VMCG

A próxima definição de velocidade que será apresentada é a VMCG - Minimum Control Speed on Ground.

A VMCG é definida como a menor velocidade durante a corrida de decolagem onde, após a falha do motor crítico, o piloto consegue manter o controle da aeronave e continuar a decolagem.

O FAR 25 define na seção 25.149(e) os requisitos para o ensaio de demonstração da VMCG:

• A VMCG deve ser ensaiada em cada configuração de decolagem aprovada para a aeronave;
  
• Deve ser utilizada tração máxima de decolagem nos motores;
• O CG deve estar na posição mais desfavorável;
• A aeronave deve estar compensada para a decolagem;
  
• Deve ocorrer falha do motor crítico;
• A aeronave deve permancer controlável;
• É permitida apenas a utilização de controles aerodinâmicos, ou seja, não é permitido o uso do steering da roda do nariz para auxiliar no controle direcional;
  
• A aeronave deve ser capz de continuar a decolagem de forma segura, considerando habilidades normais de pilotagem;
• A força máxima aplicada ao pedal do leme de direção não pode exceder 150lb;
• A aeronave pode desviar-se, no máximo, 30 pés do eixo da pista mas a aeronave pode continuar a decolagem paralela ao eixo, não sendo necessário retornar ao eixo.

A figura 1 mostra um ensaio de VMCG.

Figura 1 - demonstração de VMCG

A figura 2 mostra as forças envolvidas na assimetria de tração que ocorre quando o motor torna-se inoperante.

Figura 2 - Torque gerado por um motor inoperante

Nota-se que o torque T1 depende da tração do motor remanescente e da distância entre esse motor e o eixo longitudinal da aeronave. Uma vez que, para o ensaio de VMCG, deve ser sempre usada tração máxima nos motores e que a distância do eixo do motor ao eixo longitudinal da aeronave são constantes, o torque T1 é fixo.

Para que seja possível manter a aeronave alinhada com o eixo da pista (ao menos paralelo a ele), para continuar a decolagem, o piloto precisa comandar o leme de direção para gerar um torque contrário a T1, na mesma intensidade. A figura 3 mostra um torque T2 equilibrando o efeito de T1.

Figura 3 - Compensação de torques para manter o eixo de decolagem

O torque T2 é determinado pela distância entre o leme de direção e o CG da aeronave (d2) e a força gerada pela ação do piloto (F2). Uma vez que a distância d2 é fixa, é necessário que a força F2 seja suficiente para igualar T2 a T1.

A força F2, por sua vez, é determinada pela deflexão aplicada ao leme de direção e pela velocidade da aeronave. [aqui falta uma equação] Mesmo aplicando-se deflexão máxima ao leme, existe uma velocidade mínima que gera F2 suficientemente grande para que T2 seja igual a T1.

Caso a velocidade da aeronave seja inferior a essa velocidade mínima, a deflexão máxima do leme de direção vai produzir um torque T2 inferior a T1 e, mesmo com o piloto comandando totalmente a aeronave para retornar ao eixo da pista, esta vai continuar tendendo a sair da pista, tornando-se incontrolável e obrigando o piloto a interromper a decolagem. Essa velocidade mínima é a VMCG.

Motor Crítico

Para as próximas definições de velocidades estudadas em performance de decolagem, é necessário definir o conceito de motor crítico.

Quando um motor falha em uma aeronave com mais de um motor, a diferença de tração entre o motor que falhou e o(s) que continua(m) operando, produz um momento em relação ao eixo longitudinal da aeronave que deve ser compensado através do leme de direção pelo piloto para que a aeronave coontinue voando.

A figura 1 ilustra as forças presentes em um vôo monomotor.

Figura 1 - Forças existentes no voo com um motor inoperante

Motor crítico é o motor ou um dos motores cuja falha resulta nos efeitos mais adversos na manobrabilidade e performance da aeronave.

Propulsão a Hélice

Em aviões com propulsão a hélice, o movimento das pás associado ao deslocamento do avião para frente e ao ângulo de ataque positivo, faz com que a resultante de velocidade na "pá que desce" seja maior do que na "pá que sobe". Uma vez que uma pá de hélice é um aerofólio, o aumento do ângulo de ataque da aeronave cuasa um aumento do ângulo de ataque da "pá que desce" e uma diminuição no ângulo de ataque da "pá que sobe" e, mais velocidade da aeronave, significa maior sustentação gerada pelas pás. Dessa forma, a tração gereda é assimétrica, ou seja, a "pá que desce" gera mais tração do a "pá que sobe". Por isso, uma hélice gera um torque para a esquerda na aeronave. A figura 2 ilustra a geração de tração pela "pá que desce" de uma hélice.

Figura 2 - Tração gerada por uma hélice

Em aeronaves bi-motoras a hélice, com motores que giram em sentido horário (vistos por trás), a distância da "pá que desce" do motor esquerdo em relação ao eixo longitudinal é menor do que do motor direito. Assim, há uma tendência de torque para a esquerda que se agrava quando o motor esquerdo torna-se inoperante. Como o efeito de torque para a esquerda é maior com a parada do motor esquerdo, a força necessária (e portanto a deflexão e o arrasto) a ser produzida pelo leme de direção é maior. Nesse caso, diz-se que o motor esquerdo é o motor crítico, como ilustrado na figura 3.

Figura 3 - motor crítico em bi-motores a hélice

Propulsão a Jato

Em aeronaves a jato bi-motoras, considera-se que não há motor crítico pois, como a distância entre o eixo longitudinal e o eixo de tração dos motores é igual e como também não ocorre com os motores a jato o torque existente nos motores a hélice, as forças existentes são iguais em caso de parada de qualquer um dos motores.

Em aeronaves tri-motoras, os motores críticos são os externos (instalados nas laterais da fuselagem ou nas asas - motores 1 e 3). O motor central, por ficar sobre o eixo longitudinal da aeronave, não resulta em torque quando deixa de funcionar, causando um impacto menor na performance do que os externos.

Em aeronaves quadri-motoras, os motores críticos são os dois externos pois geram um torque maior do que os internos quando deixam de funcionar. Nesse caso ainda, a pior situação acontece quando há a parada de dois motores do mesmo lado mas, para cálculos de performance de decolagem, só é computada a perda de um motor.