UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AERONÁUTICA
Prof. Odenir de Almeida
Faculdade de Engenharia Mecânica
Alexandre Felipe Medina Corrêa
André Santiago Beires
Arthur Octávio Dias
Darlan Machado de Souza
Sistemas Eletro-Eletrônicos Embarcados
Uberlândia - MG
2011
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Alexandre Felipe Medina Corrêa
André Santiago Beires
Arthur Octávio Dias
Darlan Machado de Souza
Sistemas Eletro-Eletrônicos Embarcados
Trabalho apresentado à disciplina de Fundamentos de Aeronáutica I como exigência parcial para a aprovação da mesma.
Uberlândia
2011
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Índice
Lista de Figuras e Tabelas pág.04 1-Introdução pág.05 2-Componentes Eletro-Eletrônicos Embarcados pág.06 2.1. Aviônica pág.06 2.1.1. Dispositivos em Aeronaves pág.06 2.1.2. Dispositivos de Missões Táticas pág.07 2.2. APU ( Unidade de Potência Auxiliar) pág.08 2.3. Geradores dos Motores e Baterias pág.10 3-Instrumentos de Vôo e Navegação pág.11 3.1. Sistema de Pitot-Estático pág.11 3.2. Altímetro pág.12 3.3. Indicador de Velocidade Vertical (VSI) pág.14 3.4. Indicador de Velocidade (AI) pág.15 3.5. Indicador de Atitude (AI) pág.16 3.6. Bússola Magnética e Indicador de Direção (HI) pág.17 3.7. Indicador de Desvio de Curso (CDI) pág.17 3.8. Indicador Rádio Magnético (RMI) pág.18 3.9. Indicador de Curva e Inclinação (TI) pág.19 4-Descrição de um Cockpit Moderno pág.21 4.1. Instrumentos de Vôo pág.23 4.1.1. MPC – Painel de Controle pág.23 4.1.2. PFD – Display Primário de Vôo pág.24 4.1.3. Display de Navegação pág.24 4.1.4. EICAS/EICAM pág.24 4.1.5. FMS – Sistema de Controle de Vôo pág. 24 4.2. Glass Cockpit pág.24 5-Inovações pág.26 5.1. Aviônicos do jato KC-390 da Embraer pág.26 5.2. Modernização de caças F-5 da FAB pág.27 5.3. Sistemas das Aeronaves CN-235 pág.28 6-Conclusão pág.29 7-Bibliografia pág.30
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Lista de Figuras e Tabelas
Figura 2.1 – APU no fim da cauda de um Airbus A380
Figura 2.2 – GPU em funcionamento em aeronave
Figura 3.1 – Ilustração do Sistema de Pitot-Estático
Figura 3.2 – Estrutura interna de um Altímetro
Figura 3.3 – Visualização da face de um Altímetro
Figura 3.4 – Mostrador de um Indicador de Velocidade Vertical
Figura 3.5 – Interior de um VSI
Figura 3.6 – Mostrador de um Indicador de Velocidade
Figura 3.7 – Diagrama do interior de um ASI
Figura 3.8 – Mostrador de um Indicador de Atitude
Figura 3.9 – Mostrador de um Indicador de Desvio de Curso
Figura 3.10 – Mostrador de um Indicador Rádio Magnético
Figura 3.11 – Modelo de Indicador de curva ou inclinação
Figura 4.1 – Cockpit primitivo do De Havilland Hornet Moth, 1936
Figura 4.2 – Cockpit do Dassault Rafale
Figura 4.3 – Cockpit do Airbus A320
Figura 4.4 – Glass Cockpit do Ônibus Espacial
Figura 5.1 – Painel Pro Line Fusion da Rockwell Collins
Figura 5.2 – Caça F-5EM do Esquadrão Pampa
Figura 5.3 - Aeronave CASA CN-235 da Força Aérea da República da
Coréia do Sul (RoKAF)
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1-Introdução Meios de transporte em geral têm a bordo vários dispositivos que auxiliam seu
manuseio. Um dos grandes desafios encontrados nos séculos XX e XXI foi a capacitação humana para o desenvolvimento e aprimoramento de dispositivos e equipamentos que tornassem mais simples e completa a arte de se locomover. Tendo em vista o advento da aviação esse desenvolvimento quebrou todas as barreiras já existentes, e temos hoje estruturas que foram aprimoradas de modo a tornar o vôo mais completo, já que o piloto tem em mãos dispositivos que o informam sobre vários parâmetros de vôo, facilitando tal realização. Informações essas que nem se sonhava obter no início da aviação.
Aviões, helicópteros, ônibus espaciais, aeronaves não-tripuladas e outros tipos
de aeronaves contam a bordo com uma série de dispositivos para auxiliar em sua manobrabilidade, manutenção e garantia de um vôo seguro. O conjunto de todos os equipamentos eletro-eletrônicos está inserido na aviônica, a eletrônica da aviação. São incluídos nos sistemas aviônicos: sistemas de navegação e comunicação, piloto automático e os sistemas de controle de vôo; sistemas diretamente sob controle do piloto. Também são incluídos por vez alguns sistemas eletrônicos a bordo não diretamente relacionados com a pilotagem, como sistema de vídeo para passageiros.
O objetivo desse trabalho é promover um maior conhecimento sobre os sistemas
de vôo e entender melhor o funcionamento dos principais dispositivos e instrumentos de vôo, dos sistemas eletro-eletrônicos embarcados na aeronave.
