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Transporte Aéreo e Construção de Aeroportos Notas de aula
Profa. Maria da Consolação Fonseca de Albuquerque
Março/2012
CAPÍTULO 1: GENERALIDADES SOBRE O TRANSPORTE AÉREO
1.1 Introdução
• Padronização: os tipos de aviões que voam no Brasil são os mesmos
que voam no resto do mundo. Assim sendo, os aeroportos espalhados pelo
mundo devem ser planejados, projetados e construídos levando em
consideração a padronização que, por razões econômicas ou de segurança,
permeia o transporte aéreo.
Cartas Aeronáuticas: é economicamente mais razoável que cada país
prepare as cartas aeronáuticas de seu território.
Frequência de comunicação: senão, os equipamentos rádio de aviões
teriam necessidade de cobrir uma quantidade imensa de freqüências.
Segurança: o avião tem que atender condições de aeronavegabilidade que
sejam aceitas como seguras pelo governo do país que está sobrevoando, bem
como seus tripulantes técnicos (pilotos) tem que estar habilitados dentro de
padrões aceitos como seguros pelo governo.
• Final da Segunda Guerra: conferência realizada em Chicago resultou a
Organização de Aviação Civil Internacional (OACI, em inglês “International Civil
Aviation Organization” –ICAO)
“Standards and Recommended Procedures” (SARPs), Estes são
aglutinados, segundo a área a que se referem, nos chamados anexos à
convenção.
Anexo 14 à Convenção de Chicago estabelece uma padronização mundial
para o projeto e a operação de aeródromos (volume I) e para heliportos
(volume II). Essa padronização refere-se à características físicas (dimensões,
greides, etc.) de pistas e de superfícies físicas no entrono destas, de
superfícies imaginárias de limitação de obstáculos situados à volta de
aeroportos, de auxílios visuais, de equipamentos, e de serviços de emergência
e outros.
Dificuldades de chegar a um consenso: diferenças econômicas e de
desenvolvimento técnico entre os países.
• Entidades relevantes para a aviação civil e para o planejamento e
projeto aeroportuário
OACI – ICAO
CLAC (Conferência Latinoamericana de Aviação Civil)
ECAC (“European Civil Aviation Conference”)
IATA (“International Air Transport Association”)
1.2 Características dos aeroportos e aeronaves
• Aeródromo: uma área definida, em terra ou água (incluindo quaisquer
edifícios, instalações e equipamentos) destinada a ser usada totalmente,
ou em parte, para chegadas, partidas ou manobras em superfície, de
aeronaves.
• Aeroporto: é um aeródromo que dispõe de instalações próprias para o
serviço de chegada e partida, carga e descarga e manutenção de
aeronaves, assim como de atendimento, embarque e desembarque de
passageiros.
• Aeronave: (ou avião) é um veículo que voa graças à força de
sustentação, obtida pelo efeito dinâmico das asas sobre o ar, ou seja,
pela ação mútua de forças entre o ar, movimento e avião.
• O aeroporto com ponto de transferência: em um aeroporto ocorrem
transferências de passageiros e suas bagagens, ou de cargas, entre
modos distintos de transporte, ou mesmo entre veículos de um mesmo
modo, sempre estando envolvido o modo aéreo. Ao analisarmos,
planejarmos ou projetarmos um aeroporto, nunca podemos perder de
vista esta tua função básica: a de ponto de transferência entre modos de
transporte, um deles sempre sendo o aéreo.
• Outras finalidades: serão sempre secundárias em relação a principal
(“show-room” de tecnologia desenvolvida pelo país – como alguns
franceses, cartão de visitas do país ou da área a que atende, etc)
1.2.1 Aeroporto como sistema e seus componentes
Componentes básicos
Componentes auxiliares ou de apoio
- Terminal de cargas
- Sistema de combustíveis
- Área de manutenção
- Sistemas de auxílio à navegação
- Serviço de extinção de incendio
- Área militar
1.2.2 Aeronave
• Avião: veículo que voa graças à força de sustentação, obtida pelo efeito
dinâmico das asas sobre o ar, ou seja, pela ação mútua de forças entre
o ar, movimento e avião.
• Principais componentes do avião:
asas: são componentes que geram forças de sustentação para o vôo;
superfícies móveis: são componentes que controlam a altitude da
aeronave. Alguns deles são: elerões, profundor, elevadores, lemes e flapes;
sistema propulsor: é o componente que fornece empuxo (força
exercida no avião à reação na direção de seu movimento e é resultante da
ejeção de gases da combustão) necessário ao deslocamento no ar;
fuselagem: é o corpo que liga estruturalmente as outras partes do
avião e abriga a tripulação
CAPÍTULO 2: DADOS DO AERÓDROMO, ESPAÇO AÉREO E CONTROLE
DE TRÁFEGO
2.1 DADOS DO AERÓDROMO
• Dados relativos aos aeródromos a ser determinado e colocado à
disposição dos serviços de informações aeronáuticas competente
Ponto de referência do aeródromo:
- perto do centro geométrico da área de pouso
- precisão de segundos de latitude e longitude
Altitudes do aeródromo e de pista
Temperatura de referência do aeródromo
Informações sobre as dimensões dos aeródromos e dados afins
- Pista:
orientação verdadeira,
número de identificação,
comprimento,
largura,
localização da cabeceira deslocada,
declividade,
tipo de pavimento,
tipo de pista,
zona livre de obstáculos,
área de segurança de fim de pista,
zona de parada,
estol,
pista de rolamento.
- Faixa: área de segurança de fim de pista
- Zona livre de obstáculos: comprimento, perfil do terreno.
- Obstáculos significativos nas vizinhanças do aeródromo: localização,
altitude do topo e tipo.
Resistência dos pavimentos
Atrito superficial da pista
Local para aferição de altímetro antes do vôo
Distâncias declaradas
-distância disponível para corrida de decolagem;
-distância disponível para decolagem;
-distância disponível para aceleração e parada;
-distância disponível para aterrisagem.
