Instrumentos de vôo giroscópicos utilizam as propriedades de um giroscópio para a sua operação. Os instrumentos mais comuns que contêm giroscópios são o coordenador de rotatividade, o indicador de direção e o indicador de atitude. Para compreender como estes instrumentos funcionam é necessário conhecer os sistemas de potência dos instrumentos, os princípios giroscópicos e os princípios de funcionamento de cada instrumento.
Princípios giroscópicos
Any spinning object exibe propriedades giroscópicas. Uma roda ou rotor projetado e montado para utilizar essas propriedades é chamado de giroscópio. Duas importantes características de projeto de um giroscópio de instrumento são o grande peso por seu tamanho, ou alta densidade, e a rotação em alta velocidade com rolamentos de baixo atrito.
Existem dois tipos gerais de montagem; o tipo utilizado depende de qual propriedade do giroscópio é utilizada. Um giroscópio montado livremente ou universalmente é livre para girar em qualquer direção em torno de seu centro de gravidade. Diz-se que uma roda desse tipo tem três planos de liberdade. A roda ou rotor é livre de girar em qualquer plano em relação à base e é equilibrada de modo que, com a roda giroscópica em repouso, ela permaneça na posição em que está colocada. Giroscópios de montagem restrita ou semi-rígida são aqueles montados de forma que um dos planos de liberdade seja mantido fixo em relação à base.
Existem duas propriedades fundamentais da ação giroscópica: rigidez no espaço e precessão.
Rigidez no espaço
Rigidez no espaço refere-se ao princípio de que um giroscópio permanece em uma posição fixa no plano em que está girando. Um exemplo de rigidez no espaço é o de uma roda de bicicleta. À medida que as rodas da bicicleta aumentam a velocidade, elas se tornam mais estáveis em seu plano de rotação. É por isso que uma bicicleta é instável e manobrável a baixas velocidades e estável e menos manobrável a velocidades mais altas.
Ao montar esta roda, ou giroscópio, num conjunto de anéis de cardan, o giroscópio é capaz de rodar livremente em qualquer direcção. Assim, se os anéis de cardan forem inclinados, torcidos ou movidos de outra forma, o giroscópio permanece no plano em que estava girando originalmente.
Pressão
Pressão é a inclinação ou giro de um giro em resposta a uma força defletiva. A reação a esta força não ocorre no ponto em que foi aplicada, mas sim num ponto que se encontra 90° mais tarde no sentido da rotação. Este princípio permite que o giroscópio determine uma taxa de rotação através da detecção da quantidade de pressão criada por uma mudança de direção. A taxa na qual o giroscópio é inversamente proporcional à velocidade do rotor e proporcional à força defletiva.
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Usando o exemplo da bicicleta, a precessão age sobre as rodas a fim de permitir que a bicicleta gire. Enquanto se anda à velocidade normal, não é necessário rodar as barras do manípulo na direcção da curva desejada. Um ciclista simplesmente inclina-se na direcção em que deseja ir. Como as rodas giram no sentido dos ponteiros do relógio quando vistas do lado direito da bicicleta, se um ciclista se inclina para a esquerda, é aplicada uma força no topo da roda para a esquerda. A força actua de facto 90° no sentido da rotação, o que tem o efeito de aplicar uma força à frente do pneu, fazendo com que a bicicleta se desloque para a esquerda. Existe a necessidade de girar o guiador a baixas velocidades devido à instabilidade dos giroscópios que giram lentamente e também para aumentar a velocidade de rotação.
Pressão também pode criar alguns pequenos erros em alguns instrumentos. A precessão pode causar o deslocamento de um giro livre do plano de rotação pretendido através do atrito dos rolamentos, etc. Alguns instrumentos podem exigir um realinhamento corretivo durante o vôo, como o indicador de direção.
Fontes de potência
Em algumas aeronaves, todos os giroscópios são operados por vácuo, pressão ou eletricamente. Em outras aeronaves, os sistemas de vácuo ou pressão fornecem a energia para os indicadores de direção e atitude, enquanto o sistema elétrico fornece a energia para o coordenador de volta. A maioria das aeronaves tem pelo menos duas fontes de energia para garantir que pelo menos uma fonte de informação bancária esteja disponível se uma fonte de energia falhar. O sistema de vácuo ou pressão gira o giroscópio puxando uma corrente de ar contra as palhetas do rotor para girar o rotor a alta velocidade, muito parecido com o funcionamento de uma roda de água ou turbina. A quantidade de vácuo ou pressão necessária para o funcionamento do instrumento varia, mas normalmente está entre 4,5 “Hg” e 5,5 “Hg.
Uma fonte de vácuo para os giroscópios é uma bomba motorizada do tipo furgão que é montada na caixa de acessórios do motor. A capacidade da bomba varia em diferentes aeronaves, dependendo do número de giroscópios.
Um sistema de vácuo típico consiste de uma bomba de vácuo motorizada, válvula de alívio, filtro de ar, manômetro e tubulação necessária para completar as conexões. O manômetro é montado no painel de instrumentos da aeronave e indica a quantidade de pressão no sistema (o vácuo é medido em polegadas de mercúrio menor que a pressão ambiente).
Como mostrado na Figura 8-20, o ar é aspirado para o sistema de vácuo pela bomba de vácuo acionada pelo motor. Ele passa primeiro por um filtro, que impede a entrada de matéria estranha no sistema de vácuo ou de pressão. O ar então se move através dos indicadores de atitude e direção onde causa o giro dos giroscópios. Uma válvula de alívio impede que a pressão de vácuo, ou sucção, exceda os limites prescritos. Depois disso, o ar é expelido borda fora ou usado em outros sistemas, como para inflar botas de degelo pneumático.
É importante monitorar a pressão de vácuo durante o vôo, pois os indicadores de atitude e direção podem não fornecer informações confiáveis quando a pressão de sucção é baixa. O indicador de vácuo, ou de sucção, é geralmente marcado para indicar a faixa normal. Algumas aeronaves são equipadas com uma luz de aviso que acende quando a pressão de vácuo cai abaixo do nível aceitável.
Quando a pressão de vácuo cai abaixo da faixa normal de operação, os instrumentos giroscópicos podem se tornar instáveis e imprecisos. A verificação cruzada dos instrumentos rotineiramente é um bom hábito a ser desenvolvido.
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