Olá amigos do Canal Piloto! Essa é a coluna Teorias Rotativas e o assunto de hoje são os três tipos de rotores que existem. Na nossa última coluna falamos sobre as configurações de Rotores existentes, que são:
- Simples (o mais comum)
- Com rotor de cauda comum;
- Fenestron (rotor de cauda carenado);
- NOTAR (sem rotor de cauda, usa o efeito Coandă);
- Duplo Coaxial (mesmo eixo);
- Duplo Sincronizado (interlaçados);
- Duplo lado-a-lado (um rotor em cada suporte ou “asa”);
- Tandem (um rotor à frente do outro);
- A jato (com jatos de ar nas pontas das pás);
- TiltRotor (“ora helicóptero, ora avião”);
- QuadRotor (comum em VANTs);
Quando falamos de Configurações de Rotores estamos analisando “o todo”, ou seja, a relação entre o número de rotores e o posicionamento entre os mesmos no helicóptero. No entanto se olharmos isoladamente para cada rotor podemos analisar em qual Tipo de Rotor o mesmo se encaixa:
- Rígido
- Semi-rígido
- Articulado
Veremos os detalhes de cada tipo de rotor a seguir.
Rotor Rígido
O rotor do tipo rígido é o mais simples em termos mecânicos por possuir apenas o movimento de Mudança de Passo, que é o movimento de “inclinação” do ângulo da pá em torno de seu próprio eixo longitudinal, como visto abaixo.
Mudança de Passo
Arquivo Pessoal
Como veremos em artigo futuro, todos os rotores precisam resolver o problema da Dissimetria de Sustentação, que é o vento relativo passando mais veloz na pá que avança (contra o vento) do que na pá que recua. Para corrigir essa dissimetria as pás realizam o livre batimento ora “para cima”, ora “para baixo”.
No entanto, o rotor do tipo rígido não possui articulações próprias para realizar esse batimento. Assim, as pás desse tipo de rotor realizam o batimento através de flexão. Essa flexão causa um grande esforço estrutural e por esse motivo essas pás precisam ser construídas com materiais reforçados (e mais caros) como ligas de titânio.
A principal vantagem desse tipo de rotor é sua simplicidade de construção pois dispensa várias articulações presentes em outros tipos de rotores. A desvantagem é justamente requerer que as pás sejam construídas com um material flexível e ao mesmo tempo resistente aos grandes esforços de tração e compressão à que são submetidos. Abaixo está um vídeo mostrando um exemplo de esforço que as pás precisam suportar:
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=p4VLhnTZpb8]
Um exemplo de helicóptero com rotor principal do tipo rígido é o MBB Bo 105, que é o modelo utilizado pela Red Bull para acrobacias em shows aéreos.
MBB Bo 105
Licença Creative Commons
Rotor Semi-Rígido
Esse tipo de rotor possui articulações para efetuar os movimentos de mudança de passo e também de livre batimento. As pás são conectadas à cabeça em um arranjo de gangorra, de tal forma que sempre que uma pá efetua o batimento “para cima”, a pá oposta realizará o batimento “para baixo”.
Alguns rotores semi-rígidos têm o ponto de apoio central mais acima do que as pás (chamado em inglês de arranjo underslug) porque isso diminui a variação do centro de gravidade das pás devido ao batimento (isso tem implicações por causa do Efeito Coriolis, que veremos em artigo futuro). Abaixo um esquema de rotor semi-rígido com arranjo underslug realizando o movimento de livre batimento.
Obs.: o batimento é feito mecânica e aerodinamicamente, independente da ação do piloto.
Exemplo de batimento das pás do rotor semi-rígido
Obs.: movimento exagerado para fins de ilustração
Arquivo pessoal
Esse tipo de rotor é muito comum em rotores com duas pás, inclusive rotores de cauda. É o caso dos rotores do R22 e R44 mostrados abaixo.