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2-Componentes Eletro-Eletrônicos Embarcados 2.1. Aviônica
Aviônica é um termo que deriva de duas palavras: “aviação” e “eletrônica”. Compreendem todos os sistemas eletro-eletrônicos em uso em aeronaves, satélites artificiais e espaçonaves como sistemas de comunicação, navegação e display e gerenciamento de múltiplos sistemas. Inclui também os vários sistemas instalados na aeronave de atuação individual, de uma simples luz de busca de um helicóptero ou um complicado sistema táctico de plataforma de Alerta Aéreo. Os sistemas aviônicos podem ser considerados como o cérebro das aeronaves.
O termo aviônica acredita ser atribuído ao jornalista Philip J. Klass. Foi desenvolvida nos anos 1970 através da necessidade militar de precisão. Assim sendo, as aeronaves militares se tornaram plataforma de sensores voadoras, com isso fazem com que todo o equipamento eletrônico trabalhe juntos para novos desafios e cumprimento da missão com precisão. Hoje, aviônica é constituinte da maior parte do orçamento de uma aeronave militar.
O mercado da aviação civil tem visto crescimento no custo da aviônica. Sistemas de controle de vôo (fly-by-wire) e novas necessidades de navegação em espaço aéreo mais “apertado” têm aumentado o desenvolvimento nessa área e também os custos. Quanto mais pessoas começam a usar aeronaves como método primário de transporte mais elaborados são os métodos de controle dos aviões. Assim ocorre o aumento do número de microprocessadores e também a presença de pequenos transdutores, semicondutores e dispositivos opticoeletrônicos, além de uma central de analise dos dados coletados e enviados pelo cockpit.
2.1.1. Dispositivos em Aeronaves
Em uma aeronave a maior parte do equipamento aviônico encontra-se no cockpit; desde o controle à monitoramento, navegação, anti-colisão e indicação do tempo.
Através dos sistemas de navegação é possível determinar a posição e direção da aeronave. Aviônica utiliza de sistemas em satélites como GPS e WAAS, sistemas terrestres de posicionamento como VOR e LORAN, combinando os dois para melhor determinação da posição. Equipamentos mais arcaicos necessitavam que um piloto ou navegador plotassem a intersecção dos sinais recebidos em um mapa para determinar, sem muita precisão, a localização. Equipamentos modernos calculam a posição automaticamente e mostram os dados para a tripulação em um display.
Como inovação, temos os cockpits “de vidro” (Glass Cockpit), que começaram a ser introduzidos no jato particular Gulfstream G-IV em 1985. Sistemas de display e
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monitoramento fornecem através de sensores dados que permitem um vôo mais seguro. Muitas informações que não eram mostradas ou sensoriadas hoje estão presentes nos displays das aeronaves modernas.
Aviões e aeronaves possuem meios automáticos de controle de vôo. Além de reduzir a carga sobre o piloto durante a decolagem e pouso, tornam o vôo mais seguro com a “redução” da falha humana. O advento do fly-by-wire e superfícies de vôo com atuadores elétricos (ao invés do atuador hidráulico) também aumentaram a segurança.
Aumentando a segurança de vôo e suplementando o controle de tráfego aéreo, hoje as aeronaves possuem a bordo um sistema de prevenção de colisão e alerta de tráfego (TCAS, em inglês Traffic Alert and Collision Avoidance System), que detecta a localização de aeronaves nas proximidades e provê instruções para evitar uma possível colisão. Para ajudar também na prevenção de colisões com o solo as aeronaves utilizam um sistema de aviso da proximidade com o solo, que tem como instrumento base o altímetro.
Sistemas como o “radar do tempo” e detectores de raios são muito importantes para vôos noturnos e também na determinação das condições metereológicas, quando não é possível que o piloto tenha a visualização da atual condição climática. Precipitações fortes ou turbulência severa são indicadores de forte atividade convectiva, e sistemas metereológicos permitem ao piloto a contornam essas áreas. Displays modernos permitem que informações climáticas sejam integradas com mapas móveis, terreno, tráfego e etc., tudo em uma única tela, simplificando a navegação.
Houve uma progressão para o controle centralizado dos múltiplos e complexos sistemas montados em uma aeronave, incluindo o monitoramento do motor e de gestão. Sistemas de Monitoramento de Uso e Análise de Estado (HUMS) são integrados com os computadores de gestão para fornecer avisos prévios de superfícies e equipamentos que poderão necessitar de troca. O “Integrated Modular Avionics” propõe uma arquitetura integrada com o software de aplicação portátil através de um conjunto de módulos hardwares. Começou a ser utilizado na quarta geração de jatos militares e já é utilizado na última geração de aviões comerciais.
2.1.2. Dispositivos de Missões Táticas
Aeronaves militares foram desenvolvidas ao mesmo tempo para ataque e serem os olhos e ouvidos de sistemas de defesa. A vasta quantidade de sensores presentes na área militar é aplicada para qualquer tipo de ação tática, com isso, são necessários computadores de gestão de missões.
O sistema de comunicação constitui a espinha dorsal para garantia de um vôo seguro, desse modo os sistemas táticos são projetados para suportar todo o rigor presente em um campo de batalha, principalmente no combate ar-ar. Desse modo as aeronaves são dotadas de meios de envio de dados (como imagem e etc.) através de
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criptografia pesada de comunicação, para garantir a segurança do envio da informação e sucesso da missão. São utilizados sistemas como BOWMAN, JTRS e TETRA.
