A distribuição do peso desempenha um papel grande e importante no desempenho geral de uma aeronave. Carregue seu avião inadequadamente, e isso afetará seu consumo de combustível, velocidade, taxa de subida, controlabilidade, teto e até mesmo integridade estrutural.
Quando construir seu próprio avião, determinar seu peso e equilíbrio antes de seu primeiro vôo é crítico para sua segurança – e a segurança daqueles que irão voar com você. Tome cuidado e todo o tempo necessário para determinar o peso preciso e os números de equilíbrio.
Como as aeronaves de produção, os homebuilts devem ter dados precisos de peso e equilíbrio quando são certificados, e quando a FAA examinar o seu projeto concluído, o inspetor vai querer ver o seu peso e equilíbrio papelada.
A maioria dos fabricantes de kits e projetistas de aeronaves oferecem alguma assistência de peso e equilíbrio, fornecendo o peso bruto máximo do avião, peso bruto acrobático (se aplicável), peso máximo de bagagem para cada compartimento, os limites de centro de gravidade (CG) para frente e para trás, a faixa CG acrobática e o ponto de referência de dados. É da sua responsabilidade pesar e calcular os números do seu avião.
Several designers também fornecem tabelas com amostras de peso e números de balanço mostrando situações típicas de carga. Estes são apenas para sua revisão. Não os utilize para o seu avião porque os números de peso e balanço são diferentes para cada avião, mesmo que sejam da mesma marca e modelo.
Precisando até que profundidade você deve chegar no peso e balanço? Profundidade suficiente para tabular os dados de peso e equilíbrio necessários para obter seu certificado de aeronavegabilidade – e para carregar corretamente sua aeronave. Como o piloto no comando, o Regulamento Federal de Aviação 91.7, Aeronavegabilidade da Aviação Civil, o torna responsável por determinar se sua aeronave é segura para voar.
Parte de sua determinação da adequação de uma aeronave para um vôo seguro é certificar-se de que ela está dentro de seus limites de peso e equilíbrio e não excede seu peso bruto máximo. Você não pode determinar isso sem calcular o peso e os números de balanço do seu avião. O peso e o equilíbrio da sua aeronave também desempenha um enorme papel na segurança do voo.
Performance & Safety
Que efeitos pode ter o peso e o equilíbrio de uma aeronave? Se um avião é mais pesado do que o seu peso bruto máximo, o desempenho do avião…
– a velocidade de descolagem será maior, porque a velocidade de descolagem será maior.
– a velocidade e o ângulo de subida serão reduzidos.
– a carga durante o voo acrobático será excessiva.
– a velocidade de cruzeiro será reduzida.
– o alcance de cruzeiro será reduzido.
– teto de serviço será reduzido.
– manobrabilidade será reduzida.
– rolo de aterragem será mais longo porque a velocidade de aterragem será maior.
– o equilíbrio de um avião, onde seu centro de gravidade (CG) está localizado, é, talvez, ainda mais crítico para a segurança do voo porque a localização do CG afeta a estabilidade do avião. O centro de gravidade de um avião é o ponto onde o avião se equilibra se estiver suspenso de um fio, e é o ponto no qual o peso total do avião é assumido como concentrado (ver Figura 1).
Figure 1
Para segurança, o GC deve estar dentro de limites específicos, conforme determinado pelo projetista. Tanto o equilíbrio lateral como longitudinal é importante, mas o equilíbrio longitudinal – onde o GC está entre o nariz e a cauda – é a principal preocupação.
Se o GC estiver entre os limites permitidos, o avião terá estabilidade e controle adequados. Conforme o GC se move em direção ao seu limite de popa, as pressões de controle do elevador tornam-se mais leves, facilitando a rotação para um ângulo de ataque superior ao desejado, o que pode levar a uma banca.
Se o GC estiver no seu limite de popa ou à frente dele, o elevador deve ter a autoridade de nariz para baixo para se recuperar de uma banca. Se o GC estiver atrás do seu limite de popa, o elevador provavelmente não terá autoridade para se recuperar de uma banca. Se a aeronave entrar em um giro com um CG de popa, ela poderá entrar em um giro plano do qual a recuperação seria improvável.
