Imagine a cena.
Está sentado perto da janela, pronto para descolar. O avião começa a rolar lentamente na pista e, depois, acelera cada vez mais. Em poucos segundos, esta imensa máquina de várias dezenas, ou mesmo centenas de toneladas, deixa o solo com uma facilidade desconcertante.
Nesse momento, uma questão atravessa frequentemente o espírito dos passageiros:
Como pode um avião tão pesado voar?
Afinal, parece desafiar o senso comum. Todos sabemos que um objeto pesado cai sob o efeito da gravidade. Uma pedra, um carro ou até um camião não descolam obviamente do solo. Então, porque é que um Airbus A350 com mais de 280 toneladas, um Boeing 777 ou mesmo um Airbus A380, que pode ultrapassar as 500 toneladas na descolagem, conseguem elevar-se nos ares?
O segredo não reside numa tecnologia “mágica” nem numa potência desmedida dos motores. Na realidade, o princípio do voo baseia-se em leis físicas relativamente simples, descobertas há vários séculos e aperfeiçoadas graças a décadas de investigação aeronáutica.
O que é fascinante é que um avião não luta contra a gravidade: ele aprende simplesmente a equilibrá-la.
Ao longo do voo, várias forças atuam simultaneamente sobre o aparelho. Os pilotos, os motores, as asas e os sistemas de bordo trabalham em conjunto para manter este equilíbrio com uma precisão impressionante.
É, aliás, este domínio que permite hoje a milhões de passageiros viajar todos os dias com total segurança, por vezes durante mais de 15 horas de voo sem interrupção.
Neste artigo, vamos descobrir, passo a passo, como uma máquina tão gigantesca pode permanecer nos ares. Falaremos da sustentação, do papel das asas, dos motores, das quatro forças do voo, mas também de inúmeras ideias feitas que persistem ainda hoje.
Verá que, uma vez compreendidos os princípios, observar um avião a descolar nunca mais será a mesma experiência.
Antes de mais, o que impede um avião de cair?
Quando observamos um avião no céu, quase nos esquecemos de que ele está sujeito exatamente às mesmas leis da física que todos os outros objetos.
Ao contrário do que se poderia pensar, a gravidade não desaparece uma vez que o avião está no ar. Ela continua a atuar permanentemente.
A diferença é que uma outra força se opõe constantemente a ela.
Compreender isto é o primeiro passo para entender porque é que um avião pode voar.
A gravidade puxa constantemente o avião para o solo
Quer falemos de um pequeno avião de turismo, de um avião de caça ou de um avião de linha que transporta 400 passageiros, todos sofrem exatamente a mesma atração terrestre.
Esta força chama-se peso.
Ela atua permanentemente para baixo e depende diretamente da massa do aparelho.
Quanto mais pesado é um avião, mais importante é esta força.
Vejamos alguns exemplos:
- Um Cessna 172 pesa cerca de uma tonelada na descolagem.
- Um Airbus A320 pode ultrapassar as 75 toneladas.
- Um Airbus A350 aproxima-se das 280 toneladas, dependendo da sua configuração.
- Um Airbus A380 pode ultrapassar as 560 toneladas durante os voos mais longos.
À primeira vista, estes números dão quase vertigens.
Como imaginar que uma máquina com tanto peso possa deixar o solo quando um camião de algumas dezenas de toneladas é totalmente incapaz disso?
A resposta é simples: o peso é apenas uma das forças que se exercem sobre o avião.
Existe uma outra força capaz de o equilibrar.
Uma outra força atua no sentido oposto: a sustentação
Esta força tem um nome que provavelmente já ouviu: a sustentação.
A sustentação é a força que empurra o avião para cima.
É produzida principalmente pelas asas quando o avião se desloca suficientemente rápido no ar.
Este é um ponto essencial.
Ao contrário de uma ideia muito difundida, não são os motores que levantam diretamente o avião.
Os motores servem, acima de tudo, para fazer acelerar o aparelho.
Esta velocidade permite, depois, que as asas criem a sustentação necessária para vencer a gravidade.
Poderíamos comparar isto a uma mão que se coloca fora da janela de um carro.
A baixa velocidade, quase não se sente nada.
Mas quando o carro circula rapidamente, o ar exerce uma pressão cada vez mais forte sobre a sua mão. Se inclinar ligeiramente a mão, sente imediatamente uma força que procura empurrá-la para cima.
As asas de um avião utilizam exatamente este princípio, mas de uma forma infinitamente mais sofisticada.
A sua forma, chamada perfil aeronáutico, é especialmente concebida para explorar o escoamento do ar e produzir uma força vertical capaz de sustentar várias centenas de toneladas.
Quando a sustentação se torna superior ao peso do avião, este descola.
Quando as duas forças se equilibram, o avião mantém a sua altitude.
Se a sustentação diminui, o aparelho começa a descer até encontrar um novo equilíbrio ou até à aterragem.
Na realidade, todo o voo repousa sobre este equilíbrio permanente.
O voo é um equilíbrio permanente entre várias forças
Imaginamos frequentemente que um avião permanece no ar graças a uma potência fenomenal.
A realidade é muito mais subtil.
Um avião voa porque está constantemente em equilíbrio.
A cada segundo do voo, várias forças enfrentam-se.
O peso atrai o aparelho para o solo.
A sustentação empurra-o para cima.
Os motores impulsionam-no para a frente.
O ar, por sua vez, abranda naturalmente a sua progressão.
Estas forças evoluem continuamente.
Durante a descolagem, os motores fornecem um impulso máximo para acelerar rapidamente na pista.
Na subida, as asas produzem mais sustentação para ganhar altitude.
Em cruzeiro, os pilotos procuram o melhor compromisso entre velocidade, consumo de combustível e desempenho.
Durante a aterragem, tudo muda novamente. Os flaps são acionados, a velocidade diminui progressivamente, a sustentação é reduzida de forma controlada para que o avião possa regressar suavemente à pista.
Por outras palavras, um avião nunca está “pousado” no ar.
Ele evolui num equilíbrio dinâmico, constantemente ajustado pelos pilotos, pelos computadores de bordo e pelas leis da física.
É precisamente esta procura permanente de equilíbrio que torna o voo tão fascinante e tão fiável.
Mas para compreender em detalhe como tudo isto funciona, é preciso agora interessarmo-nos pelas quatro grandes forças que atuam sobre um avião. Juntas, explicam porque é que uma máquina de várias centenas de toneladas pode atravessar os oceanos durante horas com uma facilidade surpreendente.
As quatro forças que permitem a um avião voar
Se pedisse a um piloto ou a um engenheiro aeronáutico para resumir o princípio do voo numa única frase, ele responderia provavelmente isto:
Um avião voa graças ao equilíbrio entre quatro forças.
Esta é a base de toda a aerodinâmica. Pouco importa se se trata de um pequeno avião de aeroclube, de um Airbus A320, de um Boeing 777 ou mesmo de um avião de caça capaz de ultrapassar duas vezes a velocidade do som: as mesmas leis da física aplicam-se.
Estas quatro forças estão presentes desde o início da rolagem até à paragem completa do aparelho após a aterragem. Evoluem constantemente em função da velocidade, da altitude, da potência dos motores ou ainda da inclinação das asas.
Compreender o seu papel permite já explicar uma grande parte do mistério do voo.
O peso: uma força que nunca desaparece
Comecemos pela mais evidente: o peso.
O peso é simplesmente a força com que a Terra atrai o avião para o seu centro.
Ao contrário de uma ideia feita, esta força praticamente não diminui quando o avião sobe a 10 000 ou 12 000 metros de altitude. Mesmo em cruzeiro, a gravidade continua a puxar o aparelho para baixo com quase a mesma intensidade.
Por outras palavras, um avião de linha nunca “deixa de ser pesado”.
Em contrapartida, o seu peso evolui ao longo do voo.
Porquê?
Porque consome combustível.
Tomemos um exemplo concreto. Um avião de longo curso pode embarcar mais de 100 toneladas de querosene antes de um voo intercontinental. À medida que as horas passam, esta quantidade diminui.
Resultado: o avião torna-se progressivamente mais leve.
É também por esta razão que um avião precisa geralmente de uma pista mais longa para descolar do que para aterrar. Na descolagem, os depósitos estão cheios e o aparelho está no seu peso máximo. À chegada, várias dezenas de toneladas de combustível foram consumidas.
O peso é, portanto, uma força permanente, mas não é fixo.
A sustentação: a verdadeira estrela do voo
Se fosse necessário reter uma única palavra para compreender porque é que um avião voa, seria sem dúvida esta: a sustentação.
A sustentação é a força que levanta o avião.
É produzida quase exclusivamente pelas asas.
E é aqui que muitas pessoas ficam surpreendidas.
Imaginamos frequentemente que os motores “puxam” o avião para cima, um pouco como um foguetão.
Na realidade, eles quase não fazem nada nessa direção.
Mesmo os motores gigantescos de um Airbus A350 ou de um Boeing 787 empurram essencialmente… para a frente.
São as asas que fazem todo o trabalho de sustentação.
Para produzir sustentação, precisam de uma única coisa: ar que escoe rapidamente à sua volta.
Quanto mais rápido for este escoamento, mais as asas podem gerar uma força importante.
É exatamente a razão pela qual um avião acelera longamente na pista antes de descolar.