O radar foi um dos primeiros sensores táticos a serem aplicados em aeronaves militares. O benefício de alcance provido pela altitude é fundamental para o foco quando se trata da tecnologia aplicada aos radares. Incluem todo o sistema de Alerta Aéreo Antecipado (AEW), Sensores Anti-Submarinos (ASW) e até mesmo Radares Metereológicos (Arinc 708). O uso dos radares também se aplica no auxílio de vôo em baixos níveis em aviões supersônicos. Também são equipados em helicópteros militares sistemas de Sonar de Imersão, permitindo a escolta e proteção de transporte de submarinos e detectar ameaças de superfície. Aeronaves de apoio marítimo podem lançar dispositivos sonares ativo e passivo (Sonobuoys) para detecção e localização de submarinos hostis.
Os sistemas aviônicos na área militar, comercial e modelos civis avançados são
todos interconectados através do sistema Databus. Sistemas comuns de protocolos
Databus incluem:
• Aircraft Data Network (ADN): derivação da internet para aviação comercial.
• Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX): implementação específica
do ARINC 664 (AND) para aviação comercial.
• ARINC 429: compartilhamento genérico de dados de média velocidade para
aviação comercial e privada.
• ARINC 708: Radar Metereológico para aviação comercial.
• IEEE 1394b: Aviação militar.
• TTP Time-Triggered Protocol
• TTEthernet Time-Triggered Ethernet: Estação Espacial Orion – NASA.
2.2. APU (Unidade de Potência Auxiliar)
Uma Unidade de Potência Auxiliar (APU – Auxiliary Power Unit) é um
dispositivo em um veículo que produz energia para funções além da propulsão. Estão
largamente presentes em grandes aeronaves, como também em alguns veículos
terrestres.
Serve para ajudar a suprir força elétrica e pneumática aos sistemas da aeronave e
assim permite sua operação independente de força externa ou atuação dos motores.
Função também presente em vôo. Foi uma maneira encontrada pelos engenheiros para
manter o avião com auto-suficiência em qualquer lugar, já que a mesma utiliza o mesmo
combustível destinado aos motores.
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Quando entramos em uma aeronave temos todas as luzes de bordo acesas,
mesmo que os motores estejam desligados, desse modo se não houver nenhum tipo de
energia de força acoplada significa que a energia utilizada é provida pela APU. A força
pneumática serve para manter o ar condicionado em funcionamento, ou seja, a APU está
em funcionando, enviando ar para fazer com que as “Packs” do ar condicionado
cumpram sua função e mantenham o interior da aeronave climatizado.
A função principal da APU (figura 2.1) no solo é promover a partida dos
motores principais do avião, pois a partida dos motores dos grandes jatos se dá através
de força pneumática ( a exceção do Boeing 787). APUs modernos, como o do Boeing
777, deixaram de ser simplesmente uma unidade auxiliar, já que são capazes de gerar
até 120KVA e que podem alimentar a aeronave inteira durante o vôo em caso de perda
dos geradores dos motores, independente da altitude do avião. A força pneumática só
está disponível até 22,000 pés de altitude (6700m).
Figura 2.1 – APU no fim da cauda de um Airbus A380
O Boeing 727 foi a primeira aeronave a dispor de uma APU, em 1963, com uma
turbina a gás, permitindo a operação da aeronave em aeródromos menores. Pode ser
identificado em muitas aeronaves modernas por um tubo de escapamento na cauda da
mesma.
Além da APU temos também a Unidade de Potência de Solo (GPU – Ground
Power Unit). A GPU (figura 2.2) é uma fonte externa de energia elétrica (contínua ou
alternada), um equipamento móvel terrestre que pode ser utilizado quando a APU está
inoperante ou não pode ser utilizada devido a restrições aeroportuárias ou por poupança
de combustível.
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Figura 2.2 – GPU em funcionamento em aeronave
2.3. Geradores dos Motores e Baterias
Os geradores presentes nos motores das aeronaves são os maiores responsáveis
pela geração de energia da aeronave. Uma das principais funções desse gerador é
promover a partida do motor. O gerador é um motor elétrico acoplado externamente ao
motor, sendo dotado de uma árvore de engrenagens que o ligam à árvore principal. O
motor gira até que haja ar suficiente alimentando o compressor e a câmera de
combustão para possibilitar o funcionamento do motor principal.
Além da árvore de partida os grandes motores também possuem uma árvore de
saída onde o motor elétrico funciona como gerador. Desse modo ele é responsável pelo
acionamento de itens como geradores elétricos, compressores de ar condicionado, etc,
todos necessários para operação da aeronave e manutenção do conforto dos passageiros.
O gerador do motor principal também é responsável pela alimentação de
algumas baterias. Essas baterias são responsáveis por fornecer corrente contínua para a
partida dos motores e da APU. Também alimentam alguns circuitos elétricos de
emergência da aeronave.
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3-Instrumentos de Vôo e Navegação
3.1. Sistema de Pitot-Estático
O sistema de Pitot-Estático (figura 3.1) é um dispositivo combinado que
promove a medição da pressão de ar estática e pressão dinâmica do movimento da
aeronave através do ar para realizar a medição de algumas informações importantes para
o vôo. A combinação das duas pressões gera dados utilizados no funcionamento do
Indicador de Velocidade (ASI – Air Speed Indicator), Altímetro (Altimeter) e Indicador
de Velocidade Vertical (VSI – Vertical Speed Indicator).
