El tren de aterrizaje es el tren de aterrizaje de una aeronave o nave espacial que se utiliza para el rodaje , el despegue o el aterrizaje . En el caso de las aeronaves, generalmente es necesario para las tres cosas. Algunos fabricantes, como Glenn L. Martin Company , también lo llamaban anteriormente tren de aterrizaje . En el caso de las aeronaves, Stinton [1] hace la distinción terminológica tren de aterrizaje (británico) = tren de aterrizaje (estadounidense) . [2]
En el caso de las aeronaves, el tren de aterrizaje sostiene la nave cuando no está volando, lo que le permite despegar, aterrizar y rodar sin sufrir daños. El tren de aterrizaje con ruedas es el más común, con esquís o flotadores necesarios para operar sobre nieve, hielo o agua y patines para la operación vertical en tierra. Los trenes de aterrizaje retráctiles se pliegan durante el vuelo, lo que reduce la resistencia y permite velocidades aéreas más rápidas . El tren de aterrizaje debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar la aeronave y su diseño afecta el peso, el equilibrio y el rendimiento. [3] A menudo consta de tres ruedas o juegos de ruedas, lo que da un efecto de trípode .
Se han evaluado experimentalmente algunos trenes de aterrizaje inusuales, entre ellos: sin tren de aterrizaje (para ahorrar peso), posible gracias a que el avión funciona desde una plataforma de catapulta y una plataforma de aterrizaje flexible; [4] con colchón de aire (para permitir el funcionamiento sobre una amplia gama de obstáculos terrestres y agua/nieve/hielo); [5] con orugas (para reducir la carga sobre la pista). [6]
En el caso de los vehículos de lanzamiento y los módulos de aterrizaje de naves espaciales , el tren de aterrizaje generalmente solo sostiene el vehículo durante el aterrizaje y el movimiento posterior en la superficie, y no se utiliza para el despegue.
Dada la variedad de diseños y aplicaciones, existen docenas de fabricantes especializados en trenes de aterrizaje. Los tres más importantes son Safran Landing Systems , Collins Aerospace (parte de Raytheon Technologies ) y Héroux-Devtek .
El tren de aterrizaje representa entre el 2,5 y el 5% del peso máximo de despegue (MTOW) y entre el 1,5 y el 1,75% del coste de la aeronave, pero el 20% del coste directo de mantenimiento del fuselaje . Una rueda adecuadamente diseñada puede soportar 30 t (66.000 lb), tolerar una velocidad terrestre de 300 km/h y recorrer una distancia de 500.000 km (310.000 mi); tiene un tiempo de 20.000 horas entre revisiones y una vida útil de 60.000 horas o 20 años. [7]
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Los trenes de rodaje con ruedas normalmente son de dos tipos:
La disposición de rueda de cola era común durante la era temprana de la hélice, ya que permite más espacio para la hélice. La mayoría de las aeronaves modernas tienen trenes de aterrizaje triciclo. Los trenes de aterrizaje con rueda de cola se consideran más difíciles de aterrizar y despegar (porque la disposición suele ser inestable , es decir, una pequeña desviación del recorrido en línea recta tenderá a aumentar en lugar de corregirse por sí sola), y generalmente requieren un entrenamiento especial del piloto. Se puede agregar una pequeña rueda de cola o un patín/parachoques a un tren de aterrizaje triciclo para evitar daños en la parte inferior del fuselaje si ocurre una rotación excesiva en el despegue que provoque un impacto de cola . Las aeronaves con protección contra impactos de cola incluyen el B-29 Superfortress , el Boeing 727 trijet y el Concorde . Algunas aeronaves con tren de aterrizaje convencional retráctil tienen una rueda de cola fija. Hoerner estimó la resistencia de la rueda de cola fija del Bf 109 y la comparó con la de otras protuberancias como la cabina del piloto. [9]
Una tercera disposición (conocida como tándem o bicicleta) tiene el tren de aterrizaje principal y el tren de aterrizaje delantero ubicados a proa y a popa del centro de gravedad (CG) debajo del fuselaje con estabilizadores en las alas. Esto se utiliza cuando no hay una ubicación conveniente a ambos lados del fuselaje para sujetar el tren de aterrizaje principal o para almacenarlo cuando está retraído. Los ejemplos incluyen el avión espía Lockheed U-2 y el avión de salto Harrier . El Boeing B-52 utiliza una disposición similar, excepto que los trenes de aterrizaje delantero y trasero tienen cada uno dos unidades de ruedas gemelas una al lado de la otra.
El tren de aterrizaje de un cuadriciclo es similar al de una bicicleta, pero con dos juegos de ruedas desplazadas lateralmente en las posiciones delantera y trasera. Raymer [10] clasifica el tren de aterrizaje del B-52 como cuadriciclo. El avión experimental Fairchild XC-120 Packplane tenía un tren de aterrizaje de cuadriciclo ubicado en las góndolas del motor para permitir un acceso sin restricciones debajo del fuselaje para colocar un contenedor de carga grande. [11]
Los helicópteros utilizan patines, pontones o ruedas según su tamaño y función.
Para reducir la resistencia aerodinámica durante el vuelo, los trenes de aterrizaje se retraen dentro de las alas o el fuselaje, con las ruedas alineadas con la superficie circundante o escondidas detrás de puertas empotradas; esto se denomina tren de aterrizaje retráctil. Si las ruedas no se retraen completamente, sino que sobresalen parcialmente expuestas a la corriente de aire, se denomina tren de aterrizaje semirretráctil.
La mayoría de los trenes retráctiles funcionan de forma hidráulica, aunque algunos funcionan de forma eléctrica o incluso manual en aeronaves muy ligeras. El tren de aterrizaje se guarda en un compartimento llamado hueco para rueda.
Los pilotos que confirman que su tren de aterrizaje está abajo y bloqueado se refieren a "tres verdes" o "tres en el verde", una referencia a las luces indicadoras eléctricas (o paneles pintados de unidades indicadoras mecánicas) de la rueda de morro/rueda de cola y los dos trenes principales. Las luces verdes intermitentes o las luces rojas indican que el tren está en tránsito y no arriba y bloqueado ni abajo y bloqueado. Cuando el tren está completamente recogido con los bloqueos hacia arriba asegurados, las luces a menudo se apagan para seguir la filosofía de la cabina oscura; algunos aviones tienen luces indicadoras de tren arriba. [12]
Se utilizan sistemas redundantes para operar el tren de aterrizaje y también se pueden proporcionar patas redundantes del tren principal para que el avión pueda aterrizar de manera satisfactoria en una variedad de escenarios de falla. El Boeing 747 fue equipado con cuatro sistemas hidráulicos separados e independientes (cuando los aviones de pasajeros anteriores tenían dos) y cuatro postes del tren de aterrizaje principal (cuando los aviones de pasajeros anteriores tenían dos). El aterrizaje seguro sería posible si se arrancaran dos patas del tren principal siempre que estuvieran en lados opuestos del fuselaje. [13] En el caso de un corte de energía en un avión ligero, siempre está disponible un sistema de extensión de emergencia. Este puede ser una manivela o bomba operada manualmente, o un mecanismo mecánico de caída libre que desacopla los bloqueos y permite que el tren de aterrizaje caiga por gravedad.