Ele não procura apenas ir depressa.
Ele procura atingir a velocidade à qual as suas asas serão finalmente capazes de produzir sustentação suficiente para compensar o seu peso.
A partir desse instante, a descolagem torna-se possível.
O impulso: o papel essencial dos motores
Se as asas levantam o avião, para que servem realmente os motores?
A sua missão é simples:
fazer avançar o aparelho.
Eles criam uma força chamada o impulso.
Este impulso permite ao avião acelerar na descolagem, continuar a avançar durante o voo e compensar o abrandamento provocado pelo ar.
Sem impulso, a velocidade diminuiria progressivamente.
Ora, menos velocidade significa menos sustentação.
E menos sustentação significa uma descida.
É por esta razão que um avião não pode manter indefinidamente a sua altitude se os seus motores não fornecerem energia suficiente.
Atenção, contudo, a uma nuance importante.
Mesmo que os motores parem completamente, um avião não cai como uma pedra.
Ele continua a voar… mas a planar.
É exatamente o mesmo princípio que um planador.
As asas continuam a produzir sustentação enquanto o avião conservar uma certa velocidade.
Os pilotos utilizam então a altitude disponível para percorrer várias dezenas, ou mesmo várias centenas de quilómetros, segundo as circunstâncias.
É um assunto que desenvolveremos um pouco mais à frente neste artigo.
O arrasto: o travão invisível
A quarta força é provavelmente a menos conhecida do grande público.
Trata-se do arrasto.
Sempre que um objeto se desloca no ar, este opõe uma resistência.
Já o sentiu certamente ao colocar a mão pela janela de um carro ou ao andar de bicicleta contra o vento.
Quanto mais a velocidade aumenta, mais importante se torna esta resistência.
Para um avião, esta força atua constantemente para trás.
Ela procura permanentemente travar o aparelho.
Os engenheiros dedicam, portanto, imenso tempo a reduzir este arrasto.
É, aliás, a razão pela qual os aviões possuem formas tão fluidas.
O nariz é arredondado.
O cockpit está perfeitamente integrado na fuselagem.
As asas são cuidadosamente perfiladas.
Mesmo os motores são desenhados para perturbar o menos possível o escoamento do ar.
Nos aviões modernos, encontramos igualmente winglets, essas pequenas aletas situadas na ponta das asas.
Ao contrário do que se pensa frequentemente, não servem principalmente para aumentar a sustentação.
O seu papel é sobretudo reduzir certos turbilhões de ar que aumentam o arrasto.
Resultado: menos resistência, menos consumo de combustível e maior autonomia.
Alguns pontos percentuais de ganho podem representar várias centenas de milhares de litros de combustível economizados todos os anos numa frota inteira.
Um equilíbrio que evolui durante todo o voo
Uma das ideias mais interessantes é que estas quatro forças nunca permanecem perfeitamente constantes.
Durante a descolagem, o impulso é muito importante para acelerar rapidamente.
Na subida, as asas produzem mais sustentação.
Em cruzeiro, tudo se torna muito mais estável.
Os motores funcionam a uma potência muito inferior à utilizada na descolagem, apenas o suficiente para manter a velocidade desejada.
Depois, durante a descida, os pilotos reduzem progressivamente o impulso.
O avião perde suavemente altitude enquanto conserva velocidade suficiente para que as asas continuem a produzir a sustentação necessária.
Em momento algum o piloto “corta os motores para cair”. Tudo é antecipado, calculado e ajustado com precisão.
Podemos comparar isto a um ciclista que desce uma ligeira inclinação.
Ele continua a avançar sem necessariamente pedalar, graças ao seu impulso, enquanto controla a sua trajetória.
O avião funciona de forma semelhante, mas com velocidades muito superiores e cálculos muito mais complexos.
Como é que as asas criam sustentação?
Quando olhamos para um avião a partir do solo, notamos sobretudo os seus motores ou a sua imensa fuselagem. No entanto, as verdadeiras heroínas do voo são as asas.
Sem elas, mesmo os motores mais potentes do mundo seriam incapazes de manter um avião nos ares.
Mas como pode uma simples asa levantar várias centenas de toneladas?
Durante muito tempo, resumia-se a explicação a uma única frase: “O ar passa mais depressa por cima da asa, o que cria uma depressão que aspira o avião para cima.”
Esta explicação contém uma parte de verdade, mas é largamente incompleta.
Na realidade, a sustentação é o resultado de vários fenómenos físicos que ocorrem ao mesmo tempo.
A forma particular do perfil de uma asa
Se observar uma asa de frente, notará que não é plana.
A sua forma é cuidadosamente estudada.
A parte superior é geralmente mais abaulada, enquanto a parte inferior é relativamente mais plana. Esta forma tem um nome: o perfil aeronáutico.
Este perfil não tem nada de acaso.
Milhares de horas de ensaios em túnel de vento e de simulações numéricas permitiram aos engenheiros conceber asas capazes de produzir um máximo de sustentação enquanto limitam o consumo de combustível.
Os perfis evoluíram, aliás, imenso desde os primeiros aviões dos irmãos Wright.
Hoje, cada modelo possui as suas próprias características.
Uma asa de Airbus A350 é muito diferente da de um avião de acrobacia, de um Rafale ou de um pequeno Cessna. No entanto, todas perseguem o mesmo objetivo: explorar o escoamento do ar da forma mais eficaz possível.
Porque é que o ar circula de forma diferente à volta da asa
Quando um avião avança, as asas “cortam” o ar.
O escoamento é então separado em dois.
Uma parte passa por cima da asa.
A outra passa por baixo.
Devido à forma incurvada da parte superior, o ar é acelerado por cima da asa. Por baixo, o escoamento permanece geralmente um pouco mais lento.
Esta diferença de velocidade provoca igualmente uma diferença de pressão.
A pressão é mais fraca por cima.
É mais elevada por baixo.
Esta diferença de pressão participa diretamente na criação da sustentação.
Por outras palavras, a asa beneficia de uma força resultante orientada para cima.
Mas esta não é toda a história.
Bernoulli ou Newton: quem tem razão?
Durante décadas, os entusiastas da aeronáutica opuseram frequentemente duas explicações.
De um lado, existe o princípio de Daniel Bernoulli, físico suíço do século XVIII.
Segundo o seu princípio, quando um fluido escoa mais rapidamente, a sua pressão diminui.
Esta descida de pressão contribui para criar uma força ascendente.
Do outro lado, existem as leis de Isaac Newton.
Estas recordam que a cada ação corresponde uma reação igual e oposta.
Ora, uma asa desvia uma enorme quantidade de ar para baixo.
Em reação, o ar exerce uma força para cima sobre a asa.
Então, qual destas duas explicações é a correta?
A resposta é simples:
As duas.
Os engenheiros aeronáuticos já não opõem Bernoulli e Newton.
Descrevem simplesmente duas formas diferentes de observar o mesmo fenómeno.
O escoamento do ar à volta da asa cria simultaneamente uma diferença de pressão e um desvio do ar para baixo.
Estes dois fenómenos estão intimamente ligados e participam juntos na produção da sustentação.
O que acontece realmente à volta de uma asa
Para melhor compreender, imaginemos que uma asa deixa atrás de si uma espécie de “rasto” invisível.
À medida que o avião avança, as asas desviam continuamente uma imensa massa de ar para baixo.
Se pudesse visualizar este escoamento, veria uma corrente de ar descendente logo atrás do aparelho.
Ora, deslocar tanto ar exige energia.
Esta energia provém dos motores, que permitem ao avião conservar a sua velocidade.
O conjunto funciona como uma cadeia:
- os motores impulsionam o avião para a frente;
- as asas encontram um fluxo de ar rápido;
- desviam uma parte deste ar para baixo;
- em reação, aparece uma força para cima: é a sustentação.
Quanto mais pesado é o avião, mais deve desviar uma grande quantidade de ar.
É por isso que os aviões grandes possuem asas gigantescas.
Tomemos o Airbus A380.
A sua envergadura ultrapassa os 79 metros, ou seja, quase a largura de um campo de futebol.
Esta imensa superfície permite produzir sustentação suficiente para levantar mais de 500 toneladas durante os voos de longo curso.
A velocidade desempenha um papel essencial
Uma asa, por mais bem concebida que seja, não produz quase nenhuma sustentação se o ar não circular suficientemente depressa à sua volta.
É a razão pela qual um avião deve acelerar na pista antes de descolar.
No início da rolagem, as asas geram praticamente nenhuma força.
Depois, à medida que a velocidade aumenta, a sustentação aumenta também.
Chega então um momento preciso em que esta sustentação se torna suficiente para equilibrar o peso do aparelho.
Os pilotos atingem então o que se chama a velocidade de rotação, frequentemente notada como Vr.
É nesse instante que puxam suavemente o manche ou o mini-manche para levantar o nariz do avião.
Alguns segundos mais tarde, as rodas deixam a pista.
Não se trata, portanto, de um “salto”.
A descolagem é simplesmente o resultado de um equilíbrio que bascula progressivamente a favor da sustentação.
A incidência: um parâmetro igualmente importante
A velocidade não é o único elemento que influencia a sustentação.
A orientação da asa em relação ao vento relativo desempenha igualmente um papel maior.
Este ângulo chama-se incidência.
Imagine novamente a sua mão à janela de um carro.
