4. Flaps de aeronaves: funcionamento, tipos, acionamento e importância no sistema de alta sustentação

Embora o vídeo utilize o Boeing 777 como referência, este artigo apresenta o funcionamento dos flaps de maneira geral. A arquitetura exata, a quantidade de superfícies, os modos de operação, as fontes de potência e as proteções variam entre modelos de aeronaves. Para manutenção ou operação, devem ser utilizados exclusivamente os manuais e documentos aprovados aplicáveis à aeronave.

O que são os flaps?

Os flaps são superfícies móveis instaladas, na maioria das aeronaves, no bordo de fuga das asas. Eles integram o sistema de alta sustentação, normalmente em conjunto com dispositivos instalados no bordo de ataque, como slats ou flaps de bordo de ataque.

Quando estendidos, os flaps modificam o perfil aerodinâmico da asa. Dependendo do tipo de flap e de sua trajetória, podem aumentar:

• a curvatura do perfil;
• a área efetiva da asa;
• o coeficiente de sustentação;
• o coeficiente de arrasto.

O objetivo principal é permitir que a aeronave produza sustentação suficiente em velocidades menores, condição necessária principalmente durante a decolagem e o pouso.

O que significa alta sustentação?

A sustentação produzida por uma asa pode ser representada, de forma simplificada, pela seguinte relação:

Nessa expressão, L representa a sustentação, ρ a densidade do ar, V a velocidade, S a área da asa e C_L o coeficiente de sustentação.

Quando a velocidade diminui, a sustentação tende a cair de forma significativa. Para compensar essa redução durante a decolagem e o pouso, a aeronave precisa aumentar o coeficiente de sustentação da asa. Os flaps ajudam a obter esse resultado ao modificar temporariamente sua geometria aerodinâmica.

O que acontece quando os flaps são estendidos?

A extensão dos flaps altera o escoamento de ar ao redor da asa. Em geral, a asa passa a produzir mais sustentação para uma mesma velocidade e para determinado ângulo de ataque.

Ao mesmo tempo, o arrasto também aumenta. A proporção entre o ganho de sustentação e o aumento de arrasto depende do tipo de flap, do ângulo selecionado, da geometria da asa, da velocidade da aeronave, da integração com dispositivos de bordo de ataque e da configuração definida pelo fabricante.

Em posições menores, normalmente utilizadas na decolagem, procura-se aumentar a sustentação sem criar arrasto excessivo. Em posições maiores, normalmente associadas ao pouso, o aumento do arrasto também é útil, pois ajuda a aeronave a reduzir a velocidade e a controlar a trajetória de aproximação.

Os flaps reduzem a velocidade de estol?

De maneira geral, a extensão dos flaps aumenta o coeficiente máximo de sustentação da asa. Como resultado, a aeronave consegue sustentar seu peso em uma velocidade menor.

Isso significa que a velocidade de estol na configuração com flaps normalmente é inferior à velocidade de estol da configuração limpa. Entretanto, o valor exato depende da posição dos flaps, do peso, da configuração e do modelo da aeronave.

Essa redução não significa que a aeronave deixe de poder entrar em estol. Os flaps ampliam a capacidade de sustentação, mas o estol ainda pode ocorrer quando o ângulo de ataque crítico é ultrapassado.

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Principais tipos de flaps

Existem diferentes tipos de flaps, escolhidos de acordo com o desempenho, a complexidade, o peso e a missão da aeronave.

Flap simples

O flap simples é articulado no bordo de fuga e gira para baixo ao redor de uma linha de dobradiça. Sua deflexão aumenta principalmente a curvatura da asa. É uma solução relativamente simples, mas normalmente oferece menor incremento de sustentação quando comparada a sistemas mais complexos.

Flap dividido

No flap dividido, apenas a porção inferior do bordo de fuga é defletida, enquanto a superfície superior permanece praticamente inalterada. Esse tipo produz aumento de sustentação, mas também pode gerar bastante arrasto.

Flap com fenda

O flap com fenda cria uma abertura entre a asa e o próprio flap quando é estendido. Parte do ar de maior pressão da região inferior passa por essa abertura e é direcionada para a superfície superior do flap.

Esse fluxo ajuda a manter o escoamento aderido por mais tempo, permitindo maior deflexão e maior coeficiente de sustentação antes da separação do fluxo. Sistemas mais complexos podem utilizar flaps de fenda simples, dupla ou tripla.

Flap Fowler

O flap Fowler primeiro se desloca para trás e depois para baixo. Esse movimento aumenta simultaneamente a curvatura e a área efetiva da asa. Por isso, é comum em aeronaves que precisam de elevado desempenho de alta sustentação.

Flaps internos e externos

Em aeronaves de maior porte, é comum que os flaps sejam divididos em seções internas e externas. Os flaps internos ficam mais próximos da fuselagem, enquanto os flaps externos ficam mais afastados, em direção à ponta da asa.

Essa divisão permite distribuir as cargas e adaptar a deflexão às características estruturais e aerodinâmicas da asa. Em algumas aeronaves, as seções internas e externas possuem geometrias diferentes. Uma pode ser de fenda simples, enquanto outra pode utilizar duas ou mais partes móveis.

