módulo 2 – aeronaves e comprimento de pistas

MÓDULO 2 – AERONAVES E COMPRIMENTO DE PISTAS
Cláudio Jorge Pinto Alves
(versão: 08/05/2014)
1. INTRODUÇÃO
As aeronaves desempenham um papel de grande importância no cenário aeroportuário. O
conhecimento de suas características, suas exigências e suas tendências são fundamentais no
desenvolvimento de um projeto ou mesmo no planejamento de um aeroporto. A variedade de
aeronaves que compõem a frota comercial pode ser vislumbrada através das Tabelas 1 e 2 que
resumem algumas das principais características: tamanho (m), peso (ton), capacidade, comprimento
básico de pista (m) etc. Os valores foram obtidos dos sítios das construtoras e servem apenas como
referência. Os números se referem a algumas das variações dos modelos, por exemplo: A300-600,
A330-300, A340-300, A380-800, B737-300, B757-200, B767-300, B777-200, B747-300, E145XR e
E190-200.
Tabela 1 - Características de algumas aeronaves de transporte
ANV
A319
A320
A300
A330
A340
A380
B737
B757
B767
B777
B747
E145
E170
E190
Env
34
34
45
60
60
80
29
38
48
61
60
20
25
28
Com
34
38
54
64
64
73
34
47
55
64
70
30
30
39
Bas
11
13
19
26
26
30
12
18
23
26
26
14
11
14
Bit
8
8
10
11
11
14
5
7
9
11
11
4
5
5
Mot
2
2
2
2
4
4
2
2
2
2
4
2
2
2
Pax
124
150
266
335
335
555
141
186
261
340
496
50
78
106
Tabela 2 - Características de algumas aeronaves de transporte (cont.)
ANV
A319
A320
A300
A330
A340
A380
B737
B757
B767
B777
B747
E145
E170
E190
PMD
64
74
165
230
275
560
57
100
172
243
352
22
36
48
PMA
61
65
138
185
190
386
52
90
136
202
260
19
32
44
POV
40
41
90
122
129
277
32
57
88
136
174
12
19
26
PZC
57
61
130
173
178
361
48
57
126
191
243
18
28
39
LP
1.720
2.320
2.320
1.920
1.770
2.440
2.650
2.350
1.500
1.860
A envergadura (Env) e o comprimento (Com) da aeronave governam a geometria do Lado aéreo do
aeroporto. A base (Bas), distância entre o trem de nariz e o eixo dos trens principais, e a bitola (Bit),
distância entre os trens principais, impõem dimensões transversais nas pistas e seus cruzamentos e
curvaturas. Os pesos (PMD - Peso Máximo de Decolagem, PMA - Peso Máximo de Aterrissagem, POV Peso Operacional Vazio, PZC - Peso Zero Combustível), o empuxo gerado pelos motores (Mot) e a
carga-paga, que pode ser expressa em termos de número de passageiros (Pax) definem as condições
requeridas de operação para quantificação do comprimento de pista (LP). Na Tabela 2 o LP está
quantificado para as condições de referência, isto é, vento nulo, sem declividade de pista, ao nível de
mar e na temperatura padrão (comprimento básico de pista). Outras características podem assumir
papel extremamente relevante. Por exemplo: as características do trem de pouso que faz a
distribuição/interface do peso da aeronave com o solo através das áreas de contato dos pneus. Algumas
aeronaves, mesmo que mais pesadas, acarretam, em função da configuração dos trens de pouso, uma
necessidade de suporte de pavimento menor do que outras aeronaves mais leves.
A Figura 1 mostra algumas das dimensões mais relevantes de uma aeronave.
Figura 1 – Dimensões de uma Aeronave
2. COMPATIBILIDADE ENTRE AERONAVES E AEROPORTOS
A compatibilidade entre aeronaves e aeroportos deve ser clara para todos que atuam no planejamento,
projeto e operação de aeroportos, como também para aqueles que projetam e operam as aeronaves. A
falta dessa compatibilidade prejudica a atividade do transporte aéreo, possivelmente com redução nos
níveis de segurança das operações e na capacidade das instalações.
Uma correlação de dependência (preliminar) entre característica física do aeroporto e as das aeronaves
pode ser estabelecida como:












Comprimento de pista --- potência/peso e projeto da asa
Largura de pista --- bitola e envergadura
Fillets (sobrelargura) --- base e bitola
Acostamento --- posição da turbina mais externa
Separações --- envergadura e comprimento da aeronave
Gradiente de pista --- trem de pouso e velocidade da aeronave
Pavimento --- peso e trem de pouso
Gates (posições de parada no pátio) --- envergadura
Pontes de embarque --- altura de porta
Balizamento (sinalização)--- posição do piloto e altura da cabine
Hidrantes de combustível --- posição do ponto de alimentação na aeronave
Veículos de combate a incêndios --- comprimento e largura da fuselagem
3. TENDÊNCIAS
Para o planejador ou o projetista de aeroportos é fundamental conhecer as tendências de tamanho,
velocidade, requisitos de pista e outras características das aeronaves que influenciam as necessidades a
serem implementadas em um aeroporto. Historicamente pode ser mostrado que a evolução de diversos
quesitos operacionais se deu numa intensidade muito forte nos primórdios da aviação (infância e
adolescência). Desde a década de setenta (maturidade) os progressos tecnológicos passaram a
propiciar melhores condições operacionais, exigindo poucos investimentos na geometria da
infraestrutura. O foco da indústria aeronáutica foi no desenvolvimento de aeronaves mais econômicas,
menos poluentes e mais seguras. Novos materiais, mais leves e mais resistentes, novos motores e uma
aviônica mais compacta e sofisticada vieram contribuir nos avanços do setor aeronáutico.
Somente na década de noventa voltaram a ser cogitadas aeronaves de maior porte para atender
demandas entre centros com alta densidade. Os NLA (New Large Aircraft) foram estudados, assim como
aeronaves para vôo suborbital ligando centros distantes e mesmo aeronaves supersônicas de uma nova
geração. Ciclicamente indústrias, associadas em consórcios, trazem informações sobre estudos em
andamento ou paralização de trabalhos por não considerarem que os mercados e a infraestrutura
suportariam novos patamares de requisitos. Os grandes aeroportos em sua maioria já se encontram
limitados fisicamente. Paris (CDG), Tóquio (Narita) e alguns projetos na Ásia em sítios off-shore ainda
dão margem a crescimentos substanciais de suas áreas operacionais, mas certamente os custos são
bem elevados. Ainda assim, vários grandes aeroportos estão se adequando para a entrada em operação
dos A380. No Brasil: Guarulhos e Rio de Janeiro se apresentam como primeiros candidatos.
4. CARACTERÍSTICAS DE AERONAVES
As características das aeronaves de transporte influem direta ou indiretamente no planejamento, projeto
ou operação de aeroportos. Relacionam-se algumas:
MOTORES
Os motores a jato das aeronaves de transporte podem ser classificados em dois grupos básicos:
turbojato e turbofan. O turbojato consiste do compressor, câmara de combustão e turbina na parte
posterior do motor. O turbofan é essencialmente um turbojato ao qual foi acrescentado um disco de
lâminas (hélices) de grande diâmetro, usualmente à frente do compressor. Esse disco de lâminas é
denominado de fan (ventilador). Nesses casos existe uma razão entre a massa de ar que passa através
do ventilador e a massa de ar que passa através do centro do motor, ou da turbina, propriamente dita.
Essa grandeza tem o nome de bypass. Essa razão de bypass era em geral da ordem de 1,1 a 1,4 para
