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 seu mundo.
Ao pesquisar esse tópico, rapidamente fica claro que muitos pilotos acham 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 ficar complicado e confuso.
Para começar, vamos compartilhar as respostas que a maioria de nós daria quando solicitado a definir a velocidade de manobra:
- Velocidade de manobra é a velocidade máxima na qual você pode fazer 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 drasticamente.
- 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 ambos atingidos neste mesmo AOA que ocorre na velocidade de manobra.
Este é um ponto de partida, mas não pinta o quadro completo e, como se vê, algumas dessas 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 há mais de um tipo de velocidade de manobra? Os dois tipos de velocidade de manobra que os pilotos da CFR Parte 23 precisam saber são a velocidade de manobra de projeto (Va) e a velocidade máxima de manobra operacional (Vo). Para os pilotos da CFR Parte 25, Va é – um tanto ambígua – usada para indicar tanto a velocidade de manobra de projeto quanto a operacional. Neste caso, um piloto determinará o significado do termo “velocidade de manobra” com base no contexto de seu uso.
Velocidade de manobra de projeto (Va)
No AC 23-19A , a FAA afirma que a velocidade de manobra do projeto é “um valor escolhido pelo requerente” e que “as cargas resultantes das deflexões da superfície de controle total em Va são usadas para projetar a empenagem e os ailerons”.
Essencialmente, o propósito de Va é garantir que os projetistas estejam criando superfícies de controle que possam lidar com as cargas criadas durante a deflexão total em uma velocidade escolhida. Essa 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, isso é lido:
Vá ≥
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. O AC 23-19A diz que Vo é “uma velocidade em que o avião estolará em uma manobra de arfagem de 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, isso é lido:
A velocidade máxima de manobra operacional do seu avião irá flutuar com base no peso. Os cartazes do POH e do cockpit 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 menores.
Para calcular seu próprio Vo com base em seu peso atual (abaixo do 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 sejam correlacionados, no entanto, a natureza da correlação merece uma pequena explicação. A maioria dos novos pilotos inicialmente presumiria que, à medida que seu peso diminui, 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) é agido por uma força (neste caso, uma entrada de controle total), o objeto acelerará na mesma direção que a força. Essa relação é expressa na equação matemática:
Como sabemos nossos valores para força e massa, estamos interessados em ver o que isso faz com a aceleração do nosso avião em torno do eixo rotacional. Portanto, reescrevemos a equação como:
a = F/m .
Como podemos ver por essa equação, quando aplicamos a mesma força de controle, mas diminuímos a massa da aeronave, a aceleração resultante experimentada pela aeronave aumentará. Maior aceleração significa maior estresse ou carga na fuselagem e, eventualmente, essa carga ultrapassará as limitações do projeto e levará à falha estrutural se não modificarmos outra variável.
Supondo que não estivéssemos adicionando mais peso e supondo que ainda queremos ser capazes de suportar a força de um movimento de controle total, a variável que devemos modificar é nossa velocidade de manobra. Então, aí está – um peso menor da aeronave necessita de uma velocidade máxima de manobra operacional menor.
Ângulo de ataque e fator de carga limite
Outra maneira de entender a relação entre peso da aeronave e velocidade de manobra é falar sobre ângulo de ataque e fator de carga limite. Quanto mais leve for uma aeronave, menos sustentação ela exigirá para atingir voo reto e nivelado, conforme mostrado pela equação:
Um requisito de sustentação menor 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 elevador aumente a força G além do fator de carga limite da aeronave (+3,8 Gs para aeronaves com classificação normal), permanecendo ainda abaixo do AoA crítico necessário para as asas estolarem.
Por exemplo, se a aeronave estiver sofrendo 1G em uma AoA de 3°, um aumento repentino na sustentação com AoA correspondente de 18° resultaria em 6Gs de força porque a AoA inicial de 3° aumentou por um fator de 6. Antes que as asas atinjam o ângulo crítico de ataque e estolem, 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, quando as asas atingirem seu AoA crítico de 18°, a aeronave ainda estará logo abaixo do seu fator de carga limite. Ela estolará antes de sofrer danos estruturais ou falhas.
