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Air Data System: O Fascinante Processo de Captura de Dados

Escrito por  Sergio Duarte
em 25 de fevereiro de 2019

Air Data System (ADS): Captura e Processamento de Dados do Ar

Vamos apresentar o fascinante processo de captura e processamento de dados do ar, culminando com a apresentação de importantes e vitais informações para o piloto, tais como: altitude (altitude), velocidade aerodinâmica (airspeed), velocidade vertical (vertical speed), etc., num display (PFD – Primary Flight Display) situado na cabine do piloto (cockpit); tudo isso realizado por meio do chamado Sistema de Dados do Ar (Air Data System – ADS).

Funções do Air Data System

Iniciamos, apresentando as funções providas pelo ADS, desde a captação de dados do ar até o envio das informações decorrentes para o display (PFD).

  • Fornecer captação de dados de pressão do ar externo (Pressão Total – PT e Pressão Estática – PE);
  • Prover captação da Temperatura Total ou Medida do Ar Externo (TM), transdução para sinal elétrico e envio do mesmo ao ADC (Air Data Computer);
  • Suprir PT e PE ao ASI (Air Speed Indicator);
  • Prover PE ao ALT (Altimeter) e VSI (Vertical Speed Indicator);
  • Providenciar transdução dos dados PT e PE para sinais elétricos e envio dos mesmos ao ADC;
  • Ceder o processamento dos sinais elétricos de PT, PE e TM, no ADC; e
  • Prover o encaminhamento dos sinais digitais processados no ADC para o Display eletrônico (PFD), na cabine, por meio de um barramento de dados.

O esquema do sistema que realiza as funções acima é apresentado na figura abaixo. Pode-se visualizar, nessa figura, cada uma das funções citadas. Confiram.

air data system

Os Instrumentos Pneumáticos Reversionários são instrumentos alternativos (standby), isto é, backup do PFD, nas informações que eles podem apresentar. São eles:

  • ASI – Airspeed Indicator (Velocímetro);
  • ALT – Altitude Indicator (Altímetro); e
  • VSI – Vertical Speed Indicator (Variômetro).

As sete informações de saída do ADC são as seguintes:

  • Altitude (H);
  • Velocidade Vertical (𝐇 );
  • Velocidade Calibrada (VC);
  • Número de Mach (M);
  • Velocidade Verdadeira (VV);
  • Temperatura do Ar Estático (TE); e
  • Densidade Relativa do Ar (rho/rho0).

Sensor e Transdutor da Temperatura Total ou Medida do Ar Externo (TM)

Captura a temperatura externa (TM) e a converte em um sinal elétrico aceitável para o ADC, que vai utilizá-la como uma das variáveis, por exemplo, nos cálculos para a apresentação da informação do Número de Mach (M).

Sensor (Tubo de) Pitot – Introdução

Trata-se de dispositivo já universalmente utilizado em aeronaves, para a captura da pressão total (PT) do ar externo, por meio de um orifício na extremidade do tubo, faceando o ar em movimento relativo ar-aeronave. A pressão total do ar captado é dada pela soma:

PT = PI + PE \therefore PI = PT – PE (1)

onde PI é a pressão de impacto do ar no tubo, em movimento relativo à aeronave e PE é a pressão estática do ar circundante à aeronave, em repouso. A consolidada equação de Bernouille explica teórica e matematicamente o funcionamento do tubo. É dada por:

PT-PE = \frac{\rho V^{2}}{2}\therefore V=\sqrt{\frac{2(PT-PE))}{\rho }} (2)

Dessa forma, de (1) e (2), temos:

V=\sqrt{\frac{2PI}{\rho }}

onde V é a velocidade relativa do fluido (líquido ou ar), na entrada do tubo, e ρ é a densidade do fluido, nesse ponto.

No entanto, essa equação só é rigorosamente válida para fluidos incompressíveis. Para aeronaves que voam em alta velocidade (acima de mais ou menos 250 kt), devem-se considerar os efeitos da compressibilidade. Isso é feito no ADC (Air Data Computer), a partir dos dados captados do ar.

O Tubo de Pitot capta a pressão total através de um furo na extremidade, encaminhando-a ao ASI e a um transdutor e deste para o ADC. Mas, o Tubo de Pitot pode incorporar também uma tomada de pressão estática (PT), através de um tubo que envolve coaxialmente o Tubo de Pitot. Essa configuração é denominada Tubo de Pitot-Estático. A tomada estática são orifícios colocados nas laterais do Tubo que envolve o Tubo de Pitot, para que a velocidade do vento relativo não interfira na medição da pressão. Isso é importante para aeronaves que desenvolvem altas velocidades, sendo, portanto, indispensáveis para aeronaves supersônicas.

