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O que é Fly By Wire? – Explicação para leigos #perguntas

Assim como o leitor Fred, muita gente tem uma ideia errada sobre o Fly By Wire (a partir de agora abreviado para FBW) e confunde o sistema com o uso obrigatório do sidestick, o que não é verdade.

Mais uma vez vou tentar explicar em linguagem simples coisas complexas como o sistema FBW.

Um pouquinho de história:
O primeiro avião a decolar com um sistema FBW digital como conhecemos hoje foi um F8 Crusader americano, lá pelos idos de 1972 (fonte wiki). Antes dele, o Concorde e outros tipos de aeronave já haviam voado com um sistema FBW, só que era analógico, e é algo que não vou entrar em detalhes porque é um sistema que não existe mais (além de ser louco de entender).

Mas o que é esse tal FBW?

Pra entender o FBW, primeiro precisamos ter conhecimento de como os aviões são comandados desde a época do Santos Dumont, ou melhor ainda, podemos fazer uma analogia com a bicicleta, assim fica mais fácil de explicar o sistema.

Vamos tentar.

Você está andando com sua Bike e de repente um cachorro atravessa na sua frente. Para não atropelar o bichinho, você aplica o freio na bike apertando a alavanca no guidão certo? (vamos desconsiderar freio contra-pedal pra simplicidade).

Quando você aplica o freio, um cabo de aço transmite a força e amplitude do movimento que você deu na manopla até as borrachinhas que vão encostar na roda, para frear a bike.

Quanto mais força você fizer, mais freio será aplicado. E se a adrenalina for forte, você vai apertar tanto a manopla que a roda vai travar e você ainda vai tomar um capote.

Esse sistema do freio é um sistema convencional de controle. Muitos aviões utilizam um sistema semelhante a este, com cabos e roldanas atravessando todo o avião até chegar ao atuador hidráulico que vai mover uma superfície do avião, seja Aileron, Elevator, Flaps, etc.

Quanto mais o piloto mover o “volante”, mais a superfície vai comandar o avião. É um sistema muito bom e funciona perfeitamente.

Mas, como quase tudo na vida avança, os engenheiros perceberam que podiam fazer algo melhor através da eletrônica, tendo como principais benefícios:

* Um design mais eficiente do que cabos atravessando a fuselagem
* Aumento da economia de combustível
* Diminuição do tamanho da deriva
* Diminuição no tamanho do estabilizador horizontal
* Redução no peso do avião
* Controles de voo mais precisos e proteções quanto a abusos.

Vamos voltar à nossa bicicleta. Digamos que o cabo de aço que vai do guidom até o mecanismo do freio pese uns 2kg (afinal é aço certo). Imagine se pudéssemos trocar esses 2kg por 15 gramas de fio? A bike ia ficar bem mais leve heim? Mas precisaríamos de um computador para calcular a força que faríamos no freio para transmitir às borrachinhas na roda.
Sem problemas, um processador hoje em dia é baratinho e não pesa nada, digamos mais umas 30 gramas.

E ao invés de usar aquele mecanismo todo pra mexer as borrachinhas, já que estamos usando fio, vamos colocar um motorzinho elétrico em cada borrachinha, são leves e bem mais precisos que todo o mecanismo mecânico.

Beleza, já está tudo pronto. Agora, quando o camarada apertar o freio da bike, vai um sinal elétrico equivalente à força que está sendo feita na manopla para o computador de controle, que então vai fazer cálculos baseados na velocidade da roda da bike e se ela está subindo ou descendo uma ladeira, o quanto de voltas o motorzinho vai ter que dar para as borrachinhas frearem as rodas. E como o computador é programável, ainda vai evitar que as rodas travem e o piloto tome um capote mesmo se um cachorro atravessar. Não é legal?

A empresa que fabrica a bicicleta “A” vai economizar mais peso ainda trocando o guidom por um joystick com um botão pra frear. A empresa “B” vai manter o guidom no lugar porque acredita que é melhor o piloto saber para onde a roda está virando através da posição do guidom, mesmo que seja de noite. Ou seja, o FBW está presente em aviões com sidestick e também em aviões com comandos do tipo convencional (coluna de comando).