Pressão Estática, também denominada Pressão Atmosférica, é presente seja em
movimento ou repouso. A Pressão Dinâmica está presente somente quando o avião está
realizando movimento, pois o vento é fator importante na geração desse tipo de pressão.
O Pitot tem uma pequena abertura na frente do dispositivo que permite a passagem de ar
e geração de pressão na câmara interna, além deste existe um orifício na parte posterior
para funcionamento da unidade de drenagem (Drain Opening).
Figura 3.1 – Ilustração do Sistema de Pitot-Estático
A Pressão Total medida no interior do Pitot é transmitida ao ASI da câmara,
junto dela, porém pelo lado oposto entra a pressão estática para anular a mesma, assim
temos somente a indicação da pressão dinâmica no instrumento. A câmara estática é
ventilada através de pequenos orifícios ao ar livre e em repouso sobre os lados da
aeronave.
Pode ocorrer que o sistema de Pitot fique bloqueado totalmente ou parcialmente
se o furo de dreno permanecer em aberto. Caso o furo de drenagem associado
permaneça limpo com o Pitot bloqueado o ar não é capaz de adentrar no sistema, por
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isso ambas as aberturas do sistema devem ser verificadas antes do vôo para garantir o
melhor funcionamento do sistema de Pitot.
3.2. Altímetro
Um altímetro (figura 3.2) é o instrumento utilizado para a medição da altitude de
um objeto a partir de um nível fixo. A medição da altitude é denominada altimetria, a
qual é relacionada à batimetria, a medida da profundidade na água. Possui a forma de
um barômetro aneroíde para a medição de alterações da pressão atmosférica que
acompanham as variações de altitude, tal medição é através de uma porta estática
conectada ao sistema de Pitot.
Figura 3.2 – Estrutura interna de um Altímetro
O altimetro é calibrado para mostrar a pressão diretamente com uma altitude
acima do nível médio do mar (Mean Sea Level), de acordo com um modelo matemático
definido pela International Standard Atmosphere (ISA).
Aeronaves mais antigas utilizavam um tipo de barômetro aneróide simples onde
a agulha fazia menos de uma revoluçãp em torno da face, de zero à máxima escala
registrada. Esse modelo evoluiu ao altímetro do tipo tambor, onde cada revolução de
uma única agulha significa a contagem de 1.000 pés (ft – feet), que são registrados em
um odômetro numérico. A determinação da altitude se dá pela leitura do piloto de modo
a obter primeiramente os milhares de pés, posteriormente lê-se a indicação da agulha
das centenas de pés de altitude.
Aeronaves modernas utilizam um altémetro mais sensível (figura 3.3) que possui
uma agulha primária e uma ou mais agulhas secunárias que mostram o número de
revoluções, como o funcionamento de um relógio. Cada agulha aponta a um dígito
diferente da medida atual da altitude. Em um altímetro sensível, a referência da pressão
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ao nível do mar pode ser ajustada ao movimentar um botão de ajuste. A pressão de
referência, em milibars é mostrada na pequena janela de Kollsman (Kollsman window),
na face do altímetro da aeronave. A importância de tal indicação se dá pela variação da
pressão atmosférica ao nível do mar em dada localização através do tempo e também da
temperatura.
Figura 3.3 – Visualização da face de um Altímetro
Na terminologia da aviação, a pressão do ar local ao nível médio do mar (MSL)
é chamada de “ajuste de altímetro” ou QNH, a pressão que é responsável pela
calibração do altímetro para indicação da altura acima do solo em campo de pouso é
chamada QFE. A variação de temperatura do ar não serve para calibração do dispositivo
pois a partir do modelo ISA as diferenças de temperatura podem causar erros na altitude
indicada.
Podemos definir os tipos de altitude medidas pelo altímetro em:
Altitude Pressão (AP)
Denominamos Altitude Pressão, a pressão indicada pelo altímetro quando
ajustado para a pressão padrão, isto é, para a superfície isobárica de 1013,2Hpa,
correspondente ao nível médio do mar. Tal ajuste é feito pelo botão do altímetro e
mostrado na janela de Kollsman.
Altitude Indicada (AI)
Também chamada de Indicated Altitude (IA), é a altitude apresentada pelo
altímetro, supondo-o ajustado para indicar no momento, a distância vertical entre a
aeronave e a superfície do nível médio do mar.
Altitude Verdadeira (AV)
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Também chamada de True Altitude (TA), é a altitude acima do nível do mar. É a
que representa a distância, corrigida pelos erros de temperatura e pressão, entre a
aeronave e a superfície, solo ou água, para permitir livrar obstáculos se existentes.
Altitude Calibrada ou Corrigida
É a altitude obtida a partir da leitura no altímetro e após ser corrigida dos erros
de posição e instalação na aeronave.
Altura Absoluta
Ou simplesmente altura, é a distância entre a aeronave e terreno ou superfície de
sobrevôo, seja água ou solo.
3.3. Indicador de Velocidade Vertical (VSI)
O Indicador de Velocidade Vertical (figura 3.4), indica se a aeronave está
subindo, descendo ou em vôo nivelado. A taxa de subida ou descida é indicada em
metros por minuto (FPM). Se devidamente calibrado, o VSI indica zero em vôo
nivelado.
Figura 3.4 – Mostrador de um Indicador de Velocidade Vertical
Embora o VSI opere exclusivamente a partir da pressão estática, é um
instrumento de pressão diferencial (figura 3.5). Ele contém um diafragma conectado a
um ponteiro indicador (caso hermético). O interior do diafragma está ligado diretamente
à linha estática do sistema pitot-estático. A área externa do diafragma, que está dentro
da caixa do instrumento, também é conectado à linha estática, mas através de um
restrito orifício (vazamento calibrado).
