Por que os aviões decolam com empuxo reduzido?

Foto: Renato Bezerra (@renato.spotter)

O peso da aeronave é mantido de forma que os motores possam fornecer potência de decolagem suficiente com empuxo nominal relativamente menor. O peso real da aeronave é menor do que o peso aprovado pelas autoridades reguladoras com base na potência disponível dos motores. A estratégia de decolagem com empuxo reduzido aumenta a durabilidade do motor, pois os motores sofrem menos estresse operacional.

O empuxo do motor é limitado pela temperatura que os materiais internos podem suportar em configurações de potência máxima. Decolagens com empuxo reduzido garantem que os motores não atinjam temperaturas máximas nas turbinas, aumentando assim a vida útil do motor. Este artigo discute por que é essencial que aviões comerciais realizem decolagens com empuxo reduzido e em que circunstâncias uma decolagem com empuxo reduzido não é uma opção.

Peso máximo de decolagem estrutural/desempenho

O Peso Estrutural Máximo de Decolagem é um peso associado à estrutura da aeronave e nunca deve ser excedido em nenhuma circunstância. Este peso é determinado de acordo com os critérios de resistência da estrutura em voo, a resistência do trem de pouso e os critérios da estrutura durante um impacto de pouso com velocidade vertical igual a -360 pés/min.

Um A320 da Finnair A320 decolando (Foto: Reprodução)

Por outro lado, o Peso Máximo de Decolagem de Desempenho é puramente um peso de desempenho. Ele é determinado verificando se a aeronave conseguiu atingir a inclinação mínima de subida, o comprimento da pista e outros fatores que podem prejudicar ou melhorar o desempenho da aeronave.

Por exemplo, em um dia particularmente frio, uma aeronave pode ter um desempenho melhor, o que aumenta seu peso de decolagem. Esse peso não tem relação com o peso estrutural. Pode ser maior ou menor, dependendo das condições climáticas. No entanto, como mencionado anteriormente, o peso estrutural de decolagem é sempre limitante.

O que é a classificação de flat do motor e como o empuxo é reduzido para a decolagem?

Motores a jato têm duas limitações: um limite de pressão e um limite de temperatura. Quando a temperatura externa é baixa, o ar é mais denso, o que significa que o motor gera seu empuxo máximo antes de atingir seus limites de temperatura. Nessa condição, o motor é limitado por pressão, ou empuxo. O oposto ocorre quando a temperatura externa é alta. O ar é menos denso e o motor atinge seu limite de temperatura antes de atingir seu empuxo ou potência máxima. Nessa situação, diz-se que o motor é limitado por temperatura.

Motor de um A330 da AirAsia (Foto: Airbus)

Os fabricantes de motores garantem ao usuário ou operador que seus motores podem fornecer uma quantidade constante de empuxo até uma determinada temperatura. Esse empuxo, chamado de empuxo TOGA (Takeoff Go Around), é o empuxo máximo que os motores podem gerar sem quebrar nada.

Uma vez atingida uma determinada temperatura, o motor não consegue mais gerar o empuxo TOGA, que cai para evitar que os motores esquentem excessivamente. Este é o conceito de empuxo fixo. O empuxo do motor permanece constante ou "fixo" até que uma temperatura limite seja atingida. Há muitos nomes para essa temperatura de empuxo fixo. A Airbus a chama de temperatura de referência: Tref.

Abaixo é mostrado um gráfico típico para um motor de classificação fixa.

(Imagem: Airbus)

O gráfico mostra o empuxo em relação à temperatura do ar externo (OAT). O Peso Máximo de Decolagem (MTOW) em vermelho representa o peso de decolagem com desempenho limitado, e o Peso de Decolagem Real (TOW) está em verde.

Isso mostra que o motor pode fornecer o empuxo nominal fixo até que uma taxa de ocupação de 100 km/h (OAT) de Tref seja atingida, ponto em que o empuxo começa a cair. Também mostra que um peso máximo de desempenho limitado pode ser aceito se a OAT não exceder Tref. Também mostra que, quando o peso real de decolagem é menor que o peso máximo de decolagem, um empuxo menor pode ser aceito. Isso será explicado com um exemplo detalhado no próximo parágrafo.

