Reversão de impulso - Thrust reversal

Reversores de empuxo implantados no motor CFM56 de um Airbus A321

Reversor de empuxo , também chamado de impulso invertido , é o desvio temporário de um motor de avião de impulso para que ele atue contra o movimento para a frente da aeronave, proporcionando desaceleração . Sistemas reversores de empuxo são apresentados em muitas aeronaves a jato para ajudar a desacelerar logo após o toque, reduzindo o desgaste dos freios e permitindo distâncias de pouso mais curtas. Esses dispositivos afetam a aeronave de forma significativa e são considerados importantes para operações seguras pelas companhias aéreas . Já ocorreram acidentes envolvendo sistemas de reversão de empuxo, inclusive fatais.

O empuxo reverso também está disponível em muitas aeronaves movidas a hélice por meio da reversão das hélices de passo controlável para um ângulo negativo. O conceito equivalente para um navio é chamado de propulsão a ré .

Princípio e usos

Inversor tipo alvo semi-desdobrado de um motor RB.199 para o Panavia Tornado , um dos poucos caças com reversão de empuxo

Uma rolagem de pouso consiste em um toque, levando a aeronave à velocidade de taxiamento e, eventualmente, a uma parada completa. No entanto, a maioria dos motores a jato comerciais continua a produzir empuxo para a frente, mesmo quando ociosos, agindo contra a desaceleração da aeronave. Os freios do trem de pouso da maioria das aeronaves modernas são suficientes em circunstâncias normais para parar a aeronave por si só, mas por questões de segurança e para reduzir o estresse nos freios, outro método de desaceleração é necessário. Em cenários que envolvem mau tempo, onde fatores como neve ou chuva na pista reduzem a eficácia dos freios, e em emergências como decolagens rejeitadas , essa necessidade é mais pronunciada.

Um método simples e eficaz é inverter a direção do fluxo de escapamento do motor a jato e usar a potência do próprio motor para desacelerar. Idealmente, o fluxo de exaustão invertido seria direcionado para a frente. No entanto, por razões aerodinâmicas , isso não é possível, e um ângulo de 135 ° é considerado, resultando em menos eficácia do que seria possível de outra forma. A reversão de empuxo também pode ser usada em vôo para reduzir a velocidade no ar, embora isso não seja comum em aeronaves modernas. Existem três tipos comuns de sistemas de reversão de empuxo usados ​​em motores a jato: os sistemas de alvo, concha e fluxo frio. Algumas aeronaves movidas a hélice equipadas com hélices de passo variável podem reverter o empuxo mudando o passo de suas pás. A maioria dos aviões comerciais tem tais dispositivos e também tem aplicações na aviação militar.

Tipos de sistemas de reversão de empuxo

As aeronaves pequenas normalmente não possuem sistemas de reversão de empuxo, exceto em aplicações especializadas. Por outro lado, aeronaves grandes (aquelas pesando mais de 12.500 lb) quase sempre têm a capacidade de reverter o empuxo. Motor alternativo , turboélice e aeronaves a jato podem ser projetados para incluir sistemas de reversão de empuxo.

Aeronave movida a hélice

Hélices de passo variável de um E-2C Hawkeye
Um reversor de empuxo tipo alvo sendo implantado
Alvo reversor de empuxo 'balde' implantado nos motores Tay de um Fokker 100

Aeronaves movidas a hélice geram empuxo reverso mudando o ângulo de suas hélices de passo controlável de modo que as hélices direcionem seu empuxo para frente. Esse recurso de empuxo reverso tornou-se disponível com o desenvolvimento de hélices de passo controlável, que mudam o ângulo das pás da hélice para fazer uso eficiente da potência do motor em uma ampla gama de condições. O empuxo reverso é criado quando o ângulo de inclinação da hélice é reduzido de fino para negativo. Isso é chamado de posição beta.

Aeronaves com motor a pistão tendem a não ter empuxo reverso, no entanto as aeronaves turboélice geralmente têm. Os exemplos incluem PAC P-750 XSTOL , Cessna 208 Caravan e Pilatus PC-6 Porter .

Uma aplicação especial do empuxo reverso é o uso em hidroaviões multimotores e barcos voadores . Essas aeronaves, ao pousarem na água, não possuem o método de frenagem convencional e devem contar com slaloming e / ou reversão, bem como o arrasto da água para desacelerar ou parar. Além disso, o empuxo reverso é frequentemente necessário para manobras na água, onde é usado para fazer curvas fechadas ou mesmo propulsionar a aeronave em reverso, manobras que podem ser necessárias para sair de um cais ou praia.

