NOÇÕES DE FUNCIONAMENTO DO PILOTO AUTOMÁTICO DE UM HELICÓPTERO

Quando falamos de “Piloto Automático” muitas outras perguntas são feitas. O que é?, Como funciona? Existem de verdade? Neste artigo vamos explicar alguns conceitos sobre os pilotos automáticos de helicópteros. Esperamos que você aproveite bem essa introdução e participe conosco fazendo o curso. Clique em MAIS INFORMAÇÕES para continuar lendo.

Generalidades

Um helicóptero evolui sobre seus eixos provocando três movimentos de rotação a partir do seu centro de gravidade, são eles:

Arfagem; q = estabilização longitudinal; D q = variação da estabilização longitudinal

Rolamento; J = estabilização lateral (inclinação); D J = variação da estabilização lateral

Guinada; y = captura de proa; D y = variação da captura de proa em azimute.

Os parâmetros q , J , e y , estado fixado de modo a obter a trajetória escolhida para o helicóptero, é conveniente limitar (suprimir em voo) as variações de D q , D J , e D y , provocadas pelas perturbações atmosféricas na qual a aeronave evolui. Esta é a tarefa básica do piloto a cada instante e no tempo que se segue, manter o helicóptero na linha de vôo.

O quarto eixo – o eixo vertical

Além dos eixos básicos de pilotagem os helicópteros podem possuir um quarto eixo chamado de eixo do coletivo que controla o voo vertical e permite a pilotagem com trajetórias mistas como por exemplo a transição de translação para pairado ou vice-versa de forma automática.

Introdução ao Piloto Automático (PA)

O helicóptero é uma aeronave difícil de pilotar. Além da instabilidade que lhe é própria, algumas evoluções como no voo a baixa altura, no voo pairado e no voo de grande desempenho vertical ou horizontal, não é permitido ao piloto largar, em nenhum momento, os comandos de voo. Por outro lado, quando o piloto atua sobre os comandos de voo, esta atuação não terá só efeito no eixo desejado, há a necessidade de se fazer correções nos outros eixos. Uma atuação no passo coletivo, obriga o piloto a corrigir o eixo de guinada (pedais) e o eixo de arfagem (cíclico).

Observando-se estes fatos, vemos a necessidade de se criar uma ajuda a pilotagem nos helicópteros, ou seja, criar uma estabilização artificial para compensar os efeitos secundários sobre os comandos de voo. Para isso várias soluções foram desenvolvidas, mecânicas e eletro-mecânicas. Estas soluções em alguns casos permitem ao piloto largar os comandos de voo por alguns momentos além de obter ajuda significativa durante as evoluções que requer grande precisão de pilotagem.

O sistema estabilizador mais importante que dispomos é conhecido como “piloto automático”. Este sistema é parte integrante dos comandos de voo dos helicópteros. São atuadores inteligentes, montados em série com a cadeia de comando, controlado por um computador que recebe de vários sensores espalhados na aeronave. Você não deve confundir o piloto automático com os SAS (sistemas aumentadores de estabilidade). Este sistemas apenas anulam as velocidades angulares nos eixos de pilotagem requeridos e são transmitidas aos atuadores, que modificam a posição do comando de vôo, para efetuar a correção. Estes sistemas podem oferecer , a um curto intervalo de tempo, a manutenção das atitudes longitudinais, laterais e de proa. Cabe ao piloto acompanhar as evoluções e fazer as correções necessárias.

Funções do PA

Os pilotos automáticos, além da função de estabilização (D q e D J ), permitem efetuar manobras automáticas sem intervenção do piloto. Permite a manutenção de uma proa (D y ) antes definida, manter uma altitude escolhida, efetuar pairado, manter uma razão de subida, efetuar uma curva coordenada e arremetidas. Quando têm os modos superiores instalados efetuam vôos com captura de trajetórias mistas seguindo um feixe de rádio capturado pelo sistema de navegação da aeronave.

Os pilotos automáticos são compostos de elementos que executam funções:

1.           indicação das referências (sensores);

2.           detecção das variações ou desvios (girômetros ou acelerômetros);

3.           elaboração das ordens de pilotagem (computador de pilotagem);

4.           agem sobre os comandos de voo (sevos de pilotagem);

Sensores do PA

Sensores instalados na aeronave, informam a um computador a atitude (e suas variações D q e D J ) através de um giroscópio vertical com dois graus de liberdade em arfagem e rolamento. Um giroscópio direcional informa a variação da proa (D y ).

Uma central anemo-barométrica informa as condições de pressão estática e dinâmica, ou seja, a altitude pressão e a velocidade relativa do ar sobre os helicópteros. Acelerômetros instalados na aeronave informam a derrapagem lateral. Potenciômetros instalados nos comandos de voo indicam a posição dos comandos.

 

Quando os pilotos automáticos são mais sofisticados e excutam manobras em modos acoplados efetuando controle de trajetórias, os equipamentos de rádio navegação atuam como sensores. Dizemos que este tipo de PA trabalha em modos superiores.

Princípio funcional do PA

Todas as informações necessárias ao voo chegam ao computador do PA enviada pelos sensores. A escolha da forma de pilotagem é efetuada pelo piloto através do “posto de comando do PA”. As atitudes e as proas de referências são aquelas que o helicóptero mantêm no momento em que o piloto acopla o PA.

 

A partir das novas informações introduzidas no posto de comando do PA, o computador elabora ordens de pilotagem para levar a aeronave à nova condição desejada. Neste circuito alguns passos acontecem até o sistema entrar em equilíbrio:

 

1. A referência inicial é aquela em que se encontra o helicóptero no momento em que o piloto acopla o PA.

2. Através do posto de comando do PA, o piloto elabora uma ordem de pilotagem. A aeronave é levada a nova posição e assim permanece.

3. Se por um motivo externo qualquer (vento, turbulência, etc.) a aeronave desvia sua posição em relação a posição desejada.

4. Um sensor detecta uma diferença entre o valor de referência antes estabelecido (posição desejada) e a nova condição de vôo da aeronave.

5. O computador, componente inteligente do sistema, calcula o desvio entre o valor de referência e a posição atual, em seguida elabora uma ordem de pilotagem que é transmitida aos atuadores. A elaboração desta ordem supõe o conhecimento do comportamento do helicóptero. Este comportamento é formado por equações matemáticas introduzidas no computador do PA chamadas “leis de pilotagem”.

 

6. Os atuadores ou servos de pilotagem têm o papel de executar, através dos comandos de vôo, a ordem elaborada pelo computador do PA. Eles atuam sobre os comandos de vôo provocando uma inclinação do disco do rotor ou sobre o comando do rotor de cauda (pela variação do passo do rotor de cauda) de maneira a anular o desvio detectado. Estes atuadores podem ser do tipo elétrico ou hidráulico conforme o tipo de helicóptero.

 

Instalação na Aeronave

Uma aeronave que possui PA necessita de algumas alterações na cadeia de comando para instalação dos servos de pilotagem que são ligados em série com a cadeia de comando e um sistema de alimentação de corrente alternada (instalação de inversores estáticos).

 

Os sensores instalados na maioria dos casos não interferem nas outras instalações. Muitas vezes eles até melhoram a definição técnica da aeronave, pois obrigam a instalação de instrumentos e equipamentos mais precisos e sofisticados.

Outro aspecto é o peso da instalação. Para helicópteros de pequeno porte (categoria leve) a instalação de um PA pode ser inviável, por causa do custo e do peso do conjunto que iria reduzir significativamente a carga transportada (carga paga).

 Fonte: Blog Heliways