O Que Define o Número de Pás no Rotor de Um Helicóptero?

Autor: Dryan

 

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, 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. 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 constante, 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.

Fonte: avioesemusicas.com