Área de manobras e instalações afins
-serviços de manutenção ou construção;
-defeitos nos pavimentos de pistas de pouso e de deslocamento;
-neve, lama ou gelo em pistas de pouso e de rolamento;
-água na pista de pouso e decolagem;
-aeronaves estacionadas;
-falha nos sistemas de auxílios visuais;
-falha no suprimento de energia.
Remoção de aeronaves em pane: a capacidade pode ser dada em função
da maior aeronave, para cuja remoção o aeródromo está equipado.
Salvamento e combate ao fogo
Sistemas visuais de indicação do ângulo de aproximação
2.2 Espaço aéreo
A) Divisão
Espaço aéreo inferior:
- Limite vertical inferior (solo ou água)
- Limite vertical superior (FL195 - inclusive)
Obs: FL – flight level (nível de vôo): expressa a altitude de pressão, em relação
ao plano padrão.
Espaço aéreo superior:
- Limite vertical inferior: FL195 - exclusive
- Limite vertical superior: ilimitado
B) Classificação
Espaço aéreo controlado:
- Zonas de tráfego do aeródromo (ATZ – Airport Traffic Zone)
- Regiões de controle (CTR – Control Region)
- Áreas do terminal (TMA – terminal área)
- Áreas de controle (CTA – Control Area)
- Áreas de tráfego superior (UTA – Upper Traffic Area)
Espaço aéreo não controlado:
- Regiões de informação de vôo (FIR – Flight Information Region).
- Regiõe superiores de informação de vôo (UIR – Upper Information Region).
Espaço aéreo condicionado:
- Àreas proibidas
- Áreas perigosas
- Áreas restritas
C) Configurações
Zonas de tráfego do aeródromo (AZT – Airport Traffic Zone):
- configuração variável
- Limite vertical inferior: solo ou água
Regiões de controle (CTR – Control Region)
- Configuração variável
- Limite vertical inferior: solo ou água
Áreas de controle do terminal (TMA – Terminal Area)
- configuração variável
Áreas de controle (CTA – Control Area): compreendem as aerovias inferiores
e outras partes do espaço aéreo inferior.
- Limites das aerovias inferiores
vertical inferior: 152 metros abaixo do nível de vôo mínimo (FL20 = 600 m
448 m).
vertical superior: FL195 (inclusive)
laterais: 16 NM de largura (8 NM para cada lado do eixo), estreitando-se a
partir de 54 NM antes do bloqueio de uma auxílio-rádio e, atingindo sobre este
a largura de 8 NM.
Obs: NM (milha náutica): 1 NM = 1,852 km
As aerovias inferiores entre 2 auxílios rádio, distantes entre si até 54 NM,
terão a largura de 11 NM em toda a sua extensão. sendo esses limites
variáveis, porém existem.
Áreas de tráfego superior (UTA): compreendem as aerovias superiores e
outras partes do espaço aéreo superior.
- Limites das aerovias superiores:
vertical inferior: FL195 (exclusive)
vertical superior: ilimitado
laterais: 43 NM de largura (21,5 NM para cada lado do eixo), estreitando-se a
partir de 216 NM antes do bloqueio de uma auxílio-rádio e, atingindo sobre este
a largura de 21,5 NM.
As aerovias superiores entre dois auxílios rádio, distantes entre si até
180 NM, terão a largura de 21,5 NM em toda a sua extensão.
Regiões de informação de vôo (FIR – Flight Information Region)
- Limite vertical inferior: solo ou água
- Limite vertical superior: FL 195 (inclusive)
Regiões superiores de informação de vôo (UIR – Upper Information Region)
- Limite vertical inferior: FL 195 (exclusive)
- Limite vertical superior: ilimitado
Rotas de navegação aérea (RNAV – Route Navigation)
As rotas de navegação aérea são estabelecidas provisoriamente no
espaço aéreo superior, e com os mesmos limites aplicados para as aerovias
superiores.
Espaços aéreos condicionados
- Configuração variável.
2.3 Controle de tráfego
Conceito de aerovia
- 210 m acima do solo ou mais;
- espaço no qual existem auxílios à navegação aérea;
- largura fixada em 16 km;
- nas maiores altitudes, onde a navegação aérea é menos exata, torna-se
necessário um corredor mais amplo;
- para as aeronaves à jato, que cruzam a grandes altitudes, aquela
largura foi aumentada para 52 km.
A largura da aerovias está sujeita à alterações a qualquer momento, mas
o ponto importante a não esquecer é que, do mesmo modo que as rodovias, as
aerovias tem uma largura determinada.
A extensão das aerovias não tem cessado de crescer no mundo todo. O
sistema de aerovias como é hoje constituído, proporciona dois elementos
essenciais:
(1) auxílio à navegação aérea,
(2) controle do tráfego aéreo.
Conceito de Controle de tráfego aéreo
O controle de tráfego aéreo pode ser efetuado em rota (aerovia) ou nas
proximidades dos aeroportos. Existem dois tipos de regras de vôo, conforme as
condições meteorológicas, conhecidas respectivamente por:
- Regras de Vôo Visual (VFR, Visual Flight Rules) e
- Regras de Vôo por instrumentos (IFR, Instrument Flight Rules).
- VFR não há praticamente controle de tráfego em rota, princípio de “ver e
ser vista”.
Obs: a menos que sejam impostas condições IFR para qualquer estado de
tempo, como ocorre nas aerovias de grande densidade de tráfego
- IFR em sua essência, essas regras importam na fixação de altitudes e
rotas específicas e na separação mínima que deverá ser mantida entre
aeronaves que voam nas mesmas altitude e direção.
- aerovias de grande densidade de tráfego, foram impostas regras de vôo
por instrumentos em quaisquer condições atmosféricas. A tendência é
para ampliação desse controle positivo.
- regras de vôo por instrumentos exigem que, antes da partida, o piloto
apresente ao centro de controle da área um plano de vôo do qual
constem o local de destino, as aerovias e a altitude de vôo pretendido e
a hora estimada da partida. Aprovado o plano, não serão permitidos
desvios, a não ser mediante aprovação expressa do centro de controle
da área.