Avião a jato

Em aeronaves que usam motores a jato, a reversão do empuxo é realizada fazendo com que a explosão do jato flua para a frente. O motor não funciona ou gira em marcha à ré; em vez disso, dispositivos de reversão de empuxo são usados ​​para bloquear a explosão e redirecioná-la para frente. Motores de alta taxa de desvio geralmente invertem o empuxo mudando a direção apenas do fluxo de ar do ventilador, uma vez que a maior parte do empuxo é gerada por esta seção, em oposição ao núcleo. Existem três sistemas de reversão de empuxo de motor a jato em uso comum:

Tipo de alvo

O reversor de empuxo de alvo usa um par de portas do tipo 'balde' operadas hidraulicamente para reverter o fluxo de gás quente. Para propulsão para a frente, essas portas formam o bocal de propulsão do motor. Na implementação original desse sistema no Boeing 707 , e ainda comum hoje, duas caçambas reversoras eram articuladas de forma que, quando acionadas, bloqueavam o fluxo traseiro do escapamento e o redirecionavam para um componente dianteiro. Este tipo de reversor é visível na parte traseira do motor durante a implantação.

Tipo concha

O sistema de porta em concha é operado pneumaticamente . Quando ativadas, as portas giram para abrir os dutos e fechar a saída normal, fazendo com que o impulso seja direcionado para frente.

Tipo cascata

O reversor de empuxo em cascata é comumente usado em motores turbofan. Em motores turbojato, este sistema seria menos eficaz do que o sistema de destino, pois o sistema em cascata apenas faz uso do fluxo de ar do ventilador e não afeta o núcleo do motor principal, que continua a produzir impulso para a frente.

Grelha de saída em concha aberta (motor externo) em um turbofan Rolls-Royce Conway de um VC10

Tipo de fluxo frio

Inversão de empuxo da porta pivotante vista nos motores CFM-56 do Finnair Airbus A340-300

Além dos dois tipos usados ​​em motores turbojato e turbofan de bypass baixo, um terceiro tipo de reversor de empuxo é encontrado em alguns motores turbofan de bypass alto. As portas no duto de derivação são usadas para redirecionar o ar que é acelerado pela seção do ventilador do motor, mas não passa pela câmara de combustão (chamada de ar de derivação) de modo que fornece empuxo reverso. O sistema reversor de fluxo frio é ativado por um motor pneumático. Durante a operação normal, as palhetas de impulso reverso são bloqueadas. Na seleção, o sistema dobra as portas para bloquear o bocal final do jato frio e redireciona esse fluxo de ar para as palhetas em cascata. Este sistema pode redirecionar o fluxo de exaustão do ventilador e do núcleo.

O sistema de fluxo frio é conhecido por sua integridade estrutural, confiabilidade e versatilidade. Durante a ativação do reversor de empuxo, uma luva montada em torno do perímetro da nacela do motor da aeronave se move para trás para expor as palhetas em cascata que atuam para redirecionar o fluxo do ventilador do motor. Este sistema reversor de empuxo pode ser pesado e difícil de integrar em naceles que abrigam motores grandes.

Reversor de empuxo tipo fluxo frio sendo implantado em um Boeing 777-300.

Operação

Inverta as alavancas de empuxo à frente das alavancas principais, vistas em um Boeing 747-8

Na maioria das configurações de cockpit, o empuxo reverso é definido quando as alavancas de empuxo estão em marcha lenta, puxando-as ainda mais para trás. O empuxo reverso é normalmente aplicado imediatamente após o toque, geralmente junto com spoilers , para melhorar a desaceleração no início da rolagem de pouso, quando a elevação aerodinâmica residual e a alta velocidade limitam a eficácia dos freios localizados no trem de pouso. O empuxo reverso é sempre selecionado manualmente, usando as alavancas anexadas às alavancas ou movendo as alavancas para uma 'porta' de empuxo reverso.

A desaceleração antecipada fornecida pelo empuxo reverso pode reduzir a rolagem de pouso em um quarto ou mais. Os regulamentos ditam, entretanto, que uma aeronave deve ser capaz de pousar em uma pista sem o uso de reversão de empuxo, a fim de ser certificada para pousar lá como parte do serviço regular da companhia aérea .

Quando a velocidade da aeronave diminui, o empuxo reverso é desligado para evitar que o fluxo de ar invertido jogue detritos na frente das entradas do motor, onde podem ser ingeridos, causando danos por objetos estranhos . Se as circunstâncias exigirem, o empuxo reverso pode ser usado até uma parada, ou mesmo para fornecer empuxo para empurrar a aeronave para trás, embora rebocadores de aeronaves ou barras de reboque sejam mais comumente usados ​​para esse propósito. Quando o empuxo reverso é usado para empurrar uma aeronave para trás do portão, a manobra é chamada de powerback . Alguns fabricantes alertam contra o uso deste procedimento durante condições de gelo, pois o uso de empuxo reverso em solo coberto de neve ou lama pode fazer com que a lama, água e descongeladores de pista fiquem no ar e adiram às superfícies das asas.