Se a palma da mão permanecer perfeitamente horizontal, sente pouca força para cima.
Em contrapartida, se levantar ligeiramente a mão, sente imediatamente um impulso muito mais importante.
A asa funciona exatamente desta maneira.
Um ligeiro aumento da incidência permite aumentar fortemente a sustentação.
É o que fazem os pilotos no momento da descolagem ao cabrar progressivamente o avião.
Mas atenção.
Existe um limite.
Se a incidência se tornar demasiado importante, o ar já não consegue seguir corretamente a forma da asa.
O escoamento desprende-se.
A sustentação cai brutalmente.
É o que chamamos perda de sustentação (ou stall).
Ao contrário de uma ideia feita, uma perda de sustentação não significa que o motor para.
Trata-se, acima de tudo, de um fenómeno aeronáutico, ligado a um excesso de incidência.
Os aviões modernos dispõem de inúmeros sistemas que permitem evitar esta situação.
Os pilotos são igualmente formados para reconhecer e recuperar uma perda de sustentação com toda a segurança.
Os flaps: preciosos aliados na descolagem e na aterragem
Se observar atentamente uma asa antes da descolagem, notará que já não se parece exatamente com a que vê em cruzeiro.
Elementos móveis são acionados na parte de trás da asa.
São os flaps.
O seu papel é aumentar temporariamente a superfície e a curvatura da asa.
Resultado: a asa produz mais sustentação a baixa velocidade.
Graças aos flaps, um avião pode descolar mais cedo e aterrar mais lentamente, o que melhora consideravelmente a segurança.
Em contrapartida, os flaps aumentam também o arrasto.
É por isso que são progressivamente recolhidos uma vez que o avião ganha velocidade suficiente após a descolagem.
Na aterragem, são novamente acionados para permitir uma aproximação estável a uma velocidade mais baixa.
As asas não são, portanto, simples superfícies fixas. São verdadeiras obras-primas de engenharia, capazes de modificar a sua geometria em função das diferentes fases do voo.
Mas, apesar de toda esta tecnologia, uma questão volta frequentemente: como é que um avião com várias centenas de toneladas consegue, apesar de tudo, descolar? É precisamente o que vamos ver na próxima parte.
Porque é que o peso do avião não impede a descolagem?
Se pedir a alguém o que o impressiona mais quando anda de avião, há grandes hipóteses de lhe falar da descolagem.
E compreende-se facilmente.
Em apenas algumas dezenas de segundos, uma máquina com mais de 70 metros de comprimento, carregada com centenas de passageiros, as suas bagagens, várias toneladas de carga e dezenas de milhares de litros de combustível, deixa o solo com uma facilidade surpreendente.
No entanto, nada é deixado ao acaso.
A descolagem é provavelmente uma das fases mais preparadas de todo o voo.
E, ao contrário do que se poderia acreditar, não é o peso do avião que determina, por si só, a sua capacidade de voar.
Não é o peso que conta, mas a relação entre peso e sustentação
É fácil pensar que um avião muito pesado terá necessariamente mais dificuldade em descolar.
Na realidade, o que conta não é apenas o seu peso.
O que importa é a quantidade de sustentação que as suas asas são capazes de produzir.
Imagine duas pessoas que tentam levantar um caixote.
Se o caixote pesar 20 kg, conseguirão sem dificuldade.
Se pesar 100 kg, provavelmente não conseguirão.
Em contrapartida, se quatro pessoas suplementares vierem ajudá-las, o caixote poderá finalmente ser levantado.
Para um avião, o princípio é semelhante.
O peso permanece o mesmo.
Mas as asas podem produzir mais ou menos sustentação segundo vários parâmetros:
- a velocidade;
- a superfície das asas;
- o seu perfil aeronáutico;
- a incidência;
- a densidade do ar.
A descolagem ocorre simplesmente quando a sustentação se torna suficiente para equilibrar, e depois ultrapassar ligeiramente, o peso do aparelho.
Não existe, portanto, nenhuma “força mágica” que anule a gravidade.
Existe simplesmente um equilíbrio que evolui progressivamente.
Quanto mais o avião acelera, mais a sustentação aumenta
É precisamente por esta razão que os aviões aceleram ao longo de várias centenas, ou mesmo vários milhares de metros, antes de deixar o solo.
No início da corrida de descolagem, as asas produzem muito pouca sustentação.
O avião ainda está demasiado lento.
Depois, à medida que a velocidade aumenta, o ar circula cada vez mais rapidamente à volta das asas.
A sustentação aumenta então de forma muito importante.
Num momento preciso, calculado antes de cada voo, os pilotos atingem a velocidade de rotação.
Levantam suavemente o nariz do aparelho.
A incidência aumenta ligeiramente.
As asas produzem então sustentação suficiente para que as rodas deixem naturalmente a pista.
O que é interessante é que a descolagem nunca é brutal.
Mesmo que, a partir da cabine, se possa ter a impressão de que o avião “salta” para os ares, trata-se, na realidade, de uma transição muito progressiva.
Os pilotos procuram um cabrar suave para preservar o desempenho aeronáutico e o conforto dos passageiros.
Cada descolagem é calculada com precisão
Ao contrário de um carro, um avião não pode improvisar a sua descolagem.
Antes de cada voo, os pilotos efetuam uma série de cálculos muito precisos.
Têm em conta, nomeadamente:
- o peso real do avião;
- o número de passageiros;
- o combustível embarcado;
- a carga;
- o comprimento da pista;
- a temperatura exterior;
- a altitude do aeroporto;
- o vento.
Todos estes elementos influenciam o desempenho.
Por exemplo, um avião que descola em pleno verão, sob um forte calor, precisará de uma pista mais longa.
Porquê?
Porque o ar quente é menos denso.
Ora, um ar menos denso produz menos sustentação.
Os motores são igualmente um pouco menos eficientes nestas condições.
Pelo contrário, um dia frio favorece geralmente o desempenho na descolagem.
Os pilotos calculam, portanto, várias velocidades de referência antes de cada partida.
Entre as mais conhecidas:
- V1, a velocidade de decisão. Para além desta velocidade, a descolagem deve geralmente ser prosseguida, mesmo em caso de avaria de motor.
- Vr, a velocidade de rotação, à qual o piloto começa a levantar o nariz do avião.
- V2, a velocidade de segurança na subida, que garante um desempenho suficiente mesmo em situações particulares, como uma avaria de motor após a descolagem.
Estas velocidades mudam praticamente a cada voo.
Dependem diretamente das condições do dia.
Porque é que um Airbus A380 pode descolar com mais de 500 toneladas?
É provavelmente o exemplo que mais intriga.
Como pode um avião que pode ultrapassar as 560 toneladas na descolagem deixar o solo?
A resposta reside na sua conceção.
O Airbus A380 possui:
- uma imensa superfície alar;
- quatro motores extremamente potentes;
- dispositivos hipersustentadores (flaps e slats) muito eficientes;
- um trem de aterragem capaz de repartir o seu peso na pista.
Durante a descolagem, os flaps aumentam fortemente a sustentação.
Os motores aceleram progressivamente o aparelho até à velocidade prevista.
Uma vez atingida esta velocidade, as asas geram sustentação suficiente para levantar o conjunto do avião.
O número de 560 toneladas parece colossal.
No entanto, a física permanece exatamente a mesma que para um pequeno avião de turismo.
Apenas as dimensões mudam.
Poderíamos comparar isto a um barco.
Um imenso paquete de várias centenas de metros flutua também graças às leis da física.
É muito mais pesado do que um pequeno barco.
No entanto, a sua conceção permite-lhe permanecer à superfície.
Na aeronáutica, as asas desempenham um papel comparável: são dimensionadas para produzir a sustentação correspondente à massa do aparelho.
Os aviões descolam raramente com o seu peso máximo
Outra ideia feita: imaginamos frequentemente que todos os aviões descolam sistematicamente “à carga máxima”.
Na realidade, é raramente o caso.
O peso máximo autorizado depende de inúmeros fatores.
Num voo curto, é inútil embarcar tanto combustível como para um trajeto transatlântico.
O avião será, portanto, mais leve.
Poderá descolar mais facilmente e consumir menos.
Pelo contrário, um longo curso que liga Paris a Singapura ou Sydney embarcará imenso combustível.
O peso na descolagem será então muito mais elevado.
Em certos aeroportos situados em altitude ou que dispõem de pistas mais curtas, as companhias devem mesmo, por vezes, limitar o número de passageiros ou a quantidade de carga para respeitar o desempenho de descolagem.
O objetivo permanece sempre o mesmo: conservar uma margem de segurança importante.
Para que servem realmente os motores?
Os motores são provavelmente os elementos mais impressionantes de um avião de linha.
O seu tamanho, a sua potência e o ruído que produzem na descolagem dão facilmente a impressão de que são eles que “transportam” o avião nos ares.
É uma ideia muito difundida.
No entanto, se pedisse a um piloto o que faz realmente voar um avião, ele responderia sem hesitar:
“As asas.”
Os motores, esses, preenchem uma outra missão, tão indispensável quanto a primeira.
Os motores não levantam diretamente o avião
É, sem dúvida, a ideia feita mais difundida na aeronáutica.
Imaginamos frequentemente os motores a empurrar o avião para cima, como um foguetão.
Na realidade, não é de todo o seu papel.
Num avião de linha clássico, os motores produzem uma força quase inteiramente orientada… para a frente.
Esta força chama-se impulso.
Ao avançar, o avião cria um escoamento de ar cada vez mais rápido à volta das suas asas.
E é precisamente este escoamento que permite às asas produzir sustentação.
Por outras palavras, os motores não levantam diretamente o avião.
Dão simplesmente às asas as condições necessárias para fazerem o seu trabalho.
É um pouco como um ciclista.
As suas pernas não o mantêm em equilíbrio diretamente.
Permitem-lhe avançar. E é esta velocidade que lhe permite permanecer estável.
Para um avião, o princípio é surpreendentemente semelhante.
Os motores permitem atingir a velocidade correta
Na descolagem, os pilotos aplicam uma potência muito importante.
Os enormes turborreatores aceleram progressivamente o aparelho na pista.
Durante esta fase, vários fenómenos ocorrem simultaneamente.
A velocidade aumenta.
O escoamento de ar à volta das asas torna-se cada vez mais rápido.
A sustentação aumenta.
Depois chega o momento em que esta sustentação é suficiente para equilibrar o peso do avião.
Os pilotos efetuam então a rotação.
Alguns segundos mais tarde, as rodas deixam o solo.
Uma vez na subida, os motores continuam naturalmente a fornecer impulso.
Mas, ao contrário do que muitos imaginam, não permanecem em plena potência durante todo o voo.
Em cruzeiro, os motores trabalham muito menos
Após a descolagem, os pilotos reduzem progressivamente a potência.
Porquê?
Porque manter um avião em voo exige, finalmente, muito menos energia do que fazê-lo descolar.
Em altitude, o ar é menos denso.
O arrasto diminui.
O avião tornou-se igualmente mais leve, uma vez que já consumiu uma parte do seu combustível.
Os motores funcionam então num regime muito mais económico.
O objetivo já não é acelerar.
Trata-se simplesmente de manter uma velocidade estável e de compensar a resistência do ar.
É uma das razões pelas quais as companhias aéreas procuram permanentemente otimizar o seu consumo.
Alguns pontos percentuais de economia de combustível representam milhões de euros numa frota inteira.
Um avião pode voar sem motor?
Esta questão surpreende frequentemente.
E, no entanto, a resposta é sim.
Desde que falemos de um avião e não de um helicóptero.
Parece contra-intuitivo.
Como poderia um avião continuar a voar sem motor?
A resposta é simples.
Os motores servem principalmente para produzir velocidade.
Mas uma vez que o avião já possui esta velocidade e uma certa altitude, as suas asas continuam naturalmente a produzir sustentação.
O aparelho transforma-se então num imenso planador.
Claro, perde progressivamente altitude.
Mas não cai absolutamente na vertical.
Os pilotos seguem o que se chama uma finura, ou seja, a relação entre a distância percorrida horizontalmente e a altitude perdida.
Para um avião de linha moderno, esta finura está frequentemente compreendida entre 15 e 20.
Concretamente, isto significa que a partir de 10 000 metros de altitude, um avião pode ainda percorrer cerca de 150 a 200 quilómetros sem qualquer impulso de motor, segundo o seu modelo e as condições meteorológicas.
Isto deixa largamente tempo aos pilotos para procurar um aeroporto adaptado.
A história da aviação conta, aliás, vários exemplos célebres de voos realizados sem motor.
Um dos mais conhecidos é o do “Gimli Glider”, um Boeing 767 da Air Canada que, em 1983, conseguiu aterrar com toda a segurança após uma pane seca devido a um erro de cálculo do combustível.
Mais recentemente, em 2009, o célebre “Milagre no Hudson” mostrou que um Airbus A320 que perdeu os seus dois motores após uma colisão com pássaros podia continuar a planar tempo suficiente para efetuar uma amaragem controlada no rio Hudson, em Nova Iorque.
Estes eventos permanecem extremamente raros, mas ilustram perfeitamente uma ideia essencial:
Um avião voa graças às suas asas. Os motores permitem-lhe simplesmente continuar a avançar.
Porque é que os aviões dispõem de vários motores?
Uma outra questão volta frequentemente.
Porque é que os aviões grandes possuem dois motores, por vezes quatro?
A primeira razão é, obviamente, a segurança.
Os motores modernos são extremamente fiáveis.
As avarias graves tornaram-se excecionais.
Mas a aeronáutica repousa sobre um princípio fundamental: a redundância.
Por outras palavras, prever uma solução mesmo quando um equipamento avaria.
Os aviões de linha são certificados para poder prosseguir o seu voo com um motor inoperante.
Os procedimentos, os desempenhos e os treinos das equipagens são concebidos tendo em conta esta eventualidade.
Os aparelhos bimotores modernos como o Airbus A350 ou o Boeing 787 efetuam diariamente voos de mais de quinze horas sobre os oceanos graças às certificações ETOPS, que garantem a sua capacidade de prosseguir o voo com toda a segurança mesmo após a perda de um motor.
A ideia de que uma avaria de motor arrastaria imediatamente a queda do avião pertence, portanto, largamente ao passado.
Uma tecnologia em constante evolução
Os motores de hoje já não têm muito a ver com os dos primeiros aviões a reação.
São:
- mais potentes;
- muito mais silenciosos;
- nitidamente menos gulosos em combustível;
- mais fiáveis;
- menos poluentes.
Os fabricantes como Rolls-Royce, GE Aerospace ou Pratt & Whitney investem todos os anos milhares de milhões de euros para melhorar ainda mais os seus desempenhos.
Algumas inovações dizem respeito aos materiais.
Outras incidem sobre a aerodinâmica das ventoinhas, as temperaturas de funcionamento ou ainda a utilização futura de combustíveis sustentáveis e de novas arquiteturas de propulsão.
Mas, apesar de todas estas evoluções, o seu papel permanece exatamente o mesmo que há várias décadas:
fornecer o impulso que permite às asas continuar a fazer voar o avião.
Porque é que um avião não perde sustentação uma vez no ar?
Agora que vimos como as asas produzem sustentação e o papel essencial dos motores, uma outra questão merece ser colocada.
Se um avião voa graças a um equilíbrio tão preciso, porque é que não perde sustentação permanentemente?
A resposta repousa sobre a velocidade, a incidência… mas também sobre o trabalho constante dos pilotos e dos sistemas de bordo, que vigiam estes parâmetros a cada segundo do voo.
A palavra «perda de sustentação» (ou stall) faz frequentemente medo.
No imaginário coletivo, é por vezes associada a uma avaria de motor ou a uma queda brutal do avião. No entanto, na aeronáutica, uma perda de sustentação é, acima de tudo, um fenómeno aeronáutico.
E, sobretudo, não significa que um avião vai forçosamente despenhar-se.
Os pilotos aprendem, aliás, a provocar voluntariamente perdas de sustentação durante a sua formação para saber reconhecê-las e recuperá-las rapidamente.
Compreender o que é realmente uma perda de sustentação permite também melhor compreender porque é que os aviões modernos permanecem extremamente seguros.
A perda de sustentação não está ligada aos motores
É provavelmente a ideia feita mais difundida.
Muitas pessoas pensam que um avião perde sustentação quando perde os seus motores.
Na realidade, não é o caso.
Um avião pode muito bem dispor de dois motores perfeitamente operacionais e perder sustentação apesar de tudo.
Pelo contrário, pode perder um motor, ou mesmo os dois em casos extremamente raros, sem nunca perder sustentação.
A diferença é essencial.
A perda de sustentação depende unicamente da maneira como o ar circula à volta das asas.
Enquanto este escoamento permanecer corretamente “colado” ao perfil da asa, esta produz sustentação.
Se este escoamento se desprender, a sustentação cai fortemente.
A asa está então em perda de sustentação.
Tudo é uma questão de incidência
O principal responsável por uma perda de sustentação é o ângulo de incidência.
Como vimos anteriormente, a incidência corresponde ao ângulo formado entre a asa e o vento relativo.
Um ligeiro aumento deste ângulo permite produzir mais sustentação.
É precisamente o que acontece durante a descolagem.
Mas este aumento possui um limite.
Para além de um certo valor, geralmente em torno de 15 a 18 graus segundo o tipo de asa, o ar já não segue corretamente a sua curvatura.
Criam-se então inúmeras turbulências atrás da asa.
O escoamento desprende-se.
A sustentação desmorona-se.
É a perda de sustentação.
É importante notar que este fenómeno pode ocorrer a diferentes velocidades.
Ouve-se por vezes dizer que um avião perde sustentação porque voa demasiado devagar.
É frequentemente verdade na prática, pois uma velocidade mais baixa obriga o piloto a aumentar mais a incidência para manter a altitude.
Mas não é a velocidade que provoca diretamente a perda de sustentação.
É bem o excesso de incidência.
A que se parece uma perda de sustentação?
Ao contrário de certas cenas de cinema, uma perda de sustentação não se traduz geralmente por uma queda instantânea para o solo.
Os primeiros sinais são muito mais progressivos.
Os comandos tornam-se menos eficazes.
Podem aparecer vibrações.
Nos aviões modernos, um alarme sonoro soa.
O manche pode igualmente vibrar graças a um sistema chamado stick shaker, destinado a avisar imediatamente os pilotos de que se aproximam do limite.