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Figura 3.5 – Interior de um VSI
O diafragma ,no caso, recebe ar a partir da linha estática à pressão atmosférica
existente. Quando a aeronave está no solo ou em vôo nivelado, as pressões dentro do
diafragma e da caixa do instrumento são iguais e o ponteiro está na indicação de
zero. Quando a aeronave sobe ou desce, a pressão dentro do diafragma muda
imediatamente, mas devido à ação de medição da passagem restrita, a pressão caso
continue maior ou menor por um curto tempo, faz com que o diafragma se contraia ou
expanda. Isso faz com que um diferencial de pressão que é indicado na agulha,
instrumento suba ou desça.
3.4. Indicador de Velocidade (ASI)
O Indicador de Velocidade (figura 3.6) é um sensível medidor de pressão diferencial,que mede e prontamente indica a diferença entre pitot (impacto / pressão dinâmica) e pressão estática. Estas duas pressões são iguais quando o avião está estacionado no terreno em ar calmo. Quando a aeronave se move através do ar, a pressão na linha de pitot se torna maior do que a pressão nas linhas de estática. Esta diferença de pressão é registrada pelo ponteiro de velocidade na face do instrumento, que é calibrado em milhas por hora, nós (milhas náuticas por hora), ou ambos.
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Figura 3.6 – Mostrador de um Indicador de Velocidade
O ASI é o único instrumento que utliza o pitot e o sistema estático para medição (figura 3.7). Apresenta a pressão estática em caso de velocidade e a pressão do pitot (dinâmica) é introduzida no diafragma. A pressão dinâmica expande ou contrai um lado do diafragma, o mesmo é conectado ao sistema e impulsiona a ligação mecânica e agulha de velocidade.
Figura 3.7 – Diagrama do interior de um ASI
Erros de medida do ASI indicam ou o bloqueio do sistema do pitot, ou da porta estática, ou ambos. Gelo, sujeira e até mesmo insetos podem causar obstrução e prejudicar a leitura do dispositivo. Um tubo de pitot bloqueado afeta a precisão do ASI, porém o bloqueio da porta estática não só afeta a ASI, mas também causa erros no altímetro, por isso a importância da verificação dessas estrutura no pré-vôo.
3.5. Indicador de Atitude (AI)
Um Indicador de Atitude (figura 3.8), também conhecido com horizonte artificial, é um instrumento utilizado para informar ao piloto a orientação da aeronave em relação á Terra. Ele indica a rolagem e é um instrumento primário de vôo.
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Figura 3.8 – Mostrador de um Indicador de Atitude
O Indicador de Atitude utiliza um giroscópio (movido por um motor elétrico ou vácuo) para estabelecer uma plataforma inercial. O giroscópio é conectado a um display que possui duas dimensões de liberdade, simultaneamente rolagem e arfagem. O mostrador pode ser colorido para indicar a divisão do horizonte e a separação entre terra (marrom) e céu (azul), favorecido pelo uso intuitivo de separação de cores. Sistemas de Referência em Atitude e Direção (AHRS) são capazes de prover informações em três eixos que podem ser compartilhados com vários dispositivos no cockpit.
3.6. Bússola Magnética e Indicador de Direção (HI)
A bússola mostra a direção da aeronave em relação ao pólo norte magnético da Terra. Sua confiabilidade é afetada quando não está sob nível constante de vôo e pode dar indicações confusas em curvas, guinadas ou aceleração em relação à inclinação ao campo magnético da Terra. Por essa razão, o indicador de direção é também utilizado na operação da aeronave. Para propósitos de navegação é necessário muitas vezes a correção da direção indicada para obter a verdadeira direção do norte ou sul.
O Indicador de Direção é um instrumento de vôo usado para informar ao piloto a direção da aeronave. Funciona utilizando o princípio giroscópio, em plataforma inercial. Somente o eixo horizontal é utilizado na variação do mostrador, que consiste em uma bússola circular calibrada em graus.
3.7. Indicador de Desvio de Curso (CDI)
O Indicador de Desvio de Curso (CDI – Course Deviation Indicator) é um instrumento aviônico usado na navegação da aeronave para determinar a posição lateral do avião relativa ao percurso. Assim, se a localização do avião está à esquerda do percurso, a agulha deflete para a direita, o inverso também é válido.
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O instrumento mostra a direção que deve ser tomada para corrigir o desvio de curso, tal correção só é feita quando a agulha se encontra no centro do mostrador (figura 3.9) e desse modo o avião se encontra no curso. A deflexão da agulha é proporcional ao desvio da aeronave, mas a sensibilidade varia de acordo com o sistema utilizado.
Figura 3.9 – Mostrador de um Indicador de Desvio de Curso
Quando auxiliado por um sistema GPS o CDI mostra a distância atual à direita ou esquerda do curso programado. Quando utilizado com um sistema VOR ou VORTAC, a linha de curso é traçada com o auxílio de um seletor “Omni Bearing” (OBS) localizado na parte inferior esquerda ao equipamento.
Um CDI é utilizado normalmente com um Buscador Automático de Direção
(ADF – Automatic Direction Finder), o qual recebe informações de uma estação de
rádio AM comum ou de uma NBD. Um indicador ADF ou Indicador Rádio Magnético
(RMI) é usado também para indicar informações de direção de vôo.
