No dia 5 de abril de 1991, 20 passageiros e três tripulantes, incluindo o astronauta Sonny Carter e o senador americano John Tower, embarcaram no voo 2311 da Atlantic Southeast Airlines de Atlanta, para Brunswick, Geórgia.
Mas nos últimos minutos de voo, um mau funcionamento catastrófico da hélice fez o avião mergulhar em uma floresta, matando todos a bordo. Os investigadores encontrariam uma sequência perturbadora de eventos levando a um mau funcionamento do qual era impossível se recuperar e que os testes de laboratório durante a certificação não conseguiram prever.
O voo 2311 da Atlantic Southeast Airlines - ASA foi um voo de passageiros de Atlanta para Brunswick, no estado americano da Geórgia. O avião em questão era um duplo turboélice Embraer EMB-120RT Brasília, prefixo N270AS, de fabricação nacional, projetado para voos curtos com até 30 passageiros.
Dois pilotos experientes estavam no controle, incluindo um capitão que foi um dos primeiros nos Estados Unidos a ser treinado para voar o EMB-120. Neste voo em particular, 20 passageiros e três tripulantes embarcaram no avião, incluindo Sonny Carter, um astronauta com a tripulação do Ônibus Espacial Discovery; e o ex-senador americano John Tower, republicano do Texas e líder do inquérito Iran Contra.
Desconhecido para qualquer pessoa dentro ou fora do avião, havia um problema escondido na unidade de controle da hélice (PCU) no motor esquerdo. A hélice foi projetada para girar a uma velocidade constante, enquanto a saída de empuxo era controlada pelo ajuste da pena das pás.
A pena de uma pá de hélice é o seu ângulo em relação à direção de rotação, com zero grau denominado "plano" e noventa graus denominado "embandeirado". A PCU traduziu os comandos do piloto em embandeiramento da hélice, traduzindo a pressão do óleo em movimento de torção.
O movimento de torção foi conferido às lâminas por um eixo denominado tubo de transferência. Estrias, ou dentes em forma de engrenagem, no tubo de transferência combinados com estrias semelhantes no interior de um cilindro oco chamado pena. A pena se conectou de volta a um parafuso esférico que converteu a pressão do óleo para frente em rotação.
O problema dizia respeito à pena e ao tubo de transferência. Ambos os componentes metálicos foram endurecidos por meio de um tratamento denominado nitretação. No entanto, o fabricante da hélice, Hamilton Standard, decidiu tratar o tubo de transferência com um processo chamado nitretação de titânio que tornava o metal ainda mais duro do que a nitretação normal.
Esta foi considerada uma pequena alteração e não precisava de certificação especial. O Hamilton Standard testou para certificar-se de que as estrias nitretadas de titânio no tubo de transferência não causariam desgaste anormal nas estrias ligeiramente mais macias da pena. O teste não apresentou problemas.
No entanto, no teste, a superfície do tubo de transferência era lisa, enquanto os tubos de transferência reais que foram instalados frequentemente tinham superfícies mais ásperas. Durante um período de vários meses, as estrias nitretadas de titânio no tubo de transferência deste motor em particular tinham se desgastado contra as estrias da pena como uma lima toda vez que o ângulo da pena da hélice era alterado. No momento do voo 2311, as ranhuras da pena haviam desaparecido quase totalmente.
No entanto, a pena foi considerada uma parte menor que não afetava a segurança de voo e só precisava ser inspecionada se falhasse. Isso ocorreu porque o Hamilton Standard havia demonstrado que se a pena falhasse e a PCU parasse de mudar o ângulo da lâmina, então as lâminas se moveriam naturalmente para a posição segura emplumada.
Se as lâminas estiverem embandeiradas, o motor não fornecerá empuxo, mas não causará arrasto excessivo ou qualquer outra coisa que possa colocar em risco o voo seguro.
Isso era o oposto da posição sem penas ou plana, na qual as lâminas bloqueariam o fluxo de ar sobre a asa e causariam uma grave perda de sustentação. Uma vez que as lâminas se moveriam para penas se a pena falhasse, não era considerado perigoso e não exigia inspeção de rotina.
Com a pena na hélice esquerda à beira da falha, os pilotos testaram a PCU durante as verificações pré-voo e ambas as hélices embandeiraram normalmente. O voo 2311 subsequentemente taxiou para a pista e decolou normalmente para Brunswick com 23 pessoas a bordo. Durante o curto voo, cada vez que os pilotos mudavam a configuração de empuxo no motor esquerdo, o tubo de transferência desgastava um pouco mais as estrias muito corroídas da pena.