Se nada for feito, o nariz do avião acaba naturalmente por baixar.
Este movimento pode parecer impressionante, mas é, na realidade, benéfico.
Ao baixar o nariz, o avião ganha velocidade.
O escoamento do ar torna-se normal.
As asas reencontram a sua sustentação.
A perda de sustentação terminou.
É, aliás, o procedimento ensinado a todos os pilotos:
reduzir a incidência antes de qualquer outra ação.
Esta reação permite restabelecer rapidamente um voo normal.
Os pilotos são treinados para esta situação
Durante a sua formação, os alunos pilotos realizam vários exercícios de perda de sustentação.
O objetivo não é, obviamente, colocá-los em dificuldade.
Trata-se de lhes ensinar a reconhecer os primeiros sinais anunciadores.
Descobrem assim as sensações características:
- diminuição da eficácia dos comandos;
- alarme de perda de sustentação;
- vibrações;
- comportamento particular do avião.
Depois, repetem o procedimento de recuperação até que se torne instintivo.
Este treino prossegue ao longo de toda a sua carreira.
Os pilotos de linha realizam regularmente sessões em simulador reproduzindo todo o tipo de situações invulgares, incluindo as perdas de sustentação.
Estes simuladores são tão realistas que reproduzem fielmente as reações de cada modelo de avião.
Os aviões modernos dispõem de inúmeras proteções
Hoje, a tecnologia traz uma camada de segurança suplementar.
Nos Airbus modernos, por exemplo, os computadores de voo vigiam permanentemente a velocidade, a incidência, a altitude e inúmeros outros parâmetros.
Em certas leis de pilotagem, torna-se mesmo impossível ultrapassar certos limites aeronáuticos, salvo circunstâncias muito particulares.
O avião ajuda assim os pilotos a permanecerem num envelope de voo seguro.
Os Boeing dispõem de uma filosofia ligeiramente diferente, deixando mais autoridade direta aos pilotos, mas possuem eles também inúmeros sistemas de alerta e de assistência.
Em todos os casos, as equipagens dispõem de vários níveis de proteção antes que uma verdadeira perda de sustentação possa ocorrer.
Porque é que as perdas de sustentação se tornaram tão raras?
Os acidentes ligados à perda de sustentação existem ainda, mas são hoje extremamente raros na aviação comercial.
Esta melhoria é o resultado de várias décadas de progresso.
Os aviões são melhor concebidos.
Os sistemas de alerta são mais eficientes.
Os simuladores permitem um treino muito mais aprofundado.
Os procedimentos são regularmente atualizados após cada retorno de experiência.
Finalmente, as equipagens beneficiam de uma formação contínua ao longo de toda a sua carreira.
O conjunto destes elementos explica porque é que a perda de sustentação se tornou uma situação perfeitamente conhecida, estudada e antecipada.
Para os passageiros, isto significa que é muito pouco provável ser confrontado com uma verdadeira perda de sustentação durante um voo comercial.
O voo é uma procura permanente de equilíbrio
Se recuarmos um pouco, damo-nos conta de que tudo o que explicámos desde o início deste artigo repousa sobre uma única ideia.
Um avião voa porque mantém permanentemente um equilíbrio.
A velocidade deve ser suficiente.
A incidência deve permanecer nos limites corretos.
O impulso deve compensar o arrasto.
A sustentação deve equilibrar o peso.
Os pilotos vigiam estes parâmetros permanentemente, ajudados por computadores extremamente sofisticados.
O resultado é um sistema notavelmente fiável, capaz de transportar todos os anos vários milhares de milhões de passageiros através do mundo.
Mas uma questão continua a intrigar muitas pessoas.
Se um avião voa graças às suas asas, como pode continuar a voar quando perde um motor… ou mesmo os dois?
A resposta é frequentemente surpreendente e demonstra, mais uma vez, até que ponto as leis da aeronáutica são fascinantes.
Porque é que os aviões podem continuar a voar com um motor avariado?
É provavelmente uma das situações que mais preocupa os passageiros.
Quando ouvimos falar de uma avaria de motor nos meios de comunicação ou vemos uma cena espetacular num filme, a mesma ideia volta imediatamente:
« Se um motor avariar, o avião vai cair. »
No entanto, a realidade é muito diferente.
Os aviões de linha modernos são justamente concebidos para enfrentar este tipo de situação. Uma avaria de motor é considerada um evento sério, mas não significa absolutamente que o aparelho esteja em perigo imediato.
Para compreender porquê, é preciso voltar a uma ideia essencial que desenvolvemos ao longo deste artigo.
Os motores não mantêm o avião no ar.
São as asas.
As asas continuam a produzir sustentação
Imaginemos que um avião perde subitamente um dos seus motores.
O que acontece exatamente?
A primeira consequência é uma diminuição do impulso.
Em contrapartida, as asas, essas, não mudam.
O avião continua sempre a avançar.
O ar continua, portanto, a circular à volta das asas.
E enquanto este escoamento for suficiente, estas produzem sempre sustentação.
O aparelho permanece, portanto, perfeitamente capaz de voar.
O que muda são, principalmente, os seus desempenhos.
A subida torna-se menos rápida.
O consumo de combustível pode evoluir.
O piloto deve igualmente compensar o desequilíbrio criado pelo motor restante, que empurra agora mais de um lado.
Estas correções são perfeitamente previstas e fazem parte do treino normal das equipagens.
Todos os aviões de linha são certificados para esta situação
Uma ideia surpreende frequentemente o grande público.
Antes mesmo de um avião obter o seu certificado de navegabilidade, os construtores devem demonstrar que pode prosseguir o seu voo com toda a segurança após a perda de um motor.
Os ensaios são extremamente exigentes.
Pilotos de ensaio realizam voluntariamente descolagens com um motor reduzido ou cortado para verificar que o aparelho permanece perfeitamente controlável.
Estas demonstrações permitem, nomeadamente, definir as famosas velocidades V1 e V2 de que falámos anteriormente.
Tomemos um exemplo.
Se um motor avariar logo após V1, os pilotos prosseguirão normalmente a descolagem.
Isto pode parecer contra-intuitivo.
No entanto, este procedimento é precisamente o que oferece mais segurança.
Os desempenhos do avião foram calculados para permitir esta subida com um só motor.
Por outras palavras, este cenário faz parte integrante da conceção do aparelho.
Porque é que os aviões grandes têm frequentemente apenas dois motores?
Durante muito tempo, os voos muito longos eram principalmente assegurados por aviões com três ou quatro motores, como o Boeing 747 ou o Airbus A340.
Na época, as autoridades desejavam conservar uma importante margem de segurança durante as travessias oceânicas.
Mas os motores modernos tornaram-se tão fiáveis que esta filosofia evoluiu progressivamente.
Hoje, aparelhos como o Airbus A350 ou o Boeing 787 atravessam diariamente os oceanos com apenas dois motores.
Isto é tornado possível graças a uma certificação chamada ETOPS (Extended-range Twin-engine Operational Performance Standards).
Este regulamento autoriza os aviões bimotores a afastar-se várias horas de um aeroporto de emergência, desde que demonstrem uma fiabilidade excecional.
Concretamente, isto significa que mesmo que um motor avariasse no meio do oceano Atlântico ou do Pacífico, o avião seria sempre capaz de chegar a um aeroporto adaptado com toda a segurança.
É uma realidade quotidiana da aviação moderna.
E se os dois motores pararem?
Esta situação é muito mais rara.
Mas permanece tecnicamente possível.
As causas podem ser muito diversas:
- ingestão massiva de pássaros;
- falta de combustível;
- contaminação do combustível;
- condições meteorológicas excecionais.
Mesmo nesta situação extrema, o avião continua a não cair como uma pedra.
Ele torna-se um planador.
Isto pode parecer incrível quando falamos de um aparelho com várias centenas de toneladas.
No entanto, é exatamente o que se produz.
Graças à sua excelente finura aeronáutica, os aviões de linha modernos podem percorrer uma distância impressionante sem qualquer impulso de motor.
Desde uma altitude de cruzeiro de cerca de 11 000 metros, certos aparelhos podem ainda planar perto de 200 quilómetros, por vezes mais segundo a sua configuração e as condições atmosféricas.
Esta capacidade oferece aos pilotos um tempo precioso para analisar a situação, tentar um reinício de motor ou chegar a um terreno adaptado.
Exemplos que marcaram a história
A aviação conheceu vários eventos que se tornaram célebres por terem demonstrado as qualidades de voo dos aviões sem motor.
Um dos mais conhecidos é, sem dúvida, o Gimli Glider.
Em 1983, um Boeing 767 da Air Canada encontra-se em pane seca devido a um erro de conversão entre quilogramas e libras durante o cálculo do combustível embarcado.
Os dois motores param sucessivamente.
A equipagem consegue, no entanto, planar durante várias dezenas de quilómetros antes de pousar o aparelho numa antiga base aérea reconvertida em circuito automóvel.
Outro exemplo célebre: o voo US Airways 1549 em janeiro de 2009.
Alguns minutos após a sua descolagem de Nova Iorque, um Airbus A320 atinge um importante grupo de pássaros.
Os dois motores ficam gravemente danificados.
O comandante Chesley “Sully” Sullenberger decide então amarar no rio Hudson.
Graças à capacidade de planeio do avião e ao domínio excecional da equipagem, as 155 pessoas a bordo sobrevivem.
