AILERON (ENGENHARIA AERONÁUTICA)

AILERON
FLAPERON
SPOILERON
BORDO DE FUGA
FLAP

INTRODUÇÃO

Logo acima, vista da asa esquerda de um típico avião comercial a jato. Pode-se ver quatro tipos de superfícies aerodinâmicas. São duas mais próximas da fuselagem, um flap formando o bordo de fuga da asa e um spoiler, que é um freio aerodinâmico. Mais adiante, mais um flap (ou, em alguns modelos, um flaperon) formando mais uma parte do bordo de fuga da asa, acompanhado de um spoileron, sobre o extradorso da asa. E, finalmente, mais próximo da ponta da asa, o aileron esquerdo, um dos principais responsáveis por realizar as curvas de trajetória do avião. Logo abaixo, o Cessna 172 Skyhawk, um típico exemplo de aeronave dotada de uma asa simples, com aileron simples.

Os ailerons são partes móveis dos bordos de fuga das asas de aeronaves de asa fixa, que servem para controlar o movimento de rolamento da aeronave em torno do seu eixo longitudinal. São movimentados pelo piloto através da atuação lateral nos volantes, manches e, em modelos mais sofisticados de aeronaves com controles fly-by-wire, nos sidestick's, parecidos com os joysticks usados em videogames.

Os ailerons são superfícies aerodinâmicas de controle muito usadas em aeronaves de asa fixa, são peças fabricadas em metal (geralmente alumínio e/ou ligas metálicas) ou material composto (geralmente fibra de carbono ou fibra de vidro e resina epóxi) usadas largamente na aviação como importantes superfícies móveis de controle que permitem a inclinação lateral da aeronave em relação ao seu eixo longitudinal.

Os ailerons são, geralmente, interconectados, de forma que um, de um lado da aeronave, é movido para baixo enquanto o outro, do outro lado da aeronave, se move para cima, e vice-versa. O aileron que se move para baixo provoca aumento de sustentação na asa à qual está ligado, enquanto o aileron da asa oposta causa o efeito contrário, redução da sustentação, produzindo um movimento de rolamento sobre o eixo longitudinal da aeronave. Os ailerons localizam-se, geralmente, próximos às pontas das asas. A palavra aileron vem da língua francesa e significa pequena asa.

Os ailerons fazem parte da asa de aeronaves de asa fixa e são tão importantes quanto outras superfícies aerodinâmicas de controle, como os profundores, fixados no estabilizador horizontal, e o leme de deriva, estes geralmente localizados na cauda, fazendo parte da empenagem do avião.

Sempre fixados nos bordos de fuga da parte fixa das asas, ou seja, na parte de trás da parte fixa das asas, os ailerons são chamados também de lemes de inclinação lateral, embora essa expressão seja pouco conhecida e usada no meio aeronáutico.

LIMITAÇÕES

Logo acima, imagem esquemática das forças aerodinâmicas ou grandezas que agem sobre um asa quando o ar escoa sobre o seu extradorso (parte de cima) e intradorso (parte de baixo), ou seja, quando a aeronave tem velocidade. Logo abaixo, vídeo simplificado que ilustra didaticamente como se movimentam os ailerons esquerdo e direito das asas de um avião e como o próprio avião reage a esses movimentos, em torno do seu eixo longitudinal.

Um efeito colateral indesejado da operação dos ailerons é a guinada adversa, em inglês adverse yaw, um momento de guinada em direção oposta à do rolamento. A utilização abrupta e excessiva dos ailerons para rolar o avião para a direita, por exemplo, pode, eventualmente, produzir uma guinada para a esquerda. À medida que a aeronave rola, a guinada adversa é causada primariamente pela mudança no arrasto na asa esquerda e direita.

A asa que sobe tem aumento de sustentação, o que causa aumento do arrasto induzido. A asa que desce tem sustentação reduzida, o que reduz o arrasto induzido. A diferença de arrasto entre as asas pode, eventualmente, produzir a guinada adversa. A diferença no arrasto entre os ailerons também pode ser uma causa da guinada adversa.

