O dirigivel

História do dirigível

Em 1783, dois irmãos franceses, Jacques Etienne e Joseph Michel Montgolfier, inventaram o balão de ar quente e colocaram um a uma altitude de 1.800 metros. Mais tarde, naquele mesmo ano, o físico francês Jean Pilatre de Rozier fez o primeiro vôo de balão tripulado. Embora os balões pudessem viajar em altitudes bastante altas, eles não podiam viajar por sua própria propulsão e ficavam à mercê dos ventos. O formato do balão era determinado pela pressão do ar ou gás (como hidrogênio ou hélio).



Tipos de dirigíveis
Todos os dirigíveis têm gôndolas sólidas, hélices impulsionadas por motores e aletas traseiras sólidas.
  • Rígido - geralmente longo (maior que 120 m) e em forma de charuto, com estrutura interna de metal e bolsas preenchidas com gás. Exemplo: Hindenburg.
  • Semi-rígido - balão com gás pressurizado (envelope) anexado a uma quilha inferior de metal. Exemplos: Norge, Itália.
  • Não-rígido (dirigível) - envelopes grandes preenchidos com gás. Exemplos: Goodyear, MetLife, Fuji.
Em 1852, Henri Giffard construiu o primeiro dirigível motorizado, que apresentava um formato de charuto com 44 metros de comprimento, com bolsa preenchida com gás e hélice motorizada por um motor a vapor de 3 cavalos de força (2,2 kW). Mais tarde, em 1900, o Conde Ferdinand von Zeppelin, da Alemanha, inventou o primeiro dirigível rígido.



Foto cedida pela Goodyear.
Frota original de dirigíveis da Goodyear, em 1930
dirigível rígido tinha uma estrutura de metal - 123 m de comprimento, 12 m de diâmetro - contendo bolsas de borracha preenchidas com gás hidrogênio. O primeiro Zeppelin tinha aletas e lemes traseiros e era motorizado por motores de combustão interna. Ele transportava cinco pessoas a uma altitude de 396 m e sua autonomia era de 6 km. Vários modelos de Zeppelins foram construídos por volta de 1900. Esses veículos foram usados para finalidades civis e militares, inclusive viagens transatlânticas. O Zeppelin mais famoso foi o Hindenburg, destruído por um incêndio em 1937 enquanto pousava em Lakehurst, New Jersey. Acesse Queda do Hindenburg (site em inglês) para informações sobre a aeronave e a queda.

Em 1925, a Goodyear Tire and Rubber Company começou a construir dirigíveis do tipo sem estrutura. Essas aeronaves foram usadas para propaganda e finalidades militares (tais como campanhas de vigilância e anti-submarino) durante a Segunda Guerra Mundial. Em 1962, o exército dos Estados Unidos parou de usar dirigíveis em suas operações. Hoje em dia, os dirigíveis são usados principalmente para propaganda, cobertura de TV, turismo e algumas finalidades de pesquisa. Seja como for, o dirigível está de volta.


Introdução



Você provavelmente já viu um dirigível da Goodyear fazendo a cobertura de um evento esportivo na TV. Os dirigíveis são veículos mais leves que o ar (LTA). Como um balão de ar quente, os dirigíveis utilizam um gás para provocar a elevação. Mas, diferentemente do balão de ar quente, podem avançar através do ar utilizando sua própria potência, do mesmo modo que os aviões. Eles podem oscilar como helicópteros, viajar em todos os tipos de condições atmosféricas e permanecer no ar por vários dias. Neste artigo, mostraremos como funcionam esses veículos fascinantes.

                                           
                                                                                               



Interior de um dirigível



Diferentemente de um balão, o dirigível tem forma e estrutura que permitem que ele voe e seja manobrado. As seguintes peças permitem que isso aconteça:

  • envelope - contém o gás hélio
  • nariz em forma de cone
  • bolsa de ar frontal
  • bolsa de ar traseira
  • cortina da catenária
  • cabos de suspensão
  • superfícies de controle de vôo - lemes, elevadores
  • motores
  • tomadas de ar
  • válvulas de ar
  • válvula de hélio
  • gôndola - abriga os passageiros e a tripulação





Envelope



envelope é o grande compartimento que armazena o gás hélio. O envelope tem, geralmente, o formato de um charuto, para fins aerodinâmicos, e é feito de um tecido leve, durável e bem vedado (compostos de poliéster), que se parece bastante com o tecido de um traje espacial. Na verdade, muitos envelopes são feitos pela ILC Dover Corporation, a empresa que fabrica os trajes espaciais para a NASA (site em inglês).

Os envelopes podem armazenar de 1.900 a 7.093 m3 de hélio, dependendo do dirigível. A pressão dentro do envelope é baixa, aproximadamente 0,031 kg por cm² (0,005 ATM).
Nariz em forma de cone



Foto cedida pela American Blimp Corporation.
Ripas do nariz em forma de cone (cinza)



As ripas do nariz em forma de cone são suportes que se irradiam a partir da ponta do dirigível. Elas endurecem a frente do dirigível para que esta não se danifique quando o dirigível atracar no ancoradouro. Elas também dão ao nariz um formato aerodinâmico e evitam que ele fique achatado quando o dirigível ruma para a frente. Além das ripas, os ganchos de ancoragem estão localizados no nariz do dirigível.

