0 ESCOLA SUPERIOR ABERTA DO BRASIL – ESAB SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO EM AERONAVES DESPORTIVAS: SEUS RUÍDOS E POSSÍVEIS SOLUÇÕES Este artigo foi escrito como pré-requisito para a conclusão do curso de pós graduação Lato Sensu em Sistemas de Telecomunicações da Escola Superior Aberta do Brasil – ESAB. Edsel Paulo Rockel Vila Velha – ES 2015
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SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO EM AERONAVES DESPORTIVAS: SEUS RUÍDOS E POSSÍVEIS SOLUÇÕES
Trabalho acadêmico sobre ruídos na comunicação via rádio VHF na aviação desportiva.
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ESCOLA SUPERIOR ABERTA DO BRASIL – ESAB
SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO EM AERONAVES DESPORTIVAS:
SEUS RUÍDOS E POSSÍVEIS SOLUÇÕES
Este artigo foi escrito como pré-requisito para a
conclusão do curso de pós graduação Lato Sensu
em Sistemas de Telecomunicações da Escola
Superior Aberta do Brasil – ESAB.
Edsel Paulo Rockel
Vila Velha – ES
2015
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ESCOLA SUPERIOR ABERTA DO BRASIL – ESAB
SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO EM AERONAVES DESPORTIVAS:
SEUS RUÍDOS E POSSÍVEIS SOLUÇÕES
Autor: Edsel Paulo Rockel1
Orientador: Me. Hudson Ramos2
Resumo
Este trabalho consiste em um levantamento dos ruídos que ocorrem na comunicação por rádio
VHF feita por pilotos de aeronaves desportivas, tais como ultraleves, trikes, girocópteros,
parapentes e paramotores. Mostra os problemas enfrentados por esses pilotos, decorrentes de
interferências eletromagnéticas (EMI), deficiências de blindagens nos cabos de áudio e rádio,
laços de aterramento e outros. Analisa as diferenças existentes entre os diversos tipos de
aeronaves e as especificações técnicas dos equipamentos de áudio e rádio mais adequados
para elas. Explana sobre o sistema eletrônico de atenuação de ruído, que aumenta a eficiência
dos abafadores auriculares, eliminando de forma muito significativa o ruído ambiente. Por
fim, propõe soluções para todos os problemas detectados, demonstrando tais propostas com
Nos primeiros capítulos há uma explanação a respeito da aviação desportiva e de
como é dividido o espaço aéreo brasileiro. Esta apresentação é necessária para a compreensão
do trabalho neste contexto. Na sequência, explica-se como são os sistemas de comunicação
em aeronaves, na faixa de frequência VHF, compreendendo os modos de transmissão e
especificações técnicas de equipamentos (headphones, rádio transceptor, antenas, linha de
transmissão), destacando-se as diferenças, nesses aspectos técnicos, existentes entre a aviação
homologada e a desportiva não homologada.
Para detectar ruídos que ocorrem nos fones de ouvido dos pilotos, durante a
comunicação por rádio VHF, a coleta de dados foi feita através de pesquisa experimental,
com testes no solo e em voo, tais como:
1- Comunicação com rádio VHF AM e FM.
2- Heaphones com microfone omnidirecional e noise cancelling.
3- Headphones com microfone e fones ligados em terra comum e com vias distintas.
4- Fones de ouvido com atenuação de ruído passiva e ativa.
A compreensão das causas dos ruídos foi buscada em literaturas técnicas específicas
de cada caso experimentado, através de pesquisa bibliográfica. Com a compreensão dessas
causas, tornou-se possível estabelecer estratégias para solucionar os problemas. Equipamentos
com especificações técnicas mais adequadas foram construídos; confeccionados diagramas de
instalação, corrigindo falhas encontradas; alterou-se o posicionamento de equipamentos de
bordo, na busca de ter menos interferência, e se realizou novos testes, no solo e em voo, para
confirmar a solução ou não dos problemas detectados.
2- Espaço aéreo
O voo em qualquer espaço aéreo do mundo deve obedecer a regras internacionais e
também específicas de cada país onde esteja. Há espaços aéreos que são controlados e as
aeronaves que voam nesses espaços devem ter condições de manter comunicação bilateral
com os Centros de Controle e possuir equipamento que forneça informações da posição do
voo de forma automática. No Brasil, o órgão responsável pela fiscalização e regulamentação
do espaço aéreo é o DECEA – Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA, 2014).
