DISSIMETRIA LATERAL DE SUSTENTAÇÃO - VERSÃO COMPLETA

É muito comum, em algumas publicações sobre helicópteros, se encontrarem explicações detalhadas (e, muitas vezes erradas, diga-se de passagem) sobre uma interessante e intrigante característica das aeronaves de asas rotativas que é conhecida como dissimetria de sustentação.

O que seria isto, afinal?

O que cria a sustentação que permite o vôo do helicóptero é a pá do rotor principal que, girando com um certo ângulo de ataque, produz as reações aerodinâmicas necessárias. 

Quando o helicóptero está no pairado, as velocidades tangenciais na ponta de cada pá do rotor principal são iguais em qualquer ponto da trajetória circular que as pontas das pás descrevem. Lembrando que a sustentação depende, entre outras coisas, da velocidade de deslocamento do perfil aerodinâmico, (na realidade, ela é função do quadrado da velocidade, mas, por enquanto, vamos considerar apenas que, quanto maior a velocidade, maior será a sustentação), se a velocidade se mantém constante e igual em todos os azimutes, a sustentação também será igual em todas as direções e o helicóptero permanecerá em vôo pairado se, é claro, o vento for nulo.

No Vôo Pairado: V_R = Constante,    logo: F_N = Constante

No pairado, a velocidade (U) da ponta da pá permanece constante, qualquer que seja a posição da pá em azimute. No centro de pressão (CP) esta velocidade (U) é igual a wR, sendo R o raio da trajetória do centro de pressão e w a velocidade angular do rotor que também é constante. A velocidade do ar em relação à pá (V_R) é, obviamente, igual à velocidade (U) da pá, mas, agindo em sentido contrário. Assim, V_R é constante.

Uma vez que V_R é constante, é óbvio que, para um dado valor de ângulo de passo, a sustentação F_n será constante, qualquer que seja a posição da pá em azimute. A sustentação F_n das várias pás é simétrica e a resultante F_N (sustentação do rotor) estará aplicada ao centro de rotação “O”.

 
Vôo em Translação a uma Velocidade “V”

Vamos considerar um heli-cóptero cujo rotor, visto de cima, gira no sentido hora-rio. Para estudar o fenôme-no aerodinâmico cíclico, ou seja, o fenômeno que ocor-re, regularmente, a cada volta do rotor, é necessário especificar a posição da pá em relação ao ponto de partida. O ângulo y será usado para identificar esta posição que é também chamada de Azimute da Pá.

Pá que Avança e Pá que Recua

Agora, vejamos o que acontece quando o nosso helicóptero, que estava no pairado, começa a deslocar-se para frente com uma velocidade V.

Como pode ser visto na figura acima, que representa o disco do rotor principal de um helicóptero qualquer, cujo sentido de rotação, visto de cima, é horário, o vetor velocidade de rotação apresenta direções diferentes em função da posição da pá ao longo de uma volta completa. Isto faz com que a velocidade resultante “U_R” seja representada pela soma vetorial de U e V.

Nos pontos “B” e “D”, U e V têm direções iguais e sentidos opostos. Assim, vemos que, em “D”, o valor da velocidade resultante U_R é igual à soma dos valores de U e V enquanto em “B”, U_R é igual a U menos V. O Resultado disto é que a velocidade resultante U_R do lado da pá que avança é maior do que do lado da pá que recua e, quanto maior for a velocidade do helicóptero para frente, maior será a diferença de U_R entre os dois lados da aeronave. Como conseqüência desse diferencial de U_R, aparecerá uma DISSIMETRIA DE SUSTENTAÇÃO com o movimento do helicóptero para frente, se o C_Z (coeficiente de sustentação que depende do tipo de perfil aerodinâmico e do ângulo de ataque) se mantiver constante.

Esta dissimetria de sustentação se traduz por um aumento da Força de Sustentação do lado da pá que avança e por uma diminuição da sustentação do lado da pá que recua.

É exatamente este fenômeno que leva os desavisados a pensarem que o helicóptero tenderia a rolar para o lado da pá que recua! Neste momento, é necessário recordar como funciona um giroscópio.Um giroscópio é um corpo em rotação, cujo eixo de rotação é livre para mover-se em qualquer direção.

Um pião é um giroscópio. Uma roda de bicicleta pode ser um giroscópio se as mãos que seguram o seu eixo permitirem que ela seja livre para mover-se em qualquer direção.

Se tentarmos inclinar o eixo da roda de bicicleta, aplicando uma força F, uma resistência será sentida naquela direção. A reação imediata que se fará sentir será segundo a direção D que é perpendicular à direção da força F. Isto é exatamente como se a força F estivesse sendo aplicada na direção D.

Este deslocamento do eixo, na direção D, é chamado de “precessão giroscópica”.
 

 
O fenômeno de deslocamento do efeito em relação à causa é devido às forças de inércia giroscópicas. F é a ação que tende a inclinar a roda em torno do eixo horizontal XX’. F pode ser aplicada em A ou em B (tanto faz). D é a reação da roda que vai se inclinar em torno do eixo vertical YY’ e não em torno de XX’ como poderia parecer. Ambos os eixos (XX’ e YY’) são perpendiculares ente si e a reação ou efeito se produz e sempre se produz 90^o depois da ação.

É a mesma coisa que acontece com uma pá de um rotor que reage 90^o após a causa que tende a mudar a sua sustentação. Por exemplo, se a velocidade relativa ou o passo está no seu valor máximo em D (esta é a causa), a sustentação F_n (que é o efeito) não estará no máximo em D, mas em A, isto é, 90^o depois do ponto de máxima velocidade ou passo. A pá, articulada no plano de batimento, tem o ponto de máxima sustentação “A” correspondente ao máximo batimento para cima (ângulo máximo de batimento b). De D até A, a pá segue uma trajetória ascendente.
 

Trajetória das Pás Sujeitas a Dissimetria Lateral de Sustentação

Como conclusão do que nós vimos, de D até B, a velocidade vai de um valor máximo até um mínimo e de B até D ela varia de um mínimo até um máximo. Em conseqüência do efeito da variação de velocidade, a pá, atrasada de 90^o em relação à causa (velocidade), sobe, indo até um máximo em A e até um mínimo em C. De C até A, a pá sobe – de A até C, ela desce.

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