Inicialmente os CDIs eram desenvolvidos para receber sinal de um receptor
VOR, LDA ou ILS. Esses receptores enviavam um sinal composto por duas voltagens.
Um conversor decodificava o sinal e pela determinação da direção desejada através de
um dispositivo acoplado ao OBS fornecia uma voltagem controlada para a
movimentação da agulha no mostrador. Muitas versões antigas apresentam o conversor
acoplado ao CDI. Equipamentos modernos apresentam a determinação da posição da
agulha por um sistema ARINC 429 conectado a um sistema GPS.
3.8. Indicador Rádio Magnético (RMI)
Um Indicador Rádio Magnético (RMI – Radio Magnetic Indicator) é um dispositivo ADF alternativo, capaz de fornecer mais informações que um ADF comum. O mostrador de um RMI (figura 3.10) é composto por uma bússola horizontal, atuada pelo sistema de bússola da aeronave e permite ao operador a leitura da informação através de um dispositivo magnético que recebe informações de uma torre de transmissão.
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A maior parte dos RMIs incorpora agulhas em duas direções. Uma delas é conectada ao ADF e a outra a um sistema VOR. Através de múltiplos indicadores o piloto pode fixar com precisão a posição da aeronave sem pedir tal informação a alguma estação próxima.
Figura 3.10 – Mostrador de um Indicador Rádio Magnético
3.9. Indicador de Curva e Inclinação (TI)
O Indicador de Curva e Inclinação (TI – Turn Indicator), também é conhecido como Indicador de curva na agulha, ou slip indicator, é um instrumento de vôo da aeronave que mostra a taxa de variação da curva. Ele é usado pelo piloto para manter o controle da aeronave quando voando sob regras de vôo por instrumentos. O primeiro instrumento giroscópico de uma aeronave foi o indicador de curva e inclinação (figura 3.11).
A principal limitação deste instrumento é que a rotação se detecta apenas sobre o eixo vertical da aeronave. Ele não diz nada da rotação em torno do eixo longitudinal, que em vôo normal ocorre antes de a aeronave começa a girar.
Figura 3.11 – Mostrador de um Indicador de Curva e Inclinação
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O ‘turn cordinator’ por sua vez foi criado para superar este problema tendo seu quadro angulado para cima, cerca de 30 ° a partir do eixo longitudinal da aeronave. Isso permite que ele indique ao piloto ambos os sentidos de rolagem e guinada.
O mostrador desses instrumentos é geralmente marcado "2 min. Turn", embora alguns indicadores de curva e inclinação usados em aeronaves mais rápidas, como o Concorde são marcados "turn 4 min.". Em planadores, a mola de calibração é normalmente definida para uma curva de razão de um minuto padrão. Uma volta padrão de taxa é feita sempre que a agulha se alinha com uma volta de marcação.
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4-Descrição de um COCKPIT Moderno
Um cockpit ou deck de vôo é a área, usualmente próxima à frente de uma aeronave, de onde os pilotos controlam a aeronave. A maioria dos cockpits modernos é fechada, com exceção de algumas pequenas aeronaves, e cockpits em grandes aeronaves comerciais são também separados fisicamente da cabine. Do cockpit um avião é controlado em solo e em vôo. Cockpit como termo técnico entre pilotos apareceu primeiramente em 1914. Por volta de 1935 cockpit também começou a ser utilizado informalmente para se referir ao assento do motorista de um carro, especialmente carros de competição, tornando-se termo oficial na Fórmula 1.
O cockpit de uma aeronave (Figura 4.1) contém instrumentos de vôo em uma superfície de comando, e os controles que permitem ao piloto “voar o avião”. Após os ataques terroristas ocorridos no 11 de Setembro de 2001, as grandes companhias de vôo “fortificaram” a entrada do cockpit para evitar o acesso de seqüestradores.
Figura 4.1 – Cockpit primitivo do De Havilland Hornet Moth, 1936
Para aumentar o conforto e a segurança os cockpits possuem janelas equipadas com um escudo solar e que só podem ser abertas em solo, próximos às mesmas está instalado um sistema anti-reflexo e possuem internamente um sistema de aquecimento para degelo. Na maioria dos cockpits a coluna de controle (manche) ou o joystick é localizado na porção central, entretanto jatos militares e novos aviões comerciais utilizam um “side-stick”, geralmente localizado no lado externo ou à esquerda.
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O layout do cockpit, especialmente nos jatos militares e aviões comerciais, passou por uma padronização entre diferentes fabricantes de várias nações. Isso faz com que as superfícies de controle estejam nas mesmas posições, facilitando a ação do piloto em diferentes aeronaves. Um dos mais importantes desenvolvimentos foi o do padrão “Basic Six”, desenvolvido para aperfeiçoar a ação do piloto. Fatores humanos e ergonômicos são importantes no design do cockpit moderno. O layout e a função de seu display são desenhados para aumentar a percepção do piloto sem causar uma “overdose de informações”.
No passado, muitos cockpits, especialmente de aeronaves de combate, limitavam o tamanho do piloto que entrava em si. Agora, são desenhados para acomodar do primeiro percentil do tamanho físico feminino ao 99º percentil de tamanho físico masculino, um grande avanço.