O espaço aéreo é dividido em sete classes, de A à G. Cada uma dessas classes define
regras específicas que tratam da separação entre as aeronaves, altitude de voo, limite de
velocidade, obrigatoriedade ou não do uso de rádio para comunicação bilateral e necessidade
ou não de autorização prévia para a aeronave ingressar no respectivo espaço aéreo
(ICA 100-12, 2013).
Conforme as instruções contidas na ICA 100-12 (2013), no espaço aéreo de classe A
todo voo de aeronave deve ser realizado por instrumentos. Chama-se voo IFR (Instrument
Flight Rules). Nos espaços aéreos classes B, C, D, E, F e G, os níveis de exigências vão
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diminuindo gradativamente. Em todos esses espaços é permitido voo visual – chamado de voo
VFR (Visual Flight Rules) –, mas nos espaços aéreos controlados, como os classes B e C, o
piloto não tem a liberdade de ir para onde ele quiser sem prévia autorização do controlador do
voo. Para uma aeronave entrar em um espaço aéreo controlado, ela precisa estar equipada
com rádio VHF, para comunicação bilateral, e possuir transponder modo C. O transponder é
um transceptor de rádio que responde automaticamente ao Centro de Controle toda vez que é
interrogado, e envia informação da posição onde a aeronave se encontra, velocidade e
altitude. Algumas informações como nome do piloto, prefixo da aeronave, número da carteira
de habilitação são passadas pelo piloto quando ele faz o plano de voo (ICA 100-11, 2012).
Nos espaços aéreos classes E, F e G, os voos VFR não são controlados e não há a
necessidade de comunicação bilateral por rádio VHF com o Centro de Controle. Voa-se
livremente.
3- Comunicação Aeronáutica
A faixa de frequências de comunicação VHF do Serviço Móvel Aeronáutico é de
118,000 a 136,975 MHz. O espaçamento entre os canais é de 25 kHz, totalizando 760 canais
para comunicação. A tabela 1 mostra as características técnicas mínimas exigidas para o
transmissor e receptor de rádio VHF aeronáutico (ICA 102-9, 2008).
Transmissor
Estabilidade de frequência: ± 0,003%
Potência de saída: 5 W
Capacidade de modulação AM: 85 %
Receptor
Sensibilidade: 3 mV para SNR = 6 dB
Nível máx. de saída do contr. automát. de ganho (AGC): 6 dB, Vin entre 5 mV e 50 mV
Saída de áudio: 50 mW × 600
Tabela 1 – Especificações técnicas mínimas exigidas para os transceptores de rádio VHF da faixa de
comunicação aeronáutica.
Fonte: ICA 102-9, 2008.
Observação: Nota-se que a modulação é em amplitude (AM).
O tripulante da aeronave que opera o rádio de comunicação deve obedecer a
procedimentos padronizados em relação ao uso das fraseologias de tráfego aéreo, em
conformidade com as normas da Convenção de Aviação Civil Internacional, regulamentadas
no Brasil pelo DECEA (MCA 100-16, 2013).
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4- Aviação Desportiva
Há várias categorias de aeronaves, especificadas em regulamentos publicados pela
ANAC (Agência Nacional de Aviação Civil). A aviação desportiva não se enquadra em uma
categoria específica – este termo “aviação desportiva” é informal – e abrange diversos tipos
de aeronaves. Segundo o RBAC 01 (2011), há aeronaves acrobáticas, aeronaves de asa
rotativa (como os girocópteros), aeronaves pendulares (como os trikes), os ultraleves de
comando convencional, mais conhecidos pelo público leigo como aquelas aeronaves de
estrutura tubular e revestida com tecido, embora haja ultraleve que na aparência não se
distingue dos demais aviões (informação verbal)3.
Para distinguir uma aeronave da outra, neste trabalho, considerou-se a nomenclatura
popular, não necessariamente de acordo com os conceitos definidos nos regulamentos da
ANAC. Este critério informal foi adotado porque a regulamentação que trata sobre os
ultraleves, RBHA 103A, está para ser extinta – segundo informação da revista Aero Magazine
(2014) –, enquanto se implementa uma nova categoria de aeronave, que engloba os ultraleves,
denominada ALE – Aeronave Leve Esportiva. Além disso, o trike – que é apresentado na
seção 4.2 deste artigo – também é um ultraleve, segundo o RBHA 103A (2001), mas no meio
aerodesportivo costuma-se fazer distinção entre trike e ultraleve, considerando ultraleve
aquela aeronave que tem comandos iguais aos de avião convencional.
4.1- Ultraleve
A figura 1 mostra um ultraleve bem de acordo com o conceito popular: Aeronave com
estrutura tubular, revestida com tecido de nylon e o piloto voa com vento no rosto.
