01
Uma asa que gira
Você está vendo um helicóptero leve. As pás longas e finas lá em cima formam o rotor principal, e cada pá é uma asa. Levemente inclinada contra o ar, ela empurra o ar para baixo enquanto se move, e o ar empurra a pá para cima. Esse empurrão é a sustentação.
Um avião faz o ar passar pelas asas correndo pela pista. O helicóptero, em vez disso, gira as asas, e assim elas continuam se movendo pelo ar mesmo com o helicóptero parado. É por isso que ele consegue decolar na vertical, pairar sobre um ponto e voar de lado ou de ré.
Um motor gira o rotor por meio de uma caixa de transmissão e de um eixo vertical chamado mastro. Um rotor principal de verdade dá algumas centenas de voltas por minuto, e suas pontas se movem a cerca de 200 m/s, mais de 700 km/h. O modelo roda em câmera lenta, e uma das pás tem a ponta colorida para você acompanhá-la na volta.
Arraste o modelo para ver de outros ângulos e role sobre ele para dar zoom. Conforme você lê, a vista acompanha o texto.
02
Mais passo, mais sustentação
O rotor de um helicóptero gira quase sempre na mesma rotação. Para mudar a sustentação, o piloto muda o ângulo das pás. Esse ângulo é o passo da pá. Uma pá com mais passo encontra o ar num ângulo mais inclinado, empurra mais ar para baixo e sustenta mais.
A mão esquerda do piloto fica na alavanca do coletivo. Ao levantá-la, ele empurra para cima o prato oscilante, um par de anéis em volta do mastro. Hastes que saem do prato oscilante torcem todas as pás na mesma medida ao mesmo tempo, em toda a volta. Por isso o nome coletivo.
Com a alavanca baixa, o rotor sustenta menos do que o helicóptero pesa, e ele desce. Perto do meio, a sustentação iguala o peso e o helicóptero paira. Levante mais a alavanca e ele sobe. Mais passo também significa mais arrasto nas pás, então o motor precisa dar mais potência para manter o rotor na mesma rotação.
Mexa a alavanca e veja o prato oscilante deslizar pelo mastro e as pás torcerem. As pás também se curvam um pouco para cima conforme a sustentação cresce, o que se chama conicidade.
03
Por que existe um rotor de cauda
Girar o rotor exige do motor uma torção, o torque. Toda ação tem uma reação igual, então o corpo do helicóptero sente a mesma torção no sentido contrário. Visto de cima, este rotor gira no sentido anti-horário. Sem nada para impedir, a fuselagem giraria no sentido horário.
O rotor de cauda impede isso. Ele fica na ponta do longo cone de cauda e sopra ar para o lado. O empurrão dele atua na ponta do cone como uma chave de boca num parafuso e equilibra a torção do rotor principal. Quanto mais longo o cone, menor o empurrão necessário.
Um eixo ao longo do cone leva força da transmissão principal ao rotor de cauda, então os dois sempre giram juntos. Neste modelo, o rotor de cauda dá cinco voltas a cada volta do rotor principal.
Os pedais do piloto mudam o passo das pás do rotor de cauda. Mais empurrão vira o nariz para um lado; menos empurrão deixa o torque virá-lo para o outro. É assim que um helicóptero gira no mesmo lugar.
Alguns helicópteros dispensam o rotor de cauda e usam dois rotores principais girando em sentidos opostos, um acima do outro ou um em cada ponta, para que as torções se anulem.
04
A pá que avança e a pá que recua
Para voar para a frente, o piloto empurra o manche cíclico. Ele inclina o prato oscilante, e o passo de cada pá passa a subir e descer uma vez a cada volta. O disco que gira se inclina para a frente, parte da sustentação passa a puxar o helicóptero adiante, e a máquina inteira voa com o nariz um pouco abaixado.
Agora os dois lados do rotor encontram ar diferente. De um lado, a pá se move para a frente, contra o vento do voo: é a pá que avança. Do outro lado, ela se move para trás, a favor desse vento: é a pá que recua. Contando a partir da cauda, a pá marcada avança de 0° a 180° e recua de 180° a 360°.
Digamos que as pontas se movam a 200 m/s e o helicóptero voe a 50 m/s. A ponta que avança encontra o ar a 250 m/s; a que recua, a apenas 150 m/s. A sustentação cresce com o quadrado da velocidade do ar, então, sem correção, o lado que avança sustentaria muito mais e faria o helicóptero tombar de lado.
O cíclico equilibra isso. Ele dá menos passo à pá que avança e mais à pá que recua, para que os dois lados sustentem mais ou menos o mesmo. Observe a pá marcada: o passo dela diminui do lado que avança e aumenta do lado que recua, uma vez a cada volta.
Isso impõe um limite. Quanto mais rápido o helicóptero voa, mais lento fica o ar sobre a pá que recua e mais passo ela precisa, até entrar em estol. Esse é o principal motivo de helicópteros comuns raramente passarem muito de 300 km/h.
Os números vêm de um pequeno modelo de rotor de quatro pás com 5 m de raio. Os ângulos de passo são simplificados: bons para formas e proporções, não para valores exatos.