Bolsas de ar


As bolsas de ar estão localizadas dentro do envelope. O dirigível tem duas bolsas de ar, uma na frente e outra atrás. As bolsas de ar são similares aos tanques de lastro de um submarino. Como o ar é mais pesado do que o hélio, as bolsas de ar são esvaziadas ou infladas com ar para fazer com que o dirigível suba ou desça, conforme o caso. Elas também são usadas para controlar o nível, ou nivelamento, do dirigível.

Cortina da catenária e cabos de suspensão


As duas cortinas da catenária estão localizadas dentro do envelope, em toda a extensão do dirigível. Elas são feitas de tecido e costuradas dentro do envelope e os cabos de suspensão as mantêm presas à gôndola. As cortinas ajudam a dar suporte e a moldar o envelope e a prender a gôndola.

Superfícies de controle de vôo


As superfícies de controle de vôo são partes móveis e rígidas do dirigível, montadas na cauda. Elas consistem no leme e elevadores. O leme é usado para guiar o dirigível para estibordo ou bombordo (eixo de desvio de rota). Os elevadores são usados para controlar o ângulo de ascendência ou descendência (eixo de inclinação) do dirigível. As superfícies de controle de vôo do dirigível são operadas pelo piloto enquanto ele voa e podem ser dispostas em uma configuração "+" ou "x".

Motores


Os dois motores do dirigível fornecem o empuxo necessário para empurrá-lo para a frente. Os motores são os turboélices usados em avião que utilizam gasolina como combustível e são refrigerados a ar. Os motores podem gerar centenas de cavalos de força, dependendo do tamanho do dirigível. Eles estão localizados um de cada lado da gôndola. Como os motores, os dirigíveis podem navegar a aproximadamente 48 a 113 km/h.










Foto cedida pela Goodyear Tire and Rubber Company
Os motores (esquerda) e as tomadas de ar (direita)




Tomadas de ar


As tomadas de ar sugam o ar diretamente das hélices para as bolsas de ar. É assim que os pilotos enchem as bolsas de ar com ar enquanto voam. Quando os motores não estão funcionando, ventiladores elétricos jogam o ar dentro das bolsas de ar.





Foto cedida pela Goodyear.
Válvula de ar de um dirigível

Válvulas de ar


Os pilotos devem ter meios de expelir o ar das bolsas de ar e também de adicioná-lo. Isso é feito pelas válvulas de ar localizadas em cada bolsa de ar. Existem quadro válvulas: duas na frente e duas atrás.


Válvula de hélio


A pressão do hélio no envelope é ajustada alterando-se a quantidade de ar nas bolsas de ar. Normalmente, o piloto do dirigível não precisa adicionar nem remover hélio do envelope. Entretanto, existe uma válvula de hélio no envelope que pode ser usada para exaurir o hélio caso sua pressão exceda o limite de segurança máximo. A válvula pode ser aberta manual ou automaticamente.


Gôndola


gôndola abriga os passageiros e a tripulação. Ela vem anexada e abriga dois pilotos e até 12 tripulantes, dependendo do tipo de dirigível (os modelos Eagle, Stars e Stripes da Goodyear abrigam, cada um, dois pilotos e seis passageiros). Algumas gôndolas possuem um equipamento especializado, como uma câmera, atrelado a elas.




Foto cedida pela American Blimp Company
Gôndola de dirigível com câmera anexada (objeto redondo na frente)



Foto cedida pela American Blimp Company
Visão frontal dentro da gôndola, mostrando os assentos/controles do piloto (frente) e assentos dos passageiros
Os painéis de controle usados pelos pilotos incluem o seguinte:
  • controles da hélice - monitoram e regulam a velocidade (acelerador), ângulo das pás (inclinação das pás) e direção do motor (para a frente e para trás);
  • mistura/aquecimento do combustível - monitora e regula a relação combustível/ar do motor e a temperatura da mistura para evitar congelamento em altitudes mais altas;
  • controles da pressão do envelope - monitoram e regulam a pressão do hélio no envelope e a pressão do ar nas bolsas de ar, abrindo e fechando as tomadas de ar e as válvulas;
  • comunicações - mantêm contato pelo rádio com a equipe de suporte em terra e com os controladores de tráfego aéreo;
  • controles de superfície de vôo - controlam o leme (movimento à esquerda/direita) e os elevadores (movimento para cima/para baixo);
  • equipamento de navegação - bússolas, indicadores de velocidade de vôo, equipamento de sinalizador de rádio, GPS, etc (alguns dirigíveis também possuem radar atmosférico e podem voar por instrumentos em vôos noturnos).