Quando o CG se move em direção ao seu limite de proa, as pressões de controle de subida do elevador se tornam mais pesadas ao aplicar forças de subida de nariz, e você precisará de mais elevadores de subida de nariz para manter o vôo nivelado. Como a autoridade do elevador diminui à medida que o CG avança, se o CG estiver à frente do seu limite de avanço, o elevador pode não ter autoridade para girar para descolagem ou para aterrar.
Peso e equilíbrio é tão crítico para a segurança do voo que o Programa de Segurança da Aviação da FAA criou um documento (FAA-P-8740-5) apenas sobre ele, e oferece o seguinte:
“O desempenho e as características de manuseamento da aeronave são afectados pelo peso bruto e pelos limites do centro de gravidade. Se cada piloto entendesse e respeitasse este fato, os acidentes gerais de aviação poderiam ser drasticamente reduzidos. Uma aeronave sobrecarregada ou mal balanceada exigirá mais potência e maior consumo de combustível para manter o voo, e a estabilidade e controlabilidade serão seriamente afetadas. A falta de apreciação dos efeitos do peso e equilíbrio no desempenho da aeronave, particularmente em combinação com fatores de redução de desempenho como altitude de alta densidade, geada ou gelo nas asas, baixa potência do motor, manobras severas ou descoordenadas e situações de emergência, é um fator primordial em muitos acidentes”
Calculando Peso &Equilíbrio
Peso e equilíbrio A melhor analogia entre peso e equilíbrio é uma alavanca e fulcro (pense em teeter-totter). Se perfeitamente equilibrada no fulcro, a alavanca estará absolutamente nivelada. Adicionar qualquer peso à alavanca perturba o equilíbrio, e a influência que o peso tem depende da sua localização na alavanca. Quanto maior a distância do fulcro, maior a influência.
Para recuperar o equilíbrio da alavanca você deve adicionar algum peso do outro lado do fulcro (veja a Figura 2). A distância que o peso está do fulcro é o braço, e quando você multiplica o peso pelo braço, você obtém o momento do peso, ou quanta força ele exerce (mais adiante).
Para ter certeza que seu avião está em equilíbrio – que seu CG está dentro de seus limites – você calcula seu peso e equilíbrio para diferentes configurações antes do vôo para determinar a localização do CG, prova matemática de que seu avião está devidamente carregado. Como você está construindo seu avião, você vai querer calcular várias condições para permitir que você calcule ainda mais certas cargas.
Os cálculos de peso e balanço apresentados (Tabela 1) são para um RV-8 típico, e o mantra básico para todos os cálculos de peso e balanço é: peso multiplicado pelo braço igual ao momento. Você preenche os espaços com os pesos do combustível, da bagagem e dos ocupantes, conforme o caso, e depois os multiplica pelo braço para obter o momento de cada item. (O peso vazio, braço e momento para sua aeronave são constantes, e você os determina quando você pesa sua casa construída, que discutiremos a seguir.)
Para determinar a localização do centro de gravidade do RV, somar os totais das colunas de peso e momento. Depois divida o momento total (141.827,74) pelo peso total (1.691) para obter a localização do CG (141.827,74/1.691=83,87).
O alcance do CG do RV-8 vai de 78,70 a 86,82 polegadas após o datum, e 83,87 cai dentro do envelope prescrito. O peso bruto máximo do RV é de 1.800 libras, portanto 1.691 libras está dentro desse envelope. A partir destes cálculos nós provamos matematicamente nossos dados de peso e balanço.
A localização do CG quando você decola pode não ser a mesma que quando você aterrissa porque o combustível queimado muda o peso na estação dos tanques de combustível. Em algumas aeronaves o GC move-se para a popa à medida que o combustível é consumido, e se os outros pesos na aeronave não estiverem devidamente carregados, o GC pode estar no seu limite de popa ou atrás dele quando for hora de pousar.