os motores das aeronaves de fuselagem estreita e da ordem de 6,0 para os motores das aeronaves de
fuselagem larga (wide-bodies). Os motores que apresentam uma grande razão de bypass derivam, em
geral, cerca de 60 a 70 porcento de seu empuxo do próprio fan, reduzindo o consumo específico de
combustível. Aeronaves mais modernas (largas ou estreitas) têm adotado esse tipo de turbina.
DESEMPENHO
Neste contexto a palavra de ordem é economia. A busca por motores de melhor rendimento é
incessante. A grandeza utilizada para medir é o consumo específico de combustível. Expressa-se em
unidades de massa de combustível consumida por unidade de tempo e por unidade de empuxo do
motor. Isso é função do peso da aeronave, altitude e velocidade de voo. Novas tecnologias estão sendo
desenvolvidas para reduzir ainda mais o consumo específico de combustível.
CUSTO DE OPERAÇÃO
Os custos de operação de aeronaves têm historicamente crescido, malgrado os esforços da indústria,
devido ao aumento do custo do combustível. A composição do custo operacional de uma aeronave é
fator decisivo na análise de sua adequação ao atendimento de determinado tipo de mercado. As
características de operação e desempenho da aeronave as tornam apropriadas ou não a mercados
específicos.
RUÍDO
A principal fonte de ruído em uma aeronave são os motores. Esse ruído é produzido basicamente pelas
partes móveis (o fan, o compressor e a turbina) e pelo jato, responsável pela mistura abrupta do ar
quente (que sai do motor em alta velocidade) com o ar frio ambiente. A fonte dominante durante a
decolagem é o ruído do jato de ar e durante a aproximação para o pouso é o ruído produzido pelas
partes móveis.
RAIO DE GIRO
Para o estudo dos movimentos realizados no solo pelas aeronaves, o raio de giro é fundamental. Essa
geometria é definida pelo percurso de seus pontos extremos, tais como: ponta de asa, nariz e cauda.
Determina-se a trajetória dos trens de pouso indicando assim a superfície que deve dispor de um suporte
adequado à movimentação da aeronave. Quanto maior o raio de giro, maiores dimensões são exigidas
para garantia da segurança operacional, gerando maiores áreas para as manobras. O raio de giro é
função do ângulo de giro imposto ao trem de nariz. O valor máximo oscila entre 60° a 80°. O centro de
giro é definido pela intersecção da perpendicular as rodas do trem de pouso do nariz (girado de um
determinado ângulo) com o prolongamento do eixo dos trens de pouso principais. Nas grandes
aeronaves com mais de dois trens de pouso principais, assume-se uma linha imaginária que passe pelo
ponto médio desses trens. Algumas aeronaves conseguem girar parte dos trens principais reduzindo
mais ainda o raio de giro. Ângulos de giro muito acentuados não são utilizados por exigirem muito
esforço dos pavimentos, diminuindo sua vida útil, além de causarem desgastes aos pneus e à estrutura
dos trens, requisitando inspeções mais frequentes.
DISTRIBUIÇÃO DO PESO ESTÁTICO
A distribuição do peso da aeronave entre o trem de nariz e os trens principais é função do tipo da
aeronave e da localização do seu centro de gravidade. Isto é variável ao longo de uma extensão
denominada de passeio do centro de gravidade. Na análise de pavimentos considera-se uma distribuição
de peso teórica tal que 5% do peso é transmitido pelo trem de pouso do nariz e os 95% restantes pelos
trens principais, de forma equitativa.
VÓRTICES DE PONTA DE ASA