Os pilotos de dirigíveis são certificados pela FAA (em inglês) para aeronaves mais leves que o ar (LTA) . Os pilotos da Goodyear passam por um programa de treinamento intensivo antes de obter a certificação FAA. Além de pilotar, os pilotos da Goodyear trabalham, também, como pessoal de suporte terrestre, incluindo técnicos eletrônicos, mecânicos, paraquedistas e pessoal administrativo. A equipe de terra segue o dirigível onde quer que ele vá, trazendo vários veículos de suporte, incluindo um ônibus que funciona como escritório administrativo, um trator-trailer que serve como oficina elétrica/mecânica e uma van que é o veículo utilitário de comando.


Sinalizadores noturnos


Alguns dirigíveis (como Goodyear) são equipados com lâmpadas elétricas para propaganda noturna. No dirigível da Goodyear, os sinais noturnos consistem em uma matriz de diodos emissores de luz (LEDs) vermelhos, verdes e azuis. As intensidades dos LEDs podem ser ajustadas para criar várias cores. As mensagens são programadas com um pequeno laptop que é levado a bordo.

Agora que já vimos todas as partes de um dirigível, vamos ver como ele voa.


Como um dirigível voa


Os dirigíveis são chamados de aeronaves mais leves que o ar (LTA) porque, para conseguir a flutuação, eles usam gases mais leves que o ar. O gás mais comum em uso hoje em dia é o hélio, que tem capacidade de elevação de 1,02 kg/m3. O hidrogênio foi muito utilizado nos primeiros dirigíveis porque era ainda mais leve, com uma capacidade de elevação de 1,1 kg/m3, e era mais fácil e mais barato de comprar do que o hélio. Entretanto, o desastre do Hindenburg (site em inglês) acabou com o uso do hidrogênio nos dirigíveis porque ele queima muito facilmente. O hélio, por outro lado, não é inflamável.


Embora essa capacidade de flutuação possa parecer pequena, os dirigíveis carregam incríveis volumes de gás - centenas de milhares de metros cúbicos. Com todo esse poder de elevação, os dirigíveis podem transportar, facilmente, cargas pesadas. 
Um dirigível controla sua flutuação no ar do mesmo modo que um submarino o faz na água. As bolsas de ar funcionam como tanques de lastro armazenando ar "pesado". Quando o dirigível decola, o piloto expele o ar das bolsas de ar através das válvulas de ar. O hélio torna o dirigível positivamente flutuante no ar circundante e o dirigível sobe. O piloto acelera o motor e ajusta os elevadores para angular o dirigível pelo vento. O formato de cone do dirigível também ajuda a provocar a elevação.
Quando o dirigível sobe, a pressão do ar externo diminui e o hélio no envelope se expande. Os pilotos então bombeiam ar nas bolsas de ar para manter a pressão contra o hélio. Adicionar ar torna o dirigível mais pesado; portanto, para manter uma altitude de navegação estável, os pilotos devem balancear a pressão do ar com a pressão do hélio para criar uma flutuação neutra. Para nivelar o dirigível durante o vôo, as pressões do ar entre as bolsas de ar frontais e traseiras são ajustadas. Os dirigíveis podem navegar em altitudes de 305 a 2.135 m. Os motores fornecem empuxo à frente e reverso, ao passo que o leme é usado para direcionar.
Para descer, os pilotos enchem as bolsas com ar. Isso aumenta a densidade do dirigível, tornando-o negativamente flutuante e fazendo-o descer. Novamente, os elevadores são ajustados para controlar o ângulo de descida.
Quando não estão sendo usados, os dirigíveis são atracados em um ancoradouro que pode ficar em uma área aberta ou em um hangar. Para mover o dirigível para dentro ou para fora de seu hangar, um trator reboca o ancoradouro com o dirigível atracado a ele.




Foto cedida pela Goodyear Tire and Rubber Company.
O 'Spirit of Goodyear' saindo de seu hangar na Base de Dirigíveis de Wingfoot Lake, fora dos limites de Akron, Ohio



Usos dos dirigíveis




Foto cedida pela Goodyear.
Dirigível cobrindo um jogo de futebol do Cleveland Browns

Como é o gás que fornece a flutuação em um dirigível, e não uma asa com um motor, como em um avião, os dirigíveis podem voar e flutuar no ar sem gastar combustível nem energia. Além disso, os dirigíveis podem permanecer suspensos em qualquer lugar, por várias horas e até dias - muito mais tempo do que aviões ou helicópteros. Essas propriedades tornam os dirigíveis ideais para coberturas de eventos esportivos, propagandas e trabalhos de pesquisa, assim como a exploração de baleias.


Recentemente, tem havido um interesse crescente em usar dirigíveis rígidos para levantar e/ou transportar cargas pesadas, como barcos, tanques e equipamentos de perfuração de petróleo, para finalidades civis e militares. Dirigíveis modernos como o Zeppelin NT (site em inglês) e o CargoLifter (site em inglês) usam estruturas compostas de carbono de baixo peso, o que permite que sejam enormes, leves e estruturalmente seguras. Além de transportar cargas, os dirigíveis podem ser usados para o turismo. Dessa forma, a visão de um grande dirigível se movendo pelo céu poderá tornar-se mais comum em um futuro próximo 

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