Se você já se deparou com o termo VS-1G nos manuais e se perguntou se isso era a velocidade de stall, então este artigo é para você!
Durante décadas, a engenharia de certificação aeronáutica conviveu com um paradoxo: a velocidade mais fundamental do envelope de voo, a velocidade de stall (Vs), baseava-se em uma métrica fisicamente falha. A transição da antiga VSmin para a VS1g não foi apenas uma mudança burocrática da FAA; foi o momento em que a aerodinâmica moderna e a mecânica de voo forçaram a regulamentação aeronáutica a se adaptar.
A antiga definição de Velocidade de Stall
Até meados de 1980, o FAR 25 (Federal Aviation Regulations Part 25) definia a velocidade de stall como a velocidade mínima absoluta obtida durante uma manobra de desaceleração controlada de 1 nó por segundo. Sendo assim, partia-se de um voo reto e nivelado, com tração dos motores igual a zero, e aumentava-se o ângulo de ataque a uma razão na qual a velocidade caía 1 nó por segundo até encontrar a velocidade mínima em que se podia ainda manter o voo.
A menor velocidade obtida pelos pilotos de ensaio em voo, era então a Velocidade de Stall (VS). A partir desta velocidade de Stall encontrada, era calculado o CL de stall através da Equação 1. No Gráfico 1 abaixo é possível ver o perfil da redução da velocidade pelo tempo em um voo de stall, e a velocidade encontrada.
O efeito nos diversos tipos de asa
Em aeronaves estáveis com asas retangulares, com o aumento do ângulo de ataque, a aeronave começa a sentir os efeitos do descolamento do fluxo de ar em seu extradorso através de leves vibrações que se intensificam até atingir o coeficiente de sustentação (CL) máximo. Após atingir o CL máximo, existe a tendência natural de pitch down levando a aeronave a uma trajetória descendente de recuperação do stall. Este movimento reduz o ângulo de ataque instantâneo da asa, reduzindo seu coeficiente de sustentação e produzindo momentaneamente uma sustentação (L) menor do que seu peso total (W).
Com a introdução de jatos modernos com asas supercríticas altamente enflexadas, o stall não era mais tão nítido e característico como em asas retangulares. Em vez disso, o coeficiente de sustentação atingia um platô e a aeronave começava a afundar de "barriga" (movimento denominado mushing). Pilotos de teste podiam então forçar o avião a ângulos de ataque ainda maiores, registrando velocidades artificialmente baixas.
O Gráfico 2 abaixo demonstra o comportamento das curvas CL x alpha para asas retangulares (em roxo) e asas enflechadas (em azul).
Matematicamente, o fator de carga ($n = \frac{L}{W}$) caia para valores entre $0,88g$ e $0,94g$. Estávamos, portanto, baseando todo o projeto operacional em uma velocidade na qual a aeronave não era capaz de sustentar o próprio peso em voo nivelado.
A certificação do 767-200
O 767-200 foi o precursor das aeronaves comerciais com asas enflechadas e perfil supercrítico, o que expôs completamente a fragilidade do método de obtenção da Velocidade de Stall (VS) conforme mencionado acima. A linha do tempo abaixo apresenta a sequência dos acontecimentos.
O Desafio do Boeing 767-300
Durante os ensaios do Boeing 767-300, a Boeing constatou que a asa permitia um afundamento (mushing) a fatores de carga muito baixos. Basear a performance nessa Vs min reduziria perigosamente as margens de manobra reais da tripulação. A Boeing propôs à FAA um Nível Equivalente de Segurança (ELOS), aprovado através do histórico documento interno Issue Paper F-2, que permitiu o uso de uma velocidade corrigida para 1,0 g.
O Efeito Dominó e o NPRM 95-17
Após o 767-300, o Issue Paper F-2 tornou-se o padrão não oficial para o 747-400, o 777 e projetos da Airbus. Reconhecendo que a exceção engolira a regra, a FAA publicou o Notice of Proposed Rulemaking (NPRM 95-17), admitindo formalmente as deficiências do padrão antigo e propondo a alteração para a indústria global.
A Emenda FAR 25-108
A FAA publica a regra final, extinguindo a Vs min. A nova norma torna mandatório que a velocidade de referência seja a Vs 1-g, garantindo que L = W no instante de determinação do stall.
E as aeronaves certificadas antes da Vs 1g?
A definição da $V_{S1g}$ garante a igualdade estrita:
Se a velocidade lida nos instrumentos do ensaio em voo ocorre sob um fator de carga inferior a $1$, ela é matematicamente normalizada para a condição de um "g" pleno:
Essa correção significou, na prática, um aumento de aproximadamente 6% a 8% na velocidade de estol publicada nos manuais. Contudo, se a velocidade de referência aumentasse sem ajustes nas margens regulatórias, as distâncias de decolagem e pouso aumentariam drasticamente. A solução de engenharia foi recalibrar os multiplicadores operacionais para manter a mesma força de sustentação física do padrão antigo, mas ancorada em um número confiável: