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Aerolito #6 – Desmistificando o efeito torque em monomotores

Em dois vídeos da série Aerolito no canal do Youtube falamos sobre um negócio que todo mundo que lê sobre aviação sabe, mas sabe só meia verdade: a tendência que os aviões monomotores têm de guinar (“derrapar”) para a esquerda nas subidas, quando a potência é alta, ângulo de ataque elevado e velocidade ainda baixa.

Nos vídeos abaixo explico a conjunção de fatores que causa a “guinada”, mas o efeito também ocorre em bimotores, só que em menor escala. Vamos dar uma olhada nisso e na questão do motor crítico, pois tem relação direta com o efeito P-Torque, e de quebra responder à pergunta do leitor João Gabriel, se em aviões bimotores as hélices giram em sentidos opostos em cada motor para anular o “efeito torque”.

Como vimos nos vídeos, a tendência de guinada é uma conjunção de fatores, que também acontecerá individualmente em cada motor de um avião bimotor a hélice. Será que compensaria então fazer os motores girarem ao contrário para que a conjunção de um lado se tronasse oposta ao do outro lado e assim o efeito fosse anulado?

A resposta é sim e não. Sim, o efeito P-torque seria anulado, enquanto os dois motores estivessem funcionando. E não, porque fazer motores girarem ao contrário aumenta muito o custo operacional, já que as peças passarão a ser diferentes, ou no motor ou na caixa de engrenagens. Após análises de vários fatores se chega a uma decisão final de projeto, e a grande maioria dos bimotores NÃO possuem hélices girando ao contrário, mas sim no mesmo sentido.
E não há uma regra geral, cada projeto possui suas características: Por exemplo, o Airbus A400M possui hélices gigantescas (octapás) e o sentido de rotação é oposto em cada asa (1 e 2 giram opostos, assim como 3 e 4). O Lockheed Electra também possuía hélices gigantescas, mas suas quatro hélices giravam para o mesmo sentido, porém seus motores giravam no sentido oposto ao da hélice (a inversão era feita na caixa de engrenagens).

Uma vantagem de se ter hélices girando opostas é a eliminação do que se chama “motor crítico”, que é uma anomalia causada pelo P-Factor que já vimos nos vídeos. O motor crítico é aquele que se falhar durante o voo vai causar os maiores efeitos de guinada, em virtude de sua posição na asa. Essa imagem a entender.

Desenho da Wikipedia editado pelo AeM

Desenho da Wikipedia editado pelo AeM

Para entender é preciso também se lembrar da grandeza vetorial momento de força, ou..RÁ…torque!

_Pô, mas você não estava desmistificando o torque?

Sim, mas em aviões monomotores, porque em bimotores o assunto é um pouco diferente, já que temos uma força agindo beeeeeem fora do centro de aplicação. Vejam a imagem e vamos ao motor crítico.
Percebam que em relação ao que já aprendemos sobre P-Factor e Precessão Giroscópica, a força é maior no lado direito do disco da hélice em motores que giram no sentido horário, logo, se o motor número 2 parar de funcionar, a resultante da força gerada no motor 1 causará uma tendência pequena para direita, já que o momento (braço) é pequeno em relação ao centro da fuselagem. O mesmo não ocorre se o motor 1 tiver uma pane, pois a resultante será muito maior no motor direito, causando uma grande tendência de nariz para a esquerda e uma grande deflexão de leme para a direita para compensar.

Como o leme de direção precisa de determinada velocidade aerodinâmica para ser efetivo, o motor #1 passa a ser o que se chama de “motor crítico”, pois ao se tornar inoperante o piloto deve se atentar muito mais aos parâmetros de operação ditados pelo fabricante. Não seguir à risca a performance e as velocidades mínimas de controle publicadas podem causar acidentes como esse ao se reduzir a potência para o pouso:

Bem, esses foram meus 2 centavos para apenas tocar a superfície de um tema muito, muito complexo e com diferentes literaturas para tratar do mesmo efeito. O conhecimento que cada fabricante tem sobre o movimento de guinada em seus projetos é proprietário, mas fisicamente a conjunção de todos os fatores apresentados afetam a estabilidade da aeronave no eixo vertical e não apenas a reação ao sentido de rotação do motor como muita gente equivocadamente pensa.

Usei como fontes de estudo informações do FAA, o manual de voo da Jeppseen (Aerodynamics of Maneuvering Flight), este compêndio sobre aviação, capítulo 8 e estes cálculos de um engenheiro que gosta de fazer contas. Apesar disto, sempre sigam seus manuais de voo, o fabricante sempre sabe mais =)

E os motores a reação? Também sofrem com essa conjunção de fatores?

Não. Porque a principal diferença entre um motor a reação e um turboélice ou motor convencional é que o FAN não produz tração, ele apenas acelera o ar para trás em grande velocidade. Além disso, para cada estágio de rotação de um motor a jato [que causaria uma reação em sentido oposto], há um estágio de paletas estatoras que invertem a direção do ar, “balanceando” o conjunto. Há outros fatores envolvidos, mas estão muito além do escopo do blog.