Figura 4.2 - Cockpit do Dassault Rafale
No design de um cockpit em um jato militar, os tradicionais “botões e mostradores” associados ao cockpit são ausentes. O painel de instrumentos é agora, majoritariamente, substituído por displays eletrônicos, de forma a ocupar o mínimo de espaço interno o possível (Figura 4.2). Muitos controles foram substituídos por controles multifuncionais e reconfiguráveis, os chamados “soft keys”. Controles foram incorporados no joystick e no acelerador para habilitar o piloto a manter a visão no horizonte (head-up position) – o chamado conceito HOTAS. Outro conceito de design do cockpit é o Design Eye Position ou “DEP”.
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Figura 4.3 - Cockpit do Airbus A320
O layout do painel de controle nos aviões comerciais modernos hoje é largamente unificado por toda a indústria. A maioria dos sistemas de controle relacionados (como o elétrico, hidráulico e pressurização), por exemplo, são usualmente localizados no teto em um painel acima do piloto (Figura 4.3). Rádios são geralmente colocados em um painel entre os assentos, conhecido como pedestal. Controles de vôo automático, como o piloto automático, por exemplo, são usualmente colocados logo na frente do pára-brisas e no painel de instrumentos central. Muitos dos cockpits modernos também possuem algum tipo de sistema de alerta integrado.
4.1. Instrumentos de Vôo
4.1.1. MCP – Painel de Controle
Um Painel de Controle Modal, usualmente um painel longo e estreito localizado centralmente de frente ao piloto, é usado para controlar velocidade (SPD), altitude (ALT), velocidade vertical (V/S), navegação vertical (VNAV) e navegação lateral (LNAV). Também pode ser utilizado para ativar ou desativar o piloto automático ou acelerador automático.
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4.1.2. PFD – Display Primário de Vôo
O Display Primário de Vôo geralmente é localizado em uma posição proeminente, centralmente ou dos dois lados do cockpit. Inclui em muitos casos uma apresentação digitalizada do indicador de altitude, da atitude de vôo, da velocidade e da velocidade vertical.
4.1.3. ND – Display de Navegação
O Display de Navegação, geralmente adjacente ao PFD, mostra a rota atual da aeronave e informações do próximo ponto de pouso, velocidade do vento corrente e direção do vento.
4.1.4. EICAS/EICAM
O Indicador de Motor e Sistema de Alerta da Tripulação (EICAS – Boeing) ou Monitor Central Eletrônico da Aeronave (EICAM – Airbus) permitem ao piloto monitorar informações como a temperatura do combustível, fluidez do combustível, sistemas elétricos, temperatura e pressão do cockpit, superfícies de controle. As informações podem ser selecionadas na tela através do pressionamento de seu respectivo botão.
4.1.5. FMS – Sistema de Controle de Vôo
A unidade FMS pode ser utilizada pelo piloto para acessar informações como plano de vôo, controle de velocidade, controle de navegação e outras informações adicionais sobre atitude de vôo.
4.2. Glass Cockpit
Um Glass Cockpit é um cockpit onde seus dispositivos são instrumentos eletrônicos (digitais), é tipicamente composto por grandes telas em LCD, em oposição ao tradicional sistema de dispositivos analógicos. Onde a distribuição em um cockpit tradicional peca no número de dispositivos mecânicos para mostrar a informação, um Glass Cockpit usa várias telas coordenadas pelos sistemas de gestão de vôo, e desse modo mostra a informação à medida que é necessária. Isso simplifica a operação da aeronave e permite ao piloto o foco apenas na informação mais pertinente no momento.
O Glass Cockpit (figura 4.4) permite que o piloto tenha em mãos informações como a pressão do sistema de oxigênio e pressão hidráulica; indicação de temperatura e pressão diferencial da cabine; indicação de posição dos flapes e trem de pouso e até
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mesmo do relógio à medida que a informação é necessária e de uma forma limpa, pois os dados são mostrados organizadamente em poucas telas.
Figura 4.4 – Glass Cockpit do Ônibus Espacial
Assim como os displays e telas da aeronave foram modernizados, os sensores que medem seus dados também foram. Tradicionais sistemas giroscópicos foram substituídos por Sistemas de Referência de Atitude e Direção (AHRS) e Computadores de Dados em Vôo (ADC), que aumentam a confiança e reduzem custos em manutenção. Com isso é possível realizar a medição de dados antes inacessíveis como pressões de óleo de lubrificação de motor e combustível, pressão de admissão absoluta e a razão de pressão do motor (EPR – Engine Pressure Ratio); também é possível obter informações como temperatura da cabeça do cilindro do motor e dos gases de escapamento.
À medida que a operação das aeronaves se torna mais dependente dos sistemas do Glass Cockpit, tripulações de vôo devem ser treinadas para conter possíveis falhas de sistema. O próprio sistema possui dispositivos de contenção e prevenção de falhas, porém nunca se sabe quando teremos uma situação de emergência e por isso devem-se prevenir todas as possibilidades de falha na aeronave.
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5-INOVAÇÕES
Como especificado anteriormente, atualmente as inovações na área tecnológica
da aviação vem se desenvolvendo de forma acelerada e de modo a facilitar e garantir
maior segurança tanto para o piloto quanto para os demais passageiros. Dentre as várias
inovações seguem alguns exemplos específicos de desenvolvimento e aprimoramento
de aeronaves no mundo e principalmente do Brasil.
5.1. Aviônicos do jato KC-390 da Embraer
A Embraer Defesa e Segurança lançara em breve sua mais nova aeronave de transporte militar, o KC-390, e para equipar a aeronave selecionou o sistema aviônico Pro Line FusionTM, fabricado pela Rockwell Collins.