O deslocamento da asa no ar, gerando a sustentação para a aeronave, provoca, durante o vôo, uma
esteira de turbulência no ar. Como um redemoinho em cada ponta de asa. Isso aumenta o arrasto
(prejudicando o voo). Os vórtices geram uma turbulência que perturba a aeronave seguidora, exigindo
uma separação em tempo e distância, de tal forma que garanta a dispersão dessa turbulência. Essa é
tão mais significativa quanto mais pesada a aeronave líder. Dessa forma, as turbulências geradas
próximas a aeroportos são críticas durante a aproximação para o pouso ou logo após a decolagem,
quando o tráfego se efetua a menores velocidades e em condições de baixa sustentação. A introdução
das aeronaves de fuselagem larga provocou muitos estudos que acarretaram em maiores separações,
principalmente quando a seguidora for uma aeronave de menor porte.
5. COMPONENTES DO PESO DE UMA AERONAVE
O peso de uma aeronave é um dos fatores determinantes na análise do comprimento necessário de
pista para as operações de pouso e decolagem. Para tal são definidos:
Peso Operacional Vazio (POV): É o peso próprio da aeronave, com todos os itens e equipamentos
necessários ao vôo, excluídos a carga paga e o combustível. Não é necessariamente constante varia
com a configuração de assentos e quantidade de tripulantes.
Peso Zero Combustível (PZC): É o peso da aeronave mais a carga, sem o combustível.
Matematicamente seria POV mais carga paga. É definido de forma a garantir a integridade estrutural da
raiz das asas junto à fuselagem.
Carga Paga (CP): É o peso composto pela soma dos pesos dos itens que produzem renda para o
transportador, tais como: passageiros e bagagens, carga e correio. Comumente são considerados 100
kg por passageiro e bagagem.
Carga Paga Máxima Estrutural (CPM): É o máximo peso que a carga paga pode alcançar.
Matematicamente é a diferença entre os máximos de PZC e de POV. Na prática, a CP máxima que se
pode transportar é inferior a CPM devido ás restrições de espaço no interior da aeronave.
Peso Máximo de Rampa (PMR): É o peso máximo autorizado para a aeronave manobrar no solo,
inclusive do táxi à cabeceira da pista. É pouco superior ao peso máximo estrutural de decolagem
(PMED).
Peso Máximo Estrutural de Decolagem (PMED): É o peso máximo autorizado para decolagem por
razões de integridade estrutural. É composto do POV mais CP mais peso do combustível para a etapa e
reservas regulamentares. Dependendo da fonte é denominado como “peso máximo para liberação dos
freios” (Maximum Break Release Weight).
Peso Máximo Estrutural de Aterrissagem (PMEA): É o peso máximo autorizado de modo a garantir a
integridade do conjunto dos trens de pouso. Normalmente aeronaves projetadas para longos percursos
têm os trens de pouso projetados para PMEA bem inferiores aos PMED. Já as aeronaves leves,
destinados a curtos trechos de voo, apresentam PMEA próximos a PMED.
A análise do ábaco Carga Paga x Etapa é muito importante na definição do peso a ser empregado para
o dimensionamento de comprimento de pista necessária para pouso e decolagem. Vide Figura 2.
Figura 2- Ábaco Peso da Aeronave x Etapa do B737-400
6. DESEMPENHO DA AERONAVE E COMPRIMENTO DE PISTA
Parâmetros Importantes
O comportamento das aeronaves durante as operações de decolagem e de pouso é influenciado
diretamente por alguns parâmetros do local onde se situa o aeroporto e da própria aeronave.