Componentes principais do sistema de aerovias
O sistema de aerovias consiste de uma rede de auxílios à navegação e de um
grupo de instalações operadas manualmente, interligadas por teletipo e
telefone e aparelhadas para comunicação pelo rádio com as aeronaves
operando na região abrangida pelo sistema. Este é constituído de três
componentes básicos:
(A) os centros de controle,
(B) as torres de controle dos aeroportos e
(C) as estações de aerovias.
A) Centros de Controle
- Cada centro exerce o controle sobre uma área geográfica delimitada.
- Quando uma aeronave atinge o limite de uma área de controle, este é
transferido para o centro de controle da área adjacente ou para torre de
controle de um aeroporto.
- Os centros de controle localizam-se geralmente em um aeroporto
importante, não por ser isto indispensável, mas pela economia de
instalação das comunicações que, caso contrário, seriam necessárias.
Mesmo assim, alguns centros de controle estão situados a distancias
consideráveis de qualquer aeroporto.
- O principal objetivo do centro de controle é o de disciplinar o
tráfego das aeronaves que voam em IFR. Essas regras de vôo por
instrumentos aplicam-se também, qualquer que sejam as condições
atmosféricas, entre as altitudes de 5.100 e 6.600 m, em algumas
aerovias leste-oeste de grande densidade de tráfego.
-Nas condições VFR, o piloto deverá preencher um plano de vôo para a aerovia
que deseja usar.
-O centro de controle, após verificar o tráfego do momento na área,
informará ao piloto a altitude em que deverá voar na aerovia escolhida, de
modo a garantir a separação de segurança que entre si devem manter as
aeronaves operando na mesma aerovia ou em aerovias que se cruzam.
- Sem o auxílio do radar, a separação entre aeronaves que voam na
mesma aerovia e à mesma altitude é de 10 minutos.
- Quando em direções convergentes, a separação é de 10 minutos e
verticalmente, de 300 metros.
- Se em sentidos opostos e à mesma altitude, a separação é equivalente
à largura normal da aerovia.
- Cada área de controle é dividida em setores, para não sobrecarregar os
controladores de vôo.
- Cada controlador deverá passar ao setor que lhe fica adjacente as
informações relativas aos vôos que saem do seu setor.
Quando uma aeronave transpor uma área de controle, a área adjacente é
notificada da hora estimada da entrada nesta última e do destino do vôo.
B) Torres de Controle
- A torre de controle do aeroporto supervisiona, orienta e dirige o tráfego na
zona do aeroporto, num raio de 25 km, assegurando o controle de tráfego para
as aeronaves que chegam ou partem.
- Quando a torre dispõe de recursos para exercer o controle de
aproximação, as aeronaves são por este dirigida a partir de um certo
número de pontos denominados “fixos”, situados dentro de um raio de
40 a 80 km do aeroporto.
- As aeronaves são trazidas até os fixos pelos centros de controle da
área. Em tráfego muito intenso, a torre determina que as aeronaves
voem em órbitas em torno dos fixos, separadas verticalmente de 300 m,
até que, uma de cada vez, obtenha da torre autorização para o pouso.
- No caso de torres que não atendem ao serviço de controle de aproximação,
as aeronaves nas condições IFR são orientadas pelo centro de controle até a
aproximação para o pouso.
C) Estações de Serviço de Vôo
São localizadas em aeroportos e ao longo das próprias aerovias. Por
seu intermédio, os operadores dos centros de controle fornecem informações
nas rotas. Suas principais funções podem ser descritas como:
- retransmitir mensagens entre as aeronaves em vôo e os centros de
controle;
- informar os pilotos, antes e durante o vôo, quanto às condições
atmosféricas, à situação dos aeroportos e dos auxílios à navegação e às
modificações de procedimentos;
- difundir informações meteorológicas;
- verificar o funcionamento dos auxílios à navegação.
CAPÍTULO 3: MECÂNICA DE LOCOMOÇÃO DA AERONAVE
3.1 INTRODUÇÃO
• Um corpo imerso em um fluído em escoamento: - ação de forças
normais à sua superfície (pressão)
- forças tangenciais (atrito).
• Dependendo da forma do corpo pode haver diferenças de velocidade no
dorso (superfície de cima) e no ventre (superfície de baixo) como é o
caso de um aerofólio.
O aumento do ângulo de ataque aumenta a sustentação somente até um
determinado ponto. Após este ângulo ótimo, acontece literalmente o
descolamento do fluxo de ar e a aeronave perde a sustentação. É o estol, que
se ocorrer em baixas altitudes pode levar a aeronave ao chão.
A velocidade aerodinâmica é a velocidade do avião em relação ao vento e/ou
vice-versa
Simplificando: forças normais são devidas diferenças de velocidade no
dorso (superfície de cima) e no ventre (superfície de baixo) do aerofólio.
Entretanto, a parcela total da força de sustentação requer cálculos
avançados de matemática e um profundo conhecimento de mecânica
dos fluidos.
Do ponto de vista de intercâmbio de impulsos, desde que o ar exerce na
asa do avião uma força resultante para cima, deve a asa provocar um
efeito igual e contrário no ar.
Isso se dá pela modificação das condições de escoamento que ocorre
atrás da asa: há uma aceleração da massa de ar, na forma de mudança
de direção e na velocidade original do escoamento.
Brevemente resumindo pode-se dizer que o ângulo de ataque dos aerofólios
(ângulo formado entre a medida de largura do aerofólio e a direção de
escoamento do ar) faz com que a soma das pressões aerodinâmicas sejam
favoráveis para o vôo.
• Resumindo, podemos dizer que a força resultante depende das
características do escoamento da forma do corpo e da sua posição em
relação ao escoamento.
• Costuma-se dividir as forças atuantes em um avião em duas
componentes:
SUSTENTAÇÃO: atua em direção ortogonal à velocidade
aerodinâmica;
ARRASTO: atua em direção paralela à velocidade aerodinâmica
3.3 Forças que atuam em um erofólio
• O aerofólio é a parte do avião destinada a produzir sustentação, mas
também produz arrasto.