No entanto, quando a velocidade da aeronave não é tão alta, essa tomada de pressão estática pode ser inserida em alguma outra parte da fuselagem. O esquema está apresentado abaixo:

air data system

Observem na figura acima, que o ASI é o único instrumento reversionário (backup) que recebe diretamente a pressão total (PT) e a pressão estática (PE). Os demais instrumentos só recebem a pressão estática. Falemos então um pouco sobre o ASI.

A PE é encaminhada para o interior da caixa que constitui o ASI, ao passo que a PT é encaminhada para o interior de uma cápsula diafragma aneróide (transdutora) contida no ASI, fazendo essa cápsula expandir. Esse movimento da cápsula é transmitido aos ponteiros do instrumento, por meio de hastes e engrenagens, do tipo setor e pinhão, levando o ponteiro a apresentar a velocidade da aeronave, isto é, a chamada velocidade indicada VI (figura abaixo).

air data system

Notemos, no entanto, que o ADC vai encaminhar ao PFD dois valores de velocidade de avanço (aerodinâmica) da aeronave: Velocidade Calibrada (Vc) e Velocidade Verdadeira (Vv), isto é, o ADC não fornece a velocidade indicada no ASI. Vamos então nos alongar um pouco mais, para tentar deixar um pouco mais claro o significado dessas velocidades.

A velocidade verdadeira (Vv), como diz o nome, é a velocidade real de avanço da aeronave no ar. Todavia, não deve ser confundida com outra velocidade, a Groundspeed, que é a velocidade em relação ao solo; que seria aquela de uma projeção da imagem da aeronave no solo, enquanto se deslocando no ar, calculada como a razão entre a distância percorrida por essa imagem, na unidade tempo.

Por outro lado, a chamada Velocidade Calibrada (Vc) leva em conta o erro do ASI de indicação, erro de posicionamento, erro induzido por manobra, etc.

Seja como for, na comparação entre a Velocidade Verdadeira (Vv) e a Velocidade Indicada (VI), em baixas altitudes, elas são muito próximas; mas, podem variar bastante, à medida que a aeronave voa mais alto. Diríamos, como regra aproximada, que a diferença é cerca de 2% a cada 1.000 pés, até cerca de 10.000 pés, nível este em que uma VI de 150 kt equivaleria então a uma Vv de aproximadamente 180 kts. Trata-se do efeito de rarefação do ar com a altitude.

Air Data Computer (ADC)

Chegamos ao “cérebro” do sistema, um equipamento puramente eletrônico, o ADC, daí ser o ADS um sistema híbrido (com partes mecânicas e eletrônicas) considerado aviônico, e do tipo complexo.

O ADC recebe os sinais provenientes dos transdutores (PT, PE e TM) sob a forma elétrica (i.e, sinais analógicos) e os converte, por meio de conversores internos, para a forma digital, para poder então realizar sua função.

Considerações Finais sobre o Air Data System

O trabalho de processamento desses sinais, no ADC, com base numa programação dedicada de software, é realmente digno de nota. A partir desses dados de entrada, desenvolvem-se o cálculo diferencial e integral das equações conhecidas teoricamente para esse fim, para, ao final, apresentar, com notável nível de aproximação, as informações presentes em sua saída e encaminhadas ao PDF pelo barramento digital de dados.

Se quiserem dar uma olhada nessas equações de desenvolvimento matemático, nas quais se baseia o ADC, recomendamos o Cap. 7 da Referência 1.

Bem, caros leitores, vamos interrompendo por aqui. Já nos alongamos bem. Cremos, no entanto, que o apresentado possa ter-lhes sido de alguma valia. Convido você também a ler algumas curiosidades sobre conceitos de confiabilidade e segurança.

Boa leitura e bons estudos!

 

Referências para Air Data System:

(1) COLLINSON, R.P.G. – Introduction to Avionics Systems. Springer Dordrecht Heidelberg, 3. Ed., London (England) e New York (EUA), 2011.

(2) HELBRICK, Albert D. – Principles of Electronics. Avionics Communications Inc., 4. Ed., Leesburg (EUA), 2007.

 

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