Com alguns cálculos simples você pode determinar diferentes cenários de carregamento para o seu avião. Você vai querer calcular amostras de carregamento que resultam nestes locais de CG:
– Peso vazio CG
– Carga típica com combustível cheio
– Carga típica com combustível mínimo
– Carga máxima após o voo com combustível mínimo
– Carga máxima após o voo com combustível mínimo
– Carga máxima após o voo com combustível mínimo
Dependente do avião, você pode querer adicionar outros cenários. Por exemplo, se o seu avião é classificado para acrobacias aéreas, você gostaria de calcular cargas que resultam em locais de CG adequados para acrobacias aéreas. Em ambos os casos, você calcula o peso vazio do seu avião em CG uma vez – a menos que você adicione, subtraia ou mude seu equipamento fixo, e então você deve calculá-lo novamente.
Pesar seu avião
Para determinar o peso vazio e o centro de gravidade de seu avião (EWCG), você deve pesá-lo. E para pesar o seu avião, você precisa obter as balanças adequadas. Alguns construtores usam balanças de banheiro, mas dada a importância de informações precisas sobre peso e equilíbrio para a segurança de cada voo que você faz no avião, tome emprestado ou alugue balanças de plataforma que tenham sido calibradas para a precisão. (Certamente a segurança de você e de seus passageiros vale o custo do aluguel.)
Uma balança típica usada para aeronaves. Se as suas balanças estiverem sobre rodas, certifique-se de que estão calçadas com segurança para que não se movam quando você rolar o avião sobre elas.
Num hangar, onde o vento não pode soprar sobre a aeronave e causar flutuações de peso, pese o seu avião na sua condição de vazio. Geralmente, “peso vazio” significa o peso da estrutura do avião, motores, todos os equipamentos permanentemente instalados (fixos), combustível inutilizável (residual), óleo não drenável, fluido hidráulico e lastro fixo.
Para acompanhar o equipamento “fixo” que você incluiu no peso vazio, desde o motor e a calça da hélice até a calça da roda, crie uma lista de equipamentos. Você deve pesar seu avião em sua configuração pronta para voar, ou seja, todos os capôs, portas, copas, etc. estão em suas posições de vôo.
Antes de colocar o avião na balança, monte todo o equipamento que você vai precisar. Isto inclui calços, macacos, equipamento de nivelamento, prumo, linhas de giz, fitas métricas, etc. Se necessário, construa rampas que lhe permitirão rolar o avião sobre as balanças. Se o seu avião for um taildragger, tenha um suporte compatível com a roda traseira que irá manter a cauda do seu avião numa atitude de voo nivelada.
Quando escolher um hangar no qual pesar o seu avião para que ele esteja fora do vento, o que pode causar menos do que uma precisão perfeita, certifique-se de que o hangar tem um piso liso, porque você estará fazendo algumas linhas de giz sobre ele. Se a sua balança estiver sobre rodas (isto é típico), certifique-se de que está calçada com segurança para que não se mova quando rolar o seu avião sobre elas. Quando o avião estiver sobre a balança, calce as rodas; não use o travão de mão porque ele introduz erros. Certifique-se de pesar os calços do avião antes de pesar o avião.
Quando estiver na balança certifique-se de que o avião está numa atitude de voo nivelado para que todos os componentes estejam a uma distância correcta dos dados, o que resulta na informação mais precisa. Use o procedimento de nivelamento recomendado pelo projetista. Depois registe os pesos indicados pelas três balanças (roda do nariz ou roda traseira, roda principal esquerda e roda principal direita) – e depois subtraia o peso dos respectivos calços das rodas.
Não retire o avião da balança depois de o pesar – é necessário medir a localização exacta de determinados componentes chave. A maneira mais fácil e precisa de o conseguir é usar um prumo e uma linha de giz. No chão, marque uma linha de giz que seja paralela à linha central do avião. Use um prumo para transferir as localizações do ponto de referência e os outros componentes para a linha do giz. Em seguida, medir a distância dos componentes em relação ao ponto de referência. O projetista deve incluir uma lista de componentes, e essa lista normalmente inclui assentos, tanques de combustível, áreas de bagagem, e o principal e o nariz/roda traseira.
