Como funcionam os assentos ejetáveis

por Kevin Bonsor - traduzido por HowStuffWorks Brasil

Introdução

O capitão da força aérea americana Scott O'Grady estava ajudando a policiar uma área de vôo proibido sobre o nordeste da Bósnia em 2 de junho de 1995, quando um míssil terra-ar (SAM) atingiu seu F-16. Com o avião se desintegrando ao seu redor, O'Grady alcançou a alavanca de seu assento ejetável que estava entre suas pernas e a puxou. Após um estouro alto causado pela separação do canopi (a bolha sobre a cabine), O'Grady foi disparado no ar junto com seu assento. Logo depois, seu pára-quedas abriu e, assim como 90% dos pilotos que são forçados a ejetar de seus aviões, ele sobreviveu. Após seis dias fugindo da captura e comendo insetos para sobreviver, O'Grady foi resgatado.
Foto cedida Força Aérea Norte-Americana
Ejetar de uma aeronave é algo raro, mas os pilotos não têm outra opção a não ser puxar a alavanca de ejeção para salvar suas vidas

A ejeção de uma aeronave em movimento a velocidades maiores do que a velocidade do som (mach 1: 1.207 km/h) pode ser muito perigosa. A força de uma ejeção a essa velocidade pode atingir mais de 20 G (um G é a força da gravidade da Terra.). A 20 G, o piloto sente uma força igual a 20 vezes o peso de seu próprio corpo, que pode causar ferimentos graves e até morte.
A maioria dos aviões militares, aviões de pesquisa da NASA (em inglês) e alguns aviões comerciais menores são equipados com assentos ejetáveis que permitem que os pilotos escapem em uma situação de emergência. Neste artigo, você irá aprender sobre as partes que fazem um assento ejetável funcionar, como o assento tira o piloto do avião e a física envolvida na ejeção

Sente-se

Para muitos tipos de aeronave é importante ter um assento ejetável caso o avião seja danificado em batalha ou durante testes e o piloto tenha que escapar para salvar sua vida. Os assentos ejetáveis são um dos mais complexos equipamentos de qualquer avião, e alguns consistem em milhares de peças. O propósito desse assento é simples: lançar o piloto para fora do avião a uma distância segura, abrir o pára-quedas e permitir que o piloto pouse no chão são e salvo.

Foto cedida Departamento de Defesa dos Estados Unidos Um assento ejetável sendo retirado de um F-15C Eagle

Para entender como funciona um assento de ejeção, primeiro devemos nos familiarizar com os componentes básicos de qualquer sistema de ejeção. Tudo tem de funcionar corretamente em segundos e na seqüência específica para salvar a vida do piloto. Se uma pequena parte do equipamento não funcionar, o resultado pode ser fatal.
Os assentos ejetáveis são posicionados na cabine e normalmente se ligam a trilhos através de um conjunto de cilindros nas margens do assento. Durante uma ejeção, esses trilhos orientam o assento para fora da aeronave a um ângulo de subida pré-determinado. Assim como qualquer banco, a anatomia básica do ejetável consiste no assento, encosto e apoio de cabeça. Todo o resto é construído ao redor desses componentes principais. Aqui estão os dispositivos essenciais de um assento de ejeção.

• catapulta
• foguete
• contenções
• pára-quedas

No caso de uma ejeção, a catapulta dispara o assento pelos trilhos, o foguete dispara para impulsionar o assento ainda mais para cima e o pára-quedas se abre para permitir uma aterrissagem segura. Em alguns modelos, o foguete e a catapulta são combinados em um só dispositivo. Esses assentos também trabalham como sistemas de contenção para os tripulantes, tanto durante uma ejeção como durante a operação normal.
Os assentos ejetáveis são apenas uma parte de um sistema maior chamado de sistema de egresso assistido. Egresso significa saída, ou retirada. Uma outra parte do sistema de fuga geral é o canopi do avião, que tem de ser liberado antes do assento ejetável ser lançado da aeronave. Nem todos os aviões têm essa bolha sobre a cabine. Os que não têm canopi possuem escotilhas de fuga construídas na parte superior do avião. Essas escotilhas explodem um pouco antes do assento ejetável ser ativado, dando ao tripulante uma porta de fuga.

