As quatro forças, os três eixos e o motivo de as decisões mais importantes de um piloto serem tomadas no chão.
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O trabalho começa antes do motor
Um piloto é responsável pela operação segura de uma aeronave desde o primeiro minuto de planejamento até o momento em que a hélice para de girar. Essa responsabilidade cobre a meteorologia, as condições da aeronave, o combustível a bordo, a rota, os regulamentos que se aplicam e cada decisão tomada depois de estar no ar.
Vale ser preciso sobre quanta autoridade é essa. Nos Estados Unidos, a regra tem uma frase só: o piloto em comando é diretamente responsável pela operação daquela aeronave, e é a autoridade final sobre ela. Não a companhia, não o despachante, não o controlador. A pessoa no assento.
O mesmo regulamento contém algo que surpreende as pessoas. Numa emergência em voo que exija ação imediata, o piloto em comando pode se desviar de qualquer regra na medida necessária para lidar com essa emergência. O direito aeronáutico dá ao piloto a autoridade de quebrar o direito aeronáutico, porque nenhum regulamento consegue cobrir todas as situações em que uma aeronave pode acabar.
Essa autoridade existe com um único objetivo: gerenciar risco. Não é uma licença para mostrar habilidade, e o jeito mais comum de pilotos se meterem em encrenca é tratá-la como tal. Um piloto capaz voando uma aeronave capaz para dentro de um tempo que piora continua sendo um piloto capaz, até o momento em que deixa de ser.
É por isso que a profissão fala mais das decisões tomadas no chão do que das mãos nos comandos. No chão você tem todas as opções: adiar, mudar a rota, levar mais combustível, cancelar. No ar, as opções diminuem a cada minuto, e cada uma que você tinha antes de decolar e não usou é uma que você não tem mais.
AprofundarO que é um “mínimo pessoal”, e por que pilotos experientes anotam os seus
Os regulamentos definem mínimos legais, a visibilidade e o afastamento de nuvens abaixo dos quais um voo não pode ser feito legalmente. São pisos, não metas, e são os mesmos para um piloto com 60 horas e para um com 6.000.
Um mínimo pessoal é um limite mais rígido que o piloto define para si mesmo, com antecedência e por escrito: um vento cruzado que não vai aceitar, um teto abaixo do qual não vai voar, um horário depois do qual não vai partir. O sentido de anotar antes é que a decisão é tomada por um piloto descansado e sem pressa, e não por um piloto cansado em pé no pátio com passageiros esperando.
O termo técnico para aquilo contra o que isso protege é a “pressa de chegar”, conhecida na literatura de pesquisa como viés de continuação do plano: a tendência de persistir num plano inadequado conforme o custo percebido de parar aumenta. Estudos sobre as decisões meteorológicas de pilotos da aviação geral mostram que isso é agravado pelo viés de resultado: os pilotos julgam razoável a decisão de avançar num tempo que piora quando deu certo, e imprudente quando não deu, mesmo que a decisão em si tenha sido idêntica. Um número anotado num momento de calma ainda não tem um resultado para influenciá-lo.
Walmsley, S., & Gilbey, A. (2016), “Cognitive Biases in Visual Pilots’ Weather-Related Decision Making,” Applied Cognitive Psychology, 30(4), 532–543, https://doi.org/10.1002/acp.3225.
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Quatro forças, e o que equilíbrio realmente significa
Toda aeronave em voo tem quatro forças agindo sobre ela. A sustentação atua perpendicular ao vento relativo, mais ou menos para cima. O peso atua para baixo pelo centro de gravidade. O empuxo atua para a frente. O arrasto atua para trás.
Em voo reto e nivelado sem aceleração, a sustentação é igual ao peso e o empuxo é igual ao arrasto. Esse é o diagrama do livro, e é verdade, mas descreve uma condição em que a aeronave fica talvez um terço de um voo típico. Cada subida, cada descida, cada curva e cada mudança de velocidade é um desequilíbrio deliberado.
Esta é a mudança de mentalidade que dá sentido ao resto da aerodinâmica. Um piloto não voa mantendo as forças equilibradas. Um piloto voa desequilibrando-as de propósito, numa direção conhecida e numa quantidade conhecida, e depois reequilibrando-as quando a aeronave chegou aonde foi mandada.
