Aviso justo – se você acha que está totalmente confiante em sua compreensão da velocidade de manobra, o artigo que você está prestes a ler pode abalar o seu mundo.
Quando você pesquisa este tópico, rapidamente fica aparente que muitos pilotos pensam que têm uma compreensão sólida do conceito, mas quando solicitados a explicá-lo, a certeza se desfaz nos detalhes. Mesmo um entendimento baseado na documentação da FAA pode ser complicado e confuso.
Para começar, vamos compartilhar as respostas que a maioria de nós daria quando solicitado a definir a velocidade de manobra:
- A velocidade de manobra é a velocidade máxima na qual é possível realizar movimentos completos ou abruptos de um único controle sem causar falha estrutural da aeronave.
- A velocidade de manobra é a velocidade mais rápida na qual seu avião irá estolar antes de exceder seu fator de carga limite se o ângulo de ataque aumentar repentina e dramaticamente.
- A velocidade de manobra é a velocidade na qual a asa da aeronave – operada no ângulo crítico de ataque – produz um fator de carga igual ao fator de carga limite certificado da aeronave. Em outras palavras, o estol e o fator de carga limite são alcançados neste mesmo AOA que ocorre na velocidade de manobra.
Este é um ponto de partida, mas não retrata o quadro completo e, como se vê, algumas destas respostas que nos foram ensinadas podem até ser perigosamente enganosas. Apertem os cintos, porque estamos prestes a entrar na toca do coelho e expandir nossa compreensão da velocidade de manobra.
O que é velocidade de manobra e como ela é calculada?
Para começar, você sabia que existe mais de um tipo de velocidade de manobra? Os dois tipos de velocidade de manobra que os pilotos do CFR Parte 23 precisam saber são a velocidade de manobra projetada (Va) e a velocidade máxima de manobra operacional (Vo). Para pilotos CFR Parte 25, Va é - de forma um tanto ambígua - usado para indicar a velocidade de projeto e de manobra operacional. Neste caso, um piloto determinará o significado do termo “velocidade de manobra” com base no contexto de sua utilização.
Velocidade de manobra de projeto (Va)
No AC 23-19A , a FAA afirma que a velocidade de manobra projetada é "um valor escolhido pelo requerente" e que "as cargas resultantes das deflexões totais da superfície de controle em Va são usadas para projetar a empenagem e os ailerons".
Essencialmente, o objetivo do Va é garantir que os projetistas criem superfícies de controle que possam suportar as cargas criadas durante a deflexão total a uma velocidade escolhida. Esta velocidade escolhida é Va.
Va não deve ser menor que a velocidade de estol (Vs) vezes a raiz quadrada do fator de carga positivo máximo (n). Escrito matematicamente, diz:
Va ≥
Velocidade máxima de manobra operacional (Vo)
Vo (velocidade máxima de manobra operacional) é um fator de carga limitante que também é determinado pelo projetista da aeronave. AC 23-19A diz que Vo é “uma velocidade em que o avião irá estolar em uma manobra de inclinação do nariz para cima antes de exceder os limites estruturais do avião”.
O valor máximo para Vo é a velocidade de estol (Vs) vezes a raiz quadrada do fator de carga positivo máximo (n). Escrito matematicamente, diz:
A velocidade máxima de manobra operacional do seu avião irá variar com base no peso. Os cartazes do POH e da cabine da sua aeronave devem listar sua velocidade de manobra com base no peso máximo. Em alguns casos, cartazes adicionais listarão as velocidades de manobra com base em pesos mais baixos.
Para calcular seu próprio Vo com base no seu peso atual (inferior ao máximo), use a seguinte equação:
Uma maneira fácil de estimar sua velocidade de manobra ajustada é reduzir seu Vo em 1% para cada 2% de redução no peso.
Por que o peso da aeronave afeta a velocidade máxima de manobra operacional (Vo)
Intuitivamente faz sentido que o peso e a velocidade de manobra estejam correlacionados, porém a natureza da correlação merece uma pequena explicação. A maioria dos novos pilotos presumiria inicialmente que, à medida que seu peso diminuísse, sua velocidade máxima de manobra operacional aumentaria, mas na verdade o oposto é verdadeiro. Um peso menor corresponde a uma velocidade de manobra menor, e aqui está o porquê:
Segunda Lei do Movimento de Newton
Graças à Segunda Lei do Movimento de Newton, sabemos que quando um objeto de massa (neste caso, um avião) sofre a ação de uma força (neste caso, uma entrada de controle total), o objeto irá acelerar na mesma direção que a força . Essa relação é expressa na equação matemática:
Como conhecemos os nossos valores de força e massa, estamos interessados em ver o que isso causa à aceleração do nosso plano em torno do eixo de rotação. Portanto, reescrevemos a equação como:
uma = F/m .