El tren de aterrizaje de una aeronave incluye ruedas equipadas con amortiguadores sólidos en aviones ligeros y puntales de aire/aceite oleodinámico en aeronaves más grandes.
A medida que el peso de los aviones ha aumentado, se han añadido más ruedas y el grosor de la pista ha aumentado para mantenerse dentro del límite de carga de la pista. El Zeppelin-Staaken R.VI , un gran bombardero alemán de largo alcance de la Primera Guerra Mundial de 1916, utilizó dieciocho ruedas para su tren de aterrizaje, divididas entre dos ruedas en los puntales del tren de aterrizaje delantero y dieciséis ruedas en sus unidades de tren de aterrizaje principales, divididas en cuatro cuartetos uno al lado del otro cada uno, dos cuartetos de ruedas por lado, debajo de cada góndola de motor tándem, para soportar su peso cargado de casi 12 t (26.000 lb).
Las primeras "ruedas en tándem" en un avión (particularmente en los aviones de carga , montadas en los lados inferiores del fuselaje como unidades de engranaje principal retráctiles en los diseños modernos) se vieron durante la Segunda Guerra Mundial, en el avión de carga experimental alemán Arado Ar 232 , que usaba una fila de once juegos de ruedas fijas "gemelas" directamente debajo de la línea central del fuselaje para manejar cargas más pesadas mientras estaban en tierra. [14] Muchos de los grandes aviones de carga actuales usan esta disposición para sus configuraciones de tren de aterrizaje principal retráctil, generalmente montados en las esquinas inferiores de la estructura central del fuselaje.
El prototipo Convair XB-36 tenía la mayor parte de su peso sobre dos ruedas principales, lo que requería pistas de al menos 56 cm de espesor. Los aviones de producción usaban dos bogies de cuatro ruedas, lo que permitía al avión utilizar cualquier aeródromo adecuado para un B-29. [15]
Un jet de negocios relativamente ligero , el JetStar de Lockheed , con cuatro ruedas que soportaban 20 t (44 000 lb), necesitaba un pavimento de asfalto flexible de 25 cm (10 in) de espesor. El Boeing 727 -200 de 95 t (210 000 lb) con cuatro neumáticos en dos patas y tren de aterrizaje principal requería un pavimento de 51 cm (20 in) de espesor. El espesor aumentó a 64 cm (25 in) para un McDonnell Douglas DC-10 -10 con 201 t (443 000 lb) soportado en ocho ruedas sobre dos patas. El DC-10-30/40, más pesado, de 253 t (558 000 lb), podía operar sobre pavimentos del mismo espesor con una tercera pata principal para diez ruedas, como el primer Boeing 747 -100, que pesaba 320 t (700 000 lb) sobre cuatro patas y 16 ruedas. El Lockheed C-5 , de peso similar y 24 ruedas, necesita un pavimento de 18 pulgadas (46 cm). [16]
La unidad de ruedas gemelas en la línea central del fuselaje del McDonnell Douglas DC-10 -30/40 se mantuvo en el avión de pasajeros MD-11 y la misma configuración se utilizó en el Airbus A340 -200/300 inicial de 275 t (606.000 lb), que evolucionó en un bogie de tren de aterrizaje de cuatro ruedas completo para el Airbus A340-500/-600 más pesado de 380 t (840.000 lb). [17] [18] El Boeing 777 de hasta 775.000 lb (352 t) tiene doce ruedas principales en dos bogies de tres ejes, como el posterior Airbus A350 .
El Airbus A380 de 575 t (1.268.000 lb) tiene un bogie de cuatro ruedas debajo de cada ala con dos juegos de bogies de seis ruedas debajo del fuselaje. [19] El Antonov An-225 de 640 t (1.410.000 lb) , el avión de carga más grande, tenía 4 ruedas en las unidades de tren de aterrizaje de morro de doble puntal como el Antonov An-124 más pequeño , y 28 ruedas de tren de aterrizaje principal. [20]
El A321neo de 97 t (214.000 lb) tiene un tren de aterrizaje principal de dos ruedas inflado a 15,7 bar (228 psi), [21] mientras que el A350 -900 de 280 t (620.000 lb) tiene un tren de aterrizaje principal de cuatro ruedas inflado a 17,1 bar (248 psi). [22]
Los aviones STOL tienen un requisito de mayor tasa de caída si se debe adoptar una técnica de aterrizaje sin aterrizaje de tipo portaaviones para reducir la dispersión en el contacto. Por ejemplo, el Saab 37 Viggen , con un tren de aterrizaje diseñado para un impacto de 5 m/s, podría utilizar un aterrizaje de tipo portaaviones y un HUD para reducir su dispersión de 300 m a 100 m. [23]
El De Havilland Canada DHC-4 Caribou utilizó patas de carrera larga para aterrizar desde una aproximación pronunciada sin flotación. [24]
Un hidroavión tiene un fuselaje inferior con la forma del casco de un barco, lo que le da flotabilidad. Para lograr estabilidad, se le añaden flotadores montados en las alas o sponsons cortos con forma de ala . Los sponsons se fijan a los lados inferiores del fuselaje.
Un hidroavión tiene dos o tres flotadores aerodinámicos. Los flotadores anfibios tienen ruedas retráctiles para operar en tierra.
Un avión anfibio o anfibio generalmente tiene dos trenes de aterrizaje distintos, es decir, un casco/flotadores de "barco" y ruedas retráctiles, que le permiten operar desde tierra o desde el agua.
El tren de aterrizaje de varada es un tren de aterrizaje con ruedas desmontable que permite maniobrar en tierra un hidroavión o hidroavión no anfibio. Se utiliza para el mantenimiento y el almacenamiento de aeronaves y se transporta en la aeronave o se guarda en una rampa de varada. El tren de aterrizaje de varada puede consistir en ruedas individuales desmontables o en una cuna que soporta toda la aeronave. En el primer caso, el tren de aterrizaje de varada se fija o se desmonta manualmente con la aeronave en el agua; en el segundo caso, la aeronave se maniobra hasta la cuna.
Los helicópteros pueden aterrizar en el agua utilizando flotadores o un casco y flotadores.