• A força de sustentação pode ser expressa como:
SVC2
1L 2
L
L (kgf ou N)
(kgf/m4s2 ou kg/m3)
V (velocidade aerodinâmica, m/s)
S (m2)
CL (adimensional)
• Coeficiente de sustentação (adimesional)
Sq
LCL
• Pressão dinâmica
2V2
1q
• Cada perfil apresenta uma variação de CL em relação ao ângulo de
ataque
• Força de arrasto:
SVC2
1D 2
D
D (kgf ou N)
(kgf/m4s2 ou kg/m3)
V (velocidade aerodinâmica, m/s)
S (m2)
CD (adimensional)
Sq
DCD
Coeficiente de rendimento
3.2 Forças que atuam em um avião
• Arrasto (fuselagem, lemes, estabilizadores, trens de pouso e qualquer
outro elemento que ofereça resistência
F
2
D SVC2
1D
D (kgf ou N)
(kgf/m4s2 ou kg/m3)
V (velocidade aerodinâmica, m/s)
SF (m2)
CD (adimensional)
• Arrasto Total: arrasto da asa + fuselagem
• P = T . V
P (HP ou watts)
T (kgf ou N)
CAPÍTULO 4: CARACTERÍSITCAS DAS AERONAVES RELACIONADAS AO
PROJETO DE AEROPORTOS
4.1 Introdução
No planejamento dos aeroportos é indispensável conhecer as características
gerais das aeronaves a que se destinam eles. A interdependência entre aeroporto e avião
é de fundamental importância para o bom desenvolvimento do sistema de transporte
aéreo.
Os pesos das aeronaves têm valor primordial no projeto de aeroportos, mas há
também outras características:
Dimensões: o tamanho da aeronave (envergadura, comprimento e altura) afeta a
dimensão dos pátios de estacionamento e dos hangares e a separação lateral das
pistas de rolamento;
Capacidade: a capacidade em transportar passageiro, carga e combustível,
influencia as dimensões e a disposição das instalações para passageiros e carga e
o sistema de abastecimento das aeronaves;
Raio de ação: influi na freqüência das operações e, em conseqüência, na
capacidade das pistas, dimensão dos pátios e das instalações de passageiros.
Cada aeronave possui velocidade, tamanho e produtividade próprios. A capacidade de
conduzir carga que produz renda (carga paga) com maior autonomia e velocidade é
função do tipo de avião.
4.2 Composição do peso de uma aeronave
A combinação geral do peso dos veículos é:
veículo vazio (equipado e pronto para operar);
combustível;
carga.
No caso das aeronaves, além do peso bruto que é inerente do avião, existem o peso
limitante estrutural (limita a operação do avião) e o peso limitante operacional (limita
operações no avião).
4.2.1 Componentes do peso bruto
Peso Básico operacional (PBO): é o peso do avião equipado menos a carga paga
(CP) e o combustível utilizável. Inclui assentos, equipamentos diversos, suprimentos
e tripulação.
Carga Paga (CP): é toda carga transportada que produz receita, como passageiros,
encomendas, correio e carga.
Combustível Total (CT): compreende o combustível de bloco mais as reservas. O
combustível de bloco é aquele consumido do momento que a aeronave deixa a
rampa do aeroporto de origem até a posição de parada no aeroporto de destino. As
reservas equivalem a 10% do combustível a ser consumido na viagem: combustível
para chegar ao aeroporto alternativo e combustível de espera (30 minutos de vôo
sobre o aeroporto).
4.2.2 Pesos limitantes estruturais
Peso Máximo Zero Combustível: é o peso máximo que pode ter uma aeronave
carregada, porém sem combustível. Qualquer acréscimo nesse valor deverá ser
constituído de combustível. Para evitar que se tornem excessivos os momentos nas
junções da asa com a fuselagem, quando a aeronave estiver em vôo, é possível que
um aumento de combustível, para vencer determinada etapa, implique uma
diminuição da carga paga máxima.
Carga Paga Máxima Estrutural: é o máximo peso que pode ter a CP, seja ela
passageiro, carga, correio ou combinação destes. Teoricamente, a carga paga
máxima estrutural é igual ao peso máximo zero combustível menos o peso básico
operacional. Na realidade, a carga paga máxima que se leva é menor que o máximo
estrutural por razões de espaço.
Peso Máximo Estrutural de Decolagem: é o peso máximo com o qual a aeronave
pode decolar, sem que haja limites operacionais.
Peso Máximo Estrutural de Pouso: é uma limitação do trem de pouso impondo que
uma determinada parcela de combustível precisa ser consumida ou alijada, antes que
a aeronave possa pousar em segurança.
Peso Máximo Estrutural de Rampa: é o peso máximo com o qual a aeronave poderá
iniciar o taxiamento. É sempre ligeiramente maior que o peso máximo estrutural de
decolagem. Diferença correspondente ao combustível que é consumido até a
aeronave atingir a cabeceira da pista.
4.2.3 Pesos limitantes operacionais
Peso Máximo de Decolagem (PMD): é um limite operacional imposto pelas
seguintes condições: comprimento e declividade da pista; temperatura, pressão e
condições do vento na pista; pneus, condições de subida e de frenagem.
Peso Máximo de Pouso (PMP): é um limite operacional imposto pelas seguintes
condições: comprimento e declividade da pista; condições superficiais da mesma.
Número de assentos: a capacidade máxima de assentos é o número máximo de
passageiros especificados para homologação da aeronave.
Capacidade Máxima dos Tanques: é o máximo volume de combustível que a
aeronave admite.
Todos os pesos são fixados pelos fabricantes das aeronaves, através de regulamentos
que determinam padrões de segurança impostos pelos órgãos regulamentadores.
