Tecnicamente, você pode estolar uma aeronave em qualquer velocidade. Vamos dar uma olhada em como eles acontecem e alguns casos em que a recuperação não foi bem-sucedida.
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| Airbus A330-200 da Air France (Foto: Telsek/Shutterstock) |
Em 1º de junho de 2009, o voo 447 da Air France estava em rota do Rio de Janeiro para Paris quando desapareceu do radar sobre o Atlântico durante uma tempestade. De acordo com o relatório da investigação francesa, os sensores de velocidade, também conhecidos como tubos de pitot, do Airbus A330 congelaram, resultando em leituras incorretas e no desligamento do piloto automático.
O Bureau d'Enquêtes et d'Analyses (BEA) disse que, embora os pilotos pudessem ter salvado o avião, eles fizeram o contrário do que seria necessário, puxando o avião até um ponto em que ele estolou. A Air France e a Airbus escaparam recentemente da acusação de homicídio culposo em relação ao acidente. Não importa quem foi o culpado, não há como negar a tragédia de um dos piores desastres aéreos da história moderna. Mas o que exatamente é um estol e o que o causa?
Um estol é uma condição em que a aeronave perde altitude e controle. É um dos fenômenos mais incompreendidos. Muitos acreditam que um estol é causado por uma perda de velocidade, mas isso é incorreto. A velocidade da aeronave não tem nada a ver com estol. Tecnicamente, você pode estolar uma aeronave em qualquer velocidade. Vamos dar uma olhada mais de perto nos fatores envolvidos.
Compreendendo o aerofólio, a camada limite e o ângulo de ataque
As asas de uma aeronave são essencialmente aerofólios. Um aerofólio pode produzir sustentação com grande eficiência. O ponto inicial de um aerofólio é conhecido como bordo de ataque e o final dele é conhecido como bordo de fuga. Tem a forma de uma lágrima e tem uma área de espessura máxima onde o elevador está mais concentrado. Ele também possui uma linha de corda, que é essencialmente uma linha reta que une a borda de ataque e a borda de fuga.
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| Aerofólio (Imagem: Oxford ATPL) |
À medida que o ar flui sobre um aerofólio, as partículas em contato com o aerofólio são levadas com ele e têm uma velocidade de zero. As partículas adjacentes aceleram para a velocidade do fluxo livre em uma magnitude crescente à medida que se afastam do aerofólio. Da superfície do aerofólio até o ponto onde a viscosidade do ar não afeta mais o fluxo de ar é conhecida como camada limite. Para poder gerar sustentação, a asa ou o aerofólio precisa de uma camada limite anexada.
Conforme discutido anteriormente, a sustentação e, portanto, a pressão mais baixa em um aerofólio ocorre na região de espessura máxima. O fluxo de ar à frente da espessura e atrás da espessura geralmente experimenta uma pressão maior. É importante entender que o ar gosta de fluir de uma região de maior pressão para uma região de menor pressão.
Assim, na frente do aerofólio existe uma região de pressão favorável e logo atrás dela existe uma região de pressão desfavorável. Essa pressão desfavorável é conhecida como gradiente de pressão adverso. À medida que o ar se move do ponto de espessura máxima, a velocidade do fluxo de ar diminui, o que também reduz a energia cinética do fluxo. Isso acontece devido ao atrito da pele. Devido à velocidade de fluxo reduzida, o gradiente de pressão adverso continua a aumentar.
O fluxo de ar não pode continuar seu caminho contra um gradiente de pressão adverso crescente. O gradiente de pressão adverso faz com que as partículas de ar mais lentas (aquelas mais próximas do aerofólio) parem de se mover e, em algum ponto, o fluxo se separa do aerofólio. Isso é chamado de ponto de separação. Além desse ponto, ocorre a reversão do fluxo. Esta é a física de uma tenda.
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| A separação do fluxo ocorre quando a camada limite carece de energia cinética para lutar contra o aumento do gradiente adverso de pressão (Imagem: tec-science) |
O ângulo entre o fluxo de ar relativo e a corda do aerofólio é conhecido como ângulo de ataque. À medida que o ângulo de ataque aumenta, a sustentação gerada pela asa aumenta à medida que as linhas de corrente se aproximam. O outro efeito do aumento do ângulo de ataque é que ele faz com que a região de pressão mínima se mova para frente no aerofólio.
