Fluidos Hidráulicos

 Os líquidos dos sistemas hidráulicos são usados, primeiramente, para transmitir e distribuir potência a várias unidades a serem acionadas. Os líquidos são capazes de fazer isso por serem praticamente incompressíveis.

      A Lei de Pascal afirma que a pressão aplicada em qualquer parte de um líquido confinado é transmitida sem perda de intensidade para todas as outras partes deste fluido. 

Assim, se um número de passagens existe em um sistema, a pressão pode ser distribuída por todas elas através do líquido.

      Geralmente, o fabricante de dispositivos hidráulicos especifica o tipo de líquido mais apropriado para os seus equipamentos de acordo com as condições de funcionamento, o serviço requerido, as temperaturas esperadas no interior e no exterior dos sistemas, as pressões que o líquido deve suportar, as possibilidades de corrosão e outras condições que devem ser consideradas.

A pressão exercida em um ponto de uma massa liquida em equilíbrio é transmitido,

integralmente, a todos os outros pontos dessa massa.     

Sendo F1 o módulo da força aplicada ao êmbolo do cilindro de menor diâmetro, de  seção reta de área A1, e F2, o módulo da força do fluido sobre o êmbolo de maior  diâmetro, de seção reta de área  A2, como a pressão exercida pela força aplicada se  transmite integralmente a todos os pontos do fluido, temos:

     F1 / A1 = F2 / A2   ou seja:   F2 = ( A2 / A1 ) F1

     A força aplicada ao êmbolo de menor diâmetro aparece multiplicada no êmbolo de  maior diâmetro.

      Uma das mais importantes propriedades de qualquer fluido hidráulico é sua viscosidade, que é a resistência interna ao escoamento. Um líquido como a gasolina escoa facilmente (tem viscosidade baixa) enquanto que, um líquido como o alcatrão escoa lentamente (tem alta viscosidade). A viscosidade aumenta com a diminuição da temperatura.

      Um líquido satisfatório para um dado sistema hidráulico deve ser encorpado o suficiente para permitir uma boa vedação nas bombas, válvulas e pistões; mas não pode ser tão grosso que ofereça resistência ao escoamento, levando a perdas de potência e temperaturas de operação mais altas. Esses fatores se somarão à carga e ao desgaste

excessivo das partes. Um fluido muito fino também levará a um rápido desgaste das partes móveis ou de partes com altas cargas.

      A viscosidade de um líquido é medida com um viscosímetro. Existem vários tipos, mas o instrumento mais usado por engenheiros nos EUA é o viscosímetro universal de Saybolt

    Esse instrumento mede o tempo em que uma quantidade fixa de líquido (60cm²) leva para escoar através de um pequeno orifício de comprimento e diâmetro padrões a uma temperatura específica.

    Esse tempo é medido em segundos, e a viscosidade é expressa em SSU (segundos, Saybolt universal). Por exemplo, um certo líquido pode ter uma viscosidade de 80 SSU a 130º F.

      Estabilidade química é outra propriedade que é extremamente importante na seleção de um fluido hidráulico. É a habilidade do fluido de resistir a oxidação e deterioração por longos períodos. Todos os líquidos tendem a passar por transformações químicas, desfavoráveis sob condições severas de operação. Esse é o caso, por exemplo, quando um sistema opera por um período considerável a altas temperaturas.

     Temperaturas excessivas têm um grande efeito sobre a vida de um líquido. Deve ser notado que a temperatura do líquido, no reservatório de um sistema hidráulico em operação, nem sempre representa o estado verdadeiro das condições de operação. O líquido hidráulico médio tem baixa viscosidade. O líquido geralmente fica mais escuro, com viscosidade mais alta e com formação de ácidos.

Ponto de Ignição (Flash Point)

Ponto de ignição ("Flash point") é a temperatura na qual um líquido libera vapor em quantidade suficiente para ignizar-se momentaneamente, ou, espocar quando uma chama é aplicada. Um alto ponto de ignição é desejável para fluidos hidráulicos, uma vez que indica boa resistência a combustão e baixo grau de evaporação a temperaturas normais.