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O que uma asa faz com o ar
Uma asa gera sustentação desviando o ar para baixo. Esse é o mecanismo inteiro, dito do jeito mais simples possível: o ar chega à asa viajando numa direção e sai viajando para baixo, e a força necessária para isso tem uma reação igual e oposta sobre a asa, que é a sustentação.
A diferença de pressão entre as superfícies de cima e de baixo é real e mensurável, e é por ela que a força chega à asa. Mas ela é consequência de o escoamento ser desviado, não uma causa separada competindo com isso. As duas descrições são a mesma física vista de pontas diferentes.
O que realmente decide quanta sustentação uma asa gera é o ângulo com que ela encontra o ar que chega, a velocidade desse ar, a área da asa e a densidade do ar. Mude qualquer um deles e a sustentação muda.
AprofundarPor que a explicação de que “o ar tem mais caminho por cima” está errada
A explicação que muita gente conhece primeiro diz que a superfície de cima é mais curva, então o ar que passa por cima precisa percorrer uma distância maior, então precisa ir mais rápido para encontrar o ar de baixo no bordo de fuga, e ar mais rápido tem pressão mais baixa.
O problema é o passo do meio. Não existe princípio físico que obrigue duas porções de ar que se separaram no bordo de ataque a chegar juntas ao bordo de fuga, e as medições mostram que elas não chegam: o ar que passa por cima chega bem antes do de baixo, não junto. O escoamento sobre a superfície de cima é mais rápido do que o argumento do tempo de trânsito igual prevê, não mais lento.
A explicação também falha num teste óbvio: uma asa simétrica tem a mesma curvatura em cima e embaixo e gera sustentação perfeitamente num ângulo de ataque positivo, e qualquer aeronave capaz de voar de dorso é uma asa gerando sustentação com a superfície “mais curva” para baixo. Uma placa plana (um avião de papel, sem curvatura que valha mencionar) também gera sustentação, algo que a história do tempo de trânsito igual não consegue explicar de jeito nenhum.
Nada disso torna errada a diferença de pressão. O que está errado é a história sobre por que essa diferença existe, e isso importa porque a história do tempo de trânsito igual prevê que a sustentação de uma asa depende principalmente do formato, quando na prática quem manda é o ângulo de ataque, que é a ideia mais importante do próximo capítulo.
Palmer, C. (2014), “The Aerodynamics of Gliding Flight and Its Application to the Arboreal Flight of the Chinese Feathered Dinosaur Microraptor,” Biological Journal of the Linnean Society, 113(3), 828–835, https://doi.org/10.1111/bij.12328.
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Três eixos, três comandos
Uma aeronave gira em torno de três eixos, todos passando pelo centro de gravidade. A rolagem acontece em torno do eixo longitudinal, do nariz à cauda. A arfagem acontece em torno do eixo lateral, de ponta a ponta da asa. A guinada acontece em torno do eixo vertical, de cima para baixo.
Cada eixo tem um comando primário. Os ailerons fazem o avião rolar; o profundor, ou em algumas aeronaves um estabilizador inteiriço, faz arfar; o leme faz guinar. Vale acertar os nomes cedo, porque muita coisa escrita sobre aviação pressupõe que você já os conhece.
O importante numa superfície de controle é o que ela faz mecanicamente: muda a curvatura da superfície de que faz parte, o que muda quanta sustentação essa superfície gera, o que produz uma força longe do centro de gravidade da aeronave, o que faz a aeronave girar. O comando não dirige a aeronave. Ele faz uma asa ou uma superfície da cauda puxar mais forte numa direção do que antes.
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Por que fazer curva precisa do leme
Incline o avião para a esquerda e acontece algo nada útil. O aileron direito desce, aumentando a sustentação daquela asa para que ela suba, mas uma asa que gera mais sustentação também gera mais arrasto induzido, então a asa direita fica freada. O aileron esquerdo sobe, reduzindo sustentação e arrasto daquele lado. O resultado é uma guinada para a direita, para longe da curva que você está tentando fazer.