Como resultado, uma parte maior da asa fica exposta ao gradiente de pressão adverso e, assim, com o aumento do ângulo de ataque, o aerofólio se aproxima de um estol. O ângulo de ataque no qual ocorre o estol é conhecido como ângulo de ataque crítico. Este é o único fator que pode resultar em estol. Portanto, um estol em uma aeronave é um problema de ângulo de ataque.
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| Curva de elevação (Imagem: Oxford ATPL) |
O que acontece com uma aeronave durante um estol e como os pilotos se recuperam?
Quando o ângulo de ataque da asa é aumentado além do ângulo de ataque crítico, a aeronave entra em estol, onde a asa não gera mais sustentação. O comportamento de uma aeronave durante um estol varia de aeronave para aeronave. Mas existem algumas indicações comuns. Uma das primeiras indicações de um estol iminente é o golpe aerodinâmico, o que significa que o avião vibra. Este buffet é causado pelo ar separado que atinge a cauda da aeronave.
A recuperação de um estol é bastante direta. Tudo o que um piloto deve fazer é empurrar o nariz para baixo e nivelar as asas se a aeronave estiver inclinada. Essa ação reduz o ângulo de ataque e reconecta o fluxo de ar sobre a asa. Uma vez recuperada, a aeronave pode ser puxada para trás da atitude de nariz para baixo e a potência adicionada para voltar à trajetória de voo anterior.
Um dos tipos de estol mais difíceis de se recuperar é o estol de alta altitude. Em grandes altitudes, o ar é mais rarefeito. Portanto, quando uma aeronave entra em estol nessas altitudes, leva muito tempo para se recuperar. A recuperação é a mesma. Empurre o nariz para baixo até que o fluxo de ar seja restabelecido. No entanto, devido ao ar muito rarefeito, pode ser necessária uma grande perda de altitude para finalmente sair do estol. Pode levar cerca de 10.000 a 12.000 pés para se recuperar se uma aeronave entrar em estol, digamos a cerca de 35.000 pés.
Recomenda-se deixar o empuxo do motor em marcha lenta durante a recuperação, principalmente naquelas aeronaves com motores acoplados sob as asas. Como o vetor de empuxo desses motores atua abaixo do centro de gravidade (CG) da aeronave, o acréscimo de empuxo do motor pode fazer com que o ângulo de ataque aumente, o que pode piorar a situação. Como discutido anteriormente, o voo 447 da Air France caiu depois de entrar em um estol em grande altitude.
Em algumas aeronaves a hélice, o uso da potência do motor na recuperação do estol pode ser benéfico. Isso ocorre porque a hélice causa aceleração do fluxo de ar sobre a asa e, às vezes, ajuda a recolocar o fluxo de ar nas asas. O Airbus A400M tem uma velocidade de estol 20 nós mais lenta quando estolado com todos os seus motores de 32.000 cavalos de potência ajustados em potência de subida.
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| Airbus A400M (Foto: Julian Herzog via Wikimedia Commons) |
Dispositivos de alerta de estol e sistemas de recuperação de estol
A maioria das aeronaves de transporte modernas são equipadas com dispositivos de alerta de estol. Os sistemas de alerta são projetados de forma que um aviso de estol iminente seja dado ao piloto antes que a aeronave entre em estol. Os regulamentos dizem que tais avisos devem ocorrer 5 nós antes que a aeronave atinja sua velocidade de estol de referência (Vsr).
Um dos métodos mais comuns usados para avisar os pilotos de um estol é o shaker do manche. O stick shaker sacode os controles do piloto usando um motor para chamar a atenção do piloto.
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| Piloto na cabine (Foto: lightpoet/Shutterstock) |
O stick shaker funciona em ligação com um sistema que detecta uma parada. Muitas aeronaves utilizam uma palheta de ângulo de ataque, que é fixada na fuselagem. A parte da palheta está livre para flutuar. À medida que o ar flui sobre a palheta, ela se move e registra o ângulo de ataque. Esses dados são continuamente enviados para os computadores de alerta de travamento. Quando o ângulo de ataque excede o limite definido, o stick shaker é ativado.
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| Sensor AOA (Foto: JCV127 via Wikimedia Commons) |
Às vezes, os aviões também são equipados com empurradores de alavanca. O sistema pusher empurra fisicamente os controles se a aeronave chegar perto de um estol.
