Dentro de uma aeronave, vários instrumentos de voo utilizam propriedades giroscópicas para funcionar. Os mais comuns deles são o coordenador de curva, o indicador de rumo e horizonte artificial ou indicador de altitude. Entender como estes instrumentos trabalham requer o entendimento do sistema de energização dos mesmos, dos princípios giroscópicos e dos princípios de funcionamento de cada instrumento, assuntos que abordaremos neste post.

Entendendo os Princípios Giroscópicos

Qualquer objeto que gira apresenta propriedades giroscópicas. O rotor projetado e montado para utilizar essas propriedades recebe o nome de giroscópio, o qual se constitui em uma roda ou rotor que se dispõe em anéis, de modo a poder girar em qualquer posição. Quando o rotor gira em altas rotações, ele apresenta duas propriedades: a rigidez giroscópica e a precessão.

A rigidez giroscópica refere-se ao princípio de que o rotor, quando em altas rotações, permanece em uma posição fixa em seu plano. Um exemplo que podemos citar sobre a rigidez é o de uma roda de bicicleta. Quanto mais rápida ela girar, mais estável ela fica no seu plano de rotação. É por isso que uma bicicleta ou motocicleta é mais instável e manobrável em menores velocidades e o contrário em maiores velocidades. Outro exemplo é o comportamento de um pião que mantém-se em pé quando gira em alta velocidade. Assim, se os anéis de suporte do rotor (gimbal rings) ou sua base são inclinados ou movimentados, o giroscópio permanece no mesmo plano em que foi posto a rotacionar originalmente. O problema, neste caso, é que o giroscópio pode revirar e apresentar erros em manobras acrobáticas com a aeronave, tornando-se necessário um novo alinhamento.

Figura 1: Na Rigidez Giroscópica o rotor mantém a posição.

A precessão é a força aplicada ao rotor com o objetivo de incliná-lo. A reação a essa força não ocorre no ponto em que foi empregado, mas sim em um ponto que é de 90 graus em relação ao plano rotacional. Isso permite ao giroscópio determinar uma razão de curva dependendo da pressão criada por uma mudança de direção. A taxa na qual o giroscópio processa é inversamente proporcional à velocidade do rotor e proporcional à força deflectiva.

Vamos usar novamente o exemplo da bicicleta: Neste caso, a precessão atua sobre as rodas a fim de permitir que a bicicleta consiga convergir. Em velocidade normal, não vira-se o guidão na direção da curva, basta o ciclista inclinar-se na direção para a qual deseja ir. Como as rodas giram no sentido horário, quando vistos do lado direito da bicicleta, se o ciclista se inclina para a esquerda, uma força se aplica no topo da roda para aquele lado, mas a força realmente funcionará a 90 graus do plano rotacional e aplicará uma força na parte dianteira da roda, fazendo com que a bicicleta também se desloque para a esquerda. Só há necessidade de virar o guidão para efetuar uma curva quando em baixas velocidades, porque neste caso os giroscópios tornam-se instáveis por apresentarem baixas rotações.

Figura 2: Precessão Giroscópica

As fontes de energia que alimentam os giroscópios

Dependendo da aeronave, os giroscópios podem ser à vácuo, à pressão ou elétricos. O sistema de vácuo ou à pressão faz o rotor do giroscópio girar em alta velocidade pelo direcionamento de um fluxo de ar contra as palhetas do rotor, como o funcionamento de uma roda d’água ou turbina, enquanto o sistema elétrico, usa, obviamente, um motor elétrico. Em alguns modelos de aeronaves, o sistema de vácuo ou pressão fornece a energia para o giro direcional e para o indicador de altitude, enquanto que o sistema elétrico fornece energia para o indicador de curva. A maioria das aeronaves possuem pelo menos duas fontes de energia para que pelo menos uma delas consiga alimentar o giroscópio e os instrumentos. Um sistema de vácuo típico é feito por uma bomba de vácuo com motor, válvula de alívio, filtro de ar, medidor e os tubos necessários que ligam os instrumentos entre si. O medidor é montado no painel de instrumentos e aponta a pressão no sistema (vácuo é medido em polegadas de mercúrio inferior à pressão atmosférica).

Figura 3: Típico sistema de vácuo

Monitorar a o sistema é imprescindível durante o voo, pois uma pressão incorreta pode alterar os dados do voo e fornecer informações não confiáveis. Algumas aeronaves possuem sinalizadores que indicam má pressão no sistema.

Fonte: Pilot Handbook Aviation Knowledge, 2008