Peso e balanceamento de aeronaves a jato – Teoria de voo

O que é peso e balanceamento de aeronaves?

O peso e balanceamento das aeronaves é o que deve ser feito sempre antes e durante um voo, com a finalidade de evitar que ocorra acidentes e incidentes durante a operação.

O planejamento é feito através de uma ficha de peso e balanceamento (ou manifesto de carga), onde é verificado se o combustível, cargas, bagagens, passageiros e o centro de gravidade (CG) estão divididos de maneira correta e dentro do envelope da aeronave.

A importância do peso e balanceamento de aeronaves

A importância do peso e balanceamento de aeronaves é para que a segurança operacional seja maior, dessa forma, diminuindo riscos de quebra da estrutura do avião, e até evitando situações catastróficas. Outras vantagens são que a autonomia, velocidade, manobras e teto de voo terão mais eficiência.

Como este artigo de peso e balanceamento está estruturado?

Pesos de aeronaves

 Quando se tem o objetivo de projetar um avião, além dos fatores de carga e das velocidades mínimas e máximas, é preciso determinar os pesos máximos do avião para saber quais são os seus limites, como por exemplo o tanto de pista que será usada nas operações, a quantidade de carga que poderá ser levada, entre outros.  

Esses pesos são divididos em pesos estruturais e pesos operacionais. 

Quais são os pesos estruturais de uma aeronave? 

Os pesos estruturais de uma aeronave são aqueles que tem o seu limite máximo determinados pelo fabricante, sem que haja riscos de ter deformações permanentes em sua estrutura . Ultrapassando os mesmos, é possível ocorrer algum acidente ou incidente, o que não é desejado.

O que é Peso máximo de táxi? (ou PMT; ou maximum taxi weight – MTW)

O peso máximo de táxi (ou peso máximo da rampa – MRW) é o peso limite que foi determinado pelo fabricante para a aeronave ser manobrada no solo, do seu ponto de partida até chegar na cabeceira da pista, tendo em consideração a estrutura da aeronave para que não sofra excesso de carga e não diminua o seu tempo de vida útil.

O que é Peso máximo zero combustível -PMZC? (ou maximum zero fuel weight  –  MZFW)

 Peso máximo zero combustível é o peso máximo permitido para um avião operar, com a ausência apenas do combustível nas asas. No caso deste peso, se o limite determinado for ultrapassado a parte da estrutura que irá sofrer mais problemas será a raiz da asa, pois quando as asas estão sem combustível, sua flexão será maior. A imagem a seguir mostra a mesma danificada.

O que é Peso máximo estrutural de decolagem – PMED? (ou maximum takeoff gross weight – MTOGW)

 Peso máximo estrutural de decolagem é o peso máximo no qual o avião foi projetado para realizar uma decolagem sem danificar sua estrutura. Além disso, no projeto da aeronave também é permitido fazer uma “hard landing”, que consiste em pousar com o PMED com uma razão de descida de 360ft/min ou 6ft/s, porém apenas em casos de emergência.  

O que é Peso máximo estrutural de pouso – PMEP? (ou maximum landing gross weight – MLGW)

Peso máximo estrutural de pouso é o peso máximo no qual o avião foi projetado para pousar sem que sofra danos, geralmente feito para um pouso com razão de descida de 600 ft/min ou 10 ft/seg. O PMEP deve ser menor que o peso de decolagem e caso o valor seja ultrapassado o avião poderá passar por uma “overweight landing”.  

Mas o que é uma overweight landing?

Vamos citar um exemplo: o piloto decola de um aeroporto e logo após a decolagem por algum motivo será necessário retornar ao mesmo. A aeronave ainda está excessivamente pesada por não ter queimado combustível o suficiente para chegar no seu peso máximo estrutural de pouso (PMEP).

 Caso não haja tempo para alijar combustível que estão nas asas, o pouso terá que ser feito acima do limite de peso, que é a chamada “overweight landing”, tendo que passar por uma Manutenção Não Programada (descrita na IS n° 120-001 – no item 4.2) antes de realizar o seu próximo voo. 

Quais são os pesos operacionais de uma aeronave?  

Os pesos operacionais são aqueles que dão ao avião um determinado valor de pesagem em cada parte da operação. Estes pesos irão variar a medida que for acrescentando ou tirando itens no avião, como por exemplo: copa, combustível, bagagens, passageiros, entre outros que serão vistos a seguir.

O que é Peso vazio de fábrica? (manufacturer empty weight – MEW)

O peso vazio de fábrica é o peso da aeronave logo após sair de sua montagem na fabricação. Este inclui a estrutura e os componentes básicos do avião, como a fuselagem, asas, estabilizadores, equipamentos mínimos de emergência, e motores.

O que é Peso básico – PB? (basic weight – BW ou empty weight – EW)

O peso básico é o mais simples de todos, trata-se basicamente do avião vazio, incluindo apenas coisas necessárias para o acionamento, como o óleo, fluído hidráulico, poltronas, equipamentos fixos e combustível não drenável.

