Os novos desenvolvimentos concentraram-se no emprego de mancais secos autolubrificantes, de rótulas elastoméricas, de barras flexíveis e de amortecedores visco-elásticos, conforme descrito a seguir:

1. Mancal Seco Autolubrificante

O mancal seco autolubrificante é utilizado nos projetos de cabeças de rotores modernos para substituir os rolamentos mecânicos, eliminando completamente a necessidade constante de lubrificação.

São buchas antifricção, feitas em materiais tal como o teflon que suporta pressões elevadas e possui baixo coeficiente de atrito.

São utilizados principalmente nas articulações que possuem baixa velocidade linear de deslocamento, como as articulações de arrasto que possuem pequena amplitude de movimento, como é o caso da cabeça de rotor do helicóptero Gazelle, ou em articulações de passo que forem projetadas com pequeno diâmetro.

2. Rótula Elastomérica

Um bloco de elastômero,, ao ser submetido a uma carga de compressão e de cisalhamento, tem tendência a se tornar instável, perdendo o paralelelismo das faces (figura 1-19 (a)).

Mas ao se construir um sanduíche de lâminas metálicas intercaladas por finas camadas de elastômero, as propriedades de deformação em cisalhamento do bloco permanecem inalteradas, melhorando a capacidade de suportar cargas elevadas em compressão e em cisalhamento (figura 1-19 (b)).

A rótula elastomérica, também chamada de mancal esférico laminado, utiliza o princípio físico desses mancais lamificados, e foi especialmente projetada para ser utilizada nos projetos de cabeças de rotores modernos, com a finalidade de substituir os rolamentos mecânicos (figura 1-19 (c)).

Ela é formada por calotas esféricas em aço montadas umas sobre as outras e intercaladas por camadas de elastômero, fazendo uma montagem do tipo sanduíche.

Nota 1: O elastômero é uma borracha com características especiais de elasticidade em cisalhamento e de rigidez em compressão, e com capacidade para manter estes parâmetros constantes e invariáveis com a temperatura, pressão ambiente e umidade.

(a) Bloco de elastômero homogêneo - Instabilidade Geométrica

(b) Bloco laminado metal/elastômero - Estabilidade Geométrica

A carga de trabalho e os custos de manutenção da cabeça foram também reduzidos com a introdução da rótula elastomérica, porque este tipo de peça passou a permitir que a inspeção visual da sua aparência externa no pré-vôo fosse suficiente para avaliar o seu estado geral, deixando portanto de ser substituída apenas pelo critério tempo de uso.

Uma excelente característica dessa peça é que, mesmo submetida às elevadas cargas oscilatórias, a sua vida em fadiga é muito elevada e por trabalhar em compressão, a sua falha não é catastrófica, pois tem a tendência de esmagar o elastômero contra as conchas metálicas.

Além de permitir os movimentos de batimento, de avanço e recuo e de passo, a rótula é rígida em compressão, ou seja, o raio do seu centro de articulação não se altera mesmo quando estiver sendo submetida aos elevados esforços centrífugos.

1. Barra Flexível

A barra flexível também é utilizada nos projetos de cabeças de rotores modernos para substituir os rolamentos, criando articulações virtuais de batimento, de avanço e recuo e de passo.

A figura 1-20 apresenta um exemplo de uma barra flexível que, ao flexionar, cria uma excentricidade equivalente de batimento. Esta articulação virtual tem o mesmo comportamento dinâmico de um rotor com articulação mecânica convencional, como se houvesse uma mola de elasticidade K restringindo os seus movimentos.

Nota 2: Para avaliar o estado geral de uma peça metálica, uma simples inspeção externa não é suficiente. São necessários dispendiosos exames com raio X e/ou líquido penetrante, além da análise de especialistas.

Figura 1-20 Articulações Virtuais em Barras Flexíveis (flexible beam)

Considerando que os movimentos são oscilatórios e os esforços são muito elevados, a peça flexível deve ser construída com um material que tenha boa vida em fadiga.

O material composto fibra de vidro-resina e o metal titânio são aqueles que possuem as melhores características de vida em fadiga. A cabeça de rotor do helicóptero Esquilo possui braços flexíveis em fibra de vidro e o helicóptero Lynx possui braços flexíveis em titânio.

Além disto, as barras flexíveis não devem se deformar em tração nem alterar significativamente o raio de curvatura na região da articulação virtual, em todas as condições de variação de peso, de fator de carga e de aplicação de potência.

1. Amortecedores Visco-elástico.

O amortecedor visco-elástico, também chamado de adaptador de freqüência, é um sistema que utiliza as propriedades elásticas e de histerese de uma borracha especial à base de silicone para substituir os amortecedores hidráulicos tradicionais (figura 1-21).

O amortecedor hidráulico tradicional, ao ser ligado a um sistema (pá que avança e recua, trem de pouso ou suspensão de automóveis) que está oscilando, tem a capacidade de retirar energia do movimento oscilatório, reduzindo a sua amplitude, porque o fluido hidráulico é obrigado a passar através de orifícios calibrados localizados no êmbulo, gerando atrito viscoso.

Quanto maior a velocidade do movimento oscilatório, maior será a perda de energia por atrito hidráulico através dos orifícios (figura 1-21 (a)).

O coeficiente de amortecimento C é um parâmetro característico de cada amortecedor e é a constante de proporcionalidade entre a força de amortecimento que se opõe ao deslocamento e à velocidade do movimento, ou seja, F_{amortecimento.} = - C * Velocidade.

(a) Amortecedor Hidráulico

 (b) Amortecedor Visco-elástico

Figura 1-21 Amortecedores Visco-elásticos

Quanto ao amortecedor visco-elástico, as camadas de elastômero trabalham em cisalhamento entre as partes rígidas que se movimentam uma em relação a outra, ao serem solicitadas pelos movimentos da articulação de avanço e recuo. O módulo de cisalhamento do elastômero fornece o efeito de mola K e a histerese interna do material o efeito de amortecimento C desejado (figura 1-21 (b)).

As vantagens em se usar amortecedores visco-elásticos são:

1. a simplificação e a facilidade em obter as características pouco dispersas e constantes com o tempo de uso;

2. as características de degradação progressiva e perfeitamente detectável por simples inspeção visual do elastômero; e

3. o uso em projeto do conceito de troca da peça em função do seu estado geral, abandonando-se o conceito de troca por tempo de vida independentemente do estado da peça.

Nota 3: O efeito de mola pode ser visualizado pela tendência do sistema, após ser solicitado em compressão ou tração, de retornar sempre ao ponto de repouso original.