As cargas dinâmicas são os esforços que o avião sofre durante o voo. Diferente das cargas estáticas, que permanecem constantes, as dinâmicas variam em intensidade e direção de acordo com as condições de voo, como manobras, turbulência ou rajadas de vento. Essas forças são resultantes de interações complexas entre o ambiente externo e a estrutura da aeronave.
Por exemplo, durante uma curva acentuada ou em uma descida brusca, a aeronave é submetida a forças adicionais que aumentam as tensões estruturais. Isso é o que chamamos de cargas dinâmicas.
Essas forças podem ser horizontais ou verticais.
- As cargas dinâmicas horizontais são geralmente fracas e não afetam a estrutura do avião.
- As cargas dinâmicas verticais são muito importantes e podem danificar o avião se forem excessivas.
Fator carga
O fator de carga, representado pela letra “n”, é a relação entre a sustentação agindo sobre a aeronave e o peso da própria aeronave. Ele é expresso como uma razão ou múltiplo da força da gravidade (g).
Matematicamente, temos:
Os fatores de carga verticais são medidos por meio do acelerômetro, nos aviões acrobáticos.
O fator de carga é fundamental porque ajuda a medir o esforço adicional a que a estrutura da aeronave é submetida. Por exemplo, em voo reto e nivelado, o fator de carga é 1g, ou seja, a força que atua sobre a aeronave é igual ao seu peso. Já em uma manobra como um loop ou uma curva fechada, o fator de carga pode aumentar significativamente, chegando a valores como 4g ou mais, dependendo da intensidade da manobra.
Mas basicamente temos:
Em voo nivelado, o fator carga é igual a 1.
Cabrando, será maior do que 1.
Picando, pode ser menor do que 1, nulo ou negativo, dependendo da intensidade dos comandos.
Veja a imagem abaixo.
O fator de carga zero é aquele que provoca uma sensação de flutuação ou ausência de gravidade. Nessa situação o avião descreve uma trajetória parabólica.
O fator de carga negativo produz uma flutuação mais intensa, onde o piloto é puxado para baixo pelo cinto de segurança, ou seja, o piloto tende a ser jogado para fora do acento.
O fator de carga positivo é aquele que impulsiona o piloto contra do acento.
Características principais do fator de carga:
- Manobras e manobrabilidade:
- Durante manobras como curvas ou acrobacias, o fator de carga aumenta proporcionalmente à inclinação ou ao ângulo da trajetória. Curvas mais acentuadas geram maiores fatores de carga.
- Limites estruturais da aeronave:
- Cada aeronave possui um limite de fator de carga especificado pelo fabricante, conhecido como limite operacional. Esses valores são estabelecidos para garantir a segurança da estrutura da aeronave durante o voo. Exceder esses limites pode causar falhas estruturais.
- Condições de turbulência:
- Em turbulências severas, o fator de carga pode variar rapidamente, exigindo que os pilotos estejam atentos para evitar sobrecarga na estrutura da aeronave.
- Impacto no desempenho:
- Altos fatores de carga aumentam a necessidade de sustentação gerada pelas asas, o que também pode resultar em maior arrasto, afetando a eficiência do voo.
Os fatores de carga mais elevados são causados por:
- Voos em curva com grande ângulo de inclinação
- Manobras acentuadas
- Rajadas de vento
- Turbulências, e
- Recuperações de mergulhos
Os aviões e os pilotos suportam fatores de carga positivos melhor do que os negativos.
Fatores de carga nas rajadas de vento em voo horizontal
Mesmo em voo horizontal, onde o fator de carga é baixo e aceitável, o piloto deve ficar atento quando em atmosferas turbulentas e com rajadas de vento.
Num voo horizontal com rajadas verticais o vento relativo combina-se com o vento vertical da rajada, formando um vento resultante inclinado que altera o ângulo de ataque para um valor maior. Isso aumenta a sustentação tornando o fator de carga maior do que 1. Para aliviar esse efeito, a velocidade deve ser reduzida moderadamente, pois uma redução excessiva fará o ângulo de ataque aumentar bastante causando um estol.
Fatores de carga nas recuperações
Numa recuperação, após um mergulho, também podem ocorrer grande fatores de carga causados pelo aumento da sustentação devido a velocidade do avião. A sustentação durante uma manobra de recuperação é igual ao peso do avião, somada com a força centrípeta vertical para mudar a direção do voo. A velocidade do mergulho agrava a situação porque a força centrípeta aumenta com a velocidade.
Como os pilotos e engenheiros lidam com as cargas dinâmicas?
- Planejamento e projeto:
Os engenheiros aeronáuticos projetam estruturas resistentes para suportar fatores de carga máximos esperados, considerando margens de segurança. - Treinamento e monitoramento:
Pilotos são treinados para antecipar situações de alto fator de carga e ajustarem suas ações para minimizar esforços desnecessários. - Uso de instrumentos:
Sistemas modernos em aeronaves monitoram continuamente o fator de carga, alertando o piloto quando valores críticos são alcançados.
Estol de velocidade
Se um piloto cabrar bruscamente num mergulho em alta velocidade, poderá exceder o ângulo de ataque crítico e entrar em estol. Esse estol é denominado estol de velocidade. O avião continua em mergulho porque a sustentação não aumenta como esperado. Para sair dessa situação deve-se baixar o nariz do avião e cabrar novamente com mais cuidado.
Esse tipo de estol é muito perigoso para aeronaves com cauda em T, pois a recuperação pode se tornar impossível porque a turbulência da asa envolve o profundor, tornando-o sem ação, dessa forma impossibilitando o piloto de abaixar o nariz para efetuar a recuperação.
Limitações
As aeronaves são homologadas dentro de 3 categorias com relação a limitação de fator de carga: normal, utilidade e acrobática. E as limitações são mostradas abaixo.