Ponto de fogo (Fire Point)

Ponto de fogo é a temperatura na qual uma substância libera vapor em quantidade suficiente para ignizar-se e para continuar a queimar, quando exposta a uma fagulha ou chama. Como o ponto de ignição, um alto ponto de fogo é requerido para os fluidos hidráulicos desejáveis.

Fluido à base de éster-fosfato

Fluidos hidráulicos não derivados de petróleo foram introduzidos em 1948 para obter-se resistência ao fogo, quando usados em aeronaves com motores a pistão de alta performance e em aeronave turboélice.

A resistência ao fogo desses fluidos foi testada pela vaporização sobre uma chama de maçarico de solda (6.000ºC). Não houve combustão, apenas alguns lampejos de fogo. Estes e outros testes provaram que fluidos não derivados do petróleo (SKYDROL) não sustentam a combustão. Ainda que eles possam queimar em temperaturas excessivamente altas, os fluidos SKYDROL não poderiam propagar o fogo porque a combustão estaria localizada na fonte de calor. Uma vez que a fonte de calor tenha sido removida ou o fluido afastado da fonte, não ocorrer à mais a queima ou combustão.

Fluido hidráulico à base de mineral

    O fluido hidráulico à base de mineral (MIL-H-5606) é processado do petróleo. Ele tem um odor similar ao óleo penetrante e a pigmentação vermelha. Selos de borracha sintética são usados com fluidos à base de petróleo. Não o misturamos com fluidos hidráulicos à base de éster fosfato ou base vegetal. Este tipo de fluido é inflamável.  

Esse tipo de fluido é empregado como agente de amortecimento e lubrificação no cilindro interno dos trens de pouso de grande parte das aeronaves, bem como nos sistemas hidráulicos de aeronaves de pequeno e medio porte.

   Devido à diferença na composição, fluidos à base de vegetal, petróleo ou éster fosfato não serão misturados. Os selos para cada tipo de fluido não são tolerantes aos fluidos dos outros tipos.

     Se o sistema hidráulico de uma aeronave for abastecido com o tipo de fluido errado, imediatamente drenamos e lavamos com jato forte o sistema, e mantemos o selo de acordo com as especificações do fabricante.

Compatibilidade com os matérias da Aeronave

Devido à base éster fosfato dos fluidos SKYDROL, as resinas termoplásticas, incluindo compostos de vinil, lacas nitrocelulose, pinturas à base de óleo, linóleo e asfalto, podem ser amolecidos quimicamente por fluidos SKYDROL.

   Contudo, essa ação química usualmente requer mais tempo que uma exposição momentânea. Respingos que sejam limpos com sabão e água não causam danos nesses materiais.

   O SKYDROL é uma marca registrada da Monsanto Company.

   O fluido SKYDROL é compatível com as fibras naturais e com um número de sintéticos, incluindo nylon e poliéster, os quais são usados extensivamente na maioria das aeronaves.

     Os selos de neoprene ou Buna-N, do sistema hidráulico de óleo à base de petróleo, não são compatíveis com SKYDROL e devem ser substituídos com selos de elastômetros de borracha butil ou etileno-propileno. Esses selos estão prontamente disponíveis em qualquer fornecedor aeronáutico homologado. 

  

O que é PBN (Performance Based Navigation)?

As rotas de navegação convencional são baseadas em estações NDB / VOR que balizam as aerovias. Dessa forma, muitas rotas não podem ser diretas, tendo que passar necessariamente sobre os auxílio rádio existentes, aumentando a distância do percurso.

A Navegação de Área (RNAV) permite a operação ao longo de qualquer rota dentro da cobertura de auxílios à navegação baseados em uma estação de solo ou dentro de certos limites com “auxílios auto-contidos”, também conhecidos como “waypoints”, ou uma combinação dos dois. 

Originalmente definida em meados de 1960 nos Estados Unidos da América, o termo RNAV significava “Random Navigation”, termo esse que foi redefinido para “Area Navigation” com o desenvolvimento de rotas e procedimentos compatíveis com a utilização de novas tecnologias a bordo das aeronaves.