Quem dá a informação deste peso é a própria fábrica da aeronave, porém deve ocorrer uma pesagem periodicamente, pois com o passar do tempo o avião pode mudar de peso, como por exemplo, ao fazer uma nova pintura, ou ao passar por uma manutenção.

O que é Peso básico operacional – PBO? (basic operational weight – BOW ou dry operating weight – DOW)

 O peso básico operacional é composto pelo peso básico (PB) + a tripulação e comissários de bordo com suas bagagens, manuais e documentos de bordo, e itens necessários para que a aeronave seja operada. Neste peso não é incluído o combustível necessário e nem a carga paga.

O que é Peso operacional – PO? (operational weight – OW)

O peso operacional é composto pelo peso básico operacional (PBO) + combustível de decolagem, faltando apenas ser incluída a carga paga a bordo da aeronave.

O que é Peso atual zero combustível – PAZC? (actual zero fuel weight – AZFW)

 O peso atual zero combustível se trata basicamente do avião quase completo, faltando apenas o combustível que será usado em sua operação. Ou seja: PAZC= PBO + carga paga. Este peso é fundamental ser bem distribuído para não ter grandes alterações na ficha de peso e balanceamento da aeronave.

O que é Peso de decolagem – PAD? (take off weight – TOW)

 Peso de decolagem é o peso do avião completamente pronto para sua decolagem. Este inclui todos os itens necessários para que o avião possa cumprir sua missão, como combustível, tripulação, equipamentos e passageiros. Matematicamente falando: PAD= PO + carga paga. 

O que é Peso de pouso – PAP? (landing weight – LW)

 O peso de pouso é quase igual o peso de decolagem (PAD), a diferença é que ele é formado quando se diminui o valor do combustível consumido na etapa com o valor do peso de decolagem. Em outras palavras: PAP= PAD – combustível da etapa. 

O que é Peso máximo de pouso- PMP? (maximum landing weight – MLW)

Este peso é diferente do Peso máximo estrutural de pouso (PMEP), pois este irá depender se o aeródromo de chegada poderá conseguir receber a aeronave.

Sendo assim, o PMP é o peso máximo que um avião poderá pousar em um aeródromo de acordo com os requisitos de altitude, meteorologia e pista do local considerando que o consumo seja normal em rota. Apenas em casos de emergência será permitido exceder esse valor.

O que é Peso máximo de performance? (maximum performance take off weight – MPTOW)

 Peso máximo de performance é o peso máximo na decolagem na qual o avião consegue alcançar voo sem colocar em risco a segurança da sua operação. Este peso é limitado por alguns itens: field limit (pista), climb limit (subida), obstacle limit (obstáculo), tire limit (pneus) e brake limit (freios). 

O que é Carga paga, carga útil e carga paga máxima estrutural?

 O que é Carga paga?

A Carga paga, de acordo com os regulamentos, é a soma do peso dos produtos que geram faturamento para uma empresa aérea. Ela é composta por: passageiros, bagagens, carga e correio, sendo considerado 75kg por passageiro com bagagem de mão. 

Este peso não inclui o combustível a ser consumido,

O que é carga útil?

A Carga útil é necessária para que o voo aconteça, pois além dos itens que geram faturamento para a empresa, também é preciso ter gastos durante uma operação, como o combustível. Sendo assim, a carga útil é composta pela soma da carga paga + combustível de decolagem. 

De acordo com a ANAC, este peso inclui: tripulação, passageiros, óleo, combustível, lastro (exceto o de emergência), armamento e equipamentos portáteis.

O que é carga paga máxima estrutural?

A carga paga máxima estrutural é o peso máximo de carga que se pode ter em uma aeronave sem que ocorra danos em sua estrutura. Esta é a diferença entre o peso máximo zero combustível e o peso básico operacional (PMZC – PBO). 

Como são chamados os combustíveis para cada parte do voo? 

O que é abastecimento de combustível (total fuel ou block fuel)?

O abastecimento de combustível é essencial para que a aeronave funcione durante todo o tempo da operação, sendo assim, consiste em ser todo o combustível que é colocado no avião antes de seu acionamento.

Ao calcular este peso, deve ser considerado cada etapa do voo (desde o táxi até o pouso) para que não interfira no peso e balanceamento da aeronave e para que não haja uma pane seca durante o voo.

O que é combustível de táxi (taxi fuel)?

 Combustível de táxi, ou taxi fuel, é todo o combustível que será usado durante o táxi da aeronave, que é o momento em que a aeronave aciona os motores e faz as manobras no solo até chegar na cabeceira da pista.

O táxi deve ser feito no menor tempo possível, para que o combustível gasto não interfira nas próximas fases do voo. Porém o mesmo deve ser feito sem ultrapassar limites de velocidade, e sem quebrar normas que devem ser cumpridas.

O que é combustível de decolagem (take off fuel)?

 Após o acionamento e do táxi o avião estará pronto para decolar. O combustível que terá nos tanques nesse momento em que o avião está alinhado até o momento em que alcança voo é o considerado combustível de decolagem. 

