VMBE

A VMBE - Maximum Brake Energy Speed - é a velocidade máxima suportada pelos conjuntos de freio, caso seja necessário interromper a decolagem. Para entender como a VMBE é definida, alguns conceitos são necessários.

Energia Cinética

Energia Cinética é a energia acumulada por um corpo em razão de estar em movimento. Quando um corpo está parado, sua energia cinética é zero. Tão logo esse corpo entre em movimento, sua energia cinética aumenta, na razão da equação

onde:

Ec - energia cinética
m - massa do corpo
v - velocidade de deslocamento do corpo

Sendo assim, durante a decolagem, a energia cinética de uma aeronave aumenta de forma proporcional ao quadrado da velocidade, chegando a valores muito grandes quando em altas velocidades. Por exemplo, uma aeronave decolando com peso de 180 toneladas e numa velocidade de 150kts, tem energia cinética igual a 1,389 x 10^7 J.

Pela Lei de Conservação de Energia, a energia em um corpo não pode ser destruida, podendo apenas mudar de forma. Sendo assim, para parar uma aeronave em movimento, a energia cinética acumulada precisa ser transformada em outro tipo de energia. Os conjuntos de freios são responsáveis por converter energia cinética em energia térmica.

Conjuntos de Freio

Os conjuntos de freio das aeronaves são compostos por vários pares de estatores, que são partes fixas, presas à estrutura dos trens de pouso e rotores, que são partes móveis e giram juntamente com as rodas. A figura 1 ilustra um conjunto de freio.

Figura 1 - Conjunto de freio

Quando os pedais de freio são pressionados, a pressão hidráulica é liberada para os pistões, que fazem os rotores e estatores entrarem em contato, gerando o atrito necessário para frear a aeronave. Essa frenagem nada mais é do que a transformação da energia cinética, acumulada na aeronave em função de sua velocidade, em calor. Um conjunto de freio é, portanto, um conversor de energia cinética em energia térmica e essa conversão segue o ilustrado na equação

onde:

c - calor específico do material do freio (constante específica)
mh - massa do conjunto de freio (rotores e estatores)
Dt - variação de temperatura do freio

Uma vez que o calor específico e a massa do conjunto de freio são constantes em uma dada decolagem, pode-se concluir que a variação (aumento) de temperatura nos conjuntos de freio aumentam proporcionalmente à energia cinética a ser transformada e, então, aumenta com o quadrado da velocidade.

Por isso, em abortagens de alta velocidade, a temperatura dos freios chega a valores muito elevados e, em casos extremos, ocorre incêndio e destruição dos conjuntos, fazendo a aeronave perder sua capacidade de frenagem. A VMBE garante que isso não ocorrerá e a aeronave irá parar de forma segura.

Uma vez que o DELTA t não pode ser maior que a diferença entre a temperatura do freio antes do início da frenagem e a temperatura máxima suportada pelo conjunto, quanto maior a temperatura ambiente, menor a quantidade de energia que o freio pode dissipar pois o DELTA t será menor.

Demonstração da VMBE

O FAR 25.735(f) requer que sejam realizados testes em dinamômetros e em voo para demosntrar:

1. A capacidade de absorção de energia do sistema de freio seja igual ou superior a energia cinética de uma aeronave num pouso com peso máximo, considerando-se toda a faixa de desgaste dos conjuntos de freio (desde um freio novo até o máximo desgaste permitido para uso). Nesse ensaio, a desaceleração média não pode ser inferior a 10 fps² .
   
2. A capacidade de absorção de energia do sistema de freio seja igual ou superior a energia cinética de uma aeronave em uma decolagem rejeitada no peso máximo, considerando-se toda a faixa de desgaste dos conjuntos de freio. A desaceleração mínima é de fps² .
3. A capacidade de absorção de energia na condição de pouso mais severa, ou seja, na combinação de peso e velocidade que resulte na maior energia cinética.

Nos testes com aeronaves, deve ainda ser demosntrado que, após a parada total da aeronave e aplicação do freio de estacionamento, não deve surgir nenhuma condição de fogo nos freios, rodas ou pneus que possa prejudicar uma evacuação segura e completa da aeronave por, pelo menos, 5 minutos.

Até 1988, os testes com aeronaves podiam ser feitos com conjuntos de freios novos. Após a ocorrência de em acidente com um DC-10, onde 8 dos 10 conjuntos de freio estavam dentro do desgaste limite e não suportaram uma rejeição de decolagem, o FAR 25 passou a exigir que os testes sejam realizados com freios 90% desgastados.

Após a determinação da máxima energia cinética suportada pelos freios na decolagem, determina-se a VMBE, que deve ser analisada em todas as decolagens. A VMBE estabelece um limite máximo para a V1 e, consequentemente, para o peso máximo de decolagem, como será visto mais a frente.

