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Autogiro: como funciona esse híbrido de avião e helicóptero?

O Autogiro é uma aeronave mais pesada que o ar, que tem assegurada sua sustentação através de um sistema de rotor montado na parte superior de sua estrutura, com pás que giram mais ou menos horizon­talmente. Ele utiliza princípios de voo do avião, helicóptero e próprios para voar.

Os autogiros diferem dos helicópteros pelo fato de as pás de seu rotor serem acionadas pelo ar que flui para cima, através delas (princípio da autorrotação), enquanto as pás do helicóptero são acionadas me­canicamente e posicionadas em “ângulo de inclinação” maior, de modo que sua tendência é subir através do ar.

Como o autogiro consegue sustentação

O Wallins WA-116 (usado como exemplo neste diagrama) pertence à família dos pequenos autogiros. Operado por um pequeno motor de quatro cilindros, pesa menos de 115 kg sem carga. O diagrama mostra como a pá do rotor que está avançando cria mais sustentação ao se mover para dentro da corrente de ar, dobrando-se para cima, a fim de armazenar energia que é liberada quando a pá se abaixa, movendo-se para trás. Essa flexibilidade equilibra a sustentação entre os dois lados do rotor, evitando que o aparelho capote.

Para manter a altitude ou subir, um autogiro neces­sita de um sistema de propulsão, como um motor e uma hélice, que o movimenta para diante. Inclinando-se o sistema do rotor de sustentação um pouco para trás, as pás suspendem a aeronave, apesar do ar fluir para cima e através do rotor. Um autogiro requer uma velocidade de avanço para manter a altitude, não podendo pairar no ar ou decolar verticalmente, como o helicóptero.

O movimento do rotor e o impulso para cima dependem inteiramente da autorrotação resultante do ar que flui para cima, através das pás ligeiramente inclinadas, à medida que a máquina avança.

O moinho de vento foi provavelmente a primeira in­venção humana baseada na autorrotação, utilizando o vento para produzir o movimento. A ideia de um moi­nho de vento voador, no qual as pás giratórias produzis­sem vento suficiente para suspender a máquina, exercia um certo fascínio sobre os inventores e entre os milhares de desenhos de Leonardo da Vinci está uma ideia dessa forma de voo. A possibilidade real de se conseguir uma máquina como essa foi abandonada até o desenvolvi­mento do aerofólio, utilizado nos aviões.

Um moinho de vento consiste basicamente numa hé­lice que trabalha em reverso, de maneira que o ar, ao fluir sobre as pás, é por elas desviado, exercendo sobre as mesmas uma força, que se traduz em movimento cir­cular. Desde a Idade Média, porém, sabia-se que se as pás fossem colocadas em ângulo muito plano com rela­ção ao vento, passariam a girar contra o fluxo de ar e seriam “puxadas” pelo vento.

Esse princípio é usado no barco a vela, que pode “bordejar” junto ao vento, o que significa que se as velas forem colocadas corretamente ele pode avançar contra o vento, num ângulo raso em relação ao mesmo. De maneira semelhante, um plana­dor avança à medida que desce através do ar.

As pás do rotor de um autogiro são moldadas de modo a alcan­çar o mesmo efeito, num ângulo de cerca de 3° em rela­ção ao plano horizontal em que elas giram. O formato é o de um aerofólio, que permite que as pás girem mais dentro do fluxo de ar do que são empurradas por ele em círculo.

Quando giram depressa, essas pás oferecem considerável resistência para o fluxo de ar que se eleva e é essa resistência que pode ser utilizada para prover a sustentação. A força dessa sustentação depende de uma conciliação entre a velocidade dos rotores no ar e a resistência que as pás oferecem ao fluxo de ar que as atravessa. Na prática, a força de sustentação desejada só é produzida quando a velocidade das pás é muito maior que a velocidade de avanço da máquina.