O que é combustível da etapa (trip fuel)?

Combustível da etapa, ou trip fuel, é todo aquele que está previsto para ser usado durante toda a etapa do voo, que é o momento em que o avião decola até o momento de seu pouso.

Este combustível para aviões com motores a reação é composto por:

• O tempo de voo do aeródromo de partida até o de destino + 10% deste tempo total.
• Considera também o tempo para voar até um aeródromo de alternativa e, após isso, voar mais 30 minutos em velocidade de espera na altitude do circuito padrão (1500 pés) do aeródromo de alternativa.

As informações para autonomia mínima de voo para cada tipo de performance estão descritas nos RBHA 91, RBHA 121 e RBHA 135.

O que é combustível reserva (reserve fuel)?

Para todo voo, é preciso que tenha combustível a mais nos tanques do avião, pois nunca se sabe quando poderá ocorrer algum imprevisto.

 O combustível reserva se encaixa no combustível da etapa, como foi citado no texto anterior sendo o tempo que um avião poderá voar até um aeródromo de alternativa e após isso voar mais 30 minutos seguindo as normas do RBHA.

O que é combustível de contingência?

O combustível de contingência é usado apenas para aeronaves a jato, é o combustível extra levado no voo para caso aconteça algo inesperado (tempo ruim, tráfego aéreo, desvios, entre outros). 

Como calcular o peso máximo de decolagem (PMD)? 

 

Como mostra a tabela acima, para calcular o Peso Máximo de Decolagem (PMD), é preciso seguir as seguintes etapas:

Comparando todos esses resultados, o menor valor deles será o nosso PMD. 

Agora vamos para um exemplo:

Dados de um avião:

• MTOGW………………………180 000 libras (estrutural de decolagem)
• MPTOW………………………170 000 libras (performance)
• MLGW…………………………150 000 libras (PMEP)
• MZFW…………………………131 000 libras (PMZC)
• BOW………………………….. 80 000 libras (PBO)
• Take off fuel……………… 35 000 libras (combustível de decolagem)
• Trip fuel……………………. 15 000 libras (combustível da etapa)
• Pavimento da pista……. 200 000 libras

Determinar o Peso máximo de decolagem (PMD)

Utilizando a nossa tabela com os dados da questão:

Com a tabela acima, concluímos que o nosso PMD é 165 000 libras, pois ele é o menor dos pesos.

Como calcular o peso da carga máxima disponível? 

Para calcular o peso da carga máxima disponível, basta apenas pegar o resultado do Peso máximo de decolagem (PMD) e subtrair o Peso Operacional (PO). Ou seja:

Carga máx. disponível= PMD-PO

Para acharmos o PO (peso operacional) é preciso fazer PBO – combustível de decolagem. Usando os dados do nosso exemplo:

PO = 80 000 – 15 000

PO = 65 000 libras

Logo, o disponível será:

Disponível = PMD – PO

Disponível = 165 000 – 65 000

Disponível = 100 000 libras

Como calcular a carga disponível máxima estrutural?

A disponível máxima estrutural é calculada da seguinte forma:

Estrutural= PMZC – PBO

Ainda usando os dados do nosso exemplo:

Estrutural = 131 000 – 80 000

Estrutural = 51 000 libras

Balanceamento 

 Em voo, quando um avião está estabilizado e com controlabilidade longitudinal, significa que o centro de gravidade (CG) está no lugar certo, ou falando de maneira mais simplificada, quando os três eixos (lateral, vertical e longitudinal) da aeronave se encontram.

Os limites máximos traseiro e dianteiro do CG serão determinados pelo fabricante da aeronave, devendo serem respeitados para que não afete a segurança da operação, seja em voo ou em solo.

Limite traseiro do centro de gravidade (CG)

Um avião com estabilidade neutra, ou seja, estabilidade zero e sem tendências de cabrar ou picar o nariz, significa que seu centro de gravidade está no chamado ponto neutro. 

Quanto mais atrás desse local, o avião ficará progressivamente instável, com aumento de sua controlabilidade (comandos mais leves) e danos em sua estabilidade longitudinal, aumentando a possibilidade de um tailstrike durante o pouso ou decolagem, e podendo impedir a recuperação de um estol. 

Esse limite traseiro é determinado de acordo com a estabilidade mínima pedidos pelos regulamentos. 

Limite dianteiro do centro de gravidade (CG)

O limite dianteiro do CG é o contrário do traseiro. Quanto mais o CG estiver a frente, menor será a controlabilidade longitudinal, ou seja, os comandos do profundor ficarão cada vez mais duros, necessitando maiores esforços do piloto para cabrar ou picar o avião, podendo chegar ao ponto de não conseguir mais comandar. Como consequência também ocorrerá maior arrasto. 

Na prática, antes de qualquer voo é preciso calcular e verificar se os pesos irão interferir na segurança de voo, para isso é usado o envelope de Peso e Balanceamento: 

O preenchimento desta ficha de Peso e Balanceamento é ensinada no curso Peso e Balanceamento: Aeronaves a Jato da Lift Aviation.