o
o
o
o
Do aeroporto:
Altitude
Temperatura de referência
Declividade da pista
Direção e velocidade do vento

o
o
o
Da aeronave:
Peso de decolagem e de pouso
Características aerodinâmicas
Características dos motores
Requisitos para Homologação de Aeronaves
A homologação de aeronaves nos Estados Unidos segue as regulamentações fornecidas pelas FAR
(Federal Aviation Regulations). Como a maioria das aeronaves comerciais são produzidas e/ou operadas
naquele país podemos dizer que mundialmente os fabricantes procuram adotar as especificações FAR
para homologação de aeronaves. A discussão que segue diz respeito a aeronaves homologadas
segundo o FAR Part 25 - Airworthiness Standards - Transport Category Airplanes. Algumas definições
básicas são (vide Figura 3):

Velocidade de Decisão - V1
É a velocidade escolhida pelo operador da aeronave, considerando suas características operacionais,
como a velocidade crítica de decolagem. Essa velocidade determina o procedimento a ser adotado pelo
piloto no caso de falha de um motor. Se a falha ocorrer antes de ser alcançada a V1, o piloto deve
interromper (abortar) a decolagem. Se a falha ocorrer após V1, o piloto deve continuar a decolagem
mesmo com um motor inoperante.

Velocidade de Rotação - Vr
É a velocidade na qual o piloto inicia a rotação da aeronave retirando o trem de nariz do solo.

Velocidade de Decolagem - Vlof
É a velocidade que aeronave adquire sustentação e abandona o solo, pouco superior a Vr.

Velocidade de Início de Subida - V2
É a mínima velocidade de início de subida alcançada quando a aeronave se encontra a 10,7m (35 pés)
de altura em relação à pista.

Distância de Decolagem - TOD
É a distância definida analisando a operação de decolagem com e sem falha de um motor. Observa-se,
na operação com ocorrência de falha, a distância percorrida pela aeronave desde o início da corrida até
o ponto em que atinge a V2. Observa-se essa mesma distância, no caso de operação sem falha,
majorando o valor encontrado por 15%. A maior dentre essas duas distâncias é definida como TOD.

Distância de Rolamento para Decolagem - TOR
Da mesma forma que a anterior. Observa-se, na operação com ocorrência de falha, a distância
percorrida pela aeronave para, partindo da imobilidade, atingir o ponto médio entre o ponto em que a
Vlof é alcançada e o ponto em que a V2 é alcançada. Observa-se essa mesma distância, no caso de
operação sem falha (normal), majorando-a de 15%. A maior dentre essas é a TOR

Distância de Aceleração e Parada - ASD
É definida como a distância necessária para acelerar a aeronave da imobilidade até, após a ocorrência
de falha de um motor, sua completa parada.

Distância de Aterrissagem - LD
É a distância necessária para a aeronave, tendo sobrevoado a cabeceira da pista a 15m (50 pés) de
altura, tocar a pista e desacelerar até a imobilidade, majorada de 67%. Isto é, a distância de
aterrissagem real é prevista para se realizar em 60% do que lhe é reservado. Vide Figura 4.
Figura 3 – Distâncias associadas à decolagem
Figura 4 – Comprimento para pouso
Análise das Distâncias Associadas ao Procedimento de Decolagem
Num gráfico com ordenada a V1 e com abscissa as distâncias, TOR e TOD são curvas que decrescem
conforme aumenta a V1. Já a ASD cresce conforme sobe a V1. A distância definida pela diferença entre
TOD e TOR é denominada área desimpedida (clearway). Da mesma forma, a distância definida pela
diferença entre ASD e TOR, quando positiva, é denominada de área de parada (stopway). Quando TOD
igual a ASD, nesse ponto, temos a condição de "pista balanceada". Aí, o clearway tem o mesmo
comprimento do stopway. Em algumas circunstâncias a implantação de áreas de parada ou de áreas
desimpedidas pode ser mais vantajosa do que a construção de uma pista balanceada. Isso depende das
condições físicas locais e de condicionantes econômicos. A construção de um stopway em cada
extremidade da pista é, frequentemente, a solução mais econômica para a ampliação de uma pista
existente, uma vez que a sua adoção corresponde, do ponto de vista operacional da aeronave, a um
acréscimo no comprimento da pista.
Requisitos Mínimos de Subida Durante a Decolagem
Durante a decolagem, após a aeronave atingir a V2, requisitos mínimos de razão de subida são impostos
pelo FAR Part 25 de modo a garantir o sobrevoo de obstáculos. Observa-se que tais requisitos são
função do número de motores. O segundo segmento é o que exige a maior razão de subida. Por esse
motivo impõe, por vezes, limitações ao peso de decolagem de uma aeronave, visto que para obedecer
ao gradiente mínimo de subida tem-se, em algumas situações, de estar com um peso abaixo de seu
peso estrutural de decolagem. Isso se verifica principalmente em aeroportos com altitudes elevadas.
Vide Figura 5.
Nos ábacos normalmente não são traçadas as linhas representativas da operação com pesos que
superem o peso limite de segundo segmento. De fato não se devem extrapolar curvas traçadas nos
ábacos (interpolar pode!).
Figura 5 – Procedimento de subida
Cálculo do Comprimento de Pista de Decolagem para Planejamento
A determinação do comprimento de pista necessário para a operação de decolagem de uma aeronave é,
em planejamento de aeroportos, efetuada através de ábacos de desempenho específicos editados pelos
fabricantes de aeronaves nos manuais Airplane Characteristics for Airport Planning. Estes ábacos
fornecem como resposta a Distância de Decolagem, TOD. Análises que exijam um maior detalhamento
têm de ser efetuadas consultando manuais específicos, como o Airplane Flight Manual das aeronaves.
Os dados de entrada necessários são: o peso de decolagem da aeronave e as condicionantes locais da
pista (altitude, temperatura e declividade). Caso os ábacos não contemplem situações a serem
analisadas, no planejamento, podem-se adotar os índices de correção recomendados pela ICAO. Esses
fatores de correção se referem ao comprimento de pista de decolagem determinado para as condições
de atmosfera padrão, altitude igual ao nível do mar, sem vento e declividade zero de pista. Os índices de
correção recomendados são;


