Introdução ao Peso e Balanceamento
A segurança de voo e o desempenho são fundamentais no projeto e operação de uma aeronave. O conhecimento sobre peso e balanceamento é crucial para preservar a vida humana e a integridade da aeronave, assegurando um voo econômico e eficiente.
Peso e Balanceamento – objetivo
- Determinar o peso máximo de decolagem e de voo, carga paga máxima e sua distribuição na aeronave.
- Respeitando e mantendo o peso e o Centro de Gravidade (CG) dentro dos limites estabelecidos pelo fabricante.
Para facilitar o estudo, dividimos em dois assuntos: Peso e Balanceamento.
Pesos
Para uma compreensão adequada do Peso e Balanceamento das aeronaves, aqui estão os principais conceitos e terminologias relacionados aos pesos:
Pesos Estruturais (Limitados pelo Projeto Estrutural):
- Peso Máximo Estrutural de Taxi (PMT): Limite de peso suportado pelo trem de pouso e estrutura da aeronave durante o taxiamento.
- Peso Máximo Estrutural de Decolagem (PMED): Limite de peso para decolagem.
- Peso Máximo Estrutural de Pouso (PMEP): Limite de peso para pouso.
- Peso Máximo Zero Combustível (PMZC): Peso máximo de carregamento da aeronave sem combustível.
Pesos Operacionais: são os pesos de operação da aeronave, limitados aos pesos estruturais e por performance.
- Peso Básico Vazio (PBV): Peso do avião com motores, instrumentos e equipamentos fixos.
- Peso Básico Operacional (PBO): PBV acrescido de itens operacionais, como tripulação e suas bagagens.
- Carga Paga: Peso dos passageiros suas bagagens e cargas.
- Carga Paga Estrutural: Máximo que a aeronave pode carregar em função do PMZC.
- Carga Útil: Soma da Carga Paga e do combustível de decolagem.
- Peso Zero Combustível (PAZC): Peso da aeronave carregada sem combustível.
- Peso Operacional (PO): PBO + combustível de decolagem.
- Peso de Decolagem (PAD): PAZC + combustível de decolagem.
- Peso Máximo de Decolagem de Performance (MPTOW): Peso máximo de decolagem limitado por fatores de performance.
- Peso de Pouso (PAP): Peso da aeronave no pouso (PAD – consumo de combustível).
Pesos de Combustível:
- Abastecimento de Combustível (Block Fuel): Peso total do combustível nos tanques antes da partida.
- Combustível para o Táxi (Taxi Fuel): Combustível para operação de taxiamento.
- Combustível de Decolagem (Take Off Fuel): Combustível remanescente nos tanques ao iniciar a decolagem.
- Combustível para a Etapa (Trip Fuel): Combustível previsto para a etapa de voo.
- Combustível Reserva (Reserve Fuel): Combustível remanescente nos tanques após o pouso.
Não podemos esquecer tambêm do peso máximo limitado por performance
Consequências da operação de aeronaves em condições de sobrepeso
Impacto na Performance
O excesso de peso afeta negativamente quase todos os aspectos do desempenho do voo, incluindo:
- Maior velocidade necessária para decolagem.
- Corrida de decolagem mais longa.
- Redução na razão e ângulo de subida.
- Redução do Teto de Serviço.
- Redução do alcance e velocidade de cruzeiro.
- Piora na manobrabilidade.
- Maior velocidade de aproximação e pouso, exigindo maior comprimento de pista para desaceleração e parada.
- Excesso de peso na roda do nariz ou da cauda (para aeronaves menores).
Impacto na Estrutura
O peso adicional na estrutura da asa pode causar danos cumulativos e progressivos, difíceis de detectar e caros de reparar. A sobrecarga acelera a ocorrência de falhas por fadiga e pode resultar em falhas estruturais “aparentemente” sem causas, durante operações normais. A estrutura de uma aeronave certificada deve suportar um fator de carga de 3.8 G para a categoria normal, 4.4 G para utilitária e 6.0 G para acrobática.
Impacto na Manobrabilidade e Controlabilidade
A sobrecarga afeta a estabilidade do voo, podendo transformar uma aeronave estável e controlável em uma instável. Mesmo que a distribuição de peso esteja correta, um aumento no peso bruto pode impactar negativamente na estabilidade, fazendo com que as características de voo fiquem insatisfatórias se os limitantes de peso forem excedidos.
Considerações Adicionais
O planejamento de pré-voo deve sempre incluir uma verificação dos gráficos de desempenho para assegurar que o peso da aeronave não levará a condições perigosas. A aderência estrita às limitações operacionais prescritas pelo fabricante é essencial para evitar danos estruturais ou falha total da aeronave.
Balanceamento
O balanceamento se baseia no equilíbrio rotacional de um corpo, ou seja, a soma dos momentos deve ser igual a zero.
Deve-se ter cuidado com o equilíbrio lateral. (Afetado pela ma distribuição do combustível)
Para o voo reto e nivelado a aeronave precisa estar balanceada.
Em aeronaves desbalanceadas a força gerada pelo profundo pode não ser capaz de estabilizar o avião ou desequilibra-la para pousos, decolagem ou manobras.
O equilibrio funciona como uma gamgorra, sendo o CP o ponto de apoio. De um lado teremos o CG e o doutro a atuação do profundo.
Métodos de balanceamento
- Método computacional (aplicativos ou programas)
- Metodo de consulta de gráficos
- Método de consulta de tabelas
Cálculos
Momento = braço X massa
A soma de todos os momentos dividido pela soma de todos os pesos é igual a posição do CG
Essa posição deve estar dentro do envelope determinado pelo fabricante.
CG próximo do limite dianteiro
- CG mais a frente torna a aeronave mais estável
- CG muito para frente, fora dos limites, torna a aeronave muito pesada de nariz dificultando o controle e manutenção do ângulo de ataque ideal para pouso e decolagens.
- Aeronave fica mais lenta
- Aumenta a velocidade de estol
- Maior consumo de combustível
Soluções: melhor distribuição do Peso ou uso de lastros para equilibrar.
CG próximo ao limite traseiro
- CG mais para trás torna a aeronave instável
- CG mais para trás dificulta as recuperações do estol
- CG mais para trás pode tornar um parafuso normal em parafuso chato
- CG muito para trás torna os comandos mais leves, facilitando a ultrapassagem dos limites de carga g, ângulos de ataque e também facilita o tail strike
- Velocidade de cruzeiro maior
- Arrasto Menor