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Sobre o Autor

Graduado em Manutenção de Aeronaves, com muito bom senso :) 30 anos de aviação comercial (e contando), de Lockheed Electra à Boeing 787. Tentando simplificar a complexidade da aviação.
  • Vitor Moura

    Ótima matéria Lito como sempre. só não entendi como e porque o AoA tem haver com a “derrapagem” do avião para o lado.

    • Gustavo Pilati

      Justamente pela diferença de sustentação criada entre as pás. No caso do avião, a pá que “desce” (olhando de frente é a do lado esquerdo) produz mais sustentação que a do lado oposto (a pá que sobe). Como no avião não há nenhum mecanismo que altere o ângulo de ataque da pá como existe no helicóptero isso é um dos motivos que causa a “derrapagem”. Quanto maior o ângulo de ataque, maior será a diferença.

      Entrando na questão dos bimotores, temos também a diminuição da atuação dos comandos de voo, já que com um ângulo de ataque menor a velocidade irá diminuir também.

      Como o Lito falou, existe uma velocidade mínima de controle no ar para aviões bimotores (a sigla é Vmca). Abaixo dessa velocidade é impossível manter o voo reto, considerando que o motor crítico está desligado e os comandos em sua deflexão máxima (ou seja, a assimetria é tão grande que supera a força produzida pelos comandos de voo e o que acontece é o vídeo do King Air).

      PS: Valeu a citação no vídeo!

  • Chef Clodoaldo Ramos

    Parabéns pelas informações Lito!

    Em uma situação de mal tempo ,com um vento de proa forte, dependendo de qual direção estar vindo o vento, não iria influênciar mal o funcionamento do Helical propwash?

    Numa situação de ventos fortes vindo do lado oposto….

    Obrig!

    CR

    • Gustavo Pilati

      Não sou piloto de helicóptero, mas realizar um voo “de ré” com um vento de cauda forte é perigoso justamente pela diferença de sustentação que irá ocorrer entre as pás. Com o avião no sentido contrário ao deslocamento “normal”, o sistema empregado no helicóptero iria potencializar ainda mais a assimetria. (existe um relatório final de um acidente onde este foi um dos fatores contribuintes à queda, está disponível no site do CENIPA)

  • Denner Miranda

    Ótimo post Lito! Sou estudante do oitavo período de Engenharia Aeronáutica na UFU, e sempre acompanho o blog, conteúdo de primeira! Só fazendo uma ressalva, no último paragrafo sobre os motores a reação, o FAN atua mais como um grande compressor, já que de forma simples o empuxo é a massa vezes a aceleração da massa de ar imposta, de forma que o FAN fornece uma grande vazão mássica, cabendo ao “core” do motor realizar a aceleração, promovendo o empuxo necessário e economizando combustível, já que apenas uma parcela baixa do ar na entrada passa pelo “core” do motor. Mas novamente, parabéns pelo blog!

  • Gomba

    E o mais triste/sinistro é que nesse acidente com o King Air (segundo o relatório do CENIPA) foi que os dois motores estavam operantes, mas uma pequena discrepância de potência na manete já foi suficiente pra desequilibrar o sistema inteiro…

    Sobre a questão de inverter o eixo de rotação do hélice, um jogo simples de engrenagens já seria suficiente pra isso, não? Porque você precisaria mudar o eixo de rotação do motor inteiro ou toda a caixa de redução?
    E pelo que foi falado sobre o Electra, o fato do sentido de giro do hélice ser oposto ao sentido de giro do motor pode diminuir o risco de motor crítico? Cria uma maior resistência ‘fisica’ ao giro da aeronave sobre seu próprio eixo, né?

    • “Por que você precisaria mudar o eixo de rotação do motor inteiro ou toda a caixa de redução?” Porque em manutenção de linha você não pode substituir engrenagens, ou troca a gearbox inteira ou o motor, então o fabricante teria que construir duas gearbox diferentes.

      • Gomba

        Entendi. Por mais que você precise adicionar uma única engrenagem a mais na gearbox pra poder inverter o eixo, isso por si só motivaria a construção de uma caixa de redução praticamente nova né, novos testes, nova certificação… acaba que é um esforço e toda uma mudança estrutural que não fazem tanto sentido prático mesmo.

  • francisco greche junior

    Muito bom Lito, realmente não lembro de ter explicações aprofundadas sobre isso no curso que fiz.

  • Parabéns Lito! Obrigado pelo excelente artigo e vídeos!

  • fabriciobatera

    Muito bom Lito, só uma pergunta, nos aviões equipados com turboélices a reação seria diferente ou parecida com o que ocorreria em um avião com motores convencionais? (Desculpe se a pergunta foi repetitiva ou tosca haha)

  • Rafael Ribeiro

    Lito, algo que não tem a ver com o post, mas voce viu que tem um cara aí espalhando que conseguiu controlar um 737-800 pelo computador da casa dele e que o fbi o estaria entrevistando para saber como? eu acho que isso deve ser uma mentira dele para ganhar materia em revista. Mas gostaria de uma opinião profissional

  • Paulo Silva

    Aviões com motor tipo pusher (parte traseira) tem tendência a desviar para a esquerda?