Figura 1 – Ultraleve
Fonte: Portes Junior
4.2- Trike
O trike – figura 2 – tem comando pendular (é uma asa delta motorizada). Os comandos
são feitos através do deslocamento do centro de gravidade da aeronave (RBAC 01, 2011).
3 Informação verbal prestada por Gustavo Albrecht, presidente da ABUL – Associação Brasileira de Aeronaves Leves. Há mais duas informações dele na página 6.
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Figura 2 – Trike
Fonte: Thatiane Fávero
4.3- Girocóptero
O girocóptero, visto na figura 3, é uma aeronave que se assemelha ao helicóptero, mas
a sua propulsão é dada por uma hélice voltada para trás e isso o torna diferente do helicóptero.
A sua sustentação no ar ocorre através de uma asa rotativa, que gira apenas por ação do vento
(RBAC 01, 2011).
Figura 3 – Girocóptero
Fonte: Silvio Alexandre
4.4- Paramotor
O paramotor é visto na figura 4. Ele é um parapente equipado com motor, que o
impulsiona, possibilitando decolar do solo, sem a necessidade de saltar de locais elevados,
como ocorre com o parapente. (RBAC 01, 2011).
Figura 4 – Paramotor
Fonte: Reinaldo Baricelo
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4.5- Parapente
O parapente, figura 5, é um equipamento parecido com paraquedas. Segundo Gustavo
Albrecht, a principal diferença entre parapente e paraquedas é que o parapente já decola
aberto e não consegue ser aberto em voo. Ele não aguentaria o esforço, pois foi feito para voar
e não parar a queda. O paraquedas não é feito para voar, mas para ser aberto em voo e
permitir o pouso seguro após o salto de uma plataforma móvel (aeronave) ou fixa (base
jump). O parapente pode atingir grandes altitudes apenas seguindo as correntes ascendentes de
vento.
Figura 5 – Parapente Fonte: Diógenes Cruz
5- Comunicação Aeronáutica na Aviação Desportiva
Como foi exposto no capítulo 2, toda aeronave que voa em espaço aéreo controlado
deve manter comunicação bilateral com o Centro de Controle. Portanto, uma aeronave
desportiva que adentra por esses espaços deve estar equipada com rádio VHF. Como são
comuns nos equipamentos eletrônicos atuais, os modernos rádios VHF disponibilizam ao
piloto muito mais recursos do que apenas a transmissão e recepção da voz. Eles têm bancos de
memórias de estações de rádio, acesso facilitado ao canal de emergência e podem acessar o
banco de dados do GPS para obter automaticamente as frequências das estações de controle e
informação de voo da região por onde passam (MGL, 2011).
Gustavo Albrecht fala que nos espaços aéreos não controlados, principalmente em
voos de paramotor e parapente, costuma-se utilizar rádio VHF da faixa de rádio amador (144
a 148 MHz, com modulação em FM). Através desse rádio há a comunicação com outros
pilotos que participam do mesmo tipo de voo e com o pessoal de apoio no solo. São rádios
portáteis, conectados ao capacete dos pilotos, equipados com fone e labiofone. Há aeronaves
com dois rádios VHF, um da faixa aeronáutica e outro da faixa de rádio amador. Se o piloto
não for habilitado para operar na faixa aeronáutica, ele apenas mantém a escuta na frequência
de coordenação, caso haja tráfego aéreo nas imediações.
Diante desta diversidade de aeronaves e de equipamentos de comunicação, é de se
supor que os ruídos parecem ser inevitáveis. Segundo Zerrer (2007), o sistema de ignição do
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motor é uma das fontes de ruído nos sistemas de comunicações. O parapente não tem motor,
mas ele está incluído neste trabalho devido a outro problema: a selete, onde vai o piloto, é um
local de dimensões mínimas e a antena do rádio VHF portátil fica próxima dos fones e
microfone, às vezes gerando apitos ao transmitir – como será demonstrado no capítulo 7 deste
artigo. Asa delta, planador e balão tripulado também se enquadram nesse quesito, com a
diferença que no planador é possível instalar a antena mais distante da cabine do piloto, o que
diminui a possibilidade de realimentação eletromagnética (ALENCAR e QUEIROZ, 2010).
6- Fone, com labiofone, para pilotos de aeronave.