Para el despegue se requiere un escalón y un fondo de planeo para elevarse desde la posición flotante hasta el planeo en la superficie. Para el aterrizaje se requiere una acción de hendidura para reducir el impacto con la superficie del agua. Un fondo en V parte el agua y las quillas desvían la pulverización para evitar que dañe las partes vulnerables de la aeronave. Puede ser necesario un control adicional de la pulverización utilizando tiras de pulverización o canaletas invertidas. Se agrega un escalón al casco, justo detrás del centro de gravedad, para evitar que el agua se adhiera a la popa de modo que la aeronave pueda acelerar a la velocidad de vuelo. El escalón permite que el aire, conocido como aire de ventilación, rompa la succión de agua en la popa. [25] Se utilizaron dos escalones en el Kawanishi H8K . [26] Un escalón aumenta la resistencia en vuelo. La contribución de la resistencia del escalón se puede reducir con un carenado. Se introdujo un escalón carenado en el Short Sunderland III. [27]
Un objetivo de los diseñadores de hidroaviones era el desarrollo de un hidroavión en mar abierto capaz de operar rutinariamente en aguas muy agitadas. Esto condujo a cambios en la configuración del casco del hidroavión. Los cascos de alta relación longitud/manga y los cuerpos posteriores extendidos mejoraron las capacidades en aguas agitadas. [28] Un casco mucho más largo que su ancho también redujo la resistencia en vuelo. [29] Un desarrollo experimental del Martin Marlin , el Martin M-270, se probó con un nuevo casco con una mayor relación longitud/manga de 15 obtenida agregando 6 pies tanto al morro como a la cola. [29] La capacidad en mar agitado se puede mejorar con velocidades de despegue y aterrizaje más bajas porque se reducen los impactos con las olas. El Shin Meiwa US-1A es un anfibio STOL con flaps soplados y todas las superficies de control. La capacidad de aterrizar y despegar a velocidades relativamente bajas de aproximadamente 45 nudos y las características hidrodinámicas del casco, la gran relación longitud/manga [30] y el canalón de rociado invertido, por ejemplo, permiten la operación en alturas de ola de 15 pies. [31] Las canaletas invertidas dirigen el chorro de agua hacia la parte trasera de los discos de la hélice. [32]
Las maniobras a baja velocidad son necesarias entre rampas y boyas y áreas de despegue y aterrizaje. Los timones de agua se utilizan en hidroaviones que varían en tamaño desde el Republic RC-3 Seabee hasta el Beriev A-40 [33]. Los hidroflaps se utilizaron en el Martin Marlin [34] y el Martin SeaMaster . Los hidroflaps, sumergidos en la parte trasera de la popa, actúan como un freno de velocidad o diferencialmente como un timón. Se ha utilizado una aleta fija, conocida como quilla , para la estabilidad direccional. Se agregó una quilla al segundo escalón en el casco del hidroavión Kawanishi H8K . [35]
Los impactos a alta velocidad en aguas turbulentas entre el casco y los flancos de las olas se pueden reducir utilizando hidroesquís que mantienen el casco fuera del agua a velocidades más altas. Los hidroesquís reemplazan la necesidad de un casco de barco y solo requieren un fuselaje simple que planea en la parte trasera. Alternativamente, se pueden usar esquís con ruedas para aeronaves terrestres que comienzan y terminan su vuelo desde una playa o barcaza flotante. Los hidroesquís con ruedas se demostraron como una conversión de tren de aterrizaje multipropósito del Fairchild C-123 , conocido como el Panto-base [36] Stroukoff YC-134 . Un hidroavión diseñado desde el principio con hidroesquís fue el prototipo de caza Convair F2Y Sea Dart . Los esquís incorporaron pequeñas ruedas, con una tercera rueda en el fuselaje, para el manejo en tierra.
En la década de 1950, los hidroesquís se concibieron como una ayuda para el amerizaje de grandes aviones con motor de pistón. [37] Las pruebas de tanques de agua realizadas utilizando modelos del Lockheed Constellation , Douglas DC-4 y Lockheed Neptune concluyeron que las posibilidades de supervivencia y rescate mejorarían enormemente si se evitaran los daños críticos asociados con el amerizaje. [38]
El tren de aterrizaje de los aviones de ala fija que aterrizan en portaaviones tiene un requisito de velocidad de descenso más alto porque los aviones vuelan sobre la cubierta sin un enderezamiento de aterrizaje . Otras características están relacionadas con los requisitos de despegue por catapulta para aviones específicos. Por ejemplo, el Blackburn Buccaneer fue bajado sobre su patín de cola para establecer la actitud requerida de morro arriba. El McDonnell Douglas F-4 Phantom II naval en servicio en el Reino Unido necesitaba una pata de rueda de morro extensible para establecer la actitud del ala en el despegue. [39]
El tren de aterrizaje de un avión que utiliza un trampolín para despegar está sometido a cargas de 0,5 g que también duran mucho más que un impacto al aterrizar. [40]
Los helicópteros pueden tener un arpón de bloqueo de cubierta para anclarlos a la cubierta. [41]
Algunas aeronaves requieren utilizar el tren de aterrizaje como freno aerodinámico.
El montaje flexible de los bogies del tren de aterrizaje principal en posición plegada en el Tupolev Tu-22 R elevó la velocidad de vibración del avión a 550 nudos (1.020 km/h). Los bogies oscilaban dentro de la góndola bajo el control de amortiguadores y resortes como dispositivo antivibración. [42]
Algunas aeronaves experimentales han utilizado el tren de aterrizaje de aeronaves existentes para reducir los costos del programa. El fuselaje sustentador del Martin-Marietta X-24 utilizó el tren de aterrizaje delantero/principal del North American T-39/ Northrop T-38 y el Grumman X-29 del Northrop F-5 / General Dynamics F-16 . [43]
Cuando un avión necesita aterrizar en superficies cubiertas de nieve, el tren de aterrizaje generalmente está formado por esquís o por una combinación de ruedas y esquís.
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Algunas aeronaves utilizan ruedas para despegar y las desechan en el aire para mejorar la aerodinámica sin la complejidad, el peso y los requisitos de espacio de un mecanismo de retracción. Las ruedas a veces se montan sobre ejes que forman parte de un chasis "dolly" (solo para ruedas principales) o "trolley" (para un conjunto de tres ruedas con rueda delantera) independiente. El aterrizaje se realiza sobre patines o dispositivos simples similares (fijos o retráctiles). El SNCASE Baroudeur utilizó esta disposición.
Entre los ejemplos históricos se incluyen el caza cohete Messerschmitt Me 163 Komet , que utilizaba un carro de transporte [44], el planeador de tropas Messerschmitt Me 321 Gigant y los primeros ocho prototipos que utilizaban un carro de transporte [45] del bombardero de reconocimiento a reacción Arado Ar 234. La principal desventaja de utilizar el sistema de carro de transporte de despegue y patines de aterrizaje en los aviones alemanes de la Segunda Guerra Mundial (pensado para un número considerable de diseños de aviones militares alemanes propulsados por cohetes y reactores de finales de la guerra) era que los aviones probablemente quedarían dispersos por todo un aeródromo militar después de haber aterrizado de una misión y no podrían desplazarse por sí solos hasta un lugar de "dispersión" adecuadamente escondido, lo que fácilmente podría dejarlos vulnerables a ser alcanzados por los cazas aliados atacantes . Un ejemplo contemporáneo relacionado son las ruedas de apoyo de las puntas de las alas ("pogos") del avión de reconocimiento Lockheed U-2 , que se desploman después del despegue y caen a tierra; El avión luego se apoya en patines de titanio en las puntas de las alas para aterrizar. [ cita requerida ]
Algunos puntales del tren de aterrizaje principal de los aviones de la Segunda Guerra Mundial, para permitir que un tren principal de una sola pata almacenara de manera más eficiente la rueda dentro del ala o de la góndola del motor, giraban el puntal del tren de aterrizaje único en un ángulo de 90° durante la secuencia de retracción hacia atrás para permitir que la rueda principal descansara "plana" sobre el extremo inferior del puntal del tren de aterrizaje principal, o al ras dentro del ala o de las góndolas del motor, cuando estaba completamente retraída. Algunos ejemplos son el Curtiss P-40 , el Vought F4U Corsair , el Grumman F6F Hellcat , el Messerschmitt Me 210 y el Junkers Ju 88. La familia Aero Commander de aviones comerciales bimotores también comparte esta característica en los trenes principales, que se retraen hacia atrás en los extremos de las góndolas del motor . El puntal del tren de morro retráctil hacia atrás del Heinkel He 219 [46] y el puntal del tren de morro retráctil hacia adelante del posterior Cessna Skymaster giraban de manera similar 90 grados mientras se retraían. [ cita requerida ]
En la mayoría de los aviones de combate monomotor de la Segunda Guerra Mundial (e incluso en un diseño de bombardero pesado alemán ) con tren de aterrizaje principal retráctil lateral, el tren principal que se retraía hacia las alas se inclinaba hacia adelante en la posición "abajo" para un mejor manejo en tierra, con una posición retraída que colocaba las ruedas principales a cierta distancia hacia atrás de su posición cuando se bajaba el fuselaje; esto condujo a una geometría angular compleja para configurar los ángulos de "pinza" en los extremos superiores de los puntales para el eje de rotación del mecanismo de retracción. con algunos aviones, como el P-47 Thunderbolt y el Grumman Bearcat , incluso exigiendo que los puntales del tren de aterrizaje principal se alargaran a medida que se extendían para dar suficiente espacio libre al suelo para sus grandes hélices de cuatro palas. Una excepción a la necesidad de esta complejidad en muchos aviones de combate de la Segunda Guerra Mundial fue el famoso caza Zero de Japón , cuyo tren de aterrizaje principal permanecía en un ángulo perpendicular a la línea central del avión cuando se extendía, como se ve desde un lado.