Uma boa maneira de se certificar de que você registre todos os pesos e medidas necessárias é criar um formulário como a Tabela 1 ou 2. Quando os pesos e/ou números de braços requeridos são preenchidos, você é feito – com pesagem e medição. Agora é hora de fazer algumas contas. (Para facilitar ainda mais a vida, crie as tabelas usando um programa de planilhas, como o Microsoft Excel, para que ele faça as contas por você. Como um benefício adicional, você pode usar a planilha para calcular o peso e o equilíbrio do seu avião para sempre. Tudo que você tem que fazer é ligar os números para os pesos variáveis como passageiros e bagagem.)
Peso e equilíbrio matemático não é difícil se você se lembrar do mantra W&B: peso vezes braço é igual ao momento. A tabela 2 usa números hipotéticos para o RV-8, e depois de calcular o momento para cada roda, você totaliza as colunas de peso e momento. Para encontrar o centro de gravidade do peso vazio, inverta o mantra W&B: divida o momento total pelo peso total. Fazendo isto para os números da Tabela 2, o EWCG do RV-8 está a 76,26 polegadas do ponto de referência (81.525,64/1.069=76,26).
Você pode notar que o EWCG fica fora do envelope de CG estabelecido do RV-8 (78,70 a 86,82 polegadas após o ponto de referência), mas não faz mal porque o RV não voa sem piloto, combustível, óleo, etc. Os pesos destes componentes essenciais trarão o CG dentro do envelope.
Balastro
Na maioria dos casos, se você construir seu avião de acordo com as especificações do projetista e não adicionar muito equipamento pesado, o CG do seu avião deve cair dentro do envelope prescrito. Mas se você fizer algumas mudanças, ou se você for maior ou menor que a pessoa comum, você pode ter que adicionar algum lastro para garantir que o GC permaneça seguro no envelope.
Balastro nem sempre significa adicionar peso morto e sem valor permanentemente ao seu avião. Tente realocar alguns componentes de peso, como a bateria. Por exemplo, se o seu avião for muito pesado e a bateria estiver debaixo da capota, mova a bateria para a popa. Até onde? O Aircraft Weight and Balance Handbook, FAA-H-8083-1, fornece as fórmulas e os passos necessários através deles.
Dependente do seu avião, em algumas condições de carga você pode precisar de algum lastro temporário para mover o CG para onde ele pertence (dentro do envelope). A melhor solução é adicionar ou subtrair peso no compartimento de bagagem ou mudar as posições de assento dos passageiros de diferentes pesos (se possível).
Pesar, medir e calcular com precisão o peso e a balança da sua casa é o primeiro passo para garantir um voo seguro, primeiro voo de teste ou outro. Calcule as várias condições de carga que você pode encontrar com seu avião e tenha-as prontas para o inspetor da FAA quando ele inspecionar seu avião.
Rembro que a documentação de peso e equilíbrio faz parte da documentação que deve estar sempre a bordo. Ela deve mostrar o peso vazio, o CG de peso vazio, a maioria dos limites para frente e para trás, e as cargas de amostra. (O fabricante ou designer do kit fornecerá os limites de CG à frente e atrás e o peso bruto máximo.)
Carregar a aeronave adequadamente depende de você, e é absolutamente essencial para uma operação segura. Se você não tem certeza se o GC está no envelope de segurança, tome o tempo necessário para calcular e verificar sua localização.
Referências &Termos
Como outros aspectos da aviação, peso e equilíbrio tem seu próprio conjunto de termos, e abaixo estão os mais comuns. As definições vêm da recente actualização do Manual de Peso e Equilíbrio de Aeronaves da FAA, FAA-H-8083-1.
Em oito capítulos bem ilustrados, o manual ensina quase tudo o que os pilotos, técnicos de manutenção – e construtores de casas – precisam saber sobre peso e equilíbrio, desde teoria e documentação até uma excelente descrição sobre peso e a determinação do peso e equilíbrio de uma aeronave. Está disponível na maioria das lojas de abastecimento de pilotos e empresas de venda por correspondência.