Se a potência total do empuxo reverso não for desejável, o empuxo reverso pode ser operado com o acelerador ajustado para menos que a potência total, mesmo em marcha lenta, o que reduz o estresse e o desgaste dos componentes do motor. O empuxo reverso às vezes é selecionado em motores em marcha lenta para eliminar o empuxo residual, em particular em condições de gelo ou escorregadias, ou quando a explosão do jato dos motores pode causar danos.

Operação em voo

Um vórtice tornado visível como powerback é usado em um Boeing C-17 Globemaster III

Algumas aeronaves, especialmente algumas aeronaves russas e soviéticas , são capazes de usar com segurança o empuxo reverso em vôo, embora a maioria deles seja movida a hélice. Muitos aviões comerciais, entretanto, não podem. O uso do empuxo reverso em vôo tem várias vantagens. Ele permite uma desaceleração rápida, permitindo mudanças rápidas de velocidade. Também evita o aumento da velocidade normalmente associado a mergulhos íngremes, permitindo a perda rápida de altitude , o que pode ser especialmente útil em ambientes hostis, como zonas de combate, e ao fazer abordagens íngremes para terra.

A série Douglas DC-8 de aviões comerciais foi certificada para empuxo reverso em vôo desde a entrada em serviço em 1959. Seguro e eficaz para facilitar descidas rápidas em velocidades aceitáveis, no entanto, produziu danos significativos à aeronave, então o uso real era menos comum em voos de passageiros e mais comum em voos de carga e ferry, onde o conforto do passageiro não é uma preocupação.

O Hawker Siddeley Trident , um avião comercial de 120 a 180 assentos, era capaz de descer a até 10.000 pés / min (3.050 m / min) com o uso de empuxo reverso, embora essa capacidade raramente fosse usada.

O avião supersônico Concorde poderia usar o empuxo reverso no ar para aumentar a razão de descida. Apenas os motores internos foram usados, e os motores foram colocados em marcha lenta reversa apenas em vôo subsônico e quando a aeronave estava abaixo de 30.000 pés de altitude. Isso aumentaria a razão de descida para cerca de 10.000 pés / min.

O Boeing C-17 Globemaster III é uma das poucas aeronaves modernas que usa empuxo reverso em vôo. A aeronave fabricada pela Boeing é capaz de implantação em vôo de empuxo reverso em todos os quatro motores para facilitar descidas táticas íngremes de até 15.000 pés / min (4.600 m / min) em ambientes de combate (uma taxa de descida de pouco mais de 170 mph, ou 274 km / h). O Lockheed C-5 Galaxy , lançado em 1969, também tem capacidade de ré em vôo, embora apenas nos motores internos.

O Saab 37 Viggen (retirado em novembro de 2005) também tinha a capacidade de usar o empuxo reverso antes do pouso, para encurtar a pista necessária, e taxiar após o pouso, permitindo que muitas estradas suecas dobrassem como pistas de guerra .

A aeronave de treinamento do ônibus espacial , um Grumman Gulfstream II altamente modificado , usou o empuxo reverso em vôo para ajudar a simular a aerodinâmica do ônibus espacial para que os astronautas pudessem praticar pousos. Uma técnica semelhante foi empregada em um Tupolev Tu-154 modificado, que simulava o ônibus espacial russo Buran .

Eficácia

A quantidade de empuxo e potência gerada são proporcionais à velocidade da aeronave, tornando o empuxo reverso mais eficaz em altas velocidades. Para máxima eficácia, deve ser aplicado rapidamente após o toque. Se ativado em velocidades baixas, é possível que ocorram danos por objetos estranhos . Há algum perigo de uma aeronave com reversores de empuxo aplicados momentaneamente deixar o solo novamente devido ao efeito do empuxo reverso e ao efeito de inclinação do nariz para cima dos spoilers . Para aeronaves suscetíveis a tal ocorrência, os pilotos devem tomar cuidado para obter uma posição firme no solo antes de aplicar o empuxo reverso. Se aplicado antes que o volante do nariz entre em contato com o solo, há uma chance de implantação assimétrica causando uma guinada incontrolável para o lado de maior empuxo, pois dirigir a aeronave com o volante do nariz é a única maneira de manter o controle da direção de viagem nesta situação.

O modo de empuxo reverso é usado apenas por uma fração do tempo de operação da aeronave, mas o afeta muito em termos de projeto , peso, manutenção , desempenho e custo. As penalidades são significativas, mas necessárias, uma vez que fornece força de parada para margens de segurança adicionais, controle direcional durante rolagens de pouso e ajuda em decolagens rejeitadas e operações em solo em pistas contaminadas onde a eficácia normal de frenagem é diminuída. As companhias aéreas consideram os sistemas de reversão de empuxo uma parte vital para atingir o nível máximo de segurança operacional da aeronave .

Acidentes e incidentes relacionados à reversão de empuxo

A implantação em vôo do empuxo reverso contribuiu diretamente para as colisões de várias aeronaves de transporte:

Veja também

Referências

links externos