Como podemos ver por essa equação, quando aplicamos a mesma força de controlo, mas diminuímos a massa da aeronave, a aceleração resultante experimentada pela aeronave aumentará. Maior aceleração significa maior tensão ou carga na fuselagem e, eventualmente, essa carga ultrapassará as limitações do projeto e levará à falha estrutural se não modificarmos outra variável.
Assumindo que não estávamos adicionando mais peso e assumindo que ainda queremos ser capazes de suportar a força de um movimento de controle total, a variável que devemos modificar é a nossa velocidade de manobra. Então, pronto – um peso menor da aeronave exige uma velocidade máxima de manobra operacional menor.
Ângulo de ataque e fator de carga limite
Outra forma de entender a relação entre o peso da aeronave e a velocidade de manobra é falar sobre ângulo de ataque e fator de carga limite. Quanto mais leve for uma aeronave, menor será a sustentação necessária para atingir um vôo reto e nivelado, conforme mostrado pela equação:
Um requisito de sustentação mais baixo significa a capacidade de voar em um ângulo de ataque menor. Se a velocidade de uma aeronave permanecer a mesma, mas seu peso diminuir, o ângulo de ataque necessário diminuirá.
O problema é que em um ângulo de ataque menor, é possível que uma rajada de vento ou uma deflexão total do controle do profundor aumente a força G além do fator de carga limite da aeronave (+3,8Gs para aeronaves com classificação normal), permanecendo ainda abaixo o AoA crítico necessário para que as asas parem.
Por exemplo, se a aeronave estiver experimentando 1G a 3° AoA, um aumento repentino na sustentação com AoA correspondente de 18° resultaria em 6Gs de força porque o AoA inicial de 3° aumentou por um fator de 6. Antes que as asas alcancem o ângulo crítico de ataque e estol, a aeronave terá excedido seu limite de carga e poderá sofrer danos estruturais ou falhas.
Pegue a mesma aeronave, com o mesmo peso bruto mais leve que o máximo, e agora compense diminuindo a velocidade para que o AoA inicial aumente para 4,5°. Com esse AoA aumentado, no momento em que as asas atingirem seu AoA crítico de 18°, a aeronave ainda estará logo abaixo de seu fator de carga limite. Ele irá parar antes de sofrer danos ou falhas estruturais.
Em resumo, para compensar um peso menor, devemos diminuir a nossa velocidade para que o nosso ângulo de ataque permaneça alto o suficiente para que um aumento na força G não nos faça exceder o nosso fator de carga limite antes do estol.
Esse conceito pode ser um pouco confuso, por isso ajuda assistir a uma demonstração gráfica como How Is Maneuvering Speed Determined?, de Rod Machado. e por que a velocidade de manobra muda com o peso .
Relação entre velocidade de manobra projetada (Va) e velocidade máxima de manobra operacional (Vo)
Dê uma outra olhada nas equações acima para Va e Vo. Observe que a única maneira de as velocidades de manobra serem iguais é se o projetista selecionar um valor para ambas.
Se Vo for igual a Va, então é provável que a aeronave estole antes da falha estrutural durante uma única entrada de controle executada em Va ou abaixo. O problema é que o fabricante não precisa fazer Va = Vo. Va não pode ser mais lento que Vo, mas pode ser tão rápido quanto Vc (velocidade de cruzeiro projetada).
Normalmente, Va é igual a Vo, no entanto, se Va para sua aeronave for maior que Vo, o entendimento padrão de Va como sendo a velocidade na qual seu avião irá estolar antes de sofrer uma falha estrutural vai por água abaixo. Você poderá exceder o fator de carga limite da sua aeronave (Vo) enquanto ainda estiver voando abaixo do Va.