Foto cedida Departamento de Defesa dos Estados Unidos Um piloto se prepara para puxar a proteção de rosto que irá lançar o assento ejetável para fora do avião de testes

Os assentos são ativados por meio de diferentes métodos. Alguns possuem alavancas nos lados ou no centro do assento, outros são ativados quando o tripulante puxa uma proteção de rosto. Na próxima seção, você vai descobrir o que acontece quando o assento é ativado.

Termos relativos ao assento ejetável

• banco: parte inferior do assento ejetável que contém o equipamento de sobrevivência;
• canopi: a bolha transparente que cobre as cabines de alguns aviões; costuma ser vista em jatos militares;
• catapulta: a maior parte das ejeções é iniciada com esta unidade balística;
• pára-quedas de desaceleração: este pequeno pára-quedas é liberado antes do pára-quedas principal e é projetado para diminuir a velocidade do assento ejetável após sair da aeronave. Um pára-quedas de desaceleração em um assento ejetável ACES II tem 1,5 m de diâmetro. Alguns têm menos de 60 cm de diâmetro;
• sistema de fuga: refere-se a todo o sistema ejetável, incluindo o assento de ejeção, o canopi que é liberado e o equipamento de apoio de emergência;
• sensor ambiental: dispositivo eletrônico que rastreia a velocidade e altitude do assento;
• proteção de rosto: presa à parte superior de alguns assentos, o piloto puxa esta cortina para proteger o rosto dos fragmentos. Esta proteção também segura a cabeça do piloto durante a ejeção;
• seqüenciador de recuperação: o dispositivo eletrônico que controla a seqüência de eventos durante a ejeção;
• catapulta foguete: combinação da catapulta balística e da unidade do foguete de assento;
• foguete de assento: alguns assentos têm um foguete preso à sua parte inferior para fornecer impulso adicional após a catapulta içar o tripulante para fora da cabine;
• foguete vernier: ligado a um giroscópio, esse foguete é montado na base do assento e controla sua inclinação;
• ejeção zero-zero: ejeção feita no solo quando a aeronave está a altitude zero e velocidade zero.

Fonte: The Ejection Site 

Caindo fora

Quando um tripulante levanta a alavanca ou puxa a proteção de rosto do assento ejetável, começa uma série de eventos que impulsionam a abóbada para fora do avião e expele o tripulante. Ser ejetado de um avião não demora mais do que quatro segundos contados a partir do momento em que a alavanca é puxada. A quantidade exata de tempo depende do modelo do assento e do peso do tripulante.

Foto cedida Goodrich Corporation Este assento ejetável ACES II possui uma alavanca central usada para ativar a seqüência de ejeção

Puxar a alavanca dispara um cartucho explosivo na arma da catapulta, lançando o assento no ar. Conforme o assento sobe pelos trilhos direcionais, um sistema de contenção de pernas é ativado. Essa contenção de pernas é projetada para proteger as pernas do tripulante de fragmentos durante a ejeção. Um foguete sob o assento fornece a força que eleva o tripulante a uma altura segura. Essa força não está fora das limitações fisiológicas humanas, de acordo com documentos da Goodrich Corporation, um fabricante de assentos ejetáveis usados pelas forças armadas americanas e pela NASA.
Antes do sistema de ejeção ser lançado, a abóbada tem de ser expelida para permitir que o tripulante escape da cabine. Há pelo menos três maneiras da abóbada ou da parte superior do avião ser expelida:

• elevação do canopi - parafusos cheios de carga explosiva são detonados, soltando o canopi. Pequenos foguetes propulsores ligados à parte frontal da bolha empurram-na para fora do caminho do piloto que vai ser ejetado, de acordo com Martin Herker, antigo professor de física que escreveu sobre assentos ejetáveis e tem uma página na Internet que descreve assentos de ejeção; (clique aqui - em inglês - para ir à página dele.
  