4.3 Carga Paga x Etapa
A distância que uma aeronave pode voar é chamada de ETAPA. Entre os vários
fatores que influenciam o valor que esta etapa pode adquirir, um dos mais importantes é
a CARGA PAGA (CP). Normalmente, à medida que a etapa aumenta a CP diminui,
havendo uma troca entre o combustível que permitirá à aeronave alcançar o seu destino
e a CP que pode ser transportada até este mesmo destino. A relação entre o valor da CP
e a etapa que a aeronave pode cumprir transportando-a é dada por um diagrama
conhecido como curva CARGA PAGA X ETAPA, mostrado na figura 4.1.
Figura 4.1 Variação da carga paga em função da etapa
O ponto A representa a máxima distância que uma aeronave pode voar
transportando sua CP máxima estrutural.
Para voar a uma distância Ra e transportar uma carga paga Pa, a aeronave deverá
decolar com seu peso máximo estrutural de decolagem. Entretanto seus tanques de
combustível não estarão completamente cheios.
O ponto B representa a distância mais longa (Rb) que uma aeronave pode voar
com seus tanques completamente cheios no início da viagem. Para esta etapa a
correspondente CP que pode ser transportada é Pb.
Para atingir a distância Rb, a aeronave deverá decolar com seu peso máximo
estrutural de decolagem. Assim sendo, para aumentar sua etapa de Ra a Rb, a carga
paga deve ser reduzida em favor do aumento de combustível.
O ponto C representa a máxima distância que a aeronave pode voar sem levar
carga paga.
Em alguns casos o peso máximo de pouso (PMP) pode ditar a etapa que a
aeronave deve alcançar com sua carga paga máxima estrutural. Neste caso a linha DE
representa a troca entre carga e combustível, o que ocorre quando a carga paga é
limitada pelo peso estrutural de pouso. A forma da curva CP x etapa a ser adotada é a
representada pela linha DEBC em substituição à linha ABC.
A CP x etapa depende de vários fatores, como as condições meteorológicas
durante o vôo, da altitude do vôo, da velocidade do combustível, do vento e da
quantidade de combustível de reserva. Essas curva são dadas em função do dia padrão e
sem ventos, o que permite comparações aproximadas de desempenho de diferentes
aeronaves. A figura 4.2 ilustra a curva CP x etapa característica de várias aeronaves.
A carga paga a ser transportada, particularmente nas aeronaves de passageiros, é
normalmente menor do que a carga paga máxima estrutural, mesmo quando a aeronave
está completamente lotada. Isto se deve a limitações no uso de espaço quando se
transporta passageiros.
No cálculo de carga paga, os passageiros e suas bagagens são normalmente
considerados como pesos unitários iguais a 91 kg (200 lb).
Figura 4.2: Relação carga paga x etapa de várias aeronaves (Horonjeff, 1966)
CAPÍTULO 5 COMPRIMENTO DE PISTA
5.1 Comprimento de Pista para Decolagem
5.2 Comprimento de pista para pouso
5.3 Determinação do comprimento de pista
5.4. Cabeceira de pista deslocada
5.5. Área de segurança de fim de pista
5.1 Comprimento de Pista para Decolagem
O comprimento de pista para decolagem deve ser tal que uma vez iniciada, a
aeronave possa, se preciso, abortar a decolagem e parar com segurança ou
completar a decolagem e iniciar a subida, também com segurança.
5.1.1 Procedimento de decolagem, com falha de um motor
1) Ponto A: avião parado - inicio da decolagem;
2) Falha de um motor ao atingir a velocidade de decisão, V1 (interrompe ou
continua a decolagem);
3) Se o piloto frear, o avião correrá na pista até parar no ponto Y;
4) Se continuar, o avião acelerará até atingir: velocidade de rotação, VR, (ponto
C), velocidade de decolagem, VLOF, (ponto D) vindo a passar sobre o ponto Z
com uma altura de 10,7 m e velocidade igual ou maior que V2;
5) Se a falha ocorrer antes de V1: interrompe a decolagem e parar antes do
ponto Y;
6) Se a falha ocorrer depois de atingida V1, a decolagem deverá prosseguir e o
avião sobrevoará o ponto Z com altura maior que 10,7 m.
5.1.2 Decolagem com todos os motores funcionando
Se, como se dá normalmente, não ocorrer falha de um motor, o avião correrá
até atingir VR, VLOF, e V2 decolando conforme a figura 5.2. Neste caso as
distâncias para alcançar VR, VLOF, e V2, são menores do que no caso de
falha em um motor.
Para o caso de decolagem com todos os motores funcionando, sem falha, a
corrida de decolagem é definida como 115% da distância para atingir VLOF. A
distância de decolagem, ou seja, para atingir 10,7 m de altura, também será
multiplicada por 1,15 para confronto com as distâncias do desempenho com
falha de um motor.
As velocidades V1, VR, VLOF, e V2 são definidas:
1) Velocidade de decisão, V1: é a velocidade escolhida pelo operador à qual
admite-se que, ao ser reconhecida pelo piloto uma perda súbita e total de
potência de uma unidade motopropulsora, é possível frear o avião ou continuar
a decolagem sem o motor crítico. Essa velocidade é característica do avião e é
dada pelos manuais.
2) Velocidade de rotação, VR: é a velocidade à qual o piloto inicia a rotação da
aeronave em torno do eixo transversal, isto é, levanta o nariz, ou roda, tirando
do chão as rodas de nariz.
3) Velocidade para deixar o solo ou de decolagem, VLOF: é a velocidade à
qual se tira o avião da pista, isto é, inicia o vôo propriamente dito, tirando do
chão as rodas do trem de pouso principal.
4) Velocidade de início de subida, V2: é a velocidade mínima com a qual o
piloto pode dar início à subida depois de ter passado a 10,7 m de altura sobre a
superfície de pista durante uma decolagem com motor inoperante.
5.1.3 Comprimento de Pista Balanceado
Maior V1 maior distância de aceleração e parada, para o caso de abortar a
decolagem.
Maior V1 menor distância para completar a decolagem com falha de um
motor.
Para obter o comprimento de pista balanceado deve-se fazer a distância de
aceleração e parada igual à distância de decolagem com falha em um motor,
conforme ilustrado na figura.