Na Circular Consultiva 23-19A , um guia de fuselagem para certificação de aeronaves Parte 23, a FAA confirma:
“VA não deve ser interpretada como uma velocidade que permitiria ao piloto movimento irrestrito de controle de voo sem exceder os limites estruturais do avião, nem deve ser interpretada como uma velocidade de penetração de rajada. Somente se VA = Vs √n o avião estolará em uma manobra de inclinação do nariz para cima no fator de carga limite ou próximo a ele. Para aviões onde VA>VS√n, o piloto teria que verificar a manobra; caso contrário, o avião excederia o fator de carga limite.”
Prossegue explicando,
“A alteração 23-45 adicionou a velocidade de manobra operacional, VO, no § 23.1507. VO não é estabelecido maior que VS√n, e é uma velocidade em que o avião irá estolar em uma manobra de inclinação do nariz para cima antes de exceder os limites estruturais do avião.”
O que isso significa para nós é que para as aeronaves da Parte 23, o entendimento que tínhamos de Va é na verdade uma descrição mais precisa de Vo.
Isso nos leva a outra conversa muito importante sobre o que é e o que não é velocidade máxima de manobra operacional.
O equívoco [perigoso] mais comum sobre velocidade de manobra
Até 2001, havia um consenso comum entre os pilotos de que voar abaixo da velocidade máxima de manobra operacional oferecia quase 100% de proteção contra os perigos de falha estrutural e/ou da superfície de controle. A crença era que se você estivesse voando em Vo ou abaixo dele, sua aeronave iria estolar antes de sofrer danos/falha estrutural, independentemente dos movimentos de controle que você fizesse. No final das contas, essa foi uma simplificação perigosa da física da velocidade de manobra, conforme demonstrado fatalmente pelos pilotos do voo 587 da American Airlines.
Após o desastre do voo 587 da American Airlines, a FAA divulgou o Boletim Especial de Informações de Aeronavegabilidade CE-11-17 . O público é formado principalmente por pilotos da Parte 25, por isso faz referência a Va, em vez de Vo, já que, como você deve se lembrar, a Parte 25 usa Va para descrever as velocidades de projeto e de manobra operacional. Ainda assim, o boletim esclarece que a sua mensagem também se aplica aos pilotos da Parte 23.
A conclusão do CE-11-17 é que sua velocidade máxima de manobra operacional (Va para a Parte 25 e Vo para a Parte 23) é:
“a velocidade abaixo da qual você pode mover um único controle de vôo, uma vez, até sua deflexão total, para apenas um eixo de rotação do avião (inclinação, rotação ou guinada), em ar suave, sem risco de danos ao avião.”
O boletim continua apontando que os fabricantes não são obrigados a construir aeronaves que sejam capazes de múltiplas entradas simultâneas de controle total ou entradas sequenciais de controle total. Este foi o erro fatal cometido pelo primeiro oficial do AA 587, que fez movimentos repetitivos e sequenciais do pedal do leme que levaram à “separação do estabilizador vertical em vôo”.
O resultado final
Comece a se aprofundar no conceito de velocidade de manobra e você encontrará a Internet repleta de interpretações e entendimentos conflitantes sobre o que é essa velocidade v e o que ela significa para você. Faça sua própria leitura e pesquisa para aprimorar sua compreensão sobre velocidade de manobra.
Recapitulando, os pontos principais são:
- A FAA designou duas velocidades de manobra – Va e Vo – para os pilotos da Parte 23.
- Va significa velocidade de manobra de projeto e Vo é velocidade máxima de manobra operacional.
- Os pilotos da Parte 25 usam Va para descrever a velocidade de manobra de projeto e a velocidade máxima de manobra operacional.
- A velocidade de manobra de projeto (Va) é um valor definido pelo projetista da aeronave. As cargas resultantes das deflexões da superfície de controle total em Va são usadas para projetar a empenagem e os ailerons.
- A velocidade máxima de manobra operacional (Vo) é uma velocidade em que o avião irá estolar em uma manobra de inclinação do nariz para cima antes de exceder os limites estruturais do avião.
- Vo diminui à medida que o peso da sua aeronave diminui.
- Va é frequentemente, mas nem sempre, igual a Vo. Se Va for maior que Vo, você poderá exceder o fator de carga limite da aeronave antes do estol.
- Estar em Vo ou abaixo significa que você pode mover um único controle de vôo, uma vez, até sua deflexão total, para apenas um eixo de rotação do avião (inclinação, rotação ou guinada), em ar suave, sem risco de danos ao avião. Múltiplas deflexões completas sequenciais ou simultâneas podem resultar em falha estrutural mesmo se você estiver voando abaixo do Vo.
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