Autothrottle permite o avião ajustar de forma automática a velocidade em diversas fases do voo
Por Paulo Marcelo Soares*, especial para AERO Magazine Publicado em 25/04/2022, às 15h51
Dirigindo até o aeroporto, muitos aviadores usam o chamado sistema cruise control para assegurar uma velocidade constante em seus automóveis e, assim, aliviar o tedioso esforço de manter uma determinada pressão no pedal do acelerador, além de eliminar o risco de receber uma multa por excesso de velocidade. Curiosamente, a menos que ele vá pilotar um moderno jato comercial, há grandes chances de que o seu avião não possua um dispositivo semelhante, e que ele tenha de controlar a velocidade de sua aeronave literalmente “na mão”.
A chegada de uma nova geração de aviões começa a mudar essa realidade. Sistemas de controle automático de velocidade, popularmente conhecidos como autothrottle (A/T), já despontam no mercado principalmente entre os turbo-hélices da aviação geral, como é o caso dos novíssimos modelos Daher TBM 940 e TBM 960, Pilatus PC-12NGx, Piper M600, Beechcraft King Air 360, alguns outros ainda em fase de certificação.
A tecnologia de controle automático de velocidade de aviões surgiu no final dos anos 1950, com a criação do AutoPower, um sistema desenvolvido pela empresa americana Safe Flight baseado na manutenção do ângulo de ataque (e não na velocidade) da aeronave. Instalado inicialmente em um Douglas DC-3, o recurso pode ser considerado um precursor dos modernos autothrottles. Jatos como o DC-9 já possuíam um sistema capaz de manter uma velocidade constante enquanto faziam uma aproximação por instrumentos (ILS). Posteriormente, mais aeronaves, incluindo os Boeing 707, 727 e 737-200, o DC-8 e o Trident, receberam kits de retrofit, o que permitiu o uso da nova tecnologia em voos de cruzeiro.
A partir dos anos 1970, boa parte dos novos aviões (A300, 747 e DC-10) já saía de fábrica equipada com autothrottles bastante similares aos modelos atuais. Enfim, na década de 1980, os autothrottles ganharam presença obrigatória em qualquer aeronave comercial e em alguns jatos de negócios, evoluindo de modo a se integrar totalmente aos sistemas automáticos de gerenciamento de voo. Mostraram-se uma ferramenta importante para a segurança de voo ao permitir um controle preciso da velocidade (evitando situações de estol ou overspeed), baixando a carga de trabalho da tripulação, evitando danos aos motores e ajudando a manter uma aproximação estabilizada. Além disso, o A/T dosa a aplicação de potência, aumentando a economia de combustível e reduzindo custos de manutenção.
O controle automático de velocidade opera com dados obtidos de vários sistemas da aeronave – como Air Data Computers, sensores de ângulo de ataque, FADEC (full authority digital engine control), Autopilot e Flight Director – de modo a computar um valor de potência ideal para aquele momento do voo. Esse ajuste é repassado aos motores por meio de atuadores mecânicos nos manetes de potência ou de forma eletrônica, diretamente no conjunto de controles FADEC/EEC (engine electronic control), adequando a velocidade de rotação do fan (N1) ou a razão de pressão do motor (EPR). Dispositivos de proteção impedem que outros parâmetros críticos do motor (N2, EGT) sejam excedidos. Há também um sistema de embreagens que permite que o piloto sobrepuje a ação do A/T sobre os manetes e possa, dessa forma, reassumir o completo controle da potência.
O autothrottle pode trabalhar em conjunto com o AP/FD (autopilot/flight director) ou atuar de maneira independente durante o voo manual. A interface entre o piloto e o autothrottle se resume aos botões TOGA (take-off and go around) e A/T Disconnect nos manetes de potência, a um seletor de velocidade e modos AP/FD no painel de controle do autopilot e ao MCDU (multi-function control and display unit), que controla o FMS (flight management system). Na maioria das aeronaves, o A/T opera em um deste dois modos básicos: thrust ou speed.
No modo thrust, o autothrottle mantém o motor em uma potência fixa (takeoff/go-around, climb, max continuous thrust ou idle), compensando automaticamente as alterações causadas pela variação da altitude. Cabe ao piloto (ou ao AP/FD) ajustar a atitude da aeronave de forma a manter uma determinada velocidade indicada (IAS) durante a subida ou descida, variando a V/S (vertical speed) do avião. Se a velocidade aumenta, o piloto levanta o nariz da aeronave. Se a velocidade diminui, ele baixa o nariz. O modo thrust é usado nas fases de decolagem/arremetida (por manter os motores em TOGA) e subida (quando a potência é ajustada para CLB/MCT). A velocidade é fixa e a razão de subida, variável. Na fase de descida, o modo thrust mantém os motores em Idle e o ajuste de velocidade é feito variando a razão de descida.