Em resumo, para compensar um peso menor, devemos diminuir nossa velocidade para que nosso ângulo de ataque permaneça alto o suficiente para que um aumento na força G não nos faça exceder nosso fator de carga limite antes de parar.
Esse conceito pode ser um pouco confuso, então ajuda assistir a uma demonstração gráfica como Como a velocidade de manobra é determinada? e Por que a velocidade de manobra muda com o peso , de Rod Machado.
Relação entre a velocidade de manobra de projeto (Va) e a velocidade máxima de manobra operacional (Vo)
Dê 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 de para ambas.
Se Vo for igual a Va, então a aeronave provavelmente irá estolar antes da falha estrutural durante uma única entrada de controle executada em ou abaixo de Va. 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 de projeto).
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 falha estrutural vai por água abaixo. Você será capaz de exceder o fator de carga limitante de sua aeronave (Vo) enquanto ainda estiver voando abaixo de Va.
Na Circular Consultiva 23-19A , um guia de fuselagem para certificação de aeronaves da 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 arfagem de nariz para cima no, ou próximo, do fator de carga limite. Para aviões onde VA>VS√n, o piloto teria que verificar a manobra; caso contrário, o avião excederia o fator de carga limite.”
Ele continua explicando,
“A Emenda 23-45 adicionou a velocidade de manobra operacional, VO, em § 23.1507. VO é estabelecido não maior que VS√n, e é uma velocidade onde o avião irá estolar em uma manobra de arfagem de nariz para cima antes de exceder os limites estruturais do avião.”
O que isso significa para nós é que, para aeronaves da Parte 23, a compreensão 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 mais comum [perigoso] sobre a 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 de superfície de controle. A crença era que se você estivesse voando em ou abaixo de Vo, sua aeronave estolaria antes de sofrer danos/falha estrutural, não importando quais movimentos de controle você fizesse. Como se viu, essa era uma simplificação perigosa da física da velocidade de manobra, como demonstrado fatalmente pelos pilotos do voo 587 da American Airlines.
Após o desastre do voo 587 da American Airlines, a FAA lançou o Boletim Especial de Informações de Aeronavegabilidade CE-11-17. O público é composto principalmente por pilotos da Parte 25, então ele faz referência a Va, em vez de Vo, já que, como você deve se lembrar, a Parte 25 usa Va para descrever velocidades de manobra de projeto e operacionais. Ainda assim, o boletim esclarece que sua mensagem se aplica também 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 voo, 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. Esse foi o erro fatal cometido pelo primeiro oficial do AA 587 que fez entradas sequenciais repetitivas no pedal do leme que levaram à “separação em voo do estabilizador vertical”.
A linha de fundo
Comece a se aprofundar no conceito de velocidade de manobra e você verá que a internet está inundada de interpretações e entendimentos conflitantes sobre o que é essa v-speed e o que ela significa para você. Faça sua própria leitura e pesquisa para completar sua compreensão da velocidade de manobra.
Recapitulando, os pontos principais são:
- A FAA designou duas velocidades de manobra – Va e Vo – para pilotos da Parte 23.
- Va significa velocidade de manobra de projeto e Vo é a velocidade máxima de manobra operacional.
- Os pilotos da Parte 25 usam Va para descrever tanto a velocidade de manobra de projeto quanto a velocidade máxima de manobra operacional.
- A velocidade de manobra de projeto (Va) é um valor definido pelo projetista da aeronave. As cargas resultantes de deflexões de 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 na qual o avião irá estolar em uma manobra de inclinação do nariz para cima antes de exceder os limites estruturais do avião.
- O Vo diminui à medida que o peso da aeronave diminui.
- Va é frequentemente, mas nem sempre, igual a Vo. Se Va for maior que Vo, você pode exceder o fator de carga limite da aeronave antes de estolar.
- Estar em ou abaixo de Vo significa que você pode mover um único controle de voo, uma vez, para sua deflexão total, para um eixo de rotação do avião somente (pitch, roll ou yaw), em ar suave, sem risco de danos ao avião. Múltiplas deflexões totais sequenciais ou simultâneas podem resultar em falha estrutural mesmo se você estiver voando abaixo de Vo.
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