Minutos antes de o voo 2311 pousar em Glynco Jetport, em Brunswick, a pena parou de acasalar totalmente com o tubo de transferência. Agora, girar o tubo de transferência não moveria a pena, interrompendo todo o controle da pena sobre a hélice esquerda.
Como o Hamilton Standard havia demonstrado, na ausência de qualquer entrada da PCU, o ângulo das lâminas da hélice começou a flutuar lentamente em direção à posição segura das penas. Mas então, inexplicavelmente, o movimento do ângulo da lâmina inverteu a direção e iniciou uma descida inexorável em direção a zero grau!
Os pilotos notaram que o avião estava começando a se mover para a esquerda à medida que o ângulo da lâmina mais plana exercia um arrasto assimétrico na asa esquerda. Eles tentaram embandeirar a hélice, ordenando que ela se movesse a 72 graus, mas não houve resposta.
A uma taxa de 7,5 graus por minuto, as pás da hélice esquerda se moveram cada vez mais perto do plano e o avião tornou-se cada vez mais difícil de controlar. Os pilotos martelaram os pedais do leme e aplicaram o aileron direito total para neutralizar o enorme arrasto.
As pás da hélice quase planas estavam bloqueando quase totalmente o fluxo de ar sobre uma grande parte da asa esquerda, diminuindo drasticamente a sustentação e causando um agravamento da margem esquerda. Quando o ângulo da lâmina caiu abaixo de 20 graus, a perda assimétrica de sustentação tornou-se tão grande que a tripulação não conseguiu contê-la usando os controles de voo.
O avião inclinou-se fortemente para a esquerda e mergulhou em direção ao solo. O ângulo final das pás da hélice esquerda era de apenas três graus.
Em uma descida íngreme e com inclinação de noventa graus, o voo 2311 bateu em uma floresta a poucos quilômetros do aeroporto, matando instantaneamente todas as 23 pessoas a bordo.
As mortes de Sonny Carter e John Tower trouxeram considerável atenção do público para o que de outra forma foi um pequeno acidente. Os investigadores foram prejudicados pelo fato de que o avião não era grande o suficiente para carregar qualquer caixa preta.
A partir de evidências físicas nos destroços, eles determinaram que a pena de PCU havia parado de acasalar com o tubo de transferência porque estava desgastada pelas estrias nitruradas de titânio mais duras no tubo de transferência.
O teste de Hamilton Standard não previu isso porque o tubo de transferência real era mais áspero do que o usado no teste. Depois de descobrir esse problema, penas gastas foram encontradas em várias outras aeronaves Embraer EMB-120 Brasília. As penas gastas e os tubos de transferência nitretados de titânio foram todos recolhidos e substituídos.
O maior mistério era por que a hélice não falhou em direção à posição segura de penas, embora o teste de solo do Hamilton Standard tenha mostrado que deveria. Somente realizando um teste de voo com o ângulo da lâmina fechado em um mínimo de 22 graus é que os investigadores descobriram que, quando uma pena falhava em voo, as lâminas inicialmente se moviam em direção a "penas", mas então inverteriam a direção e se moveriam em direção a "planas".
Isso porque o Hamilton Standard havia realizado seu teste em um laboratório com o motor fixado ao chão, o que não levava em conta as vibrações e pressões aerodinâmicas que atuariam na hélice em voo. Como o teste do tubo de transferência nitretado de titânio, este teste não refletiu com precisão as condições do mundo real.
Em duas ocasiões distintas, os testes do Hamilton Standard falharam em prever como suas hélices se comportariam em voo, levando a um acidente que ninguém previu. Obviamente, havia uma dura lição a ser aprendida sobre a diferença crítica entre os testes de laboratório e de voo.
Infelizmente, não é possível fazer o teste de voo em todas as falhas possíveis. Em vez disso, desde a queda do voo 2311, o software de simulação por computador tornou-se ordens de magnitude mais poderoso e preciso e é capaz de prever mais modos de falha que poderiam ter escapado às rachaduras em 1991.
Além disso, foram introduzidas inspeções periódicas para componentes da PCU, incluindo a pena e o tubo de transferência. Juntas, essas melhorias tornam muito improvável que uma hélice volte a ser tão mal projetada.
Edição de texto e imagens por Jorge Tadeu (site Desastres Aéreos)
Com Admiral Cloudberg, ASN, Wikipedia - Imagens são obtidas em Mayday, Wikipedia, NTSB, FAA e Arquivos do Bureau of Air Accidents. Clipes de vídeo cortesia de Mayday (Cineflix).
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