Para complementar ou completar a manobra de curva o piloto também usa o leme na mesma direção da curva.

Durante a curva, com os ailerons em posição neutra, a asa na posição externa à curva desenvolve mais sustentação que a asa oposta, devido à variação na velocidade do escoamento ao longo da envergadura da asa, o que faz com que a aeronave continue a rolar. Uma vez atingida a rotação desejada sobre o eixo longitudinal, o piloto utiliza o aileron oposto para evitar que o ângulo de rotação aumente por conta da variação na sustentação ao longo da envergadura.

BORDO DE FUGA

O bordo de fuga é a parte traseira da asa, de formato mais afilado, por onde o ar que percorreu a superfície da mesma escoa. A função do aileron, que faz parte do bordo de fuga, é mover-se, para cima ou para baixo, alternadamente em cada lado da asa, a fim de alterar esse fluxo de ar, respectivamente diminuindo ou aumentando a sustentação neste lado da aeronave, fazendo-a girar em torno de seu eixo longitudinal, o chamado movimento de rolagem.

Ao serem acionados os ailerons, com um movimento para a direita ou esquerda do manche ou do sidestick, os ailerons atuam de forma inversa de cada lado da asa, ou seja, quando se quer girar ou inclinar o avião para a direita, o aileron da asa esquerda baixa e o aileron da asa direita levanta. Com isso a sustentação da asa direita diminui ao variar o ângulo de ataque da asa direita para um ângulo inferior e o contrário acontece na asa esquerda fazendo rolar ou rodar o avião no eixo longitudinal, para cima.

SPOILERON E FLAPERON

Logo acima, com um olhar mais atento, percebe-se a inclinação para baixo de quase todo o bordo de fuga das asas do Beechcraft Beechjet 400A, conhecido também como Beechcraft Hawker 400, um avião de fabricação americana. É o flap, superfície aerodinâmica que melhora a relação de sustentação aerodinâmica e velocidade e que torna mais suaves os pousos e decolagens, em relação a outros modelos de jatos de asas enflechadas. Logo abaixo, o modelo Denney Kitfox, uma avião da categoria leve experimental, dotado de flaperon, ou seja, uma superfície aerodinâmica de controle que combina as funções do flap e do aileron.

A grande maioria dos fabricantes de aeronaves de asa fixa mais simples e baratas costuma dividir o bordo de fuga das asas das aeronaves entre os flaps, mais próximos das fuselagens, e os ailerons, mais próximos das pontas das asas, mas nos modelos de aviões maiores e mais sofisticados, como o Boeing 777, por exemplo, os fabricantes optaram pela inclusão de um dispositivo ou superfície aerodinâmica de controle chamada flaperon.

E mais, em alguns casos, os fabricantes optaram pela diminuição do comprimento dos ailerons e o aumento do comprimento dos flaps em aeronaves que desenvolvem altas ou médias velocidades, como jatinhos executivos, jatos comerciais e turboélices para uso executivo. Há casos em que os ailerons foram e/ou são completamente eliminados. O Beechcraft Beechjet 400A, conhecido também como Beechcraft Hawker 400, por exemplo, é uma aeronave dotada de spoilerons, que são superfícies móveis sobre o extradorso das asas, responsáveis pelo movimento de rolamento.

Para diminuir o tamanho dos ailerons ou simplesmente melhorar a capacidade de manobrabilidade da aeronave é necessário tornar os projetos de aeronaves mais sofisticados, com a adição de novas superfícies aerodinâmicas de controle, os spoilerons, que contribuem para a inclinação lateral sobre o eixo longitudinal da aeronave e, simultaneamente, aumentam levemente o arrasto da asa baixada para auxiliar, nas curvas, o profundor e o leme de deriva.

Teoricamente, quanto mais largos e mais compridos os flaps, menores são as velocidades necessárias para decolar e pousar uma aeronave (também chamadas no meio aeronáutico de V1, VR e Vref), portanto melhor é o desempenho da aeronave de asa fixa em pistas de pouso, ou seja, menor é o comprimento de pista necessário para pousar e decolar.