Como o piloto comanda os flaps?

O piloto normalmente seleciona a configuração por meio de uma alavanca de flaps, localizada no pedestal central ou no console da cabine.

A alavanca possui posições determinadas pelo fabricante. Dependendo da aeronave, essas posições podem ser indicadas por números, graus, palavras como UP, TAKEOFF ou LAND, ou por combinações de slats e flaps.

O movimento da alavanca representa um comando. Em sistemas simples, esse comando pode ser transmitido diretamente por cabos ou mecanismos. Em aeronaves modernas, a posição é normalmente detectada por sensores ou transdutores e enviada a unidades eletrônicas responsáveis por controlar e monitorar o sistema.

Sistemas mecânicos, hidráulicos e elétricos

O acionamento dos flaps pode utilizar diferentes fontes de potência:

• esforço manual;
• motores elétricos;
• motores hidráulicos;
• combinações eletro-hidráulicas;
• sistemas com modos normal, secundário ou alternativo.

Em aviões menores, um motor elétrico pode movimentar diretamente um mecanismo central ou parafusos de acionamento. Em aeronaves comerciais maiores, é comum encontrar uma unidade central de potência que distribui movimento para os dois lados da asa.

O que é a PDU?

PDU significa Power Drive Unit, ou Unidade de Acionamento de Potência.

A PDU é o conjunto que recebe energia de um motor hidráulico, elétrico ou de ambos e a transforma em movimento mecânico para acionar o sistema de flaps.

Em uma arquitetura típica, a sequência pode ser resumida assim:

A caixa de engrenagens da PDU adapta a velocidade de rotação e o torque disponíveis. Em seguida, o movimento é distribuído para os lados esquerdo e direito da asa.

Tubos de torque

Os tubos de torque são eixos rotativos que transmitem o movimento da unidade central até os mecanismos instalados ao longo das asas.

Como a geometria interna da asa não permite necessariamente uma linha totalmente reta, o sistema pode incluir juntas, acoplamentos, caixas de engrenagens angulares, suportes, limitadores e sensores de rotação.

Transmissões, fusos e atuadores

O movimento rotativo transportado pelos tubos de torque precisa ser convertido no movimento necessário para estender ou recolher os flaps.

Uma solução comum utiliza caixa de transmissão, fuso de esferas, porca móvel, braço de acionamento e trilho ou viga de suporte. Quando o fuso gira, a porca se desloca longitudinalmente. Esse deslocamento movimenta braços e suportes conectados ao flap.

O resultado pode combinar deslocamento para trás, deslocamento para baixo, rotação e mudança de ângulo entre diferentes elementos do flap.

Trilhos e carenagens dos flaps

Muitos flaps, especialmente os do tipo Fowler, movem-se sobre trilhos ou mecanismos guiados.

Na parte inferior da asa, algumas aeronaves apresentam estruturas alongadas conhecidas popularmente como carenagens dos trilhos dos flaps. Essas carenagens cobrem componentes do mecanismo e reduzem a interferência aerodinâmica causada pelos trilhos e transmissões.

Elas não são os próprios flaps. Sua função é envolver e proteger partes do sistema, além de suavizar o escoamento externo.

Como o sistema sabe onde os flaps estão?

Sensores de posição monitoram o movimento das superfícies ou dos elementos de transmissão. Dependendo do projeto, eles podem medir a posição angular do flap, o deslocamento linear, a rotação do tubo de torque, a posição da alavanca ou a posição de atuadores e transmissões.

A unidade de controle compara a posição selecionada com a posição medida. Ao atingir a configuração comandada, o sistema interrompe o motor ou fecha a válvula de controle.

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Assimetria dos flaps

Uma das condições mais críticas é a assimetria, na qual os flaps de uma asa não acompanham corretamente os da outra.

Essa diferença pode produzir variação significativa de sustentação e arrasto entre as asas, resultando em um momento de rolagem indesejado.

Por isso, sistemas de aeronaves de transporte incluem meios para monitorar a posição dos lados esquerdo e direito, detectar diferenças de movimento, interromper o acionamento, impedir que a condição se agrave e alertar a tripulação.

Skew ou desalinhamento

Além da assimetria entre asas, pode ocorrer um desalinhamento dentro de uma mesma superfície.

Esse fenômeno, frequentemente chamado de skew, pode acontecer quando um lado do flap avança mais do que o outro. O flap pode ficar torcido em relação aos seus trilhos ou pontos de acionamento.

O monitoramento pode utilizar sensores instalados nas transmissões, nos tubos de torque ou nos próprios mecanismos. Quando um desalinhamento ultrapassa os limites previstos, o sistema pode interromper o movimento para evitar danos maiores.

Modos normal, secundário e alternativo

Modo normal ou primário

É o modo utilizado durante a operação normal. O comando da alavanca passa pela unidade eletrônica, que utiliza a fonte principal de potência e controla automaticamente a posição.