Las ruedas principales del Vought F7U Cutlass podían moverse 20 pulgadas entre una posición hacia adelante y otra hacia atrás. La posición hacia adelante se usaba para el despegue para dar un brazo de palanca más largo para el control del cabeceo y una mayor actitud de morro arriba. La posición hacia atrás se usaba para reducir el rebote en el aterrizaje y reducir el riesgo de vuelco durante el manejo en tierra. [47]
El diseño en tándem o en bicicleta se utiliza en el Hawker Siddeley Harrier, que tiene dos ruedas principales detrás de una única rueda delantera bajo el fuselaje y una rueda más pequeña cerca de la punta de cada ala. En los Harriers de segunda generación, el ala se extiende más allá de las ruedas de los estabilizadores para permitir que se transporten mayores cargas de munición montadas en el ala, o para permitir que se atornillen extensiones de la punta del ala para vuelos de transbordo. [48]
Martin evaluó un diseño en tándem utilizando un Martin B-26 Marauder especialmente modificado (el XB-26H) para evaluar su uso en el primer bombardero a reacción de Martin, el Martin XB-48 . Esta configuración resultó tan maniobrable que también fue seleccionada para el B-47 Stratojet . [49] También se utilizó en el U-2, Myasishchev M-4 , Yakovlev Yak-25 , Yak-28 y Sud Aviation Vautour . Una variación del diseño multitándem también se utiliza en el B-52 Stratofortress que tiene cuatro bogies de ruedas principales (dos hacia adelante y dos hacia atrás) debajo del fuselaje y una pequeña rueda estabilizadora que sostiene cada punta de ala. El tren de aterrizaje del B-52 también es único en el sentido de que los cuatro pares de ruedas principales se pueden dirigir. Esto permite que el tren de aterrizaje se alinee con la pista y, por lo tanto, facilita los aterrizajes con viento cruzado (utilizando una técnica llamada aterrizaje de cangrejo ). Como los aviones en tándem no pueden girar para despegar, el tren de aterrizaje delantero debe ser lo suficientemente largo para dar a las alas el ángulo de ataque correcto durante el despegue. Durante el aterrizaje, el tren de aterrizaje delantero no debe tocar la pista primero, de lo contrario el tren de aterrizaje trasero se estrellará y puede hacer que el avión rebote y vuelva a elevarse en el aire. [50]
Un tren de aterrizaje muy antiguo que incorporaba ruedas para aterrizajes con viento cruzado fue el primero en el diseño Bleriot VIII de 1908. Más tarde se utilizó en el mucho más famoso avión que cruzaba el Canal de la Mancha, el Blériot XI de 1909, y también se copió en los primeros ejemplos del Etrich Taube . En esta disposición, la absorción de impactos del tren de aterrizaje principal era asumida por un miembro superior con resortes de cuerda elástica que se deslizaba verticalmente. El poste vertical a lo largo del cual se deslizaba el miembro superior para absorber los impactos del aterrizaje también tenía su extremo inferior como punto de rotación para el extremo delantero de la horquilla de suspensión de la rueda principal, lo que permitía que el tren principal pivotara en aterrizajes con viento cruzado moderado. [ cita requerida ]
Las unidades de tren de aterrizaje principal del B-52, que se ajustan manualmente, se pueden configurar para despegues con viento cruzado. Rara vez se deben utilizar en aeródromos designados por el SAC que tienen pistas principales en la dirección predominante del viento más fuerte. [51] El Lockheed C-5 Galaxy tiene unidades principales giratorias de 6 ruedas para aterrizajes con viento cruzado y unidades traseras giratorias para evitar el roce de los neumáticos en curvas cerradas. [52]
Tanto el tren de aterrizaje delantero como el tren de aterrizaje principal montado en las alas del avión de carga/transporte alemán Arado Ar 232 de la Segunda Guerra Mundial fueron diseñados para arrodillarse. Esto facilitó la carga y descarga de mercancías y mejoró el rodaje sobre zanjas y terreno blando. [53]
Algunos de los primeros aviones de combate de la Armada de los EE. UU. estaban equipados con un tren de aterrizaje delantero "de rodillas" que consistía en pequeñas ruedas auxiliares orientables sobre montantes cortos situados delante del tren de aterrizaje delantero principal, lo que permitía al avión rodar con la cola alta con el tren de aterrizaje delantero principal retraído. Esta característica tenía por objeto mejorar la seguridad a bordo de los portaaviones redirigiendo el chorro de gases de escape calientes hacia arriba y reducir los requisitos de espacio en el hangar al permitir que el avión aparcara con el morro debajo de la cola de un avión equipado de forma similar. El tren de aterrizaje de rodillas se utilizó en el North American FJ-1 Fury [54] y en las primeras versiones del McDonnell F2H Banshee , pero se descubrió que era de poca utilidad operativa y se omitió en los cazas posteriores de la Armada. [55]
La rueda delantera del Lockheed C-5 [56] se retrae parcialmente contra un parachoques para facilitar la carga y descarga de mercancías mediante rampas a través del morro del fuselaje delantero, articulado y "inclinable" mientras está parado en tierra. El avión también se inclina hacia atrás [57] . Las unidades principales de ruedas gemelas Messier instaladas en el Transall y otros aviones de carga pueden inclinarse hacia adelante o hacia atrás según sea necesario [58] .