Por isso, alguns fabricante fazem um enorme esforço em pesquisas de aerodinâmica de alta velocidade para aumentar a eficiência das asas, com a adição dos flaperons e dos spoilerons, que são superfícies aerodinâmicas de controle que combinam, numa ação simultânea, as funções dos flaps e dos ailerons, e, para complementar, também incluem em seus projetos os slats nos bordos de ataque das asas.

Por exemplo, sem acionamento adequado dos flaps um sofisticado jatinho executivo com asas enflechadas não conseguiria decolar e pousar com segurança, com tanques cheios e passageiros a bordo, em pistas de pouso com menos de 2.000 metros de comprimento.

EIXOS

Ilustração em francês sobre os três eixos de uma aeronave, a seta vermelha representa o eixo longitudinal, a seta azul representa o eixo lateral ou transversal e a seta verde representa o eixo central ou vertical. Os ailerons são responsáveis pelo movimento da aeronave sobre seu eixo longitudinal, baixando uma das asas e levantando a outra.

Em todos os modelos de aviões existem três eixos de movimentação:

Eixo longitudinal - Uma linha imaginária que cruza o avião de sua cauda ao seu nariz. Os ailerons, os spoilerons e os flaperons são os responsáveis pelo movimento em torno desse eixo;

Eixo lateral - Uma linha imaginária que cruza o avião de uma extremidade à outra da asa. O estabilizador horizontal, juntamente com o profundor, são os responsáveis pelo movimento da aeronave em torno desse eixo;

Eixo central - Linha imaginária que atravessa o avião de cima para baixo. A deriva ou estabilizador vertical, juntamente com o leme, são os responsáveis pelo movimento da aeronave em torno desse eixo;

As três linhas imaginárias se cruzam no centro de gravidade do avião. Na prática, quase todo o peso do avião está sobre a asa, pois é ela a grande responsável por possibilitar a sustentação necessária para decolar e manter o voo. Quando o piloto puxa o manche ou sidestick para trás (cauda para baixo e nariz para cima) o ângulo de ataque aumenta e, consequentemente, a sustentação também aumenta.

COMPONENTES DO AILERON

HORNS E BALANCEAMENTO

Em aeronaves maiores e mais rápidas as forças de controle são pesadas. Durante a Primeira Guerra Mundial, descobriu-se que estender a área da superfície de controle ou superfície aerodinâmica chamada aileron adiante da linha de junção suavizava as forças necessárias para o controle. Assim, a estrutura dos ailerons era estendida além da ponta da asa, de forma a conter uma saliência, ou horn, em inglês, adiante da linha de junção com a asa, diminuindo assim a força necessária para a tripulação o para o sistema hidráulico do avião realizar a manobra.

TRIM TABS

Os trim tabs são partes móveis, semelhantes aos ailerons em menor escala, localizados no bordo de fuga dos ailerons. Na maioria das aeronaves com motores a pistão ou turboprop, a rotação do motor cria um rolamento contrário ao sentido da rotação, de acordo com a Terceira Lei de Newton, segundo a qual a cada ação corresponde uma reação em intensidade igual e sentido oposto. Para evitar que o piloto precise manter pressão contínua e na mesma direção no manche, o que causa fadiga, são utilizados trim tabs para ajustar a pressão necessária contra qualquer movimento indesejado.

O trim tab é defletido em relação ao aileron, fazendo com que este se mova no sentido oposto. Os trim tabs podem ser de dois tipos, ajustáveis ou fixos. Um trim tab fixo é controlado manualmente para obtenção da deflexão desejada, enquanto os trim tabs ajustáveis são controlados a partir do cockpit, a cabine de comando da aeronave, de forma que diferentes ajustes de potência ou atitudes de voo possam ser compensados.

GALERIA DE IMAGENS

SUPERFÍCIES DE CONTROLE