Para a Altitude (Fa): adoção de um coeficiente de acréscimo do comprimento de pista de
7% para cada 300m de elevação acima do nível do mar;
Para a Temperatura (Ft): coeficiente de 1% para cada grau Celsius que a temperatura de
referência exceder a temperatura padrão. A temperatura de referência (Tref) é definida como
a obtida através da média mensal das temperaturas máximas diárias do mês mais quente do
ano. O mês mais quente é aquele que possui a maior temperatura média mensal. A Tref deve
ser obtida através de médias obtidas em vários anos de observação. A temperatura padrão
(Tp) pode ser calculada em função da elevação do aeródromo (h) pela fórmula:
Tp = 15 - 0,0065 x h

Para a Declividade (Fd): coeficiente de 10% para porcento de declividade longitudinal
efetiva (DLE) da pista. A DLE é obtida pela razão entre a diferença da cota máxima e a cota
mínima da pista pelo seu comprimento.
A correção (Fa + Ft) não deve ultrapassar a 35%, para esses casos são necessários estudos
específicos. Assim:
Fg = (1 + Fa) (1 + Ft) < 0,35
O emprego dos ábacos deve ser realizado, no planejamento, buscando-se identificar aquele que mais se
aproxima das condições reais. Neste caso interpolações são permitidas, evitando-se, tanto quanto
possível, o uso dos coeficientes de correção.
Cálculo do Comprimento de Pista de Aterrissagem para Planejamento
Normalmente essa análise é realizada de forma muito simples. O conhecimento do peso de aterrissagem
permite, para vários valores de altitude, associar a distância de aterrissagem necessária para as
condições de pista seca e de pista molhada. Neste caso também é possível a interpolação para valores
de altitude intermediários aos apresentados no ábaco. Observe que, apesar da evidente influência da
declividade da pista nesse comprimento, não são adotados fatores de correção para declividade e nem
para a temperatura.
É possível se calcular localizações de saídas de pista com o uso dos ábacos de desempenho para
pouso.
Referências






Horonjeff, R. et al (2010). Planning and Design of Airports. 5th edition, McGraw-Hill
ICAO (2006). Aerodromes. Annex 14. Vol I - Aerodrome Design and Operations. Montreal
www.boeing.com
www.airbus.com
www.embraer.com.br
Goldner, L. G. (2012). Apostila de aeroportos. UFSC, Florianópolis