El helicóptero Boeing AH-64 Apache puede arrodillarse para caber dentro de la bodega de carga de un avión de transporte y para almacenamiento. [59]
El tren de aterrizaje de los aviones incluye dispositivos para evitar que el fuselaje entre en contacto con el suelo inclinándose hacia atrás cuando se carga el avión. Algunos aviones comerciales han utilizado hélices de cola cuando están estacionados en la puerta de embarque. [60] El Douglas C-54 tenía una ubicación crítica del centro de gravedad que requería un puntal de asistencia en tierra. [61] El Lockheed C-130 y el Boeing C-17 Globemaster III utilizan soportes de rampa. [62]
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El centro de gravedad sin carga del Ilyushin IL-62 con motor trasero se encuentra detrás del tren de aterrizaje principal debido a decisiones de diseño derivadas de los esfuerzos por reducir el peso total, la complejidad de los sistemas y la resistencia; para evitar que el fuselaje se incline hacia atrás cuando está descargado, el avión tiene un puntal de cola vertical totalmente retráctil único con ruedas giratorias para permitir el remolque o el empuje hacia atrás . El puntal no está diseñado para el rodaje o el vuelo, cuando el peso de la tripulación, los pasajeros, la carga y el combustible proporcionan el equilibrio necesario entre la parte delantera y la trasera. [63]
Para minimizar la resistencia, los planeadores modernos suelen tener una sola rueda, retráctil o fija, centrada bajo el fuselaje, lo que se conoce como tren de aterrizaje monorrueda o tren de aterrizaje monorrueda . El tren de aterrizaje monorrueda también se utiliza en algunos aviones a motor, donde la reducción de la resistencia es una prioridad, como el Europa Classic . Al igual que el caza cohete Me 163, algunos planeadores de antes de la Segunda Guerra Mundial usaban un carro de despegue que se desechaba en el despegue; estos planeadores luego aterrizaban sobre un patín fijo. [64] Esta configuración se acompaña necesariamente de un patín de cola.
Los helicópteros ligeros utilizan patines de aterrizaje sencillos para ahorrar peso y costes. Los patines pueden tener puntos de sujeción para ruedas, de modo que se puedan mover distancias cortas en tierra. Los patines son poco prácticos para helicópteros que pesan más de cuatro toneladas. Algunas máquinas de alta velocidad tienen ruedas retráctiles, pero la mayoría utilizan ruedas fijas por su robustez y para evitar la necesidad de un mecanismo de retracción. [65]
Los aviones experimentales con tren de aterrizaje de cola utilizan un tren de aterrizaje ubicado en la cola para la operación VTOL .
Para los aviones ligeros, un tipo de tren de aterrizaje que resulta económico de producir es un simple arco de madera laminada de fresno, como el que se utiliza en algunos aviones de fabricación casera. Un tren de aterrizaje arqueado similar se suele fabricar con acero para muelles. El Cessna Airmaster fue uno de los primeros aviones en utilizar un tren de aterrizaje de acero para muelles. La principal ventaja de este tipo de tren de aterrizaje es que no se necesita ningún otro dispositivo de absorción de impactos; la lámina deflectora proporciona la absorción de impactos. [ cita requerida ]
El limitado espacio disponible para guardar el tren de aterrizaje ha dado lugar a muchos mecanismos de retracción complejos, cada uno exclusivo de un avión en particular. Un ejemplo temprano, el ganador del concurso de diseño de aviones de combate alemán Bomber B , el Junkers Ju 288 , tenía un tren de aterrizaje principal "plegable" complejo como ningún otro avión diseñado por los bandos del Eje o de los Aliados en la guerra: su único puntal oleodinámico estaba unido únicamente al extremo inferior de sus puntales de retracción principal en forma de Y, manejando las ruedas gemelas del tren principal, y plegándose girando hacia abajo y hacia atrás durante la retracción [66] para "plegar" la longitud del tren principal para acortarlo para guardarlo en la góndola del motor en la que estaba montado. [67] Sin embargo, el diseño de un solo punto de pivote también dio lugar a numerosos incidentes de unidades de tren principal colapsadas para sus fuselajes prototipo.
Se puede obtener una mayor superficie de contacto con ruedas muy grandes, muchas ruedas más pequeñas o con tren de aterrizaje de orugas. El tren de aterrizaje de orugas fabricado por Dowty se instaló en un Westland Lysander en 1938 para pruebas de rodaje, luego en un Fairchild Cornell y un Douglas Boston . [68] Bonmartini, en Italia, instaló tren de aterrizaje de orugas en un Piper Cub en 1951. [69] El tren de aterrizaje de orugas también se probó utilizando un C-47, C-82 y B-50. Se puso a disposición un avión mucho más pesado, un XB-36, para pruebas posteriores, aunque no había intención de utilizarlo en aviones de producción. La tensión en la pista se redujo a un tercio de la del bogie de cuatro ruedas del B-36. [70] [71]
El transporte en tierra es un concepto a largo plazo (después de 2030) de volar sin tren de aterrizaje. Es una de las muchas tecnologías de aviación que se están proponiendo para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. [72] Dejar el tren de aterrizaje en el suelo reduce el peso y la resistencia. Dejarlo atrás después del despegue se hizo por una razón diferente, es decir, con objetivos militares, durante la Segunda Guerra Mundial utilizando los sistemas de "dolly" y "trolley" del caza cohete alemán Me 163 B y el prototipo de bombardero de reconocimiento a reacción Arado Ar 234 A.
Existen varios tipos de dirección. Los aviones con rueda de cola pueden ser gobernados únicamente por el timón (dependiendo de la estela de la hélice producida por el avión para girarlo) con una rueda de cola que pivota libremente, o por un varillaje de dirección con la rueda de cola, o por frenado diferencial (el uso de frenos independientes en lados opuestos del avión para girar el avión al reducir la velocidad de un lado más bruscamente que el otro). Los aviones con tren de aterrizaje triciclo generalmente tienen un varillaje de dirección con la rueda de morro (especialmente en aviones grandes), pero algunos permiten que la rueda de morro pivote libremente y usan el frenado diferencial y/o el timón para dirigir el avión, como el Cirrus SR22 .
