3.Ailerons e flaperons: como funcionam no controle de rolamento

O que é o movimento de rolamento?

Rolamento é o movimento da aeronave ao redor do seu eixo longitudinal, uma linha imaginária que atravessa o avião do nariz até a cauda.

Quando a aeronave rola para a esquerda:

• a asa esquerda desce;
• a asa direita sobe;
• o avião se inclina para iniciar ou corrigir uma curva.

Quando o rolamento é comandado para a direita, ocorre o movimento inverso.

Nos aviões convencionais, esse movimento é produzido principalmente pelos ailerons. No Boeing 777, os flaperons e os spoilers de voo também participam do controle lateral.

O que são os ailerons?

Os ailerons são superfícies móveis instaladas no bordo de fuga das asas, em uma região relativamente afastada da fuselagem. Sua função principal é produzir o momento de rolamento necessário para inclinar a aeronave.

Normalmente, os ailerons deslocam-se em sentidos opostos:

• quando o aileron de uma asa sobe, o da asa oposta desce;
• essa diferença de posição modifica a sustentação produzida em cada lado;
• como resultado, surge um momento de rolamento.

Quando um aileron sobe, ele reduz a curvatura efetiva daquela região da asa e tende a diminuir a sustentação local. Quando o aileron da asa oposta desce, aumenta a curvatura local e tende a elevar a sustentação naquele lado.

Essa diferença de sustentação faz uma asa subir enquanto a outra desce, inclinando a aeronave.

O que é um flaperon?

O nome flaperon resulta da combinação das palavras flap e aileron.

Essa superfície pode exercer duas funções principais:

1. atuar como um aileron interno durante os comandos de rolamento;
2. deslocar-se para baixo durante a extensão dos flaps, contribuindo para a configuração hipersustentadora da asa.

No Boeing 777, há um flaperon em cada asa. Durante o controle lateral, ele trabalha de maneira coordenada com os ailerons e os spoilers de voo.

O flaperon não precisa apresentar exatamente a mesma deflexão do aileron. O sistema calcula quanto cada superfície deve se mover de acordo com o comando aplicado, a velocidade, a altitude, a configuração da aeronave e as leis de controle ativas.

As superfícies de controle lateral do Boeing 777

Na configuração utilizada como exemplo, cada asa do Boeing 777 possui:

• um aileron;
• um flaperon;
• spoilers de voo que também podem auxiliar no rolamento.

Assim, existem dois ailerons e dois flaperons participando do controle lateral da aeronave.

O aileron está localizado mais externamente na asa, enquanto o flaperon ocupa uma região mais interna do bordo de fuga. Essa distribuição permite combinar diferentes superfícies para produzir uma resposta adequada em várias condições de voo.

Como o piloto comanda o rolamento?

No Boeing 777, o piloto gira o manche, também chamado de control wheel, para a esquerda ou para a direita.

Os manches do comandante e do primeiro-oficial são mecanicamente interligados. Quando um deles é girado, o manche do outro lado acompanha o movimento.

Essa interligação permite que os dois pilotos percebam imediatamente a direção e a intensidade do comando lateral aplicado.

Entretanto, os cabos e mecanismos existentes na cabine não movimentam diretamente os ailerons e os flaperons. O deslocamento do manche é medido por transdutores, que convertem sua posição em sinais elétricos enviados ao sistema eletrônico de controle de voo.

Dessa forma, o Boeing 777 conserva controles convencionais na cabine, mas utiliza processamento eletrônico para comandar as superfícies externas.

Mecanismo de sensação e centralização

Em uma aeronave com controles mecânicos convencionais, parte das forças aerodinâmicas pode ser percebida pelo piloto através dos comandos.

Em um sistema fly-by-wire, essas forças não são transmitidas diretamente das superfícies até o manche. Por isso, o Boeing 777 utiliza um mecanismo de sensação e centralização.

Esse mecanismo:

• oferece resistência progressiva ao giro do manche;
• ajuda o piloto a perceber a intensidade do comando;
• tende a devolver o manche à posição neutra quando ele é liberado.

Quanto maior o deslocamento do manche, maior tende a ser a força necessária para continuar o movimento. Isso produz uma sensação artificial semelhante à encontrada em aeronaves com comandos mecânicos tradicionais.

Do movimento do manche até as superfícies

Quando o manche é girado, transdutores de posição detectam o deslocamento e enviam sinais para as unidades chamadas Actuator Control Electronics, conhecidas pela sigla ACE.

As ACEs fazem a interface entre:

• os transdutores dos controles da cabine;
• os computadores primários de voo;
• os atuadores hidráulicos das superfícies.