Decolando o autogiro

Ao realizar sua segunda expedição ao Ártico, em 1933, o almirante Byrd utilizou os serviços deste autogiro Kellet K-3. O piloto que aparece nos controles do aparelho é William S. McCormick, um dos membros da histórica expedição.

Para decolar, o rotor deve produzir sustentação ade­quada, movendo-se a uma velocidade determinada. Isso pode ser conseguido de duas maneiras:

A mais sim­ples consiste em propelir a máquina para a frente, incli­nando ao mesmo tempo, para trás, o sistema do rotor, usando o fluxo de ar que passa através das pás e aumen­tando assim a velocidade do rotor, o que requer uma pista relativamente longa.

O segundo método envolve uma maquinaria mais complexa, mas possibilita a uti­lização de distâncias muito curtas para a decolagem. O rotor obtém velocidade por meio de uma ligação com o motor empregado para o movimento de avanço. Quando o rotor estiver na velocidade correta, a ligação é desfeita. A máquina então avança e consegue decolar inclinando o sistema do rotor.

Alguns autogiros podem decolar “em salto”, aumentando de muito a velocidade do rotor com a utilização do motor; a força é então des­ligada e, aumentando o passo do rotor, o autogiro salta, usando a energia acumulada, e continua depois em autorrotação. Quando as velocidades do motor e da hélice são reduzidas, a velocidade de avanço também diminui e o autogiro toma um rumo firme de descida.

O ar que flui para cima através do rotor mantém a velocidade deste, produzindo uma força de sustentação que, apesar de ser insuficiente para manter a altitude da máquina, evita que ela caia como uma pedra. Até a hélice parar, o autogiro descerá em segurança, perdendo sua veloci­dade de avanço no processo.

Nesse sentido, o autogiro tem uma vantagem sobre o helicóptero pois, no caso de pane de motor neste último, o ângulo de ataque de su­bida dos rotores (cerca de 11°) fará com que estes parem rapidamente mais rapidamente. A fim de manter os roto­res girando, o piloto deve reduzir rapidamente o ângulo de ataque das pás, buscando uma posição que possibi­lite a “autorrotação” para uma aterrissagem segura, embora isso se torne um tanto difícil, uma vez que al­guma altura valiosa terá sido perdida.

A gênese do autogiro na história

Juan de la Cierva e um de seus autogiros (1925). As pequenas asas (ailerons) ajudavam a manter o equilíbrio.

O primeiro autogiro bem sucedido foi projetado por Juan de la Cierva e voou em 9 de janeiro de 1923, no Aeródromo de Getafe, perto de Madrid. Este era seu quarto projeto e os três anteriores tinham uma grande tendência a capotar. A instabilidade era devida ao uso de pás rígidas no rotor. Com a máquina avançando e o rotor em movimento, a pá que gira para dentro da cor­rente de ar sofre uma força de sustentação maior que a pá oposta, a qual, no momento, está se movimentando para trás.

Com as pás do rotor rígidas, essa falta de equilíbrio é transmitida para todo o aparelho, produ­zindo uma tendência a tombar. Para eliminar essa ins­tabilidade, Cierva projetou um sistema de rotor com as pás ligadas ao cubo por dobradiças apropriadas, de ma­neira que em vez de transmitirem a instabilidade a todo o aparelho, absorviam-na, movimentando-se apropria­damente.

Na base de cada pá, Cierva colocou duas do­bradiças. Uma permitia que a pá se movimentasse para cima e para baixo e era chamada de “dobradiça verti­cal”; a outra possibilitava o movimento lateral e era chamada “dobradiça horizontal”. A pá do rotor do au­togiro (ou helicóptero) por si só não é suficientemente rígida para carregar o peso da máquina. É a enorme força centrífuga da rotação que mantém os rotores em nível.

O autogiro foi precursor do helicóptero e contri­buiu para o seu desenvolvimento. Depois de um período de estagnação, ele vem sendo utilizado mais amplamente na aviação geral e de maneira recreativa, por sua relativa simplicidade de cons­trução e manutenção, bem como operação estável e efi­ciente em diferentes velocidades.

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