No meio aeronáutico, o fone de ouvido, com labiofone, utilizado pelos tripulantes de
aeronaves, é conhecido pelo seu nome em inglês: headset ou headphone – ou simplesmente
“fone”. Para simplificar a terminologia (sem precisar dizer “fone, com labiofone”), utilizar-se-
á a palavra headset para designar esse equipamento de agora em diante neste artigo.
Um headset, para poder ser usado na aviação homologada, precisa estar aprovado pelo
órgão competente (RBAC 21, 2011). No Brasil, essa responsabilidade é da ANAC (ANAC,
2014), através da GGCP – Gerência-Geral de Certificação de Produto Aeronáutico. Quando
um produto é importado dos Estados Unidos – ou de outro país que possui convênio com a
ANAC –, e esse produto já foi homologado no país de origem para uso aeronáutico, não há
necessidade de realização de testes de conformidade para a certificação (MPH-500, 2008).
As regulamentações aeronáuticas nos Estados Unidos são feitas pela Federal Aviation
Administration – FAA – através de TSO (Technical Standard Orders), as quais definem um
padrão de desempenho mínimo para artigos específicos utilizados em aeronaves civis. No
caso dos headsets, os padrões estão definidos na TSO C139 (2014), que substitui as normas
contidas na TSO C50c para painéis seletores de áudio e amplificadores, TSO C57a para fones
de ouvido e alto-falantes e TSO C58a, para microfones de aeronaves.
A tabela 2 mostra algumas das especificações técnicas de três headsets aeronáuticos,
homologados pela FAA.
Marca e modelo do headset: Bose
A20
David Clark
H10-20
Sennheiser
HMEC 26-2
Impedância do fone de ouvido: 160 mono e
320 stereo
150 mono e
300 stereo
350 mono e
600 stereo
Tipo de microfone: Electret Amplified
electret Pre-polarized condenser,
noise-compensating
Sensibilidade do microfone: 600 mV a 114 dB 400 mV a 114 dB 800 mV a 114 dB
Tabela 2 – Especificações técnicas de hadsets aeronáuticos.
Fonte: Manuais dos equipamentos Bose A20 (2012), David Clark H10-20 (2014) e Sennheiser HMEC 26-2 (2014).
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Há outras especificações, como resposta de frequência, faixa de temperatura de
operação, tensão de alimentação do microfone, dentre outras, que não foram mostradas na
tabela 2, porque as três especificações supracitadas são suficientes para as análises e
comparações que serão feitas no capítulo 7 deste artigo.
6.1- Fones com Sistema Eletrônico de Atenuação de Ruído
Segundo Camastra (2008) a tecnologia de atenuação de ruído visa reduzir o ruído
ambiente indesejado. Ela pode ser implantada através de dois diferentes métodos:
cancelamento de ruído passivo, que consiste em tampar os ouvidos através de um abafador em
forma de concha, para impedir que as ondas sonoras alcancem o tímpano, e a outra técnica
utilizada – e muitas vezes de melhor resultado – é o cancelamento de ruído ativo, que usa
sobreposição aural e interferência destrutiva para alvejar e atenuar o ruído ambiente. O
cancelamento de ruído passivo e ativo pode ser aplicado separadamente ou de forma
simultânea para atingir a máxima eficácia.
Os fones de ouvido com sistema ativo de cancelamento atuam principalmente no ruído
ambiente de baixa frequência. O equipamento emite uma onda sonora idêntica à do ruído, em
amplitude e frequência, mas deslocada 180 graus. A onda gerada é sobreposta à onda sonora,
dentro da concha auricular, e a subtração dessas duas ondas – interferência destrutiva – faz
com que elas se cancelem mutuamente, como ilustra a figura 6 (HANSEN, 2013).
Figura 6 – Sistema de cancelamento de ruído através de interferência destrutiva.
Fonte: CAMASTRA, 2008.
7- Ruídos na comunicação aerodesportiva
Na aviação desportiva, dependendo da categoria, os equipamentos não são
necessariamente homologados. Se a aeronave é experimental, ela é regida por um conjunto de
regulamentos menos restritivos (RBHA103A, 2001; IS-21.191-001, 2012) e o piloto pode,
por exemplo, usar um headset que não esteja em conformidade com a TSO C139 (2014).
Além disso, nos testes que serão demonstrados neste capítulo, será visto que às vezes as
especificações técnicas de algum equipamento homologado não são as ideais para
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determinado tipo de veículo aéreo experimental, por ser muito diferente de um avião
convencional.
7.1- Teste de headset de avião em ultraleve aberto
Com a finalidade de verificar a eficiência de um headset aeronáutico em um ultraleve
aberto, em que o vento incide sobre os microfones, foi realizado um voo de teste. A
tripulação, composta pelo autor deste artigo e mais um passageiro, utilizou um par de fones
certificados pela FAA e ANAC para uso em aeronaves.