 Com a evolução tecnológica, os equipamentos instalados na aeronave são capazes de determinar posição dentro de limites de precisão exigidos para a navegação (ex :GPS).

Esses equipamentos são conhecidos como “sistema RNAV” ou ainda “equipamento RNAV”.

Esses equipamentos permitem que as aeronaves possam voar em rotas, efetuar procedimentos de aproximação e subida dentro de uma determinada precisão.

Area Navigation (RNAV) é um método de navegação lateral que permite a realização do voo em qualquer trajetória, desde que esteja dentro dos limites dos auxílios à navegação e de capacidade dos sistemas embarcados. Os sistemas de navegação das aeronaves podem ser baseados em VOR / VOR, VOR / DME, DME / DME, IRS, GPS ou a combinação destes.

A precisão necessária para operação em espaço RNAV é conseguida usando algumas ou todas as fontes de informação de navegação seguintes :

VOR\DME

DME\DME

GPS

IRS

A Navegação Aérea convencional baseava-se numa estrutura de corredores aéreos e em procedimentos IFR apoiados em rádio-ajudas do tipo NDB, VOR e ILS.

Este sistema tem utilizado rotas e procedimentos IFR não optimizados, resultando numa gestão menos eficaz do espaço aéreo, devido às necessidades impostas pelo tráfego atual.

O uso generalizado de sistemas RNAV e do GPS  possibilita uma maior flexibilidade na definição de rotas, de procedimentos e da própria estrutura do espaço aéreo e,

simultaneamente, aumenta a segurança de voo.

Quando uma aeronave tem capacidade RNAV, isso significa que ela pode permanecer dentro dos limites de tolerância estabelecidos pelo menos 95% do tempo de voo. Por exemplo, uma aeronave certificada RNAV 1 deve permanecer dentro de 1NM para cada lado do eixo da rota pelo menos 95% do tempo de voo.

Os procedimentos de aproximação e subida RNAV são elaborados dentro de uma precisão característica, o que exige requisitos de performance do sistema de navegação da aeronave com uma acurácia mínima e uma forma de monitorar e alertar a tripulação quando essa performance não puder ser atingida, ou seja, quando o equipamento a bordo não for capaz de manter a precisão, a tripulação é, de alguma forma, alertada através de mensagens enviadas pelo equipamento.

Isso é conhecido como “Required Navigation Performance (RNP).

Required Navigation Performance (RNP) se diferencia do RNAV por possuir a bordo da aeronave um modo de monitoramento e alerta da informação de posicionamento.

O Track-line Computer (TLC) é um sistema RNAV, usual em aviação geral, baseado na distância e na direção a partir de um VOR/DME ou de um VORTAC.

É igualmente designado por sistema . Com o computador de rota, o piloto move, virtualmente, a estação para qualquer localização dentro do seu alcance de recepção. Esta “estação fantasma” é criada, pelo TLC ( Track –line computer), após introdução da distância (RHO) e da direção (THETA) do “waypoint”, a partir do VOR/DME, na janela apropriada do CDU.

Uma série destas “estações fantasma” definem uma rota RNAV.

Tendo em vista os sistemas descritos acima, podemos entender agora, no que consiste o sistema "Performance Based Navigation (PBN)" ou Navegação Baseada em Performance. 

Esta por sua vez, especifica os requisitos de desempenho do sistema RNAV para as aeronaves que operam em uma rota ATS (aerovias, rotas com ou sem controle, rotas de chegada ou saída, etc), em um procedimento de aproximação por instrumentos ou em um espaço aéreo, em termos de precisão, integridade, continuidade, disponibilidade e funcionalidades necessárias para a operação proposta por um conceito de espaço aéreo.

O conceito PBN portanto especifica os requisitos de desempenho do sistema RNAV / RNP, necessárias para as operações propostas no contexto de um espaço aéreo em particular. O conceito PBN representa uma mudança da navegação baseada em sistemas para a navegação baseada em performance.