Algunas aeronaves requieren que el piloto utilice pedales de dirección; otras permiten utilizar el yugo o la palanca de control. Algunas permiten ambas cosas. Otras tienen un control independiente, llamado timón , que se utiliza exclusivamente para dirigir en tierra. [ cita requerida ]
Cuando se gobierna un avión en tierra utilizando exclusivamente el timón, se necesita un flujo de aire sustancial que pase por el timón, que puede generarse ya sea por el movimiento hacia adelante del avión o por la estela de la hélice. El timón requiere mucha práctica para utilizarlo de manera efectiva. Aunque necesita un flujo de aire que pase por el timón, tiene la ventaja de no necesitar fricción con el suelo, lo que lo hace útil para aviones sobre el agua, la nieve o el hielo. [ cita requerida ]
Algunas aeronaves conectan el yugo, la palanca de control o el timón directamente al volante utilizado para la dirección. Al manipular estos controles se hace girar el volante (la rueda de morro en el caso del tren de aterrizaje triciclo y la rueda de cola en el caso de los aviones con rueda de cola). La conexión puede ser firme, en la que cualquier movimiento de los controles hace girar el volante (y viceversa), o puede ser blanda, en la que un mecanismo similar a un resorte hace girar el volante pero no lo obliga a girar. La primera proporciona una dirección positiva, pero hace que sea más fácil derrapar el volante; la segunda proporciona una dirección más suave (lo que facilita el exceso de control), pero reduce la probabilidad de derrapar. Las aeronaves con tren de aterrizaje retráctil pueden desactivar el mecanismo de dirección total o parcialmente cuando el tren de aterrizaje está retraído. [ cita requerida ]
El frenado diferencial depende de la aplicación asimétrica de los frenos en las ruedas del tren de aterrizaje principal para hacer girar el avión. Para ello, el avión debe estar equipado con controles separados para los frenos derecho e izquierdo (normalmente en los pedales del timón). La rueda delantera o de cola normalmente no está equipada con frenos. El frenado diferencial requiere una habilidad considerable. En aviones con varios métodos de dirección que incluyen el frenado diferencial, se puede evitar el frenado diferencial debido al desgaste que produce en los mecanismos de frenado. El frenado diferencial tiene la ventaja de ser en gran medida independiente de cualquier movimiento o derrape de la rueda delantera o de cola. [ cita requerida ]
El timón de dirección de una aeronave es una rueda o palanca pequeña, a veces accesible para un piloto y a veces duplicada para ambos pilotos, que controla la dirección de la aeronave mientras está en tierra. El timón de dirección puede estar diseñado para funcionar en combinación con otros controles, como el timón de dirección o el yugo. En los aviones de pasajeros grandes, por ejemplo, el timón de dirección se utiliza a menudo como el único medio de dirección durante el rodaje, y luego el timón de dirección se utiliza para dirigir durante el despegue y el aterrizaje, de modo que tanto las superficies de control aerodinámico como el tren de aterrizaje se puedan controlar simultáneamente cuando la aeronave se mueve a velocidades aerodinámicas. [ cita requerida ]
Los criterios de selección especificados, por ejemplo, tamaño mínimo, peso o presión, se utilizan para seleccionar neumáticos y ruedas adecuados del catálogo del fabricante y de los estándares de la industria que se encuentran en el Anuario de Aeronaves publicado por la Tire and Rim Association, Inc. [73].
La elección de los neumáticos de las ruedas principales se realiza en función del caso de carga estática. La carga total del tren principal se calcula suponiendo que la aeronave se desplaza a baja velocidad sin frenar: [74]
donde es el peso de la aeronave y y son la distancia medida desde el centro de gravedad de la aeronave (cg) hasta el tren principal y el tren de morro, respectivamente.
La elección de los neumáticos de la rueda de morro se basa en la carga de la rueda de morro durante el frenado con el máximo esfuerzo: [74]
donde es la sustentación , es la resistencia, es el empuje y es la altura del centro de gravedad de la aeronave desde la línea de tierra estática. Los valores típicos para sobre hormigón seco varían de 0,35 para un sistema de frenos simple a 0,45 para un sistema de control automático de la presión de los frenos. Como tanto como son positivos, la carga máxima del tren de morro se produce a baja velocidad. El empuje inverso disminuye la carga del tren de morro y, por lo tanto, la condición da como resultado el valor máximo: [74]
Para garantizar que no se superen las cargas nominales en las condiciones estáticas y de frenado, se utiliza un factor de seguridad del siete por ciento en el cálculo de las cargas aplicadas.
Siempre que la carga de la rueda y la configuración del tren de aterrizaje permanezcan invariables, el peso y el volumen del neumático disminuirán con un aumento de la presión de inflado. [74] Desde el punto de vista de la flotación, una disminución del área de contacto del neumático inducirá una mayor tensión de apoyo sobre el pavimento, lo que puede reducir el número de aeródromos disponibles para la aeronave. El frenado también será menos efectivo debido a una reducción de la fuerza de fricción entre los neumáticos y el suelo. Además, la disminución del tamaño del neumático, y por tanto del tamaño de la rueda, podría plantear un problema si se van a instalar frenos internos dentro de las llantas de la rueda. Los argumentos en contra de una presión más alta son de tal naturaleza que los operadores comerciales generalmente prefieren las presiones más bajas para maximizar la vida útil del neumático y minimizar la tensión en la pista. Para evitar pinchazos por piedras, Philippine Airlines tuvo que operar su avión Hawker Siddeley 748 con presiones tan bajas como permitiera el fabricante de neumáticos. [75] Sin embargo, una presión demasiado baja puede provocar un accidente como en el vuelo 2120 de Nigeria Airways .
El fabricante ofrece en su catálogo una regla general aproximada para la presión de los neumáticos necesaria. Por ejemplo, Goodyear recomienda que la presión sea un 4 % superior a la requerida para un peso determinado o como fracción de la carga estática nominal y del inflado. [76]
Se requiere que los neumáticos de muchos aviones comerciales se llenen con nitrógeno y no se diluyan posteriormente con más de un 5 % de oxígeno, para evitar la autoignición del gas que puede resultar del sobrecalentamiento de los frenos que producen vapores volátiles del revestimiento del neumático. [77]
Los aviones navales utilizan diferentes presiones cuando operan desde un portaaviones y en tierra. Por ejemplo, las presiones de los neumáticos del Northrop Grumman E-2 Hawkeye son de 260 psi (1,8 MPa) en el barco y de 210 psi (1,4 MPa) en tierra. [78] El Lockheed C-5 Galaxy utiliza la deflación en ruta para adaptarse a las condiciones del aeródromo en el destino, pero añade una complicación excesiva al tren de aterrizaje y las ruedas [79].
El ruido en la comunidad aeroportuaria es un problema ambiental que ha puesto de relieve la contribución del ruido aerodinámico del tren de aterrizaje. Un objetivo a largo plazo de la NASA es confinar el ruido objetable de las aeronaves dentro de los límites del aeropuerto. Durante la aproximación para aterrizar, el tren de aterrizaje se baja varias millas antes del punto de contacto y el tren de aterrizaje es la fuente de ruido dominante de la estructura del avión, seguido de los dispositivos de elevación desplegados. Con los motores a una potencia reducida en la aproximación, es necesario reducir el ruido de la estructura del avión para lograr una reducción significativa del ruido total de la aeronave. [80] [81] La adición de carenados adicionales es un enfoque para reducir el ruido del tren de aterrizaje con un enfoque a largo plazo para abordar la generación de ruido durante el diseño inicial. [82]
Las especificaciones de las aerolíneas exigen que un avión de pasajeros alcance hasta 90.000 despegues y aterrizajes y recorra 500.000 km en tierra durante su vida útil. El tren de aterrizaje convencional está diseñado para absorber la energía de un aterrizaje y no tiene un buen rendimiento a la hora de reducir las vibraciones inducidas por el suelo en la estructura del avión durante el aterrizaje, el rodaje y el despegue. Las vibraciones de la estructura del avión y los daños por fatiga se pueden reducir utilizando oleos semiactivos que varían la amortiguación en un amplio rango de velocidades sobre el terreno y calidad de la pista.