Isso é a guinada adversa, e é uma consequência direta de como os ailerons funcionam, não um defeito. A tarefa principal do leme em voo normal é anulá-la, e é por isso que as curvas são feitas com aileron e leme juntos e por que uma curva descoordenada é uma das primeiras coisas que um instrutor vai notar.
O custo de ignorá-la não é só conforto. Uma aeronave descoordenada tem uma asa encontrando o ar num ângulo diferente da outra, o que significa que as duas asas não vão estolar ao mesmo tempo, e uma asa que estola enquanto a oposta ainda voa é o começo de um parafuso.
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Além dos três comandos primários, existem os secundários. Os flaps se estendem a partir do bordo de fuga para aumentar sustentação e arrasto em baixa velocidade, permitindo que a aeronave se aproxime mais devagar e desça mais inclinada sem ganhar velocidade. O compensador alivia a pressão constante nos comandos que o piloto teria de manter. Os spoilers, em aeronaves maiores, destroem a sustentação de propósito para aumentar a razão de descida ou colocar peso sobre as rodas depois do toque.
Não são comandos menores. Num avião de linha, a posição de flaps escolhida para uma decolagem é um cálculo que envolve comprimento de pista, temperatura, peso e afastamento de obstáculos, e errar já encerrou voos.
Um avião de instrução, em números
- Tipo
- Cessna 172S Skyhawk
- Motor
- Lycoming IO-360-L2A, 180 hp
- Peso máximo de decolagem
- 2.550 lb
- Área da asa
- 174 pés²
- Assentos
- 4
Números do manual de operação do piloto do Cessna 172S. O 172 é produzido desde 1956 e foram construídas mais unidades dele do que de qualquer outra aeronave da história, por isso quase todo exemplo deste curso pode ser conferido num deles.
Explique
Lido pelo ATLAS
Um piloto aumenta a potência em voo nivelado e não faz mais nada. Descreva o que acontece com o avião nos trinta segundos seguintes, e por quê.
Escreva do jeito que você explicaria para alguém um ano atrás de você na escola. Não há nota nem limite de tentativas.
Cenário de missão
O primeiro solo que não aconteceu
Você é aluno piloto com 21 horas registradas. Seu instrutor liberou seu primeiro voo solo: três decolagens e pousos no circuito do seu aeródromo, uma pista de 3.900 pés orientada 09/27.
A aeronave é um Cessna 172S, abastecido, com a inspeção pré-voo feita e aeronavegável. São 14h10 de uma tarde limpa de julho. A elevação do aeródromo é 1.100 pés, a temperatura é 34 °C e a estação automática informa vento de 250 graus com 14 nós, rajadas de 21.
Seu instrutor está no chão e disse que a decisão é sua.
As decisões são definitivas. Você não poderá mudar uma depois de tomada; refaça a missão se quiser tentar outro caminho.
Decisão 01
Sua caderneta mostra que todos os pousos anteriores foram com ventos de 8 nós ou menos. Seu instrutor demonstrou a técnica de vento cruzado duas vezes; você nunca voou sozinho com vento cruzado com rajadas.
O manual do 172S dá uma componente máxima demonstrada de vento cruzado de 15 nós. Com vento de 250 e pista 270, a componente cruzada fica em cerca de 5 nós, bem dentro dos limites. Mas a variação das rajadas é de 7 nós, e as rajadas não chegam da direção média.
O que você faz?
Capítulo concluído
O que você agora entende
- Você sabe dizer o que cada uma das quatro forças faz e explicar por que o voo equilibrado é a exceção, e não o caso normal.
- Você sabe que uma asa gera sustentação desviando o ar para baixo, e consegue dizer por que a explicação do tempo de trânsito igual não se sustenta.
- Você sabe nomear os três eixos, o comando de cada um e a superfície que se move.
- Você entende a guinada adversa como consequência de como os ailerons funcionam, e sabe para que o leme realmente serve numa curva.
- Você sabe o que é a autoridade do piloto em comando, inclusive a parte que permite quebrar as regras, e por que essa autoridade é, na verdade, sobre gerenciar risco.
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