Os sinais são transmitidos aos Primary Flight Computers, ou PFCs. Esses computadores aplicam as leis de controle de voo e calculam a posição necessária para cada superfície.

Depois dos cálculos, os comandos retornam às ACEs, que os convertem em sinais apropriados para controlar individualmente os atuadores hidráulicos.

A comunicação entre os componentes eletrônicos do sistema ocorre por barramentos digitais de dados. Na arquitetura original do Boeing 777, essa comunicação utiliza redes baseadas no padrão ARINC 629.

Atuação hidráulica dos ailerons e flaperons

Os comandos são processados eletronicamente, mas a força necessária para movimentar as superfícies é produzida pelo sistema hidráulico.

Cada aileron e cada flaperon é movimentado por dois atuadores hidráulicos eletricamente comandados. Portanto, as quatro superfícies utilizam um total de oito atuadores:

• dois no aileron esquerdo;
• dois no aileron direito;
• dois no flaperon esquerdo;
• dois no flaperon direito.

Esses atuadores são normalmente denominados Power Control Units, ou PCUs.

As PCUs recebem comandos elétricos das ACEs, mas utilizam pressão hidráulica para produzir a força necessária ao deslocamento das superfícies.

Redundância hidráulica

Os dois atuadores instalados em uma mesma superfície são alimentados por sistemas hidráulicos diferentes.

Essa distribuição fornece redundância, porque a perda isolada de um sistema hidráulico ou de um canal de atuação não provoca necessariamente a perda completa do comando daquela superfície.

A combinação de computadores, canais eletrônicos, sensores e fontes hidráulicas independentes é uma característica essencial de sistemas de controle de voo utilizados em aeronaves de transporte.

Exemplo de rolamento para a esquerda

Para compreender o funcionamento, considere um comando de rolamento para a esquerda.

O piloto gira o manche para a esquerda. Depois que os sinais são processados pelas ACEs e pelos PFCs, as superfícies podem ser comandadas da seguinte maneira:

• o aileron esquerdo desloca-se para cima;
• o flaperon esquerdo desloca-se para cima;
• o aileron direito desloca-se para baixo;
• o flaperon direito desloca-se para baixo.

Na asa esquerda, a elevação do bordo de fuga reduz a curvatura efetiva daquela região e diminui a sustentação local.

Na asa direita, o deslocamento das superfícies para baixo aumenta a curvatura e eleva a sustentação local.

Como resultado:

• a asa esquerda tende a descer;
• a asa direita tende a subir;
• a aeronave inicia o rolamento para a esquerda.

Para um comando de rolamento para a direita, ocorre o movimento inverso.

Por que as superfícies não se movem igualmente?

Os ailerons e os flaperons não precisam apresentar a mesma deflexão para produzir o rolamento desejado.

Os PFCs consideram fatores como:

• intensidade do comando do piloto;
• velocidade da aeronave;
• altitude;
• posição dos flaps;
• condição das superfícies disponíveis;
• leis de controle ativas;
• limites estruturais e características de estabilidade.

Isso permite ao sistema produzir a resposta necessária sem utilizar mais deflexão do que o necessário.

Redução da atuação dos ailerons em alta velocidade

Superfícies instaladas nas regiões externas das asas possuem um grande braço de alavanca em relação ao eixo longitudinal da aeronave.

Em determinadas condições de voo, especialmente em velocidades elevadas e com os flaps recolhidos, os ailerons mais externos podem ter sua participação reduzida ou ser mantidos próximos da posição aerodinamicamente alinhada.

Essa lógica ajuda a:

• evitar sensibilidade lateral excessiva;
• reduzir esforços estruturais nas partes externas das asas;
• produzir comandos de rolamento mais suaves.

Nessas condições, o controle de rolamento continua sendo realizado pelos flaperons e pelos spoilers de voo disponíveis.

O papel dos spoilers no controle de rolamento

Embora este artigo seja dedicado aos ailerons e flaperons, os spoilers também participam do sistema lateral do Boeing 777.

Durante um comando de rolamento, determinados spoilers podem subir sobre a asa que precisa descer.

Quando um spoiler sobe:

• reduz a sustentação naquela asa;
• aumenta o arrasto local;
• ajuda a aeronave a inclinar-se.

Dessa forma, a resposta lateral pode ser produzida por uma combinação coordenada entre ailerons, flaperons e spoilers.

Monitoramento da posição das superfícies

O sistema não apenas envia uma ordem para movimentar um aileron ou flaperon. Ele também verifica continuamente se a superfície realmente atingiu a posição comandada.

Sensores instalados nos atuadores informam a posição real das superfícies às ACEs e aos PFCs.

O sistema compara:

• a posição calculada e comandada;
• a posição efetivamente medida.