Tudo bem até aqui na explicação?

Agora imaginem o quanto de peso é economizado em um avião por remover todos os cabos de aço e ainda diminuir as superfícies de voo pelo fato do computador calcular melhor a estabilidade do avião. Imaginem a quantidade de proteções que podem ser inseridas no computador para melhorar a segurança do voo.

Então, deixando a bicicleta de lado e vindo para o avião, um sistema FBW funciona mais ou menos assim:

O piloto (ou o Autopilot) mexem o manche (ou sidestick) e a superfície de comando de voo vai se mexer baseado na quantidade de movimento que o piloto comandar, depois de inúmeros cálculos e análise de outros fatores.

Agora uma pausa para pensar: você deixaria um computador decidir qual a melhor posição para mover a superfície?

[agora vou falar de 777 ok? Airbus é semelhante mas tem várias diferenças pontuais, principalmente na programação e na proteção]

Rá! Não precisa se preocupar, porque não é apenas um computador que toma a decisão. Isto mesmo, uma decisão tão importante não poderia ficar a cargo de apenas um computador, afinal computadores podem falhar não é?

Na verdade são três computadores (chamados de PFC – Primary Flight Computer). E quer saber mais?
Cada um desses 3, possui 3 CPUs de fabricantes diferentes (chamados de lanes) rodando o mesmo sistema operacional e o mesmo software. Dentro de cada PFC, essas 3 lanes conversam entre si para saber se estão tomando a mesma decisão: 1 lane comanda, outra fica em standby e a terceira fica monitorando as outras duas. Como se não bastasse isso, cada PFC compara seu resultado de cálculo com os outros 2.

Não é brincadeira não, o bicho é muito seguro. Mesmo que uma lane falhe dentro de cada PFC, ainda assim teremos todo o sistema FBW trabalhando em modo máximo de operação, com todas as proteções ao voo. Legal né?

Digamos então que nosso piloto queira fazer uma curva radical. O movimento que ele faz com o volante da coluna é transformado em sinal elétrico analógico, que vai até um componente que transforma esse sinal em dados digitais e os envia ao PFC. O PFC vai receber o sinal e as três lanes vão calcular:

Lane pensando: “hummmm, baseado neste movimento, com essa velocidade que estamos, esse cara está querendo ultrapassar o limite de inclinação da asa, vocês concordam lanes 2 e 3?. Vamos mandar a superfície inclinar somente até o limite de projeto e ao mesmo tempo vamos endurecer o volante do comandante só pra dar um fikadika. Se mesmo depois de endurecer, ele sobrepujar e fizer mais força para inclinar as asas, então a gente vai acender e tocar uns alarmes mas vai deixar porque não sabemos o que pode estar acontecendo lá na frente e acreditamos que ele (o piloto) tem a capacidade de decidir”.

E assim faz o PFC, comanda o aileron para inclinar a asa até o limite projetado e endurece o volante da coluna, além de enviar uns recadinhos luminosos de “bank angle” para as telas dos pilotos e para uma voz ficar falando na cabine “bank angle, bank angle, bank angle”.

Se o piloto fizer força a ponto de passar do ponto de endurecimento da coluna, os PFCs vão mandar a quantidade de movimento pedida, ignorando seus próprios cálculos.

Claro que tem muito mais coisa envolvida do que esta simples explicação, ex: como é que o computador sabe o quanto a superfície se moveu? Como ele sabe a hora que tem que parar de enviar o comando? Como o atuador hidráulico que está na superfície sabe o quanto tem que mover baseado em um sinal calculado? Se as colunas são ligadas a fios, como é que elas se mexem em proporcionalidade quando o avião faz curva?

Ah, este é um campo maravilhoso da aviação, mas é também extremamente complexo e não cabem todas as explicações num blog.

Mas acredito que já deu pra ter uma idéia aproximada do que é um sistema FBW não é?

Não façam perguntas muito complicadas, a resposta pode te confundir muito mais do que a pergunta :P

Antes do Fly-By-Wire era assim (desenho bem simplificado):
747-flt-ctrls
 

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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.
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