O valor de V1 oferecido pelo manual das aeronaves é para o comprimento de
pista balanceado, exceto se houver alguma afirmação ao contrário.
O comprimento de pista para decolagem, determinado pelo desempenho da
aeronave é maior dentre:
1) O comprimento balanceado de pista; ou
2) 115% da distância de decolagem com todos os motores funcionando
5.2 Comprimento de Pista para Pouso
• O caso de pouso é provavelmente o mais simples. A distância de pouso
necessária a cada aeronave que utilize o aeroporto deve ser suficiente
para permitir que a aeronave pare completamente em 60% do
comprimento de pista disponível para o pouso, presumindo que o piloto
faça a aproximação à velocidade correta e passe pela extremidade da
pista à altura de 15 metros. A distância de pouso deverá ser constituída
de pavimento de resistência normal.
5.3 Determinação do comprimento de pista
• Em relação ao avião as principais características para determinar o
comprimento de pista são:
1) a capacidade de aceleração do avião (potência / unidade de peso).
Quanto maior esta relação, mais rápido o avião atingirá a velocidade
suficiente para decolar e, portanto, menor o comprimento de pista
necessário;
2) a capacidade de alçar vôo do avião (área da asa / unidade de peso).
Quanto maior esta relação, menor será a velocidade necessária para o
vôo;
3) a capacidade de frenagem depois de atingir determinada velocidade e a
resistência dos pneus.
O problema do projetista da pista é complexo por envolver um grande número
de variáveis e decisões:
- família de aviões que, segundo as previsões, no tempo de vida útil da
pista, operarão no aeroporto.
- tem que considerar que as aeronaves não decolarão obrigatoriamente com
PMD, mas sim com peso
bruto conveniente para as condições de etapa e carregamento que o mercado
exige.
- condições representativas (específicas de uma ocasião) de temperatura,
altitude e
declividade da pista
- Com exceção do comprimento de pista, declividade e pavimento, todas as
outras condições são
específicas da ocasião, desde o avião com seu peso bruto até as condições
atmosféricas,sendo que
as mais importantes são:
1) temperatura,
2) ventos de superfície,
3) altitude do aeroporto.
Para determinação dos efeitos relativos das variações dessas condições foram
procedidas análises com diversos tipos de aeronaves de transporte a jato. Para
cada aeronave, calcularam-se, a partir de dados fornecidos pelos fabricantes,
os comprimentos de pista necessários para etapas diversas, admitindo-se as
seguintes condições no aeroporto e na rota:
1. aeroporto ao nível do mar;
2. temperatura padrão (150C) no aeroporto;
3. pista sem declividade longitudinal;
4. ausência de ventos na pista
5. ausência de ventos na rota até o destino;
6. temperatura padrão na rota;
7. aeronave com lotação completa de passageiros e carga;
8. velocidades de cruzeiro de acordo com a tabela
Os comprimentos obtidos nessas condições são denominados “comprimentos
básicos de pista” e podem ser vistos na figura abaixo:
• Em seguida, fez-se variar, sucessivamente, cada uma das condições,
mantendo-se constantes as demais. Foram assim calculados novos
comprimentos de pista, expressos como porcentagem dos
comprimentos básicos. Os resultados dessa análise são apresentados
graficamente na figura a seguir.
10500 mMach 0,84700 - 2100Convair 900
9000 mMach 0,84500 - 1500Boeing 720
9000 mMach 0,82700 - 2100Boeing 707-120
9000 mMach 0,812000 - 3500Boeing 707-320
9000 mMach 0,812000 - 3500Douglas DC-8
altitudevelocidade
Condições de cruzeiroetapas
(milhas náuticas)
aeronaves
10500 mMach 0,84700 - 2100Convair 900
9000 mMach 0,84500 - 1500Boeing 720
9000 mMach 0,82700 - 2100Boeing 707-120
9000 mMach 0,812000 - 3500Boeing 707-320
9000 mMach 0,812000 - 3500Douglas DC-8
altitudevelocidade
Condições de cruzeiroetapas
(milhas náuticas)
aeronaves
• Nos gráficos da figura, as expressões “etapas curtas” e “etapas longas”
foram adotadas para designar distâncias que se aproximam,
respectivamente, dos limites inferior e superior indicados na tabela
anterior.
• O efeito das condições locais do aeroporto sobre o comprimento da pista
depende da etapa. (maior a etapa maior quantidade de combustível
aeronave mais pesada).
• Também é interessante notar a ampla variação do efeito da temperatura.
Em um dia quente (350 C), o acréscimo a fazer no comprimento básico
da pista varia de 11 a 29%.
As figuras a seguir, apresentam os ábacos para determinar o comprimento de
decolagem da pista para o DC-8, com falha de motor e com todos os motores
funcionando.
As figuras a seguir apresentam tabelas para determinar o comprimento de pista
de pouso e decolagem, respectivamente, para o Boeing 737-200 C em função
do peso, altitude e temperatura.
A seguir é dada uma correção padrão no comprimento de pista para corrigir
fatores externos à aeronave (condições atmosféricas) com relação ao efeito da
altitude, temperatura, declividade e vento.
1. Correção relativa à altitude (pressão)
• Na atmosfera a pressão do ar diminui com a altitude.
• A densidade do ar afeta o desempenho aerodinâmico da aeronave e o
desempenho dos motores.
• Quanto menor a densidade do ar maior velocidade será necessária para
voar (com mesmo ângulo de ataque).
• Para os motores, a menor densidade implica em menos oxigênio e
menor fluxo de massa e, portanto menor rendimento.
• O comprimento básico deve ser aumentado a razão de 7% para cada
300 metros de altitude segundo a expressão:
LCA = Lb (h + 1)
Onde:
LCA é o comprimento de pista corrigido pela altitude;
Lb é o comprimento de pista básico; e
h é o fator de correção dado por:
h = (H/300) 0,07
Onde:
H é a altitude do aeroporto.
Obs: para altitude da ordem de 3000 metros essa variação é da ordem de 11%
a cada 300 metros.