Se ainda houver diferença entre elas, o sistema continua ajustando o atuador até reduzir o erro.

Essa malha fechada de controle permite:

• controle preciso da deflexão;
• sincronização entre os atuadores;
• detecção de falhas;
• monitoramento permanente das superfícies;
• correção de diferenças entre as PCUs.

Como o sistema evita conflitos entre os atuadores?

Como cada superfície possui dois atuadores, ambos precisam trabalhar de maneira coordenada.

Caso uma PCU tentasse manter a superfície em uma posição ligeiramente diferente daquela solicitada pela outra, poderiam surgir esforços internos indesejados.

Por isso, o sistema monitora parâmetros hidráulicos, diferenças de pressão e a atuação de cada unidade. Os comandos podem ser ajustados para evitar conflitos e manter o movimento equilibrado.

Controle de rolamento pelo piloto automático

Quando o piloto automático está engatado, o comando lateral não precisa começar pela rotação manual do manche.

O sistema automático de voo calcula a inclinação necessária para seguir a trajetória selecionada. Os PFCs determinam a resposta adequada e enviam os comandos às ACEs, que controlam as PCUs.

O piloto automático utiliza, portanto, a mesma arquitetura básica de processamento e atuação das superfícies empregada nos comandos manuais.

Movimento dos manches pelo sistema de backdrive

O Boeing 777 possui atuadores de backdrive conectados aos controles da cabine.

Durante uma curva comandada pelo piloto automático, esses atuadores movimentam os manches na mesma direção do comando aplicado às superfícies.

Se o piloto automático iniciar uma curva para a esquerda, por exemplo, os manches também giram para a esquerda.

Esse movimento não é necessário para transmitir a ordem aos ailerons e flaperons. Sua função é fornecer aos pilotos uma indicação visual e tátil do que o sistema automático está fazendo.

Compensação dos ailerons

A compensação lateral, conhecida como aileron trim, reduz a necessidade de o piloto manter continuamente uma força sobre o manche quando existe uma tendência persistente de rolamento.

Essa tendência pode estar relacionada a condições como:

• distribuição assimétrica de peso;
• diferenças aerodinâmicas;
• configurações ou falhas assimétricas;
• variações de empuxo ou arrasto.

No eixo de rolamento, a compensação não corresponde necessariamente ao deslocamento de uma única superfície.

O comando pode envolver simultaneamente os ailerons, os flaperons e outras superfícies de controle lateral. Por isso, a indicação de aileron trim está relacionada a uma posição equivalente do manche.

Como funciona o comando de aileron trim?

Quando o seletor de compensação é acionado, o sistema comanda um atuador que reposiciona os manches na direção selecionada.

Os mesmos transdutores utilizados durante um comando manual detectam essa nova posição. A partir daí, a sequência de processamento torna-se semelhante à de uma entrada aplicada diretamente pelo piloto:

1. o atuador de trim gira os manches;
2. os transdutores detectam a nova posição;
3. as ACEs recebem os sinais;
4. os PFCs calculam os comandos laterais;
5. as ACEs controlam as PCUs;
6. os ailerons e flaperons são reposicionados.

Quando o piloto libera o seletor, o atuador mantém os manches na posição compensada, conservando o comando necessário sem exigir força contínua do piloto.

Funcionamento do flaperon durante a extensão dos flaps

Durante a extensão dos flaps, o flaperon pode deslocar-se para baixo para acompanhar a configuração hipersustentadora da asa.

Mesmo nessa condição, ele continua capaz de produzir comandos diferenciais de rolamento.

Sua posição básica pode estar rebaixada junto com os flaps, enquanto o sistema ainda consegue elevar um flaperon em relação à posição programada e baixar o flaperon oposto.

Essa capacidade permite modificar a sustentação entre as duas asas e conservar o controle lateral durante as fases de baixa velocidade.

Integração entre sistemas mecânicos, eletrônicos e hidráulicos

O funcionamento dos ailerons e flaperons no Boeing 777 demonstra a integração de diferentes tecnologias dentro do sistema primário de controle de voo.

Componente mecânico

Os pilotos utilizam manches convencionais e mecanicamente interligados dentro da cabine.

Componente eletrônico

Transdutores convertem os movimentos dos manches em sinais elétricos, que são interpretados pelas ACEs e processados pelos PFCs.

Componente hidráulico

As PCUs utilizam pressão hidráulica para movimentar fisicamente os ailerons e flaperons.

Essa arquitetura permite reunir:

• sensação de pilotagem convencional;
• precisão de controle digital;
• redundância;
• monitoramento de falhas;
• integração com o piloto automático;
• distribuição inteligente dos comandos;
• proteção estrutural e do envelope de voo.