Los fallos o errores humanos (o una combinación de estos) relacionados con el tren de aterrizaje retráctil han sido la causa de numerosos accidentes e incidentes a lo largo de la historia de la aviación. La distracción y la preocupación durante la secuencia de aterrizaje desempeñaron un papel destacado en los aproximadamente 100 incidentes de aterrizaje con el tren de aterrizaje levantado que ocurrieron cada año en los Estados Unidos entre 1998 y 2003. [83] Un aterrizaje con el tren de aterrizaje levantado, también conocido como aterrizaje de panza , es un accidente que resulta de que el piloto se olvida de bajar el tren de aterrizaje o no puede hacerlo debido a un mal funcionamiento. Aunque rara vez es fatal, un aterrizaje con el tren de aterrizaje levantado puede ser muy costoso si causa daños importantes en la estructura o el motor. Para los aviones propulsados por hélice, un impacto con la hélice puede requerir una revisión del motor.
Algunas aeronaves tienen una parte inferior del fuselaje reforzada o características añadidas para minimizar el daño estructural en un aterrizaje con las ruedas hacia arriba. Cuando el Cessna Skymaster fue adaptado para un papel de reconocimiento militar (el O-2 Skymaster ), se añadieron barandillas de fibra de vidrio a lo largo del fuselaje; eran adecuadas para sostener la aeronave sin sufrir daños si aterrizaba sobre una superficie cubierta de hierba. [ cita requerida ]
El Bombardier Dash 8 es conocido por sus problemas con el tren de aterrizaje. Hubo tres incidentes involucrados, todos ellos relacionados con Scandinavian Airlines , vuelos SK1209, SK2478 y SK2867 . Esto llevó a Scandinavian a retirar todos sus Dash 8. La causa de estos incidentes fue un mecanismo de bloqueo que no funcionó correctamente. Esto también causó preocupación por el avión para muchas otras aerolíneas que encontraron problemas similares. Bombardier Aerospace ordenó que todos los Dash 8 con 10.000 o más horas fueran puestos a tierra. Pronto se descubrió que 19 Dash 8 de Horizon Airlines tenían problemas con el mecanismo de bloqueo, al igual que 8 aviones de Austrian Airlines , lo que provocó la cancelación de varios cientos de vuelos. [ cita requerida ]
El 21 de septiembre de 2005, el vuelo 292 de JetBlue Airways aterrizó con éxito con el tren de aterrizaje delantero girado 90 grados hacia los lados, lo que provocó una lluvia de chispas y llamas después del aterrizaje. [84]
El 1 de noviembre de 2011, el vuelo LO16 de LOT Polish Airlines aterrizó con éxito en el Aeropuerto Chopin de Varsovia debido a fallas técnicas; las 231 personas a bordo escaparon ilesas. [85]
En caso de fallo del mecanismo de extensión del tren de aterrizaje del avión, se dispone de un sistema de respaldo, que puede ser un sistema hidráulico alternativo, una manivela, un sistema de aire comprimido (nitrógeno), pirotécnico o de caída libre. [86]
Un sistema de caída libre o de caída por gravedad utiliza la gravedad para desplegar el tren de aterrizaje en la posición baja y bloqueada. Para lograr esto, el piloto activa un interruptor o una manija mecánica en la cabina, que libera el bloqueo hacia arriba. La gravedad luego tira del tren de aterrizaje hacia abajo y lo despliega. Una vez en posición, el tren de aterrizaje se bloquea mecánicamente y es seguro para usar durante el aterrizaje. [87]
Los helicópteros con rotores totalmente articulados pueden experimentar un fenómeno peligroso y autoperpetuante conocido como resonancia de tierra , en el que el sistema de rotor desequilibrado vibra a una frecuencia que coincide con la frecuencia natural de la estructura del avión, lo que hace que todo el avión se sacuda o se tambalee violentamente en contacto con el suelo. [88] [89] La resonancia de tierra se produce cuando el choque se transmite continuamente a los rotores giratorios a través del tren de aterrizaje, lo que hace que los ángulos entre las palas del rotor se vuelvan desiguales; esto generalmente se desencadena si la aeronave toca el suelo con un movimiento hacia adelante o lateral, o toca una esquina del tren de aterrizaje debido a un terreno inclinado o la actitud de vuelo de la aeronave. [88] [89] Las violentas oscilaciones resultantes pueden hacer que los rotores u otras partes fallen catastróficamente, se desprendan y/o golpeen otras partes de la estructura del avión; esto puede destruir la aeronave en segundos y poner en peligro crítico a las personas a menos que el piloto inicie inmediatamente un despegue o cierre el acelerador y reduzca el paso del rotor. [88] [89] La resonancia de tierra fue citada en 34 informes de incidentes y accidentes de la Junta Nacional de Seguridad del Transporte en los Estados Unidos entre 1990 y 2008. [88]
Los helicópteros con rotores completamente articulados suelen tener un tren de aterrizaje amortiguador diseñado para evitar la resonancia en el suelo; sin embargo, un mantenimiento deficiente del tren de aterrizaje y neumáticos inflados incorrectamente pueden contribuir al fenómeno. [88] Los helicópteros con tren de aterrizaje tipo patín son menos propensos a la resonancia en el suelo que aquellos con ruedas. [89]
Se sabe que pasajeros no autorizados se han colado en aviones más grandes subiéndose a un puntal del tren de aterrizaje y viajando en el compartimento destinado a las ruedas. Esta práctica entraña peligros extremos y se han registrado numerosas muertes . Entre los peligros se incluyen la falta de oxígeno a gran altitud, temperaturas muy por debajo del punto de congelación, lesiones por aplastamiento o muerte por retracción del tren de aterrizaje en su espacio reducido y caídas del compartimento durante el despegue o el aterrizaje. [90]
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El tren de aterrizaje tradicionalmente no se ha utilizado en la gran mayoría de los vehículos de lanzamiento , que despegan verticalmente y se destruyen al caer de nuevo a la Tierra. Con algunas excepciones para los vehículos suborbitales de aterrizaje vertical (por ejemplo, el Masten Xoie o el vehículo Lunar Lander Challenge de Armadillo Aerospace ), o para los aviones espaciales que utilizan el enfoque de despegue vertical, aterrizaje horizontal (VTHL) (por ejemplo, el orbitador del transbordador espacial o el USAF X-37 ), el tren de aterrizaje ha estado en gran medida ausente de los vehículos orbitales durante las primeras décadas desde el advenimiento de la tecnología de los vuelos espaciales , cuando el transporte espacial orbital ha sido el dominio exclusivo de los programas espaciales gubernamentales de monopolio nacional . [91] Cada sistema de vuelo espacial hasta 2015 había dependido de propulsores prescindibles para comenzar cada ascenso a la velocidad orbital .