• fragmentar o canopi - para evitar a possibilidade de um tripulante se chocar com a bolha durante a ejeção, alguns sistemas de fuga são projetados para destruir o canopi com um explosivo. Isso é feito instalando um fio de detonação ou uma carga explosiva ao redor ou através do canopi. Quando ele explode, os fragmentos da bolha são retirados do caminho do tripulante pelo vácuo;
  
• escotilhas explosivas - aviões sem abóbada devem ter uma escotilha explosiva. Parafusos explosivos são usados para explodir a escotilha durante a ejeção.

O assento, pára-quedas e kit de sobrevivência também são ejetados do avião junto ao tripulante. Muitos assentos, como o ACES II (Assento Ejetável de Conceito Avançado, Modelo II), têm um foguete propulsor fixado sob o assento. Após o assento e o tripulante terem saído da cabine, esse foguete irá elevar o tripulante de 30 a 61 metros de altura, dependendo do peso dele. Essa propulsão adicional permite que o tripulante fique longe da cauda do avião. Desde janeiro de 1998, ocorreram 463 ejeções em todo o mundo com o uso do ACES II, de acordo com a força aérea americana. E mais de 90% dessas ejeções foram bem-sucedidas.

Foto cedida NASA O pára-quedas se abrindo em um assento ejetável Martin-Baker durante um teste. O pequeno pára-quedas do topo é chamado de pára-quedas de desaceleração.

Assim que estiver fora do avião, um revólver no assento dispara um projétil de metal que puxa um pára-quedas menor, chamado de pára-quedas de desaceleração, da parte superior do assento. Ele serve para diminuir a taxa de descida e estabiliza a altitude e trajetória do assento. Após uma quantidade de tempo específica, um sensor de altitude faz com que esse pára-quedas puxe o pára-quedas principal da mochila do piloto. Neste ponto, um motor separador dispara e o assento continua sua queda sem o tripulante. O tripulante pousa no solo como em qualquer salto de pára-quedas.
Modos de ejeção
No assento ejetável ACES II produzido pela Goodrich Corporation, há três modos de ejeção possíveis. Qual será usado é determinado pela altitude e velocidade no momento da ejeção. Esses dois parâmetros são medidos pelo sensor ambiental e seqüenciador de recuperação na parte traseira do assento de ejeção.
O sensor ambiental detecta a velocidade e altitude do assento e envia os dados para o seqüenciador de recuperação. Quando a seqüência de ejeção tem início, o assento passa pelos trilhos direcionais e expõe tubos de pitot. Esses tubos, que receberam esse nome devido ao físico Henri Pitot, são projetados para medir as diferenças de pressão do ar e determinar sua velocidade. Dados sobre o fluxo de ar são enviados ao seqüenciador, que então seleciona entre três modos de ejeções:

• modo 1 - baixa altitude, baixa velocidade. Serve para ejeções a velocidade de menos de 463 km/h e altitudes menores do que 4.572 metros. O pára-quedas de desaceleração não é aberto no modo 1.
• modo 2 - baixa altitude, alta velocidade. Foi projetado para ejeções a velocidades de mais de 463 km/h e altitudes de menos de 4.572 metros.
• modo 3 - alta altitude, qualquer velocidade. Selecionado para qualquer ejeção a uma altitude maior do que 4.572 metros.

Cronometrando uma ejeção

• 0 segundos - o piloto puxa a alavanca, o canopi é lançado ou destruído, a catapulta começa a elevar o assento pelos trilho.
• 0,15 segundos - o assento sai dos trilhos de ejeção a 15 metros por segundo e está livre da cabine. O foguete é ligado e o foguete vernier dispara para contrabalancear quaisquer mudanças de inclinação. O motor de guinada é disparado e induz uma leve guinada para garantir a separação entre o piloto e o assento (o tempo de uso de todos os motores é igual a 0,1 segundo).
• 0,50 segundos - o assento se elevou a cerca de 30,5 a 61 m da altitude inicial de ejeção.
• 0,52 segundos - o separador dispara, o cartucho também dispara para soltar o tripulante e seu equipamento do assento e o pára-quedas de desaceleração inicia o pára-quedas convencional.
• de 2,5 a 4 segundos - o pára-quedas principal é totalmente aberto.

Fonte: Goodrich Corporation

Fonte: uol