2. Correção relativa à temperatura
A temperatura afeta a densidade do ar, com os mesmos efeitos da pressão, e
também a resistência dos motores. O comprimento de pista já corrigido pela
altitude deverá se aumentado a razão de 1% para cada 10C que a temperatura
de referência do aeroporto exceder a temperatura da atmosfera padrão na
altitude considerada.
LCT = LCA (t + 1)
Onde:
LCT é o comprimento corrigido pela temperatura;
LCA é o comprimento corrigido pela altitude; e
t é o fator de correção dado por:
t = 0,01(TR – TP)
onde:
TR é a temperatura de referência obtida da média mensal das temperaturas
máximas diárias no mês mais quente do ano (0C);
TP é a temperatura padrão para uma altitude H dada por:
TP = 15 – 0,0065H
3. Correção relativa à declividade longitudinal da pista
As pistas têm geralmente, alguma declividade longitudinal. Pistas em nível,
com perfil longitudinal sem declividade são exceções. As declividades médias
podem ser, para os grandes aeródromos de até 1,5%. Nos pequenos pode ser
maior. Para pistas classe A, B e C (tabela 5.2), tem-se as seguintes correções:
COMPRIMENTO BÁSICO DE PISTA (m) CLASSE
2100 A
1500 – 2099 B
900 – 1499 C
750 – 899 D
600 - 749 E
1) Quando a pista for em aclive e operações somente nesta direção soma-se
10% para cada 1% de declividade da pista.
2) Quando a pista for em declive com operações somente nesta direção não se
procede acréscimo.
3) Quando a pista tiver operações em qualquer cabeceira:
LCD = LCT (1 + Cd)
Onde:
LCD é o comprimento corrigido pela declividade;
LCT é o comprimento corrigido pela temperatura
Cd é o fator de correção, dado por:
Cd = 0,1 d
Tabela 5.2: Classificação da pista por meio do comprimento básico
Onde:
d é a declividade longitudinal da pista (%).
4. Correção relativa aos ventos predominantes no local
• Numa condição genérica, a direção do vento faz um certo ângulo com a
pista. Decompõe-se o vento em duas componentes:
paralela
perpendicular.
• A componente transversal é sempre prejudicial à operação e seu efeito
será estudado no capítulo “direção de pista”.
• A componente longitudinal do vento pode ter dois efeitos inversos: ou
auxilia a operação, quando se opera contra o vento, pois o avião conta
com essa velocidade para aumentar a velocidade aerodinâmica. Se, ao
contrário, o avião operar a favor do vento a componente longitudinal
prejudica a operação, demandando maior comprimento de pista.
Normalmente o avião opera contra o vento, entretanto quando há obstáculos
na outra cabeceira, tornando obrigatório o pouso ou decolagem em uma única
cabeceira ou se compensar a operação a favor do vento e a favor da
declividade da pista. Segue abaixo a equação para correção devida aos
ventos:
LCV = LCD (1 + Cv)
Onde:
LCV é o comprimento corrigido pelo vento;
LCD é o comprimento corrigido pela declividade;
Cv é o fator de correção dado por:
Cv = P/100
Onde P é a porcentagem da velocidade dos ventos
5.4 Cabeceira de pista deslocada
Normalmente a cabeceira está localizada no início da superfície da pista e deve
ser identificada por marcas e iluminação.
Porém pode ser deslocada para frente quando um objeto obstrui o espaço
aéreo de pouso da aeronave e não é possível a remoção, remanejamento de
lugar ou rebaixamento do mesmo pela autoridade do aeroporto.
A nova localização é a cabeceira deslocada e será a nova cabeceira da pista
para o pouso.
A antiga cabeceira da pista ficará disponível para decolagem em ambas
direções e para pouso somente na direção oposta.
Quando uma pista possui cabeceira deslocada, esta deve ter uma zona de
parada no fim da pista conforme se pode ver na figura a seguir (letra c)
Uma cabeceira deslocada afetará somente o comprimento de pista para pouso
na direção oposta. O comprimento de pista para decolagem não será afetado
em ambas as direções, pois a zona de parada, que será uma área retangular
definida no solo no final da pista (conforme figura c e d) serve para a aeronave
poder parar, sem nenhum dano estrutural, no caso de uma decolagem
abortada.
A área de segurança de fim de pista é uma área simétrica sobre o eixo
prolongado da pista, com largura mínima de 500 pés e inclinação de no
máximo 1,25% onde não há nenhum objeto projetado (figura b). A “Federal
Aviations Regulations” permite o uso da área de segurança para fornecer parte
da distância de decolagem requerida para aeronaves a turbina. Embora a área
de segurança do final da pista permita operações de aeronaves mais pesadas
sem aumento no comprimento da pista é recomendado o comprimento de pista
para a aeronave crítica sem o uso de área de segurança no fim da pista.
O comprimento de pista é projetado para aeronave crítica com o máximo
desempenho (etapa e carga paga) que será requerido. A área de segurança de
fim de pista só deve ser usada ocasionalmente quando a aeronave crítica
estiver carregada com maior peso que o peso bruto planejado. Quando a
freqüência dessa operação “ocasional” aumenta deve-se aumentar o
comprimento de pista.
CAPÍTULO 6 ORIENTAÇÃO DE PISTAS
Vantagens de o avião decolar e pousar contra o vento:
a) não sofreria efeito da componente transversal do vento (que o tira da
trajetória);
b) contaria com o vento como parcela de sua velocidade aerodinâmica.
Campos de avião décadas de 20, 30 e sua evolução:
Componente do vento perpendicular ao eixo da pista:
sen=Vat=Vvt Va Va Com Vat=Vvt
O avião se mantém voando nesta direção até estar prestes a tocar a pista.
Pouco antes de tocar a pista, deve corrigir esse ângulo para que o avião entre
em contato com a pista na posição correta, isto é com seu eixo longitudinal
paralelo ao eixo da pista.
A grosso modo pode-se dizer que o ângulo máximo que se consegue corrigir é
da ordem de 100.