O exemplo a seguir é baseado em uma aeronave Airbus A320 com motores CFM 56, com capacidade de voo plana a uma temperatura de 44 graus Celsius (Tref). O gráfico anexo é usado pelos pilotos para determinar o quanto o empuxo pode ser reduzido durante um voo. Este gráfico é para a pista 19R do aeroporto de Bangkok.

(Imagem: Anas Maaz | Simple Flying)

Em um determinado dia, digamos que a temperatura externa seja de 30 graus Celsius (circulada em vermelho). Com essa temperatura, de acordo com a tabela, a aeronave pode decolar atendendo a todos os padrões de desempenho regulamentados, com uma carga total de 84.400 kg e flaps em 2 (CONF 2). Esses 84.400 kg são o que chamamos de peso de decolagem limitado por desempenho. Ele não tem nada a ver com a integridade estrutural da aeronave. É uma massa baseada puramente no desempenho da aeronave.

Agora, digamos que, quando recebemos o valor final da carga no portão, a massa real da aeronave caiu para 75.000 kg. Com essa massa menor, se ainda optarmos por empuxo nominal máximo, teremos um enorme excesso de empuxo. Como não precisamos desse excesso de empuxo e queremos economizar para a companhia aérea na manutenção do motor, tentamos descobrir em que temperatura externa estamos limitados a uma massa de 75.000 kg. Novamente, olhamos a tabela. Ela diz que a 56 graus Celsius (circulados em laranja), podemos transportar 75.000 kg a bordo, sem problemas.

Isso implica que, se a temperatura externa for de 56 graus Celsius, a aeronave só poderá decolar com 75.000 kg. Assim, o piloto insere 56 graus Celsius no computador de gerenciamento de voo. Ao inserir o valor, a aeronave considera que a temperatura externa é de 56 graus Celsius, embora a temperatura real seja de 30 graus Celsius.

Consequentemente, quando o piloto aciona as alavancas de propulsão para a decolagem, a aeronave limita a propulsão, desenvolvendo apenas a quantidade de propulsão que consegue gerar com uma temperatura externa de 56 graus Celsius. Lembre-se de que o motor tem uma temperatura Tref de 44 graus Celsius – como 54 graus Celsius está acima disso, a propulsão do motor é limitada pelos computadores de controle do motor para garantir que os motores não excedam a temperatura máxima permitida dos gases de escape.

Um piloto da Air France interagindo com o sistema ACARS na cabine (Foto: Air France)

Quando a redução de empuxo não é uma opção?

Antes de entrarmos em mais detalhes, é vital entender que o piloto sempre tem a opção de usar potência máxima, mesmo quando a aeronave está em voo de decolagem. Um caso comum é uma situação de falha de motor. Nessa situação, o piloto pode querer potência máxima para aumentar suas margens de manobra. No entanto, isso não é necessário, pois a redução da potência considera o desempenho do motor. Ou seja, uma aeronave pode continuar a decolagem com segurança com um motor inoperante e potência reduzida.

O uso de empuxo reduzido é proibido quando a pista estiver contaminada. Uma pista é considerada contaminada quando mais de 25% dela está coberta por água, gelo, neve, granizo ou geada. A maioria dos fabricantes de aeronaves não fornece dados para decolagens com empuxo reduzido em pistas contaminadas. Portanto, isso não é possível devido à indisponibilidade de dados.

Um Pilatus-PC-24 pousando em uma pista completamente inundada (Foto: flyer.co.uk)

O uso de empuxo reduzido também não é recomendado quando há cisalhamento do vento ou é relatado na trajetória de decolagem. Isso ocorre porque pode haver uma perda significativa de velocidade se a aeronave encontrar o cisalhamento do vento sem empuxo suficiente. Isso pode levar a uma situação perigosa.

Com informações do Simple Flying