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O que define o número de pás no rotor de um helicóptero?

Creio que muitos já devem ter percebido que alguns helicópteros possuem 2 pás outros 3 e por que não 6?

Mas como é definido o número de pás do helicóptero?

Mas antes de começar precisamos entender porque não se deve falar hélice perto de um piloto de helicóptero.
Muito além apenas de gerar tração como é o caso das hélices, as pás são parte de um complexo sistema que trabalha em luta e controvérsias a todo o momento para gerar sustentação. A diferença se dá também pela hélice ser retorcida da raiz para a ponta, já as pás tem um perfil plano (não confundir com o perfil do aerofólio), com quase o mesmo ângulo em toda a sua extensão.

Os problemas das pás
Por incrível que pareça o rotor principal é a parte mais lenta do helicóptero. A RPM varia de equipamento para equipamento mas em geral vai de 250RPM até 400RPM.
Bastante lento se comparado ao rotor de cauda que pode variar entre 700RPM e 900RPM 1500 a 2000RPM. O trabalho do motor é manter exatamente a mesma RPM do rotor principal em todos os regimes do voo: pouso, decolagem pairado, não importa. A RPM dos rotores não pode ser alterada.

Levando em conta a RPM constande, tamanho da pá, envergadura, alongamento etc, podemos definir sua carga alar ou seja, quanto de peso essa pá consegue sustentar?
Como a envergadura da pá é muito grande se comparada a uma hélice, no momento em que a pá está girando começa o primeiro problema.

Vamos dividir a pá em três sessões, uma mais próxima da raiz, outra no meio (intermediária) e outra na ponta. Imagine então que pudéssemos colocar uma linha e medir a distância que cada sessão percorre. Ao final teríamos um círculo, cada um maior que o outro na medida em que vamos avançando para a ponta de pá.
Dessa maneira fica fácil perceber que cada sessão da pá percorre um caminho maior que a outra porém ao mesmo tempo. Então a ponta viaja mais rápido que a raiz.

Como a sustentação leva em consideração a velocidade ao quadrado, podemos entender porque nos primeiros testes com helicópteros as pás flexionavam violentamente pra cima e quebravam. Simples assim.
Os cabeças pensantes então começaram a buscar uma solução. Decidiram torcer ligeiramente a pá mais na raiz e menos na ponta e dar a pá um formato trapezoidal, com a raiz maior que a ponta. Entre outras soluções testadas essa foi a mais eficaz.

Ok, e o número de pás?!
Os primeiros helicópteros utilizavam três pás, à época era a construção mais simples. Esses rotores foram chamados de sistema de rotor rígido, já que as pás eram presas à cabeça do rotor movendo-se apenas em torno de seu eixo longitudinal, movimento conhecido como mudança de passo.

Como característica esses rotores transmitiam bastante vibração para a fuselagem e comandos. Sem contar que a raiz das pás estavam sujeitas a elevados esforços de flexão e compressão. Não podemos esquecer também da dissimetria de sustentação que faz as pás subirem no lado que avança e descerem no lado que recua, movimento conhecido como batimento. Como não havia liberdade de batimento, as pás eram construídas com ligas de alumínio flexíveis que permitiam que a pá literalmente dobrasse.

Com o tempo verificou-se que esse sistema não era eficiente. Pois restringia a velocidade do helicóptero e, a própria tecnologia de construção e materiais da época limitava seu avanço já que as pás deveriam ser ao mesmo tempo flexíveis para permitir o batimento (dobrando a pá) e rígidas para suportar os esforços envolvidos.

Em 1928 aproximadamente, Juan de La Cierva idealizou o primeiro sistema de rotor semi-rígido, colocando-o em um autogiro. Para compensar a tendência de cabrar (levantar o nariz) no início da corrida de decolagem Juan construiu um sistema para permitir o batimento sem ter que flexionar as pás. Assim as pás poderiam ser rígidas e o movimento de batimento ficaria no mastro.

Esse sistema de construção é adotado até hoje em diversas aeronaves. Mas não resolveu o problema dos esforços de flexão e deflexão que ocorria na raiz das pás devido ao efeito de Coriollis, que modifica o centro de massa das pás e faz com que elas tenham a tendência de ir pra frente e para trás.

La Cierva então desenhou um sistema de quatro pás, com uma articulação que permitia o movimento individual em torno dos eixos longitudinal (mudança de passo), transversal (batimento) e vertical (avanço e recuo). Essa combinação ficou conhecida como rotor articulado. É o rotor mais caro e de mais complexa fabricação. Um mínimo de três pás são necessárias para sua construção e é preciso um complexo sistema de amortecimento para evitar que os movimentos diversos provoquem vibração elevada no mastro e consequentemente na fuselagem, tornando o voo extremamente desconfortável ou até impossível.

Sabendo agora desses detalhes podemos entender melhor a escolha de quantidade de pás.
Num helicóptero muito pesado por exemplo a utilização de apenas duas pás seria inviável. A área da pá teria quer ser gigantesca e a quantidade de ar deslocada pela mesma iria gerar grande vibração e barulho.

Como exemplo podemos citar o Bell 205 Huey com apenas duas pás. Seu barulho característico pode ser ouvido a até 5Km de distância. Já o Mil Mi 26, maior helicóptero do mundo utiliza 8 pás para distribuir a sustentação.

A Bell Helicopter têm vários helicópteros de mesma característica com duas e quatro pás: Bell 212 e Bell 412. Basicamente a diferença principal é a quantidade de pás e pequenas melhoras para maior conforto de tripulantes e passageiros:

As mesmas características são adotadas para a quantidade de pás no rotor de cauda.

Além de levar em consideração peso e sustentação os fabricantes também ficam de olho na vibração.