O número e orientação das pistas de um aeródromo deve ser tal que o
fator de utilização não seja menor que 95% para as aeronaves de referência do
aeródromo.
Regime dos Ventos
- direção: mede-se em relação ao norte
- velocidade
- freqüência de ocorrência
- recomenda o anexo 14 (1983) da OACI, que sejam colhidos os dados:
período – 5 anos;
observações – 3 em 3 horas (8 vezes ao dia);
14608 (com anos bissextos) informações de direção e velocidade do
vento.
Normalmente essas informações são agrupadas por intervalos de direção e
velocidade e expressas em porcentagem, obtendo-se uma tabela como a
seguir:
Essas informações são usadas para escolher a direção da pista. Para
isso usa-se um processo gráfico específico, baseado em um anemograma e
detalhado a seguir.
O anemograma é uma espécie de tabela com escalas, em intensidade e
ângulo. As figuras a seguir apresentam o desenvolvimento do anemograma
para o local B, o mesmo da tabela anterior.
Mais de uma pista
- as únicas possibilidades do conjunto de duas pistas fecharem devido ao vento
correspondem aos campos extremos não cobertos pelo conjunto das duas
faixas.
- coeficiente de utilização para operação simultânea: somar as freqüências ao
conjunto de interseção das duas faixas.
Numeração das cabeceiras
Formas e proporções dos números e letras de identificação de pista de
pouso e decolagem
Disposição de Pistas
Duas pistas em diferentes direções
Pistas abertas em V: quando existe frequência de ventos fortes em mais
de uma direção, se caracteriza a necessidade da construção de pistas que
apresentam direções diferentes.
Quando a velocidade do vento não está alta é permitida operações
simultâneas em todas as direções.
O diagrama do tráfego indica uma pista para decolagem e outra para
pouso.
Os movimentos são alternados sob rígida coordenação da torre de
controle.
A capacidade do aeroporto é reduzida sob regra de vôo por instrumento
e, ocorre atraso na decolagem.
Entretanto, as melhorias no controle de tráfego aéreo têm aumentado as
taxas de decolagem em tempo nublado aproximadamente igual àquelas em
tempo bom.
Pista única
Pista única: é o layout mais simples.
Somente um pouso e uma decolagem podem ser feitos de cada vez.
Sendo possíveis duas direções de operações (6 – 24 e 24 – 6).
Este layout é mostrado pelas linhas cheias da figura abaixo.
Nessas condições a capacidade da pista é de aproximadamente 50
operações por hora (incluindo pouso e decolagem).
Duas pistas na mesma direção
A fim de aumentar à capacidade de um aeroporto, as disposições das
pistas principais na mesma direção podem contribuir.
Pistas paralelas: disposição 1
Pistas paralelas: quando é necessário aumentar a capacidade do
aeroporto, uma segunda pista paralela pode ser construída conforme as linhas
pontilhadas da figura. Neste projeto, a pista original pode ser usada para
decolagem e a nova pista para pouso.
A capacidade sob regra visual de vôo aumentará para aproximadamente
70 operações por hora.
O tráfego de pouso cruzará a pista de decolagem sob o controle da torre
de controle do aeroporto.
Pistas paralelas: disposição 2
Pistas de rolamento paralelas e o terminal localizado no centro da pista.
A figura acima mostra pistas paralelas com separação de 5.000 pés.
A área terminal está entre as pistas.
Este arranjo apresenta vantagens operacionais sobre o layout da figura
na disposição 1:
as pistas de rolamento não se cruzam,
a área terminal é localizada entre as pistas, com amplo espaço para
expansão,
a extensa separação entre as pistas aumentará a capacidade sob
condições de baixa visibilidade, já que 5.000 pés de separação são
adequados para operações simultâneas.
Entretanto, este layout requer maior área que a da figura mostrada na
disposição 1. Os custos de terraplenagem e construções aumentam, mas
há uma compensação na diminuição das distâncias das pistas de
rolamento.
Durante a hora de pico, usualmente, as chegadas e partidas não são
iguais, então, frequentemente, as pistas são usadas para os mesmos tipos
de operação.
Referências:
HANDBOOK OF TRANSPORTATION ENGINEERING Downloaded from Digital
Engineering Library @ McGraw-Hill (www.digitalengineeringlibrary.com)
Copyright © 2004 The McGraw-Hill Companies. CHAPTER 28: AIR TRAFFIC
CONTROL SYSTEM DESIGN. Robert Britcher, Montgomery Village, Maryland
HANDBOOK OF TRANSPORTATION ENGINEERING Downloaded from Digital
Engineering Library @ McGraw-Hill (www.digitalengineeringlibrary.com)
Copyright © 2004 The McGraw-Hill Companies. CHAPTER 27: AIRPORT
PLANNING AND DESIGN. William R. Graves, School of Aeronautics, Florida
Institute of Technology, Melbourne, Florida and Ballard M. Barker, School of
Aeronautics, Florida Institute of Technology, Melbourne, Florida
Lenise Grando Goldner Apostila de Aeroportos, Colaboração dos Bolsistas
PET: Juliana Vieira dos Santos, Valmir Cominara Junior. Universidade Federal
de Santa Catarina, Centro Tecnológico - Departamento de Engenharia Civil,
2010.
Luzenira Alves Brasileiro. Apostila: Transporte Aéreo e Construção de
Aeroportos. Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Ilha
Solteira, Departamento de Engenharia Civil, 1997.
Notas de aula Prof. Jairo Salim Pinheiro Lima
Robert Horonjeff. Aeroportos: Planejamento e projeto. Tradução e adaptação
de Heitor Lisboa de Araújo. Sedegra – Rio de Janeiro, 1966.
Standard Handbook for Civil Engineers Downloaded from Digital Engineering
Library @ McGraw-Hill (www.digitalengineeringlibrary.com) Copyright © 2004
The McGraw-Hill Companies. CHAPTER 18 AIRPORT ENGINEERING.
Richard Harding, Air Transportation & Facilities Consultant Harrisburg,
Pennsylvania