A super manobrabilidade do caça de combate da atualidade
Caças de combate são plataformas de armas projetadas para propiciar grande
manobrabilidade. Um alto grau de agilidade é essencial em manobras de combate
nos céus. O desenvolvimento da tecnologia de materiais e sistemas de controle de
voo propiciaram a criação de novas aeronaves de combate com capacidade de
‘super manobrabilidade’.
Quais são as implicações para o piloto com essa super agilidade durante os voos?
Estes aspectos serão examinados neste artigo além das explicações sobre super
manobrabilidade.
A super manobrabilidade das novas aeronaves de combate expandiram
significativamente o envelope de voo das missões com o emprego de dispositivos
aerodinâmicos avançados como o controle de vetorização dos escapes dos
motores (TVC) e avançados sistemas de controle de voo.
Essas aeronaves podem operar em baixas velocidades bem como em condições
de além estol em envelopes de voo e manobrabilidade em altos ângulos de ataque
(AoA) com total controle.
Essas novas máquinas de guerra também têm a habilidade de efetivamente girar
sobre seu eixo e apontar seu nariz para qualquer direção desejada. Estas
qualidades permitem acompanhar o oponente em voo a despeito de qualquer
manobra defensiva realizada por ele.
Em termos táticos, a constante ameaça da aeronave alvo desta maneira torna-se
uma inerente intimidação.
A super manobrabilidade é obtida pelo projeto da aeronave de acordo com os
critérios da ‘estabilidade relaxada’ ou aplicação do centro de gravidade mais para
a parte posterior da fuselagem.
O termo super manobrabilidade foi inventado pelo Dr. Wolfgang Herbst durante o
programa X-31 e define o controle da aeronave em ângulos de ataque acima de
60° a 70°, com transição de 120° ou mais.
A aeronave instável é apta a manter-se em voo sob o controle de um sofisticado
conjunto de sistemas gerenciadores de estabilidade com capacidade de
processamento em altas velocidades.
Os sistemas TVC e avançados dispositivos aerodinâmicos (como os canards –
asas posicionadas à frente das asas de sustentação) promovem autoridade no
controle nos envelopes de voo.
O sistema de direcionamento dos gases da saída de combustão dos motores
permite que o fluxo seja defletido, permitindo movimento relativo de nariz baixo ou
alto. Com o empuxo suficiente a aeronave pode alcançar e manter altos ângulos
de ataque empregando o sistema TVC como uma superfície de controle
aerodinâmico.
Desta forma a super manobrabilidade opera além da barreira da condição de estol
em inimagináveis ângulos de ataque sem a perda do controle de voo.
Sistemas TVC estão previstos para equipar as últimas versões do Eurofighter
Typhoon e Saab Gripen.
Talvez o melhor exemplo da capacidade de super manobrabilidade de um caça de
combate é o Sukhoi Su-37 Super Flanker, que realizou seu primeiro voo em 1996.
Este formidável caça possui planos anteriores canards, sistema TVC de controle
de vetorização e um avançado sistema de controle fly-by-wire ativo de controle de
voo. O Flanker com TVC mantém controle do seu regime de voo até a velocidade
zero.
Na época em que foi apresentado e testado o caça russo demonstrou um número
de manobras que caracterizaram a super manobrabilidade dos futuros caças. A
manobra “Cobra”, como exemplo, envolve um rápido movimento de nariz para
cima até 135º numa situação de alto ângulo de ataque mantendo essa situação
por 3 a 4 segundos, todo esse processo a velocidade de 150km/h.
A manobra “Kulbit” é basicamente uma ‘cambalhota’ para traz em 360º
empregando o TVC para a rápida rotação pelo eixo transversal da aeronave
enquanto o regime de voo para frente é mantido, isso tudo sem estolar o caça.
Outras manobras foram criadas explorando o potencial desta super
manobrabilidade como o ‘giro do helicóptero’, que envolve baixa velocidade da
aeronave, momento de alto ângulo de ataque, atitude de voo descendente
enquanto gira no seu próprio eixo. A velocidade de voo do caça cai drasticamente
nesse momento de descida enquanto rotaciona semelhante ao rotor em
movimento de um helicóptero.
Usando essa manobra o caça perde altitude drasticamente enquanto ainda
rastreia a aeronave oponente.
Um número de aeronaves de combate já foi ensaiado investigando o conceito de
super manobrabilidade. Exemplo são os Rockwell/DASA X-31, F-16 AFTI
(Integração de Tecnologia para Caça Avançado), o F-16 MATV (Vetorização de
Empuxo Multi-Eixo), o F-15 SMTD (Demonstrador de Tecnologia de Manobra para
Pousos e Decolagens Curtas), o F-15B ACTIVE (Veículos Integrados para
Controle de Tecnologia Avançado) e o F/A-18 HARV (Veículo de Pesquisa de
Ângulo Alfa) da NASA. Estas aeronaves de pesquisa superam os 70º de ângulos
AoA em todos os ensaios realizados nos Estados Unidos.
Super manobrabilidade e o piloto
A super manobrabilidade nos caças de combate é caracterizado pelos momentos
de curvas fechadas ou manobras com altos ângulos de ataque, altas cargas G,
(força gravitacional) altas acelerações angulares em todos os três eixos primários
(X, Y e Z) além de mudanças bruscas em atitude e orientação.
A aeronave de combate com características de super manobrabilidade irá operar
no mais complexo ambiente de aceleração já visto.