Outras boas referências são o panfleto do Programa de Segurança da Aviação da FAA, “Peso e Equilíbrio”, FAA-P-8740-5, Circular Consultiva da FAA 43.13-1B, Métodos Aceitáveis, Técnicas e Práticas – Inspeção e Reparo de Aeronaves, e o Manual Geral da Estrutura da Aviação e Mecânica da Usina Geradora da FAA, AC 65-9A. Esses documentos estão disponíveis no Government Printing Office e nas Livrarias Governamentais, e todos os documentos e regulamentos da FAA estão disponíveis em CD-ROM na Summit Aviation em www.summitaviation.com ou ligando para 800/328-6280.
Arm-Also chamado de Moment Arm e normalmente medido em polegadas, é a distância horizontal do dado de referência a um item, como os assentos do passageiro da frente ou o compartimento de bagagem de popa. Se o braço for medido à ré do ponto de referência, ele tem um sinal de mais (+) antes do número, e todos os números serão positivos se o ponto de referência estiver no nariz do avião. Se o datum for a borda dianteira da asa, as medidas do braço à frente deste ponto são precedidas por um sinal de menos (-).
Centro de gravidade (CG)-O ponto no qual uma aeronave se equilibraria se estivesse suspensa nesse ponto. É o centro da massa da aeronave e o ponto teórico onde o peso da aeronave é suposto estar concentrado. Sua distância do ponto de referência é determinada pela divisão do momento total pelo peso total da aeronave.
Centro de Limites de Gravidade – As localizações extremas de CG para frente e para trás (medidas em polegadas do ponto de referência) dentro das quais a aeronave deve ser operada com um determinado peso para voar com segurança.
Centro de Gravidade de Peso Médio (EWCG)-O CG de uma aeronave quando contém apenas os itens especificados no peso vazio da aeronave. Este número não serve para nada, exceto para usar como base para cálculos de centro de gravidade com outros itens adicionados. Você calcula este número quando você pesa a aeronave.
Peso máximo – O peso da estrutura da aeronave, motores, todos os equipamentos permanentemente instalados (fixos), combustível inutilizável (residual), óleo não drenável, fluido hidráulico e lastro fixo.
Nivelamento da estrutura da aeronave – Um ponto na estrutura da aeronave onde você pode colocar um nível para determinar quando a aeronave está perfeitamente nivelada para pesagem.
Peso máximo bruto – O peso máximo autorizado da aeronave e de todos os seus equipamentos. Estabelecido pelo projetista ou fabricante do kit, é um peso recomendado que você não deve exceder. O Peso Bruto Aerobático é o peso máximo que a estrutura da aeronave suportará no limite 6-G da categoria de aeronave acrobática.
Mean Aerodynamic Chord (MAC)-A distância média da borda dianteira até a borda traseira da asa. Mais utilizado para aviões grandes, de asa varrida, o MAC é o acorde médio de uma asa imaginária que tem as mesmas características aerodinâmicas da asa real, e o centro de gravidade da aeronave é expresso como uma percentagem do MAC, que indica o GC em relação à própria asa.
Moment-Uma força que provoca ou tenta provocar a rotação de um objecto. Esta força é medida em libras (lb/pol) e é o produto do peso de um item multiplicado pelo seu braço. Por exemplo, 200 libras de combustível localizadas a 40 polegadas da linha de dados teriam um momento de 8.000 lb/in. O momento total é o peso da aeronave multiplicado pela distância entre o datum e o CG.
Referência Datum-An plano ou linha vertical imaginária a partir da qual todas as distâncias horizontais (braços de momento) são medidas para fins de equilíbrio. Não existe uma regra fixa sobre a localização do ponto de referência. Normalmente é no nariz do avião (ponto do spinner) ou na borda dianteira das asas.
Station-A location ao longo da fuselagem da aeronave, geralmente medida em polegadas a partir do datum.
Useful Load-A diferença entre o peso vazio e o peso máximo da aeronave. É o peso que uma aeronave pode transportar como combustível e óleo utilizável, passageiros e bagagem.