Rotor principal de um R22 com destaque para o arranjo underslug
Domínio público
Rotor de cauda de um R44, sem arranjo underslug
Domínio público
As vantagens desse tipo de rotor é que são mais simples de serem construídos do que os rotores articulados e as pás podem ter construção mais simples do que nos rotores rígidos. A principal desvantagem é a possibilidade de ocorrer batida de mastro (mast bumping) caso ocorra um comando muito brusco ou manobra de baixo G (gravidade).
As pás desse tipo de rotor devem suportar os esforços de avanço e recuo por não possuírem articulações próprias para isso, como ocorre com os rotores articulados.
Rotores Articulados
Esse tipo de rotor possui articulações para efetuar os três tipos de movimentos: mudança de passo, batimento e avanço/recuo. O movimento de avanço e recuo são pequenas “acelerações” e “desacelerações” individuais das pás que resultam em diferenças angulares, como mostrado abaixo:
Exemplo de avanço e recuo em rotor anti-horário
Obs.: Valores dos ângulos fictícios
Licença Creative Commons
O batimento ocorre como no rotor semi-rígido, porém mais eficiente pois cada pá possui a sua articulação individual para efetuar esse movimento (e não em pares, como em uma gangorra).
A construção do rotor articulado é bem mais complexa por conter movimentos em três eixos e alguns componentes exclusivos:
- Drag Dumpers: são “amortecedores de arrasto” que limitam os movimentos de avanço e recuo;
- Drop Stops: componentes que evitam que as pás caiam demasiadamente quando em baixa velocidade (acionamento/corte);
Esquema de um rotor articulado mostrando os três eixos de movimento (adaptação)
Domínio Público
A principal vantagem desse rotor é a sua eficiência por conter todas as articulações necessárias para o movimento das pás. Consequentemente, as pás não precisam absorver os esforços como ocorre com outros tipos de rotores e, assim, têm maior durabilidade.
Suas principais desvantagens são a complexidade de construção, maior massa (devido ao número de componentes) e a possibilidade de ocorrer ressonância com o solo por conta da diferença angular que ocorre entre as pás.
AS350 Esquilo, que tem rotor principal articulado
Imagem por Fir0002/Flagstaffotos, uso não comercial.
Rotores articulados modernos têm usado materiais compostos parecidos com amortecedores de borrachas que substituem várias articulações mecânicas. Por não precisarem de lubrificação, absorverem vibrações naturalmente e serem mais leves, esses rotores têm a manutenção mais barata do que os rotores articulados convencionais e tem sido cada vez mais utilizados em novos projetos.
Abaixo está uma foto do helicóptero a pistão para duas pessoas Cabri G2, da Guimbal, cujo rotor articulado e uso de materiais avançados proporcionam pás que não possuem limitação de tempo de vida. 
Guimbal Cabri G2
Domínio Público
Conclusão
Nesse artigo destacamos a diferença que existe entre Configurações de Rotores e Tipos de Rotores. Depois, vimos com detalhes os três tipos de rotores que existem, cujo resumo está na tabela a seguir:
|
|
Mudança de Passo |
Batimento |
Avanço e Recuo |
Principal vantagem |
Principal desvantagem |
|
Rígido |
SIM |
NÃO |
NÃO |
O mais simples de construir |
Desgaste e complexidade das Pás |
|
Semi-Rígido |
SIM |
SIM |
NÃO |
Simples de construir |
Batida de mastro |
|
Articulado |
SIM |
SIM |
SIM |
Eficiência |
Construção complexa e ressonância com o solo |
No artigo de hoje mencionamos brevemente alguns conceitos que ainda não abordamos em nenhuma coluna, como Ressonância com o Solo, Batimento de Mastro, Efeito Coriolis e Dissimetria de Sustentação. Esses tópicos serão todos abordados em detalhes em colunas futuras.
Por hoje ficamos por aqui, espero que tenham gostado do artigo. Em caso de dúvidas, sugestões ou correções fiquem à vontade para entrar em contato comigo.
Bons voos a todos.
Renan Montebelo
renanpolo@gmail.com
