Como o efeito terra altera elevador e arrastar durante a decolagem e desembarque

O mecanismo aerodinâmico do efeito terra

O efeito do solo é uma resposta aerodinâmica previsível que ocorre quando uma aeronave opera dentro de aproximadamente uma envergadura de asas do solo. A superfície sólida restringe fisicamente o fluxo de ar tridimensional em torno da asa, mais notavelmente os vórtices de ponta de asa. Em ar livre, uma asa produz elevação criando um diferencial de pressão - pressão mais elevada abaixo, mais baixa acima. Este diferencial impulsiona um fluxo de tempo que se enrola em vórtices de trilha nas pontas de asa, que induzem uma lavagem que reduz o ângulo efetivo de ataque e gera arrasto induzido. Quando o solo está próximo, a superfície interfere com o desenvolvimento de vórtices, estreitando o seu diâmetro e reduzindo a sua energia rotacional. O ângulo de queda de lavagem diminui, o ângulo de ataque local efetivamente aumenta e o coeficiente de arrasto induzido cai drasticamente. A asa comporta-se como se tivesse uma proporção de aspecto mais elevada, produzindo mais elevação para menos arrasto.

O efeito é mais forte dentro de uma altura igual a um quarto da envergadura e bate com cerca de uma envergadura. Para uma aeronave de aviação geral de 36 pés, as mudanças mais críticas ocorrem abaixo de 9 pés; para um Boeing 737 com uma envergadura de 117 pés, o efeito do solo começa em torno de 30 pés e é mais forte abaixo de 10 pés. Esta dependência de altura é a razão pela qual grandes jatos requerem uma técnica de flare diferente do que aviões leves. O efeito é instantâneo e reversível: assim que a aeronave sobe acima de uma envergadura, os vórtices re-formam-se totalmente e o arrasto induzido retorna ao seu valor de ar livre.

Como o efeito terra reduz o arrasto induzido

O arrasto induzido é a fonte de arrasto dominante em velocidades baixas, como durante a descolagem e aterragem. O efeito terra suprime o sistema de vórtice, reduzindo o arrasto induzido em 40 a 50 por cento a uma altura de 10 por cento da envergadura, de acordo com estudos NASA Glenn Research Center[. Esta redução tem várias consequências operacionais:

• Aceleração e descolagem: O arrasto total inferior permite que a aeronave acelere mais rapidamente durante a descolagem, atingindo velocidade de rotação em menor distância. Uma vez que o ar em efeito terra, o elevador extra e o arrasto inferior permitem que a aeronave escale ou acelere com menos potência, benéfico para pistas curtas ou suaves.
• Flutuando na aterragem: Sem o habitual arrasto induzido para sangrar fora da velocidade do ar, uma aeronave entrando no efeito do solo durante o clarão tende a flutuar distâncias consideráveis antes de tocar para baixo. Um Cessna 172 carregando um extra 5 nós na final pode flutuar 500 pés ou mais.
• Comportamento de parada alterado: O ângulo de parada do ataque pode mudar ligeiramente em efeito terra; algumas asas param em ângulo marginalmente inferior devido à mudança de queda e fluxo de tempo. Confiar apenas em um chifre de aviso de parada de ar livre pode levar a uma queda de asa surpresa em baixa altitude.
• Alterações de acabamento:] A lavagem modificada afeta a eficácia da cauda. Algumas aeronaves experimentam um momento de pitch no nariz entrando no efeito solo, enquanto outras se aproximam. Os pilotos devem estar prontos para compensar, especialmente durante o clarão.

Efeito do solo durante a descolagem

A partir do levantamento do volante, a aeronave opera em terra. A rotação na velocidade correta utiliza elevador melhorado para quebrar o solo suavemente. Em muitos aviões leves, a rotação recomendada e as velocidades iniciais de subida assumem breve aceleração no efeito do solo antes de subir para fora. Uma técnica comum é a descolagem em campo macio: descolagem na velocidade mais baixa possível e manter a aeronave logo acima da pista em efeito no solo, enquanto a velocidade do ar se constrói em direção a Vy. Isto explora o arrasto reduzido para aceleração e elevação em excesso para evitar a fixação. Só quando a velocidade suficiente é atingida é que o piloto se transiciona para uma subida normal e deixa o efeito no solo.

Os pilotos devem evitar “ficar atrás da curva de potência”. Girar muito cedo em um ângulo de ataque excessivamente alto pode causar o arrasto de elevação alta (mesmo reduzida) para o impulso de aceleração, levando a uma condição de mastigação. Se isso ocorrer, empurre o nariz para frente ligeiramente para manter o efeito terra e ganhar velocidade do ar. Outro erro comum é retrair flaps muito cedo; flaps alterar o acorde eficaz da asa e região de efeito terra. Retração prematura pode causar uma perda súbita de elevação e uma fixação difícil.

Efeito de saída do solo: A sensação de afundamento

Saindo do efeito terra produz uma “sensação de afundamento” marcada. À medida que a aeronave sobe acima de uma envergadura, vórtices re-formam, a queda de água intensifica e induzem os picos de arrasto. Para uma determinada configuração de potência, a taxa de subida pode parar ou mesmo diminuir momentaneamente. Os pilotos devem antecipar isso e ajustar o passo ou a potência. Em aeronaves multimotoras, uma falha do motor durante esta transição pode ser crítica – o aumento de arrastamento pode degradar significativamente o desempenho da subida. Os valores de desempenho da subida padrão são calculados para condições de ar livre; o segmento de efeito solo inicial é transitório e não reflete a capacidade de subida real.