Modo secundário

Pode ser acionado automaticamente após determinadas falhas do modo principal. O modo secundário pode utilizar outra fonte de potência, um motor elétrico, lógica de controle reduzida ou velocidade de movimento menor.

Modo alternativo

É utilizado quando a tripulação precisa comandar diretamente a extensão ou retração por meio de controles alternativos. Em alguns projetos, o sistema alternativo não possui parada automática em todas as posições. Nesse caso, a tripulação precisa observar a indicação e desligar o comando quando a posição desejada for alcançada.

Relação entre flaps, ailerons e flaperons

A extensão dos flaps modifica a aerodinâmica de toda a asa. Em algumas aeronaves modernas, o sistema de controle de voo também ajusta outras superfícies para melhorar o desempenho na configuração de baixa velocidade.

Essas superfícies podem incluir ailerons, flaperons, spoilers e o estabilizador horizontal.

Um flaperon combina funções de flap e aileron. Ele pode se deslocar para baixo junto com os flaps para contribuir com a alta sustentação e continuar realizando movimentos diferenciais para ajudar no controle de rolagem.

Flaps na decolagem

Na decolagem, normalmente se utiliza uma posição parcial de flaps. O objetivo é aumentar a sustentação e reduzir a velocidade necessária para sair do solo, mantendo o arrasto dentro de limites adequados.

Uma extensão excessiva pode gerar arrasto elevado e prejudicar a aceleração e a subida. Por esse motivo, a configuração de decolagem é calculada de acordo com fatores como peso da aeronave, comprimento da pista, temperatura, altitude do aeroporto, vento, obstáculos, condição da pista e desempenho requerido.

Flaps no pouso

Durante o pouso, os flaps costumam ser estendidos progressivamente.

Configurações maiores permitem aproximação em menor velocidade, maior arrasto, melhor controle da energia e menor distância de pouso, dentro das condições previstas.

Entretanto, a extensão também altera a atitude, a compensação, a potência necessária e as características de estol.

Por que existe uma velocidade máxima para os flaps?

Os flaps e seus mecanismos são projetados para operar dentro de limites específicos de carga aerodinâmica.

Em velocidades elevadas, as forças sobre as superfícies, trilhos, atuadores e transmissões podem aumentar significativamente. Por isso, existe uma velocidade máxima permitida para cada configuração.

Essa limitação é normalmente identificada como VFE, a velocidade máxima com os flaps estendidos.

Ultrapassar essa velocidade pode causar sobrecarga estrutural, danos aos mecanismos, deformações, falha de componentes e necessidade de inspeção de manutenção. Os valores de VFE devem ser obtidos exclusivamente nos documentos aprovados da aeronave.

Contaminação e inspeção

Flaps, slats e demais superfícies críticas precisam estar livres de gelo, neve, geada e outras contaminações antes do voo.

A contaminação pode alterar o escoamento, reduzir a sustentação, aumentar o arrasto e impedir o funcionamento correto dos mecanismos.

Na manutenção, também devem ser observados trilhos e roletes, carenagens, atuadores, transmissões, tubos de torque, acoplamentos, sensores, fixadores, sinais de vazamento hidráulico, folgas, desgastes, danos por objetos estranhos, corrosão, lubrificação e sincronismo das superfícies.

Os critérios de inspeção e os limites de desgaste devem ser retirados dos manuais aplicáveis.

O Boeing 777 como exemplo

No vídeo que acompanha este conteúdo, o Boeing 777 é usado para demonstrar uma arquitetura de sistema mais complexa.

O exemplo mostra como a seleção feita na cabine pode ser processada eletronicamente e transformada em acionamento hidráulico ou elétrico. O movimento é então distribuído por meio de uma unidade de acionamento, tubos de torque, transmissões e fusos conectados aos flaps.

O vídeo também apresenta conceitos como flaps internos e externos, flap de fenda simples, flap de fenda dupla, sensores de posição, PDU, FSEU, modo primário, modo secundário, acionamento alternativo e integração com ailerons e flaperons.

Esses elementos ajudam a compreender como uma aeronave de transporte pode controlar, monitorar e proteger um sistema de alta sustentação. Entretanto, não devem ser usados como descrição universal para todas as aeronaves.

Pontos essenciais

Os flaps são dispositivos de alta sustentação instalados normalmente no bordo de fuga das asas.

Quando estendidos, alteram a curvatura e, em alguns tipos, a área efetiva da asa. Isso aumenta a capacidade de sustentação e permite operar em velocidades menores.

O aumento de sustentação é acompanhado por aumento de arrasto, especialmente em configurações maiores.

O sistema pode ser acionado mecanicamente, eletricamente, hidraulicamente ou por uma combinação dessas tecnologias.

Em aeronaves complexas, computadores e sensores monitoram a posição, sincronizam as superfícies, interrompem o movimento quando a posição selecionada é alcançada e atuam diante de falhas.

Para pilotos e profissionais de manutenção, é essencial entender que o funcionamento geral pode ser estudado de forma comparativa, mas os procedimentos, limites, modos de falha e critérios de inspeção são sempre específicos de cada modelo.