No modo speed, o autothrottle ajusta constantemente a potência de modo a manter uma determinada velocidade indicada (IAS) ou número Mach. Esse modo é normalmente usado em voo de cruzeiro, em subidas ou descidas onde se faz necessário manter uma vertical speed pré-determinada e, também, nas aproximações para pouso, quando a manutenção precisa da IAS é essencial para uma aproximação estabilizada. Algumas aeronaves possuem modos especiais, normalmente ativados para proteger o envelope de voo e evitar situações de estol e overspeed que podem ocorrer durante uma manobra evasiva por alerta de colisão do TCAS (traffic collision avoidance system).
De maneira geral, o piloto se mantém informado sobre a operação do autothrottle pelo FMA (flight mode annunciator). Seu entendimento é fundamental, pois cada fase do voo demanda um modo apropriado do A/T. O uso de um modo impróprio para uma determinada fase pode resultar em uma operação ineficiente ou aumento da carga de trabalho, com o piloto “brigando” com o A/T. Em casos extremos, há o risco de se causar um acidente, como o que ocorreu em 2013 com um Boeing 777 em San Francisco, nos Estados Unidos. O uso de um modo incorreto do A/T levou a uma perda de velocidade, que resultou em uma colisão da aeronave com o solo antes da pista.
O fabricante europeu Airbus adotou uma abordagem ligeiramente diferente a partir da sua bem-sucedida linha de aeronaves A320 com controles fly-by-wire. Em vez de atuar mecanicamente nos manetes de potência e estes acionarem os motores, o sistema – batizado Autothrust (ATHR) – comunica-se diretamente com o FADEC. Assim, os manetes de potência são usados para operação com potência manual (ATHR OFF) ou para determinar um limite de atuação do ATHR por meio de travas de posição, mais conhecidas por detents (TOGA, CLB, FLEX/MCT e IDLE).
Durante a decolagem, o piloto avança os manetes totalmente para a frente, solicitando ao sistema potência de decolagem (TOGA) ou potência de decolagem reduzida (deixando os manetes no detent FLEX). Após a altitude de redução (normalmente entre 400 pés e 1.500 pés acima do aeródromo), os manetes são posicionados no detent CLB (climb) e nesse momento o ATHR entra em ação, inicialmente no modo thrust. Quando o avião conclui a subida e é nivelado, o ATHR passa para o modo speed e mantém a velocidade selecionada pelo piloto ou pelo FMGS, enviando os comandos diretamente ao FADEC. Os manetes de potência continuam parados no detent CLB, que é o limite máximo de potência para aquele regime de voo, embora a potência seja constantemente ajustada em um valor entre Idle e Climb.
Durante a descida, o ATHR comanda a redução de potência de acordo com o modo selecionado pelo piloto. A velocidade vai sendo mantida durante a aproximação final até o momento do arredondamento (flare), quando o piloto recua os manetes para o detent IDLE, de maneira semelhante ao que faria em uma aeronave convencional, desativando o ATHR para o pouso. Como não movimenta mecanicamente os manetes, esse sistema possui menos peças móveis do que um autothrottle convencional, com consequente redução de custo e maior facilidade de manutenção.
Hoje, monomotores ou bimotores leves modernos possuem recursos de automação de voo comparáveis aos de qualquer jato comercial. Mas ainda lhes falta uma peça-chave: justamente o autothrottle. Isso ocorre em parte pela complexidade inerente ao sistema. Além da instalação de componentes mecânicos que atuem nos manetes, um sistema de autothrottle em aeronaves a pistão teria de gerenciar três alavancas por motor (potência, passo e mistura). Sim, como diz o ditado, para a engenharia, tudo é tecnicamente possível, mas nem tudo é economicamente viável. Este é o atual desafio dos projetistas: criar um sistema de autothrottle que seja simples, confiável, compacto e, principalmente, de custo acessível ao operador de uma aeronave de pequeno porte. Até os dias de hoje, isso parecia ser uma missão impossível.
As coisas estão mudando. Os lançamentos de sistemas para aeronaves de pequeno porte prometem dar fôlego novo para a pilotagem na aviação geral. Destaque para o modelo “Thrustsense”, da empresa americana Innovative Solutions & Support, desenvolvido para as novas aeronaves turbo-hélices King Air 360 e Pilatus PC-12NGx, para o sistema de autothrottle do TBM-940 e para o revolucionário sistema Autonomi da Garmin, que proverá uma inédita capacidade de pouso automático para a família TBM, o Cirrus Vision Jet e o Piper M-600. Uma solução para aeronaves a pistão será a popularização do FADEC, com manete único para controle de potência do motor, eliminando os manetes de passo e mistura, como já é o caso do Diamond DA-62, que usa motores de ciclo Diesel. Essa arquitetura abre um caminho para, no futuro, termos esse importante dispositivo presente até mesmo nas menores aeronaves.
Texto adaptado do publicado originalmente na edição 317 de AERO Magazine
Paulo Marcelo Soares é comandante de Airbus A320