“A Embraer escolheu a melhor solução de aviônica de última geração disponível no mercado, o que trará maior eficiência operacional para o KC-390.” disse Eduardo Bonini Santos Pinto, Vice-Presidente de Operações da Embraer Defesa e Segurança.
A escolha do sistema integrado de aviônicos pela Embraer disponibilizará aos pilotos a mais avançada capacidade em aviônica comercial, robustecida para atender aos requisitos de missões militares, os pilotos contarão com uma consciência situacional aprimorada e carga de trabalho reduzida para cumprir com sucesso as missões.
Figura 5.1 -Painel Pro Line Fusion da Rockwell Collins
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O sistema Pro Line FusionTM da Rockwell Collins (Figura 5.1) atende às necessidades atuais e futuras da aeronave em termos de comunicação, navegação e vigilância. A ferramenta atende aos mais recentes requisitos com avançada interface homem-máquina, capacidade de reconfiguração automática em caso de avarias e barramento de troca de dados de alta capacidade.
5.2. Modernização de caças F-5 da FAB
A Elbit Systems Ltda. Anunciou que sua subsidiária brasileira a AEL Sistemas S.A (AEL) recebeu um contrato da Embraer Defesa e Segurança para a modernização de onze caças F-5. A AEL é o principal subcontratista da Embraer Defesa e Segurança e o principal fornecedor do projeto. O contrato é avaliado em U$85 milhões e deve ser executado no ano de 2013.
O contrato para esta modernização é o seguimento de contratos de 2001 e 2007, os quais compreendem serviços de engenharia o fornecimento dos equipamentos: computador de missão, displays, radar, Sistema EW (guerra eletrônica), gerenciamento da munição e outros aviônicos. Em complemento ao contrato a AEL fornecerá um simulador de vôo, peças de reposição e equipamentos de apoio em terra.
Figura 5.2 - Caça F-5EM do Esquadrão Pampa
As palavras de Joseph Ackerman, Presidente e CEO da Elbit Systems: “Nós estamos orgulhosos de a AEL ter sido selecionada para realizar a modernização destes caças (Figura 5.2) demonstra a capacidade da AEL de fornecer à Embraer e à Força Aérea Brasileira sistemas avançados, desenvolvidos, produzidos e com apoio logístico no país. Através de significativos investimentos, a AEL tornou-se um centro de excelência para aviônicos, e este contrato atesta a satisfação do cliente com a nossa performance.”
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5.3. Sistemas das Aeronaves CN-235
A Coréia do Sul selecionou a Elisra Electronic Systems, uma subsidiária da Elbit Systems, para um contrato avaliado em US$ 29 milhões para o fornecimento de suítes de guerra eletrônica embarcada (EW) para a frota de aeronaves de transporte CN-235 da Força Aérea da República da Coréia (RoKAF).
As avançadas e integradas suítes EW incluem sistemas de proteção contra várias ameaças, que podem ser aplicadas para sistemas aéreos, marítimos, terrestres e espaciais, tripulados ou não, e podem possuir sistemas de comunicação, radar ou outros serviços. Os equipamentos de guerra eletrônica da Elbit são divididos em ataque eletrônico, proteção eletrônica e apoio à guerra eletrônica.
Figura 5.3 - Aeronave CASA CN-235 da Força Aérea da República da Coréia do Sul (RoKAF).
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6-Conclusão
"As coisas são mais belas quando vistas de cima." Já nos dizia Santos Dumont, a
arte de se locomover no céu será sempre algo de imensa admiração e por essa razão
necessita de grande cautela por parte dos envolvidos na construção desses meios de
transporte capazes de nos fazer voar. Por isso, o estudo e desenvolvimento de novas
tecnologias, e instrumentos, capazes de facilitar e promover o alcance das necessidades
humanas na atualidade se faz tão importante.
Cockpits, aviônicos, instrumentos de vôo, entre outros aparelhos, estão cada dia
mais práticos e precisos, e espera-se que no futuro isso possa auxiliar no contexto do
voar, para que o mesmo seja algo acessível a toda a população se tornando algo
‘comum’, e extremamente confiável, sem é claro, perder sua grandiosidade.
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7-Bibliografia
Sítios eletrônicos:
http://cavok.com.br/blog/?tag=avionica
http://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/1853-estudantes-do-sul-apostam-na-
inovao-tecnolgica-para-construir-avies
http://pt.euronews.net/2007/12/18/air-today-what-tomorrow/
http://www.hsw.uol.com.br/questao411.htm
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=avioes-
futuro&id=010170101213
http://sacknies.wordpress.com/
http://tafixeolim.blogspot.com/2010/06/unidade-auxiliar-de-potencia-ou-apu.html
http://www.areamilitar.net/directorio/AER.aspx?nn=12
http://pt.wikipedia.org/wiki/Auxiliary_power_unit
http://pt.wikipedia.org/wiki/Avi%C3%B3nica
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ground_power_unit
http://www.omegaaviation.com/ground_power_unit_airport_ground_support_equipment.html
http://www.ael.com.br/
http://www.wiziq.com/tutorial/62596-Avi-244-nicos-Familiariza-231-227-o-B-225-sica
http://www.fae.com.ar/pt/AleacionesTitanio/LingotesBarrasApp_pt_l.htm
Livros:
Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge, Federal Aviation Administration - US
KENDAL, Brian - Manual de Aviônica
GEORGE M. SIOURIS - Aerospace Avionics Systems
SPITZER, CARY R. - Avionics Handbook