Efeito do solo durante o pouso

A flare de aterragem é onde o efeito de terra afeta o manuseamento mais tangível. À medida que a aeronave desce em efeito de terra, a queda de arrasto induzida e a curva de elevação se alastram, criando um acentuado flutuador. Alguns nós de velocidade de aproximação excessiva podem levar a aeronave para além da zona de touchdown pretendida, arriscando-se a uma passagem ou superação. As entradas de controle de vento cruzado também podem ser afetadas porque a força de vórtice reduzida diminui a eficácia do aileron. Em grandes jatos de transporte com envergaduras de asas muito longas – como um Boeing 777 com um alcance de quase 200 pés – o efeito de terra começa a cerca de 50 pés, exigindo uma técnica diferente de flareamento de aeronaves leves. Muitas companhias aéreas usam chamadas específicas: iniciem o flareamento a 30 pés e reduzam gradualmente a velocidade de descida.

Balões, Porpoising e Aterragens Saltitantes

A má gestão do efeito no solo leva frequentemente ao balão (uma entrada demasiado agressiva de pitch que provoca uma subida temporária) ou ao pooling (abundante devido a entradas alternadas de pitch). A resposta correta é manter a atitude de pitch, deixar a velocidade dissipar-se ou dar a volta. Em operações de hidroaviões, o balão sobre a água pode ser especialmente problemático devido a superfícies irregulares e a menos referências visuais. Outro fenómeno é o “rebate do efeito no solo”, onde a aeronave salta para o ar porque a almofada de elevação é tão forte. O remédio é baixar o nariz suavemente para quebrar a almofada e restabelecer o contacto positivo com a pista.

Concepção comum sobre o efeito do solo

• “É uma almofada de ar como um hovercraft.” Embora muitas vezes descrito como uma almofada, o mecanismo dominante é supressão de vórtice e redução de queda de água, não ar comprimido. O pequeno aumento de pressão sob a asa é secundário.
• “O efeito de saída do solo sempre provoca uma parada.” A aeronave experimenta um aumento de arrasto, não uma parada, a menos que o piloto não consiga o passo. A sensação de naufrágio é uma transição aerodinâmica normal.
• “Você deve sempre subir para fora o mais rápido possível.” Em pistas curtas, limitadas por obstáculos, permanecer no chão para acelerar para Vx ou Vy pode realmente reduzir a distância de afastamento de obstáculos. Rapidamente subir para fora prematuramente pode ser ineficiente.
• “Só pequenas aeronaves são afetadas.” Os grandes jatos com grandes vãos experimentam um efeito significativo no solo – Boeing 747 pilotos gerenciam riscos de flutuação e de ataque de cauda a partir de 50 pés.
• “O efeito redondo é o mesmo em todas as superfícies.” As superfícies ásperas ou porosas (campainha alta) podem reduzir ligeiramente o efeito, mas para o voo prático as diferenças são menores.

Melhores práticas para pilotos

Descolagem

• Rodar à velocidade recomendada pelo fabricante e permitir aceleração no efeito do solo antes de estabelecer uma subida positiva. Retrair flaps no horário.
• Em campos macios, descolar em velocidade mínima e manter em efeito no solo até atingir uma velocidade de subida segura. Use uma subida rasa para transição suave.
• Em altitude de alta densidade, espere um segmento de aceleração de efeito terra mais longo e um dissipador pronunciado ao deixar a almofada.

Aterragem

• Voe uma aproximação estabilizada na velocidade correta do alvo (1,3 Vso mais fator de rajada). Nós extras aumentam muito o flutuador.
• Iniciar o clarão na altura adequada (10-15 pés para aeronaves leves) e reduzir o passo como decaimento de velocidade. Não espere que a almofada para colocar o avião para baixo.
• Em condições de vento torto ou cruzado, adicione uma pequena margem de velocidade, mas planeie voar a aeronave para a pista com o mínimo de flutuação. Mantenha a correção de vento cruzado apesar da eficácia reduzida do aileron.
• Se ocorrer um rebatimento ou balão, mantenha a atitude de pitch ou dê a volta. Evite forçar a aeronave para o chão.

Considerações avançadas: Aeronaves pesadas e operações de múltiplos motores

Em aeronaves turbofan pesadas, a redução de arrasto induzida é menos dramática em termos percentuais, mas a mudança absoluta de arrasto ainda afeta o desempenho de pouso. A prevenção de ataque de cauda é um foco primário: o travesseiro de efeito terra pode causar um flutuador prolongado, exigindo redução precisa de passo para regular a engrenagem principal suavemente. Em aeronaves multimotor, a subida de descolagem é dividida em segmentos: o primeiro (efeito de terra a 35 pés) beneficia de arrasto reduzido; o segundo (35 a 400 pés) vê o arrasto aumentado. Os pilotos devem saber o gradiente de subida mais baixo no efeito de solo e o gradiente mais elevado necessário uma vez claro, uma vez que a folga de obstáculos é avaliada para o segundo segmento.

Para mais informações, o Manual de Conhecimento Aeronáutico do Piloto da FAA (capítulo 5) fornece texto fundamental. SKYbrary] recolhe relatórios de segurança operacional sobre incidentes relacionados com os efeitos no solo. O AOPA Air Safety Institute[ oferece recursos de formação sobre a gestão dos efeitos no solo para os pilotos da aviação em geral.