparar se o mesmo está dentro dos limites do passeio do CG.

Em aeronaves de pequeno porte, qualquer massa a ser adicionada no avião precisa entrar na conta.  Isso inclui peso de cada passageiro, do piloto e co-piloto (se houver) e das bagagens dos mesmos.  A localização dos mesmos assume importância também e, não raro um passageiro pode ter que trocar de lugar para manter o CG dentro dos parâmetros.

O peso do combustível também sempre é considerado pois, mesmo sobre as asas e próximo ao CG, ele pode estar distante da DATUM e o combustível é uma das coisas mais relevantes em termos de peso variável na aeronave.  Além disso, os aviões possuem peso máximo de decolagem e peso máximo de pouso (que é menor que o de decolagem), portanto é preciso calcular com quanto peso a aeronave estará ao chegar ao destino considerando o combustível queimado, para se saber quanto de carga pode ser adicionada.

Mas quando se voa em aviões maiores, você não é pesado.  Apenas a bagagem a ser despachada é pesada.  Isso acontece porque considerando as dimensões de um Boeing, o peso de uma pessoa não é relevante para o CG.  O peso de várias pessoas sim é relevante, mas ao invés de sujeitar as mulheres a deselegância de revelarem seu peso, as companhias utilizam modelos de peso médio para as pessoas, uma vez que o peso exato de cada um não é necessário.

Ao mesmo tempo, não ocorrerá de um gordão ser retirado de seu lugar para outro com o intuito de equilibrar a aeronave.  Isso, claro, enquanto estamos falando de aviões grandes. Em um Cessna, o gordão poderá causar grandes problemas para o piloto.

Agora, repare no esquema abaixo:

Tudo nesse esquema é arbitrário.  A função é apenas ilustrativa.  Vamos que hipoteticamente M1 seja o banheiro da aeronave, M2 o motor, M3 o combustível, M4 o compartimento de carga e M5 o Galley. Coloquei a DATUM no nariz da aeronave de modo a facilitar a visualização (se fosse fazer conta ficaria mais fácil também).  A DATUM é arbitrária, mas quem a define é normalmente o fabricante.

Ao balancear a aeronave é necessário esses pesos.  Basicamente basta pesar tudo o que vai entrar nesses compartimentos e somar aos existentes.  Repare contudo no compartimento de bagagem e sua posição.  Sua posição faz com que a carga nela influa de forma significante sobre o CG (por conta da grande distância).  Por isso sua mala é pesada (além de averiguarem se irão te cobrar excesso de bagagem).

E tem mais, sabendo de antemão quanto de peso de carga ainda pode ser colocado no avião (ele já sabe de antemão combustível e passageiros), as companhias acrescentam cargas que foram contratadas para levar (por isso existe a GolLog, TamLog…).  É uma forma de elas ganharem mais um pouco no vôo.  Mas obviamente a prioridade é a sua bagagem (ou deveria ser).

Então, com a conta de peso feita, o CG é recalculado.  Estando dentro do “passeio” a aeronave é liberada, com votos de boa viagem e até outra vez.  Se não, algo deve ser feito para corrigir esse posicionamento, nem que seja colocar o gordão para frente do avião.

As companhias agora querem fazer esses cálculos a distância.  Olhando dessa forma, não é algo que vá colocar a segurançaem risco.  Contudo, temos que temer problemas com a transmissão dos dados.  Considere falta de conexão.  Sem falar com a central, uma aeronave em outro aeroporto sem ser balanceada no horário do vôo.  O que fazer?  E se a rede for comprometida, invadida por hackers e os mesmos alterarem os valores?

Eu não gosto de confiar em coisas que em última instância não é um ser humano que fará.  Por exemplo, aviões precisam permitir que o piloto tenha pleno comando deste e este comando ser soberano aos computadores.  No balanceamento, confiar em algo como a internet para uma operação vital, acho temerário.

Anúncios

Sobre Fernando Vieira

Engenheiro Mecânico. Trabalha no Rio mas mora em Petrópolis. Fez esse blog, pra comentar sobre tudo um pouco mesmo sem entender de nada.
Esse post foi publicado em Aviação, Posts técnicos e marcado , , , , , , , , , , , , , , , , . Guardar link permanente.

6 respostas para Balanceamento de Aeronaves

  1. Pingback: Cortes de custos | Blog do Fernando

  2. Pingback: Flight Radar 24 | Blog do Fernando

  3. Pingback: Conspiração contra a Tam e a Airbus ou só uma idéia para se caçar cliques? | Blog do Fernando

  4. Pingback: A longa viagem da Morena à Turquia | Blog do Fernando

  5. Pingback: Efeito Coanda | Blog do Fernando

  6. Sandra disse:

    Muito didático! Adorei!!! Parabéns pela competência!

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s