Estes eventos permanecem extremamente raros.
Mas ilustram perfeitamente um princípio fundamental:
Mesmo privado de motores, um avião continua a ser um avião. Continua a voar enquanto as suas asas produzirem sustentação.
Uma segurança pensada desde a conceção
Quando um construtor desenvolve um novo avião, a gestão das avarias faz parte das prioridades absolutas.
Cada sistema importante possui geralmente um ou vários sistemas de socorro.
Os comandos de voo são redundantes.
Os circuitos hidráulicos são múltiplos.
Os geradores elétricos podem ser substituídos por outras fontes de energia.
Mesmo em caso de perda total dos motores, certos aviões dispõem de uma pequena turbina acionável, chamada RAT (Ram Air Turbine), que utiliza o vento relativo para produzir a energia necessária aos equipamentos essenciais.
Esta filosofia de redundância é omnipresente na aviação.
Explica em grande parte porque é que o transporte aéreo é hoje considerado um dos meios de transporte mais seguros do mundo.
Porque é que os aviões voam tão alto?
Agora que sabemos porque é que um avião pode voar apesar do seu peso e mesmo continuar o seu voo com um motor avariado, uma outra questão merece ser colocada.
Porque é que os aviões de linha escolhem voar a 10 000 ou 12 000 metros de altitude, quando poderiam, em teoria, permanecer muito mais perto do solo?
Mais uma vez, a resposta repousa sobre um subtil compromisso entre física, desempenho e economia de combustível.
Quando olhamos para o mapa de um voo no ecrã instalado à frente do seu assento, notamos quase sempre a mesma coisa.
Alguns minutos após a descolagem, o avião continua a subir… ainda… e ainda.
Depois acaba por se estabilizar em torno dos 10 000 a 12 000 metros de altitude, ou seja, cerca de 33 000 a 39 000 pés na linguagem dos pilotos.
À primeira vista, isto pode parecer estranho.
Afinal, porque ir tão alto?
Não seria mais simples voar a apenas alguns milhares de metros do solo?
Na realidade, esta altitude não foi escolhida ao acaso.
Representa o melhor compromisso entre desempenho, consumo de combustível, segurança e conforto.
O ar é muito menos denso
Quanto mais subimos em altitude, mais o ar se torna leve.
Isto pode parecer ser um inconveniente.
No entanto, para um avião de linha, é uma verdadeira vantagem.
Porquê?
Porque o ar opõe uma resistência ao deslocamento.
Esta resistência tem um nome que já encontrámos: o arrasto.
Imagine que caminha numa piscina.
A água trava cada um dos seus movimentos.
Agora, imagine que caminha numa praia.
O esforço torna-se muito mais fraco.
Para um avião, é um pouco a mesma coisa.
Num ar menos denso, a resistência diminui fortemente.
Os motores precisam, portanto, de menos potência para manter a velocidade de cruzeiro.
Resultado:
- menos combustível consumido;
- uma melhor autonomia;
- custos de exploração reduzidos.
À escala de uma companhia aérea, estas economias representam vários milhões de euros todos os anos.
Os motores tornam-se mais eficientes
Isto pode parecer paradoxal.
Como pode um motor ser mais eficiente quando dispõe de menos ar?
Na realidade, os turborreatores modernos são justamente concebidos para funcionar nestas condições.
Em altitude, o ar é mais frio.
Ora, um ar mais frio melhora geralmente o rendimento termodinâmico dos motores.
Associado a um arrasto mais fraco, isto permite obter um excelente compromisso entre potência e consumo.
É uma das razões pelas quais os aviões não permanecem muito tempo a baixa altitude após a descolagem.
Procuram rapidamente chegar ao seu nível de cruzeiro ideal.
Cada avião possui a sua altitude ideal
Ao contrário do que se poderia acreditar, não existe uma altitude única para todos os voos.
Cada avião possui o que os pilotos chamam um nível de voo ideal.
Este depende de inúmeros parâmetros:
- o peso do aparelho;
- a quantidade de combustível restante;
- a temperatura exterior;
- o vento;
- a meteorologia;
- o desempenho do motor.
Um avião muito pesado não poderá sempre subir imediatamente à sua altitude de cruzeiro máxima.
Os pilotos começam então um pouco mais baixo.
À medida que o combustível é consumido, o avião torna-se mais leve.
Pode então efetuar o que se chama um step climb, ou subida por patamares.
Esta técnica permite economizar ainda mais combustível.
É, portanto, frequente que um avião voe sucessivamente a várias altitudes ao longo de um mesmo trajeto.
Voar mais alto permite frequentemente evitar turbulências
As turbulências fazem parte das principais preocupações dos passageiros.
No entanto, são raramente perigosas.
E boa notícia: voar alto permite frequentemente evitar uma parte delas.
As turbulências são particularmente frequentes:
- na proximidade do relevo;
- nas nuvens tempestuosas;
- nas camadas baixas da atmosfera.
Em cruzeiro, o ar é geralmente muito mais estável.
Isto não significa que nunca existam turbulências.
Algumas, chamadas turbulências em ar claro, podem aparecer mesmo sob um céu perfeitamente azul.
Mas permanecem geralmente mais fáceis de antecipar graças às previsões meteorológicas e às informações trocadas entre equipagens.
Os pilotos adaptam então a sua altitude para procurar a camada de ar mais calma possível.
Uma altitude que oferece também maior segurança
Voar alto apresenta uma outra vantagem, menos conhecida do grande público.
Em caso de problema técnico, dispor de vários milhares de metros de altitude oferece mais tempo aos pilotos para analisar a situação.
Como vimos anteriormente, um avião que perde o seu impulso não cai imediatamente.
Ele plana.
Quanto mais alto se encontrar, mais dispõe de uma importante reserva de energia potencial.
Esta altitude pode permitir-lhe chegar a um aeroporto situado a várias dezenas, ou mesmo várias centenas de quilómetros.
A altitude constitui, portanto, uma verdadeira margem de segurança suplementar.
Porque não voar ainda mais alto?
Pelo contrário, porque é que os aviões não sobem a 15 000 ou 20 000 metros?
Porque existe igualmente um limite.
Quanto mais a altitude aumenta, mais o ar se torna raro.
As asas produzem então menos sustentação.
Os motores dispõem igualmente de menos oxigénio para funcionar eficazmente.
O desempenho acaba, portanto, por diminuir.
Os engenheiros falam por vezes do “coffin corner”, uma zona onde o intervalo entre a velocidade mínima de perda de sustentação e a velocidade máxima autorizada se torna muito fraco.
Os aviões evitam naturalmente esta região permanecendo no seu domínio de voo ideal.
Em resumo, os aviões não voam o mais alto possível.
Voam à altitude mais eficaz.
É este subtil compromisso que permite atravessar os continentes consumindo o menos combustível possível, oferecendo ao mesmo tempo um nível de segurança extremamente elevado.
O que acontece exatamente durante a descolagem?
Para um passageiro, a descolagem dura apenas um minuto.
Para os pilotos, é uma das fases mais preparadas e mais técnicas de todo o voo.
Na realidade, a descolagem começa bem antes de o avião se lançar na pista.
Desde a preparação do voo, a equipagem calcula precisamente os desempenhos necessários em função do peso do avião, da meteorologia, do vento, da temperatura e do comprimento da pista.
Uma vez alinhados, os pilotos aumentam progressivamente a potência dos motores até ao valor previsto.
A aceleração torna-se então muito franca.
Durante esta corrida de descolagem, o avião permanece perfeitamente controlado graças ao seu leme de direção, depois ao leme de profundidade quando a velocidade aumenta.
A uma velocidade chamada V1, a descolagem é considerada como iniciada.
Em caso de problema de motor após esta velocidade, é geralmente mais seguro prosseguir a descolagem do que tentar travar brutalmente.
Alguns segundos mais tarde chega Vr, a velocidade de rotação.
O piloto puxa suavemente o manche ou o mini-manche.
O nariz do avião levanta-se progressivamente.
A incidência aumenta ligeiramente.
As asas produzem então sustentação suficiente para fazer deixar naturalmente o solo ao aparelho.
Alguns instantes mais tarde, o trem de aterragem é recolhido para reduzir o arrasto.
Depois os flaps são progressivamente retraídos à medida que o avião acelera.
Em menos de dois minutos, o aparelho já está na subida para a sua altitude de cruzeiro.
Visto da cabine, tudo parece muito simples.
Na realidade, esta sequência é o resultado de décadas de investigação, de procedimentos extremamente precisos e de um treino rigoroso das equipagens.
E durante a aterragem, porque é que o avião não cai?
Se a descolagem impressiona, a aterragem fascina tanto quanto.
A partir da janela, vemos o solo aproximar-se lentamente. As casas tornam-se cada vez maiores, os carros aparecem nas estradas e, alguns instantes mais tarde, as rodas tocam a pista com, por vezes, um ligeiro ressalto.
Para muitos passageiros, esta fase dá a impressão de que o avião “cai” voluntariamente.
Na realidade, não é nada disso.
Uma aterragem bem-sucedida é precisamente um voo que permanece perfeitamente dominado… até ao último metro.
Um avião continua a voar até ao contacto com a pista
É um princípio que todos os alunos pilotos aprendem muito cedo.