Nos voos de teste dos primeiros helicópteros Sikorsky, os pilotos saíam enjoados e outros tiveram profundas crises de labirintite. Foi descoberto mais tarde que a aeronave ressoava na mesma frequência que o corpo humano.

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  • Lucas Bustamante

    opa, muito interessante, no curso o prof falou que na ponta da pá do helicóptero pode haver cerca de 40 toneladas de pressão o.o alguém confirma?

  • Victor Medici

    Valeu pelos esclarecimentos Dryan & Lito por publicá-los !

    Abraços

  • Diogo Jucá

    Apesar de fazer o curso para piloto de avião, também acho bem interessante os helicopteros e mais ainda quando nós matamos várias curiosidades.

    Parabéns pelo post, muito bom!

    Agora vamos atras dos leitores do setor de asas rotativas!

  • Dryan

    Vlw pessoal. Novamente espero contribuir para o conhecimento de vcs sobre esse mundo doido da aviação de asas rotativas.

  • Christian Santos

    Oi Dryan, excelentes explicações, bem detalhistas. Parabéns amigo!!

  • Roberto Ellery

    Dryan,

    duas perguntas:

    1º A quantidade de pás no rotor de cauda tem alguma relação com a quantidade no rotor principal?

    2º O que de verdade há sobre impurezas no fluido da caixa de engrenagens, assisti um filme outro dia onde o cara fazia um pouso de emergência após acender um alarme, no filme os caras falavam em sujeira/impureza no fluida da caixa de engrenagens?

    Grato,

    Roberto Ellery

    • Dryan

      Oi Roberto,

      1. É sempre interessante, principalmente do ponto de vista do cliente, ter a menor quantidade de pás possível. Isso pq no caso das trocas, seja por acidente ou mesmo por manutenção preventiva/corretiva, adquirir 5 pás ao invés de 2 sairá bem mais caro. Os estudos utilizados para construção do rotor principal também são utilizados no rotor de cauda, com a diferença de que um vai gerar sustentação e o outro tração para vencer o torque. Para finalizar, tudo depende do projeto do fabricante.

      2. Todos os helicópteros tem um sensor para identificar limalha de ferro na caixa de transmissão do rotor principal e do rotor de cauda. A luz que acende é vermelha para indicar que trata-se de uma emergência e que o pouso deve ser feito imediatamente. Na caixa de transmissão há diversas partes girantes lubrificadas pelo óleo. Se o sensor de limalha está informando que tem pedaços de ferro soltos na solução lubrificante, melhor não imaginar que pedaço do que soltou lá dentro!

      Espero ter ajudado Roberto.

      Abraços!

  • Elen VIX

    Brigada Dryan, sanei algumas dúvidas que tinha em respeito ás pás! eh é bacana ler artigos como esse, pois a ANAC na prova de célula faz perguntas em relação a asas rotativas que muitas das vezes não vemos em sala de aula, pois nossos instrutores são de asas dura.

    valeuzão, keep going…….

  • http://www.aeroentusiasta.com SIMIONI93

    Demais cara, nunca tinha parado pra pensar nisso!

    Realmente o mundo das asas rotativas é bem complexo!

    Parabéns pela contribuição!

  • Dryan

    Para acrescentar pessoal. Já foi construído um helicóptero com apenas uma pá! Sim, não é mentira. Apenas uma pá! E como era esse troço?! Bom, pelo o que fiquei sabendo o tal do engenheiro queria provar q era possível e no lado que deveria estar a outra pá ele colocou um conta-peso. O heli voou por um tempo depois pousou com segurança.

  • Victor Medici

    Dryan, este sensor de identificação de limalha de ferro seria o Chip Detector??? ou confundi ???!

    Abraços

    • Dryan

      É isso mesmo Victor. Ta certinho.

    • Wagner silva luciano

      isso ai ,ou chamado de bujao magnetico!!!!

  • Neilson Lima

    Caro Dryan, excelente suas explicações sobre helicóptero que é uma máquina bem complexa, só discordei de uma coisa, quando você diz que a luz  de indicação de limalha nas caixas de transmissão são da cor vermelha. Eu trabalho com esquilo e estas luzes são na ambar(amarela) e em caso de acendimento, indica que o piloto deve pousar assim que possível. Luz de indicação de limalha na cor vermelha, pelo menos no esquilo, é do motor e realmente tem que pousar imediatamente.

  • Arabiano_rj

    muito boa a explicão das pas to estudando mecanica de helicopteros em macae rio de jan..e  ja tirei muitas duvidas obrigado abraco…

  • Fábio Martins

    muito boa a informaçaõ.

  • Daniel Giusti

    ia parar de ler seu texto na parte “possui perfil plano” mas dei mais uma chance…ai pareii de ler realmente na RPM do rotor de cauda.

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Bom dia @89c3473026ee1c99d406904956d8f5a9:disqus , caso haja incorreções no texto por favor informe o que é o correto e faremos update no texto, desta maneira a informação correta será difundida aos leitores.

  • armelim cardoso

    Muito obrigado pelo tema apresentado. Eu estudei asa fixa na ex-urss. Tenho como plano a construcao de um helicoptero e embora sou possuidor de grande conhecimento de aerodinamica em asa fixa fiz varias pesquisas na web e esta informacao aqui passada me ajudou muito nos estudos qur venho fazendo. Se quiser contactar-me para troca de informacoes pode fazer atraves do meu emal cardosoarmelim@gmail.com. nao exite em contactar-me que tenho boas e interessantes novidades. Sou angolano

  • Silvio Arcanjo

    Muito bom, curti muito, texto claro e direto,
    agora fiquei curioso, vantagens de um Heli com duas pás, e o angulo que
    geralmente elas trabalham.

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