Dados dos equipamentos utilizados na experiência:
Marca e modelo do ultraleve: Fox, V5 tandem.
Matrícula da aeronave: PU-WBT.
Marca e modelo do rádio transceptor VHF: MGL, V10.
Marca e modelo dos headsets: Bose, A20.
Data do voo: 26 de outubro de 2014.
Local: Aeroporto Teruel – designativo SSIE.
Descrição do teste:
Piloto e passageiro, a bordo do ultraleve, posicionados um atrás do outro nos assentos
da aeronave, em tandem, iniciam o teste. A aeronave segue em movimento, percorrendo a
pista de táxi, em direção à pista de decolagem. No solo, a comunicação é agradável e sem
ruídos – quase não há diferença se o motor está acelerado ou não, o nível de silêncio é
agradável. O sistema ANR – active noise reduction – dos headsets se mostra eficiente. À
medida que aumenta a velocidade, na corrida na pista para decolagem, a comunicação entre
piloto e passageiro começa a ficar ruim. Em voo, o ruído nos fones auriculares é intenso,
dificultando a conversação entre piloto e passageiro e a compreensão das mensagens
recebidas pelo rádio VHF. O nível de ruído varia para mais ou para menos com o giro do
botão de volume do rádio/intercom. Naquele momento, havia outra aeronave voando na
região de tráfego do aeroporto e, ao perguntar para o piloto da outra aeronave como ele
recebia a mensagem, ele respondeu “clareza 3, intensidade 5” – numa escala padrão utilizada
pelos pilotos, que vai de zero à 5 (CI 21-020A, 2008). Quando o passageiro desconectava o
plugue de seu microfone, o ruído praticamente sumia, mas se o piloto posicionava a sua
cabeça para um dos lados, fora da proteção do para-brisa do ultraleve, o ruído retornava.
Percebeu-se, com isso, que o sistema de atenuação de ruído eletrônico não atuou nos
microfones, principalmente no microfone do passageiro, que fica posicionado atrás do piloto,
sem a proteção do para-brisa.
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7.1.1- Análise dos dados do voo
Os fones que foram utilizados no teste em voo são homologados pela FAA e ANAC,
portanto eles têm qualidade indiscutível para operarem em aeronaves com cabine fechada –
como são normalmente os aviões. Mas, eles não foram eficientes no voo de ultraleve. O
sistema ANR aumenta a eficiência do abafador auricular, que abafa o ruído ambiente
(CAMASTRA, 2008; HANSEN, 2013), mas ele não atuou nos microfones do piloto e do
passageiro. Os ventos que incidem sobre os microfones produzem ruídos que são
amplificados pelo intercomunicador do ultraleve e pelo rádio VHF.
Dessa forma pôde-se concluir que os headsets aeronáuticos utilizados no teste em voo
não são ideais para aeronave com cabine aberta, quando o vento incide sobre os microfones.
7.2 - Estudo sobre microfone de headset aeronáutico
Após a realização do teste em voo, iniciou-se um estudo para definir especificações
técnicas mais adequadas para um headset de ultraleve, começando por uma análise do
microfone, que se mostrou muito sensível ao vento. Na tabela 2, vê-se que o headset H10-20
utiliza um microfone de eletreto amplificado e ele é o menos sensível dos três apresentados
naquela tabela. A figura 7 mostra um microfone desses. Nas inscrições que estão nele, vê-se
que o microfone é certificado pela TSO 58a, que define os parâmetros mínimos para
microfones aeronáuticos (FAA, 2014).
Figura 7 – Microfone M7, utilizado em headsets aeronáuticos.
Fonte: My Pilot Store < http://www.mypilotstore.com/mypilotstore/sep/6265 > Accessed 25 oct. 2014.
Outro detalhe que é possível ver na figura 7, observando o invólucro onde está o
microfone, é que há espaço para um circuito amplificador de áudio, porque o microfone
propriamente dito ocupa apenas a parte do lado direito da figura, onde há um orifício circular.
A sensibilidade desses microfones é dada em decibéis, que se referem, neste caso, ao
nível de pressão sonora SPL, do inglês: Sound Pressure Level e determina o grau de potência
de uma onda sonora (HALLIDAY, 2008).
Halliday (2008, p. 137), explica que “o som é uma onda mecânica que se propaga
através de um meio material”. O microfone é um transdutor, que transforma a onda mecânica