    • Vai ter a mesma tendência que o puller, mas baseado no sentido de rotação da hélice como vista olhando para frente na posição do piloto é que se vai definir o lado da guinada.

  • Amadeu Cerqueira

    Lito, eu entendi a parte do P-Factor e todo o resto, muito boa explicação, mas algo ainda me instiga. Por volta dos 4min você fala que uma das pás estará avançando à frente, bem como a aeronave, e a outra pá estará avançando no sentido contrário ao do movimento desta. Pois bem, se teremos dois vetores de mesmo módulo e sentidos contrários, eles não deveriam se anular e, por consequência, eliminar a tendência à esquerda (ou direita) da aeronave? Obrigado.

    • Joao Paulo Cursino

      Amadeu, não esqueça que o vetor de que você fala é perpendicular à velocidade da pá. A pá é como se fosse uma pequenina asa, com a sustentação acontecendo para “cima” dela, mas na verdade para a frente do avião. Pá em movimento de subida => vetor empurrando a héilce (e o avião inteiro) para a frente. Pá em descida => também. Mas as duas velocidades são diferentes => as forças têm módulos diferentes, não iguais.

  • Joao Paulo Cursino

    Lito, diz o texto que “o FAN não produz tração”. Mas o fan certamente está empurrando o ar para trás (aliás o texto também diz isso); ação e reação => o ar empurra o avião prà frente, tal como a água empurra um remo para a frente. Então pergunto: é jargão só usar a palavra “tração” se a força for exercida por uma hélice?

  • Gustavo Pilati

    No segundo vídeo o Lito fala que durante o cruzeiro o avião, devido ao projeto da deriva, não sofre tendência de “puxar para a esquerda”. Parece que não é o caso do ATR, conforme a foto abaixo. Ela mostra os compensadores durante o voo.

    (O que são compensadores e pra que servem, no Aerolito #8) https://www.youtube.com/watch?v=39B3cDmwRBA

    Como o ATR possui dois motores que giram para o mesmo lado, há essa tendência que o Lito falou. Com o piloto automático ligado, ele automaticamente ajusta os compensadores para manter o voo reto (círculo vermelho)

  • Manoel Moreira

    Prezado Lito. Necessito de seus preciosos conhecimentos para me auxiliar em uma pesquisa.

    Conforme dados fornecidos pela Boeing, o modelo 777-200 ER tem uma
    capacidade máxima de combustível 171.170 litros e comporta um peso máximo de de decolagem de 297.550 kg e gostaria de saber o peso do avião sem o combustível, tendo em vista que não sei que tipo de combustível o alimenta e o peso em quilo deste combustível.
    Ficaria muito grato se você pudesse me ajudar nestes cálculos. Obséquio enviar também mensagem para o e-mail [email protected]
    Manoel Moreira.

  • Eli Lima

    Lito, fiquei muito feliz em me conectar com seu blog e descobrir tantas informacoes em um so lugar.
    Vivo e trabalho nos EUA em uma grande companhia aerea, ja trabalhei tambem no Brasil,mas somente aqui obtive aqui tantas informacoes importantes.
    Parabens por este papo , muito bom mesmo.

  • ANTONIO CARLOS

    QUAL SUA FORMAÇÃO ACADEMICA…..ESTOU QUERENDO APOSTAR EM AVIÕES ….SOU TÉCNICO EM MECANICA E ENGENHEIRO ELETRONICO…….É CLARO SE VOCÊ NÃO SE IMPORTAR EM FALAR DO ASSUNTO……

    GRATO

    • Bruno Aguiar

      Antônio Carlos, boa tarde!
      Visto que você é engenheiro eletrônico, nada melhor que você especializar-se no grupo dos Aviônicos (todo aparato eletro-eletrônico de uma aeronave).
      Para poder exercer a função de mecânico aeronáutico você precisará obter as devidas CHTs (Carteiras de Habilitações Técnicas) que são divididas em três áreas de atuação na mecânica aeronáutica: célula (CEL), que aborda toda a estrutura física da aeronave e bem como seus componentes; grupo moto-propulsor (GMP) que condiz ao sistema da propulsão da aeronave e o aviônicos (AVI) que é justamente o que eu acho ser mais adequado para a formação que você tem agora, que é de engenheiro eletrônico.
      Segundo o RBHA-65 você deve frequentar um curso de formação de técnicos mecânicos aeronáuticos para poder fazer a banca da ANAC e ter direito a exercer a profissão, contudo, você como engenheiro eletrônico já pode fazer diretamente a prova da ANAC salvo se provado que você já tenha alguma familiaridade com a aviação (seja alguma especialização, pós-graduação, etc).

  • Alexandre Vieira

    Pode ser engenheiro também ué, afinal são eles que projetam os equipamentos. Porém a grande maioria das empresas que criam aviões são estrangeiras.

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