A exposição humana a esse ambiente resulta em uma grande limitação em termos
de tolerância as cargas G ou seja, no projeto de uma aeronave de combate com
alto grau de manobrabilidade a limitação é o piloto. Os efeitos para o piloto caso
venha a se aproximar das cargas limites G são ferimentos no pescoço, potencial
desorientação espacial (SD) além de bombeamento sanguíneo forçado aos pés ou
para a cabeça dependendo da direção da força gravitacional.
Tolerância as cargas G
Os atuais caças de combate são capazes de alcançar altas cargas G nos limites
de +7.5 a +9 G. A nova geração de aeronaves de caça está sendo projetada para
ser capaz de chegar a +10 G (máximo) e +9 G (sustentado).
Além disso a atitude em voo de nariz alto (AoA) nas manobras como a ‘Cobra’
podem chegar a +15 G.
O uso do TVC contribui para gerar altas cargas G sustentadas ou seja, prolongar o
período dos momentos dos altos ângulos de ataque durante um regime de voo
controlado.
Claramente o potencial para o G-LOC ou Perda de Consciência Induzida, ocorrerá
ao piloto em momentos extremos numa aeronave super manobrável.
Enquanto é evidente que pilotos de caça serão expostos a sobrecargas G
desenvolvendo uma adaptação fisiológica com repetitivas exposições a essas
cargas, isso não irá ajudar pilotos novatos ou outros depois de missões de longa
duração quando o cansaço mina sua experiência.
Um constante treinamento como simulação em câmara centrífuga e atitudes nos
voos como retesamento dos músculos e prender a respiração e liberar o ar aos
poucos como num mergulho, podem ajudar a conter os efeitos das cargas G.
O ambiente G dos caças super manobráveis por vezes excedem a habilidade dos
pilotos de sustentarem a consciência.
As atuais contramedidas anti-G não oferecem proteção suficiente aos pilotos
destes caças. Contramedidas mais eficientes precisam ser desenvolvidas para
proteger o piloto do ambiente em que é submetido.
O efeito G induz a um frequente relato de pilotos que sofrem dos fenômenos de
pescoço contundido em função da alta performance dos atuais caças de combate.
Muitos fatores foram identificados, como o nível experimentado da carga G,
movimentos da cabeça sob estas cargas, além dos pesos combinados da cabeça,
capacete e máscara de oxigênio.
A posição do centro de gravidade da cabeça também é importante, quando ela é
forçada para a frente combinando o peso do capacete ou mais ainda quando está
instalado o dispositivo de visão noturna ou NVG.
Com a super manobrabilidade adotada pelos novos caças as cargas G atuam em
múltiplos eixos. As cargas G induzidas também são sentidas pelos pilotos de
fórmula 1 com movimentos bruscos da cabeça lateralmente durante as curvas
feitas nos autódromos. Estas forças são mais significantes nos pilotos de caças
super manobráveis e têm maior potencial de machucar os pescoços destes tipos
de pilotos quando suportam os movimentos bruscos em todas as direções durante
um voo de envelope extremo.
Desorientação espacial
É muito natural que o voo super manobrável crie um ambiente de movimento
dinâmico extremo que pode ocasionar ao piloto desorientação espacial que
implicaria numa condição de insegurança. Em altos ângulos de ataque – AoA, o
piloto perde a visão do horizonte como maior referência visual, isso combinado as
mudanças rápidas de atitude em altas acelerações angulares em direções
diferentes teoricamente tiram a orientação espacial.
Muitas destas manobras envolvem significante redução de velocidade à frente,
rápida atitude de nariz alto e em muitos casos uma alta razão de rolagem no
próprio eixo ou em torno do centro de gravidade da aeronave. A resultante dos
dados dos sensores de atitude de voo são complexas, apresentadas rapidamente
e não permitem conclusões imediatas, o que pode acarretar desorientação ao
piloto. Há muitos relatos de programas de testes com caças de alto desempenho
em que houve a total desorientação do piloto e perda de consciência situacional
ou seja, o piloto de testes não sabia sua posição no espaço em relação à linha do
horizonte.
Um fator problemático é a necessidade de o piloto ter que mover a cabeça para os
lados durante a manobra ao qual é submetido para se orientar ou obter um
contato visual com outra aeronave, particularmente seu oponente.
Sistemas de escape assistido
Os modernos assentos ejetores hoje são sistemas extremamente eficazes. Caças
super manobráveis, criaram um novo parâmetro de requerimentos para os
assentos ejetáveis.
O envelope de performance dos assentos devem refletir a capacidade extrema da
aeronave propiciando condições satisfatórias a operações de ejeção do piloto em
caso de emergência. O assento ejetável projetado para os caças de combate
super manobráveis devem ser efetivos para operar em condições de baixa
velocidade, altas acelerações angulares e em atitudes em voo extremas com altos
ângulos de ataque. Além disso, estes dispositivos de segurança para os pilotos
devem gerar uma trajetória segura durante a operação de escape a despeito do
rápido deslocamento em qualquer direção que a aeronave faça durante sua
manobra em voo.
O assento ejetável deve ser capaz de operar em qualquer condição sob estas
forças, como G lateral, alto ângulo de ataque, alta razão rotacional no sentido
longitudinal ou transversal, ou uma combinação das duas condições, no momento
em que a sequência de ejeção é iniciada. O assento deve ser capaz também de
deixar o cockpit da aeronave a despeito das condições adversas no momento do
voo e propiciar condições de tempo e posicionamento adequados para a abertura
do pára-quedas.
Se o sistema de assento ejetável não for capaz de alcançar um destes objetivos o
piloto da aeronave tem menos condições de sobreviver à ejeção durante a fase do
voo em super manobrabilidade.