Um avião não para de voar quando se aproxima do aeroporto.
Continua a produzir sustentação até ao momento em que as rodas tocam o solo.
Por outras palavras, uma aterragem não é uma queda controlada.
É uma diminuição progressiva da sustentação.
Os pilotos ajustam permanentemente três parâmetros:
- a velocidade;
- o impulso dos motores;
- a atitude do avião.
O objetivo é conservar uma trajetória perfeitamente estável ao longo de toda a aproximação.
A bordo, isto dá frequentemente uma sensação de descida suave e regular.
Os flaps tornam-se essenciais
Antes da aterragem, talvez já tenha notado que as asas parecem mudar de forma.
Painéis situados na parte de trás da asa desdobram-se progressivamente.
São os flaps.
O seu papel é duplo.
Aumentam fortemente a sustentação a baixa velocidade.
Mas aumentam igualmente o arrasto.
À primeira vista, produzir mais arrasto poderia parecer contraproducente.
Na realidade, é exatamente o que procuram os pilotos.
Graças aos flaps, o avião pode voar mais lentamente enquanto permanece perfeitamente controlável.
Esta redução de velocidade é indispensável para limitar a distância de aterragem e reduzir os esforços no momento do toque das rodas.
Porque é que os motores permanecem em funcionamento?
Outra ideia feita muito frequente:
Muitos imaginam que os pilotos cortam os motores durante a descida.
Na realidade, os motores continuam a funcionar.
Produzem simplesmente muito menos impulso do que em cruzeiro.
Os pilotos ajustam a sua potência quase permanentemente para manter o plano de descida correto.
Se o avião desce ligeiramente demasiado depressa, um pequeno aumento de impulso basta frequentemente para corrigir a trajetória.
Pelo contrário, se a velocidade se tornar excessiva, os motores são reduzidos e o arrasto dos flaps ajuda naturalmente o avião a abrandar.
Tudo é uma questão de equilíbrio.
Os últimos segundos antes do toque
A alguns metros da pista, uma última manobra intervém.
Os pilotos levantam ligeiramente o nariz do avião.
Esta fase chama-se o arredondamento.
O objetivo é simples:
Reduzir progressivamente a velocidade vertical para que as rodas principais toquem o solo suavemente.
O avião deixa então progressivamente de produzir sustentação suficiente para permanecer em voo.
Uma vez as rodas no solo, os spoilers desdobram-se automaticamente sobre as asas.
“Quebram” imediatamente a sustentação restante para que todo o peso do aparelho repouse sobre o seu trem de aterragem.
Os travões tornam-se então plenamente eficazes.
Segundo as necessidades, os reversores de impulso dos motores são igualmente utilizados para participar no abrandamento.
Algumas dezenas de segundos mais tarde, o avião deixa a pista e rola tranquilamente até ao seu ponto de estacionamento.
As ideias feitas sobre o voo dos aviões
Apesar de mais de um século de aviação, inúmeras crenças persistem ainda hoje.
Algumas são divertidas.
Outras alimentam inutilmente o medo de andar de avião.
Aqui estão algumas das mais frequentes.
« Um avião é demasiado pesado para voar »
É, sem dúvida, a observação que ouvimos mais frequentemente.
E é perfeitamente compreensível.
Ver um Airbus A380 com mais de 500 toneladas deixar o solo parece quase irreal.
No entanto, o peso não impede um avião de voar.
Impõe simplesmente produzir mais sustentação.
Quanto mais pesado é um avião, maiores são as suas asas e mais importante é a velocidade necessária na descolagem.
As leis da física permanecem exatamente as mesmas, quer se trate de um pequeno avião de turismo ou do maior avião de linha do mundo.
« Os motores mantêm o avião no ar »
Vimo-lo ao longo de todo este artigo:
Esta ideia é falsa.
Os motores criam o impulso.
As asas criam a sustentação.
É uma nuance essencial.
Explica nomeadamente porque é que um avião pode continuar a voar mesmo após a perda de um motor, ou em casos extremamente raros, dos dois.
« As turbulências são perigosas »
As turbulências impressionam.
É normal.
No entanto, são raramente perigosas para o próprio avião.
Os aparelhos modernos são concebidos para suportar pressões muito largamente superiores às encontradas durante um voo comercial.
Os pilotos evitam as zonas mais turbulentas quando o podem fazer.
Quando são inevitáveis, reduzem por vezes ligeiramente a sua velocidade para diminuir os esforços sobre a célula.
O principal risco diz respeito sobretudo às pessoas que não usam o cinto.
É, aliás, a razão pela qual as equipagens recomendam frequentemente deixá-lo apertado, mesmo quando o sinal está desligado.
« As asas vão partir porque se dobram »
Quando estamos sentados perto da janela, é por vezes impressionante ver as asas curvarem-se fortemente, nomeadamente durante turbulências.
Muitos passageiros pensam então que esta flexão é anormal.
Na realidade, é exatamente o contrário.
As asas são concebidas para serem flexíveis.
Esta flexibilidade permite-lhes absorver uma parte das pressões aeronáuticas.
Antes da sua certificação, são submetidas a ensaios extremamente severos.
Os engenheiros dobram-nas muito para além do que encontrarão durante toda a sua carreira operacional.
Ver uma asa deformar-se em voo é, portanto, não só normal, como também tranquilizador.
« Quanto maior é um avião, mais perigoso é »
Intuitivamente, poderíamos pensar que um avião maior é mais difícil de pilotar.
Nos factos, os aviões grandes são frequentemente muito estáveis.
A sua massa importante torna-os por vezes menos sensíveis a certas perturbações atmosféricas do que aparelhos muito mais leves.
A segurança depende, acima de tudo:
- da conceção do aparelho;
- da sua manutenção;
- da formação das equipagens;
- do respeito pelos procedimentos.
O seu tamanho não é um critério de perigosidade.
O que poderia realmente impedir um avião de voar
Agora que desmontámos várias ideias feitas, uma última questão merece ser colocada.
Quais são as situações que poderiam realmente impedir um avião de voar?
Ao contrário das crenças populares, não são nem o seu peso nem uma simples turbulência.
Os verdadeiros limites são essencialmente aeronáuticos.
Vamos ver quais na última parte deste artigo, antes de concluir.
O que poderia realmente impedir um avião de voar
Após termos descoberto como um avião cria sustentação, porque é que o seu peso não é um obstáculo e qual é o papel dos motores, uma questão permanece.
Existem situações em que um avião não poderia realmente voar mais?
A resposta é sim.
Mas estas situações não têm geralmente nada a ver com o que imagina a maioria dos passageiros.
Os aviões modernos dispõem de importantes margens de segurança e são concebidos para funcionar numa grande variedade de condições. No entanto, como qualquer máquina, possuem limites físicos que é indispensável respeitar.
Uma velocidade insuficiente
O primeiro limite é, sem dúvida, o mais evidente.
Como vimos, as asas precisam de um escoamento de ar suficientemente rápido para produzir sustentação.
Se a velocidade diminuir demasiado fortemente sem que o piloto adapte a trajetória, a sustentação torna-se insuficiente.
O avião já não pode então manter a sua altitude.
É precisamente por esta razão que os pilotos vigiam constantemente a sua velocidade, nomeadamente durante a descolagem, a aproximação e a aterragem.
Os aviões modernos dispõem igualmente de inúmeros sistemas de alerta que sinalizam imediatamente qualquer velocidade anormalmente fraca.
Uma incidência demasiado importante
Não basta ir depressa.
A incidência deve igualmente permanecer numa margem bem definida.
Uma asa pode produzir imensa sustentação.
Mas apenas até um certo limite.
Se o piloto levantar excessivamente o nariz do avião, o escoamento do ar acaba por se desprender da asa.
A perda de sustentação aparece.
É por isso que os pilotos aprendem muito cedo a privilegiar uma regra simples:
mais vale perder um pouco de altitude do que deixar o avião perder sustentação.
Os sistemas de proteção presentes nos aviões modernos tornam hoje esta situação extremamente rara em exploração comercial.
O gelo: um inimigo por vezes invisível
Se existe um fenómeno que os pilotos levam particularmente a sério, é o gelo.
Quando uma fina camada de gelo se forma sobre as asas, o seu perfil aeronáutico é modificado.
Isto pode parecer anódino.
No entanto, alguns milímetros de gelo bastam por vezes para degradar sensivelmente a sustentação.
É por isso que os aviões são sistematicamente degelados antes da descolagem quando as condições meteorológicas o exigem.
Em voo, vários sistemas permitem igualmente impedir a formação de gelo sobre as asas, os motores ou certas sondas essenciais.
Estes dispositivos utilizam, segundo os modelos, ar quente retirado dos motores, resistências elétricas ou ainda sistemas específicos de degelo.
Uma sobrecarga importante
Cada avião possui várias massas máximas certificadas.
Entre elas:
- a massa máxima na descolagem;
- a massa máxima na aterragem;
- a massa máxima sem combustível.
Estes limites são calculados com precisão pelos construtores.
Ultrapassá-los modificaria o desempenho do avião e reduziria as margens de segurança.
Antes de cada voo, as companhias calculam, portanto, muito precisamente:
- o peso dos passageiros;
- as bagagens;
- a carga;
- a quantidade de combustível.
Mesmo a repartição desta massa é estudada.
A centragem do avião é um elemento fundamental da segurança.