Normalmente, a VMBE apresenta-se como limitante em pistas com grande elevação, altas temperaturas e utilização de pouco flap / slat para decolagem, pois essas decolagens têm velocidades altas e, por isso, muita energia cinética.

VEF

A VEF - Engine Failure Speed - é definida felo FAR 25.107 (a)(1) como a velocidade escolhida pelo fabricante da aeronave na qual assume-se a falha do motor crítico. A VEF não pode ser inferior à VMCG pois, à partir da VEF deve ser possível interromper ou prosseguir na decolagem.

A escolha da VEF influenciará a determinação da V1, como será visto mais adiante.

VMU

Na sequência de definições de velocidades, está a VMU - Minimum Unstick Speed.

De acordo com a definição do FAR 25.107(d), a VMU é a menor velocidade que permite à aeronave deixar o solo com segurança e prosseguir na decolagem. A VMU deve ser determinada em ensaios realizados pelo fabricante, na faixa de relações peso - potência que deseja-se certificar a aeronave, isto é, nas diversas combinações de peso e tração de decolagens possíveis para a aeronave.

Para determinar a VMU, durante a certificação, são feitas decolagens onde o piloto aplica potência de decolagem e mantém o profundor totalmente cabrado desde o início da corrida. Tão logo a velocidade da aeronave permita que a asa produza a sustentação mínima necessária para voar, a aeronave sai do solo e, no instante em que a última roda perde contato com o solo, é registrada a VMU. A figura 1 ilustra um ensaio de VMU.

Normalmente, a VMU é definida quando o profundo produz força suficiente para a aeronave atingir uma atitude em que possa decolar. Uma aeronave é definida como "limitada por geometria" (geometry limited) quando a cauda bate no chão antes de ser atingida a atitude que permita a decolagem. Nesse caso, a aeronave vai arrastar a cauda na pista até que esta acelere para uma velocidade maior, onde a atitude limitada pela geometria gere sustentação suficiente para decolar.

Figura 1 - Ensaio de VMU

A VMU é utilizada na determinação da VR.

VMCA

A próxima definição de velocidade é a VMCA - Minimum Control Speed on Air

O conceito de VMCA é similiar ao de VMCG. A diferença básica é que a VMCA é determinada para a aeronave em voo. De acordo com o FAR 25.149(b), VMCA é a velocidade na qual, ocorrendo falha súbita do motor crítico, é possível manter o controle da aeronave em voo reto, com inclinação máxima de cinco graus para o lado do motor operante. A figura 1 ilustra a condição de demonstração de VMCA.

Figura 1 - Condições de determinação da VMCA

Quando um motor torna-se inoperante em voo, o piloto deve compensar o torque produzido pela diferença de tração dos motores através de controles aerodinâmicos - essencialmente, o leme de direção. Como visto no tópico de VMCG, a força produzida pelo leme é função da deflexão e da velocidade da aeronave. Caso a velocidade diminua, a força também diminui. Há uma certa velocidade que, mesmo com a deflexão máxima do leme, a força produzida é a mínima necessária para compensar a diferença de tração. Caso a velocidade diminua ainda mais, a força produzida pelo leme não será suficiente e, então, a aeronave não será capaz de manter-se voando reto. Essa velocidade é a VMCA.

As condições exigidas pelo FAR 25 para determinação da VMCA são:

• potência máxima de decolagem em ambos motores antes da falha;
• CG na posição mais desfavorável;
• aeronave compensada para decolagem;
• peso máximo de decolagem;
• aeronave na configuração mais crítica de decolagem, exceto pela posição do trem de pouso, que pode estar recolhido;
• aeronave fora do efeito solo;
• Para aeronaves com propulsão a hélice:

1. a hélice do motor crítico deve estar em molinete, ou
2. na posição mais provável de acordo com o projeto de controle de hélice, ou
3. embandeirada caso a aeronave possua um sistema de embandeiramento automático.

• a força aplicada ao leme de direção não pode exceder 150 libras. Esse requisito pode determinar a necessidade de dotar o sistema de controles de voo com atuadores hidráulicos para minimizar a força exercida pelo piloto e
  
• não se pode reduzir a potência do motor operante.

A VMCA é usada na determinação da VR e da V2, que serão vistas mais a frente.

Pendências

Olá,

Essa é uma lista de pendências de definições de velocidades que eu estou eliminando pouco a pouco.

V2 - Velocidade de segurança
Vfr - Velocidade de retração de flapes
Vfto - Velocidade final de decolagem

Quando todos esses conceitos estiverem definidos, poderei passar para outros mais divertidos :-)

Até breve.