Como os aviões são projetados para atrasar o estol
O retardo de estol é importante, pois permite que os fabricantes construam uma aeronave com melhor desempenho. Não é apenas importante retardar o estol, mas também projetar uma aeronave com características de estol favoráveis.
Um dos tipos mais perigosos de estol é conhecido como estol de ponta, onde as pontas das asas estolam antes da raiz. Os estols de ponta podem causar quedas das asas e reduzir a eficácia dos ailerons , o que ajuda a controlar o rolamento. Em asas retas, isso não é um problema. No entanto, a maioria dos transportes tem asas cônicas ou enflechadas, que em sua forma natural, tendem a estolar nas pontas.
Para evitar estol de ponta, alguns fabricantes prendem as asas à fuselagem de forma que a raiz da asa esteja em um ângulo de incidência maior do que a ponta. Isso garante que a raiz da asa atinja um ângulo crítico mais rápido que a ponta, promovendo um estol de raiz. Uma outra maneira é usar uma faixa de estol. A tira é um pequeno aerofólio (triangular) preso à raiz da asa. Isso estimula a separação precoce do fluxo na raiz e força a raiz a parar mais rápido do que as pontas.
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| Geradores de vórtice nas asas de um Boeing 737 NG (Foto: FathirLeone por Wikimedia) |
Para atrasar o estol, os projetistas de aeronaves tiveram muitas ideias inteligentes. Uma delas é o uso de geradores de vórtice. Esses geradores de vórtice são pequenas estruturas semelhantes a lâminas que estão presas às asas. Eles geram vórtices, causando um fluxo turbulento. Como o fluxo turbulento tem mais energia cinética, isso dá uma chance de luta da asa contra o gradiente de pressão adverso e, com isso, o fluxo de ar pode permanecer preso à asa por períodos mais longos.
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| Os strakes nos motores ajudam a retardar um estol (Foto: Aeroporto Internacional de Denver) |
O uso de strakes do motor também atrasa as paradas. Os motores muito grandes de alta taxa de desvio usados hoje às vezes afetam a capacidade de elevação das asas. Quando os strakes são encaixados na nacele do motor, o strake gera vórtices e adiciona energia à camada limite em um alto ângulo de ataque, assim como os geradores de vórtice. Isso mantém o fluxo de ar preso à asa e evita a entrada em estol precoce.
Outros acidentes causados por estol
Outra grande tragédia causada por um estol ocorreu em 28 de dezembro de 2014, quando o AirAsia QZ8501 transportando 162 pessoas de Surabaya, na Indonésia, para Cingapura, caiu no mar de Java logo após subir para evitar grandes nuvens de tempestade. Uma rachadura em um minúsculo módulo eletrônico causou alertas repetidos aos pilotos, que responderam reiniciando o sistema. Como resultado, o piloto automático foi desativado e o Airbus A320 desviou para a esquerda.
A tripulação lutou para endireitar o avião, que parou e caiu. As investigações descobriram que a equipe de manutenção estava ciente do problema, que ocorreu nada menos que 23 vezes durante o ano, e redefinir o sistema foi um método de resolvê-lo.
Em 4 de abril de 1994, o voo KLM Cityhopper 433 caiu após a perda de controle da aeronave durante uma arremetida durante um pouso de emergência. O voo foi operado por um Saab 340. O acidente foi atribuído a um erro do piloto devido ao uso inadequado dos controles de voo durante uma aceleração desigual após um curto-circuito que forneceu leituras defeituosas da pressão do óleo para um dos motores. Isso resultou na morte de três pessoas, incluindo o capitão e dois passageiros.
Em 2005, em 16 de agosto, um McDonnell Douglas MD-82 pertencente à West Caribbean Airlines caiu após um estol, matando todos os 160 ocupantes. O avião estava indo do Panamá para a Martinica quando a velocidade da aeronave diminuiu gradualmente para 33.000 pés. Isso ocorreu porque a aeronave estava operando muito alto, uma vez que o sistema antigelo estava ligado, utilizando o ar sangrado dos motores e reduzindo assim a quantidade de empuxo que eles podem produzir.
Um boletim explicando como lidar com a situação foi compartilhado com a companhia aérea pelo fabricante, mas nunca chegou aos pilotos. Outros erros agravaram a gravidade da situação, e o avião caiu em uma fazenda de gado na Venezuela.
Por Jorge Tadeu com Simple Flying
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