Um aparelho mal carregado poderia tornar-se muito mais difícil de pilotar.
Mais uma vez, tudo é cuidadosamente verificado antes da partida.
As condições meteorológicas extremas
Ao contrário de uma ideia feita, os aviões voam perfeitamente sob chuva.
Podem igualmente atravessar nuvens, voar de noite ou em condições de visibilidade muito reduzida.
Pelo contrário, certos fenómenos meteorológicos são evitados tanto quanto possível.
É nomeadamente o caso:
- das tempestades muito desenvolvidas;
- do granizo;
- das fortes turbulências convectivas;
- das cinzas vulcânicas.
Os aviões modernos dispõem de radares meteorológicos muito eficientes permitindo às equipagens contornar estas zonas perigosas.
Os controladores aéreos participam igualmente nesta gestão propondo trajetórias alternativas quando tal é necessário.
O objetivo não é provar que um avião pode atravessar qualquer fenómeno meteorológico.
Pelo contrário.
A segurança consiste frequentemente em evitar as situações mais desfavoráveis.
Porque é que os aviões são concebidos para voar com toda a segurança?
Nesta fase do artigo, uma coisa aparece claramente.
O voo não repousa sobre uma única tecnologia.
Resulta de uma multidão de sistemas que trabalham em conjunto.
E todos perseguem o mesmo objetivo:
oferecer o mais alto nível de segurança possível.
Uma conceção baseada na redundância
Um dos grandes princípios da aeronáutica é a redundância.
Por outras palavras, nunca depender de um único equipamento essencial.
É por isso que os aviões de linha dispõem de vários circuitos hidráulicos.
Vários computadores.
Vários sistemas elétricos.
Vários instrumentos de navegação.
Vários meios de comunicação.
E, bem entendido, vários pilotos.
Se um elemento avaria, um outro toma imediatamente o lugar.
Esta filosofia explica em grande parte a excelente fiabilidade da aviação moderna.
Ensaios extremamente exigentes
Antes que um novo avião possa transportar passageiros, sofre milhares de horas de ensaios.
Os engenheiros testam praticamente todas as situações imagináveis.
Descolagens com um motor inoperante.
Travagens de emergência.
Condições meteorológicas extremas.
Temperaturas muito baixas ou muito elevadas.
Ensaios de flexão das asas.
Testes de fadiga da célula.
Cada componente é verificado muito para além das pressões que encontrará normalmente em exploração.
Esta abordagem permite conservar importantes margens de segurança.
Uma manutenção permanente
Um avião não voa simplesmente até que uma peça parta.
A sua manutenção segue um calendário extremamente estrito.
Certas verificações são realizadas antes de cada voo.
Outras todas as algumas centenas de horas.
As grandes visitas de manutenção podem imobilizar um aparelho durante várias semanas.
Milhares de componentes são inspecionados, substituídos ou testados, mesmo quando funcionam ainda perfeitamente.
Esta manutenção preventiva constitui um dos pilares da segurança aérea.
Pilotos formados ao longo de toda a sua carreira
Ao contrário do que se poderia pensar, obter uma licença de piloto de linha não é o fim da formação.
É, antes, o início.
Várias vezes por ano, as equipagens regressam ao simulador.
Treinam-se para gerir:
- avarias de motor;
- incêndios;
- perdas de sustentação;
- problemas hidráulicos;
- aproximações com má meteorologia;
- situações extremamente raras.
O objetivo é simples.
No dia em que uma anomalia surge realmente, os pilotos devem já ter vivido esta situação… dezenas de vezes em treino.
Um transporte entre os mais seguros do mundo
Todas estas medidas explicam porque é que a aviação comercial exibe hoje um nível de segurança excecional.
Claro, nenhum meio de transporte está totalmente isento de riscos.
Mas quando se relaciona o número de voos efetuados todos os dias com os acidentes recenseados, o avião figura entre os meios de deslocação mais seguros jamais concebidos.
Cada descolagem é o resultado de décadas de investigação, de inovações tecnológicas, de regulamentações exigentes e do trabalho coordenado de milhares de profissionais.
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Em resumo: como pode um avião tão pesado voar?
No início deste artigo, colocávamos uma questão que parece quase desafiar o senso comum:
Como pode uma máquina de várias centenas de toneladas deixar o solo e atravessar um oceano?
A resposta resume-se finalmente a alguns princípios simples.
Os motores não levantam o avião.
Permitem-lhe acelerar.
Esta velocidade cria um escoamento de ar à volta das asas.
Graças à sua forma particular, estas geram uma força chamada sustentação, capaz de equilibrar e depois ultrapassar o peso do aparelho.
Durante todo o voo, os pilotos vigiam para manter um equilíbrio preciso entre quatro forças: o peso, a sustentação, o impulso e o arrasto.
Este equilíbrio evolui constantemente, da descolagem até à aterragem.
É este domínio das leis da física, associado a uma tecnologia de ponta, a uma manutenção rigorosa e a uma formação exigente das equipagens, que permite hoje aos aviões transportar todos os anos milhares de milhões de passageiros com toda a segurança.
Da próxima vez que vir um Airbus A350, um Boeing 777 ou mesmo um gigantesco Airbus A380 lançar-se numa pista, não verá sem dúvida apenas uma enorme máquina a deixar o solo.
Verá, sobretudo, uma das mais belas demonstrações de física aplicada jamais realizadas pelo ser humano.
🎬 Deseja ver este princípio em imagens?
Neste vídeo, explicamos porque é que um avião de linha pode continuar a voar com um só motor, como os pilotos reagem nesta situação e porque é que ela é prevista desde a conceção do aparelho.
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FAQ: Como pode um avião tão pesado voar?
Como pode um avião de várias centenas de toneladas voar?
Um avião pode voar graças à sustentação, uma força produzida pelas suas asas quando o ar escoa rapidamente à volta delas. Os motores permitem ao aparelho atingir esta velocidade, enquanto as asas transformam este deslocamento numa força capaz de equilibrar e depois ultrapassar o seu peso. É este equilíbrio entre a sustentação, o peso, o impulso e o arrasto que permite a um avião permanecer nos ares.
Porque é que um avião não cai uma vez no ar?
Ao contrário do que se poderia pensar, a gravidade continua a atuar sobre o avião durante todo o voo. Se não cai, é porque as asas produzem permanentemente sustentação suficiente para compensar o seu peso. Enquanto o avião conservar uma velocidade adaptada e uma boa incidência, permanece em equilíbrio nos ares.
Os motores levantam o avião?
Não. Os motores não levantam diretamente o avião. O seu papel é produzir impulso para fazer avançar o aparelho. Esta velocidade permite depois às asas gerar a sustentação necessária para manter o avião em voo. Sem as asas, mesmo os motores mais potentes seriam incapazes de fazer voar um avião de linha.
Porque é que um avião deve ir tão depressa para descolar?
A velocidade é indispensável para criar sustentação suficiente. Quanto mais o ar circula rapidamente à volta das asas, mais estas geram uma força importante para cima. A descolagem ocorre quando esta sustentação se torna superior ao peso do avião.
Um avião pode voar com um só motor?
Sim. Os aviões de linha modernos são certificados para prosseguir o seu voo com toda a segurança com um só motor em funcionamento. Os pilotos são especialmente formados para esta situação e os desempenhos do aparelho são calculados para permitir uma subida, um cruzeiro ou um desvio para um aeroporto adaptado.
Um avião pode voar sem qualquer motor?
Sim, mas apenas durante um certo tempo. Se os dois motores pararem, o avião não cai imediatamente. Continua a planar graças às suas asas, como um imenso planador. Desde a sua altitude de cruzeiro, um avião de linha moderno pode percorrer várias centenas de quilómetros sem impulso de motor, deixando aos pilotos tempo para procurar um terreno de aterragem.
Porque é que os aviões voam a cerca de 10 000 metros de altitude?
Os aviões de linha evoluem geralmente entre 10 000 e 12 000 metros de altitude, porque o ar aí é menos denso. Isto reduz o arrasto, melhora o rendimento dos motores e diminui o consumo de combustível. Esta altitude permite igualmente evitar uma parte das turbulências presentes nas camadas baixas da atmosfera.
As turbulências podem fazer cair um avião?
Não. As turbulências são geralmente desconfortáveis para os passageiros, mas não são perigosas para um avião moderno. Os aparelhos são concebidos para resistir a pressões muito superiores às encontradas durante um voo comercial. Os pilotos adaptam igualmente a sua trajetória e a sua velocidade quando tal é necessário.
Porque é que as asas dos aviões se dobram em voo?
As asas são voluntariamente concebidas para serem flexíveis. Esta flexibilidade permite-lhes absorver os esforços aeronáuticos provocados pelas turbulências e pelas variações de carga. Uma asa que se deforma ligeiramente é, portanto, um funcionamento perfeitamente normal, previsto desde a sua conceção.
Qual é o maior avião capaz de voar?
O Airbus A380 é o maior avião de linha atualmente em serviço. Segundo a sua configuração, pode ultrapassar as 560 toneladas na descolagem enquanto permanece capaz de voar graças às suas imensas asas, aos seus quatro motores potentes e a uma aerodinâmica cuidadosamente otimizada. Apesar do seu peso impressionante, obedece exatamente às mesmas leis da física que um pequeno avião de turismo.