A utilização de navegação PBN em várias partes do mundo mostrou-se mais vantajosa e eficaz sobre as formas convencionais de navegação além de fornecer uma série de benefícios, incluindo:

• Criação de mais rotas diretas permitindo redução nas distâncias de voo;

• Estabelecimento de rotas duplas ou paralelas para acomodar um maior fluxo de tráfego na rota;

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• Estabelecimento de rotas alternativas ou de contingência;

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• Estabelecimento de melhores locais para a realização de esperas (holding); e

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• Redução do número de instalações de auxílios de navegação terrestre. 

A Navegação Baseada em Performance já é aplicada em nível mundial para operações em rota (RNAV ROUTE), saídas e chegadas (RNAV SID e RNAV STAR).

A nomenclatura utilizada na Europa, define como B-RNAV (Basic RNAV) a navegação de área na qual é equivalente à RNAV-5 e como P-RNAV (Precision RNAV) a navegação de área equivalente à RNAV-1.

No Brasil, diversas áreas terminais já adotam procedimentos PBN, (SID / STAR) baseados em RNP ou RNAV, assim como já estão em utilizações rotas RNAV, conforme  IAC 06/2011.

O quadro a seguir foi extraído da IS 91-001 da ANAC, e apresenta um resumo das possíveis especificações de navegação, em função da precisão, conforme a fase do vôo / área de operação:

Os procedimentos de navegação aérea baseados em RNAV somente deverão ser executados por operadores e aeronaves aprovados segundo os critérios estabelecidos pela Agência Nacional de Aviação Civil.

Aeronaves e operadores não aprovados para as especificações de navegação RNAV e/ou RNP poderão continuar operando por meio do emprego de procedimentos “convencionais” (VOR/DME ou NDB) ou por meio de vetoração radar empregada pelos órgãos ATC. No entanto, os órgãos ATC poderão ser obrigados a autorizar a operação dessas aeronaves fora de perfis ótimos de vôo, seja por meio de aumento da distância ou por meio do emprego de restrições de altitude.

 O processo de certificação envolve a adaptação dos manuais de operações,  lista de equipamentos mínimos (MEL), programa de treinamento de operações e manutenção, manuais e controles de manutenção, assim como treinamento específico para Despachantes Operacionais de Vôo, tripulantes técnicos e técnicos de manutenção envolvidos com a operação PBN.

O nível mínimo de integridade requerido para operação RNAV pode ser atingido pelo sistema de navegação da aeronave desde que os componentes do sistema de navegação (ou sensores) permitam a apresentação de informações nos “Navigation Displays – ND” e a tripulação seja capaz de monitorar o sistema e, em caso de ocorrer uma falha do sistema a aeronave ainda possua a capacidade de navegar baseada em auxílios rádio à navegação VOR/DME.

Nesse caso, o órgão de controle de tráfego aéreo deverá ser notificado.

AEROFÓLIOS

Um aerofólio é uma superfície projetada para obter uma reação desejável do ar, através do qual esse aerofólio se move. Assim, podemos dizer que, qualquer peça de uma aeronave, que converta a resistência do ar em força útil ao voo, é um aerofólio.

As pás de uma hélice são então projetadas, de forma que, quando elas giram, suas formas e posições criam uma alta pressão, maior na sua parte traseira que na parte frontal, de forma a impulsionar a aeronave para frente.

A diferença de curvaturas entre as superfícies superior e inferior da asa produz a força de sustentação. O ar que flui na superfície superior da asa tem que alcançar o bordo de fuga da asa no mesmo tempo em que o fluxo na superfície inferior o alcança. Para isso, o ar que passa sobre a superfície superior move-se com

maior velocidade que o ar que passa por baixo da asa, devido à maior distância que ele tem que percorrer.

Esse aumento de velocidade, de acordo com o princípio de Bernoulli, significa a correspondente redução da pressão sobre a superfície. Assim, uma pressão diferencial é criada entre as superfícies superior e inferior da

asa, forçando a subida da asa na direção da pressão mais baixa. A sustentação teórica de um aerofólio à

velocidades distintas pode ser determinada, tirando-se amostras da pressão acima e abaixo do aerofólio, no ponto de maior velocidade.