Los avances durante la década de 2010 en el transporte espacial privado , donde ha surgido una nueva competencia para las iniciativas espaciales gubernamentales , han incluido el diseño explícito de trenes de aterrizaje en cohetes de refuerzo orbitales. SpaceX ha iniciado y financiado un programa de desarrollo de sistemas de lanzamiento reutilizables de varios millones de dólares para perseguir este objetivo. Como parte de este programa, SpaceX construyó y voló ocho veces en 2012-2013, un vehículo de prueba de primera generación llamado Grasshopper con un gran tren de aterrizaje fijo para probar la dinámica del vehículo a baja altitud y el control para aterrizajes verticales de una primera etapa orbital casi vacía. [92] [93] Se construyó un vehículo de prueba de segunda generación llamado F9R Dev1 con tren de aterrizaje extensible. El prototipo voló cuatro veces, con todos los intentos de aterrizaje exitosos, en 2014 para pruebas de baja altitud antes de autodestruirse por razones de seguridad en un quinto vuelo de prueba debido a un puerto de sensor de motor bloqueado. [94] [95]
La versión de vuelo orbital de los vehículos de prueba ( Falcon 9 y Falcon Heavy ) incluye un tren de aterrizaje ligero y desplegable para la etapa de refuerzo: un pistón telescópico anidado en un bastidor en forma de A. La envergadura total de las cuatro patas de aterrizaje extensibles de fibra de carbono /aluminio [96] [97] es de aproximadamente 18 metros (60 pies) y pesa menos de 2100 kilogramos (4600 libras); el sistema de despliegue utiliza helio a alta presión como fluido de trabajo . [98] La primera prueba del tren de aterrizaje extensible se llevó a cabo con éxito en abril de 2014 en un Falcon 9 que regresaba de un lanzamiento orbital y fue el primer aterrizaje suave controlado exitoso en el océano de un propulsor orbital con motor de cohete líquido. [99] [100] Después de una única recuperación exitosa de un propulsor en 2015, y varias en 2016, la recuperación de las etapas de propulsión de SpaceX se volvió rutinaria en 2017. Las patas de aterrizaje se habían convertido en una parte operativa común de los vehículos de lanzamiento de vuelos espaciales orbitales.
Se espera que el vehículo de lanzamiento más nuevo en desarrollo en SpaceX, el Starship , tenga patas de aterrizaje en su primera etapa llamada Super Heavy [101] como Falcon 9, pero también tiene patas de aterrizaje en su segunda etapa reutilizable, una novedad para las segundas etapas de los vehículos de lanzamiento. El primer prototipo de Starship , Starhopper , construido a principios de 2019, tenía tres patas de aterrizaje fijas con amortiguadores reemplazables. [102] Para reducir la masa del vehículo de vuelo y la penalización de carga útil para un diseño reutilizable, el plan a largo plazo es que Super Heavy aterrice directamente en el sitio de lanzamiento en un equipo terrestre especial que es parte del soporte de lanzamiento. [101]
Las naves espaciales diseñadas para aterrizar de forma segura en cuerpos extraterrestres como la Luna o Marte se conocen como módulos de aterrizaje con patas (por ejemplo, el módulo lunar Apolo ) o módulos de aterrizaje con cápsulas (por ejemplo, el Mars Pathfinder ), dependiendo de su tren de aterrizaje. Los módulos de aterrizaje con cápsulas están diseñados para aterrizar en cualquier orientación, tras lo cual pueden rebotar y rodar antes de detenerse, momento en el que se les debe dar la orientación correcta para que funcionen. Todo el vehículo está encerrado en material aplastable o bolsas de aire para los impactos y puede tener pétalos que se abren para enderezarlo. [103]
Las características para el aterrizaje y el movimiento en la superficie se combinaron en el tren de aterrizaje del Laboratorio Científico de Marte . [104]
Para aterrizar en cuerpos de baja gravedad, el tren de aterrizaje puede incluir propulsores de sujeción, anclajes de arpón y tornillos para los pies, todos los cuales fueron incorporados en el diseño del módulo de aterrizaje para cometas Philae para redundancia. [105]
En el caso de Philae , sin embargo, tanto los arpones como el propulsor de retención fallaron, lo que provocó que la nave rebotara antes de aterrizar definitivamente en una orientación no óptima. [106]
Una ventaja significativa de este avión [Ar 232] era su tren de aterrizaje en terrenos difíciles. Con el tren de aterrizaje en posición comprimida, los once pares de ruedas montados sobre patas independientes debajo del fuselaje, junto con el tren de aterrizaje principal de vía ancha (8,4 metros, 27 pies 6 pulgadas deancho de
vía
) y la rueda delantera con suspensión apalancada, le otorgaban al avión capacidades excepcionales en terrenos difíciles.
la rueda de morro tenía que girar 90 grados, lo que se conseguía mediante un mecanismo en la cabeza de la horquilla de la rueda. Al retraerse, un nivel accionado por resorte con polea, que limitaba la desviación a 60 grados mediante un gancho de bloqueo y un tope, se plegaba en el fuselaje y giraba 90 grados después de hacer contacto con una guía.
Una ventaja significativa de este avión [Ar 232] era su tren de aterrizaje en terreno irregular. Con el tren de aterrizaje en posición comprimida, los once pares de ruedas montados sobre patas independientes debajo del fuselaje, junto con el tren de aterrizaje principal de vía ancha (8,4 metros, 27 pies 6 pulgadas de ancho devía
)
y la rueda delantera con suspensión apalancada, dotaban al avión de unas capacidades de aterrizaje en terreno irregular excepcionales.
pata del amortiguador, que también estaba articulada. Dos ruedas de doble freno, con neumáticos de tamaño (métrico) 1015 x 380, estaban montadas en el eje transversal. Durante el ciclo de retracción, un puntal plegable se elevaba mediante un gato hidráulico. La parte inferior del puntal plegable tiraba del soporte en Y hacia arriba. Funcionando a través de un arreglo de palanca y engranaje, una varilla de empuje colocada paralela al soporte en Y actuaba sobre otro segmento de engranaje montado en el pasador de bisagra de la pata de aceite y lo giraba alrededor de este mientras el soporte en Y era tirado hacia arriba.
La carrera espacial está volviendo a cobrar vida, y no son instituciones gigantescas como la NASA las que están en la carrera. La vieja idea de que los vuelos espaciales tripulados son tan complejos, difíciles y costosos que solo las grandes agencias gubernamentales podrían aspirar a lograrlos está siendo refutada por una nueva generación de extravagantes corsarios espaciales, que están planeando enviar humanos más allá de la órbita de la Tierra por primera vez desde 1972.
La primera etapa del Falcon 9 lleva patas de aterrizaje que se desplegarán después de la separación de las etapas y permitirán el regreso suave del cohete a la Tierra. Las cuatro patas están hechas de fibra de carbono de última generación con panal de aluminio. Colocadas simétricamente alrededor de la base del cohete, se guardan a lo largo del costado del vehículo durante el despegue y luego se extienden hacia afuera y hacia abajo para el aterrizaje.
El núcleo central de la primera etapa del Falcon Heavy y los propulsores llevan patas de aterrizaje, que aterrizarán cada núcleo de manera segura en la Tierra después del despegue. Después de que los propulsores laterales se separen, el motor central de cada uno se encenderá para controlar la trayectoria del propulsor de manera segura lejos del cohete. Las patas se desplegarán cuando los propulsores regresen a la Tierra, aterrizando cada uno suavemente en el suelo. El núcleo central continuará encendiéndose hasta la separación de la etapa, después de lo cual sus patas se desplegarán y aterrizarán nuevamente en la Tierra. Las patas de aterrizaje están hechas de fibra de carbono de última generación con panal de aluminio. Las cuatro patas se guardan a lo largo de los lados de cada núcleo durante el despegue y luego se extienden hacia afuera y hacia abajo para el aterrizaje.
F9R (pronunciado F-niner) muestra una pequeña pata. El diseño es un pistón telescópico anidado con un marco en forma de A... Helio a alta presión. Debe ser ultraligero.
El vuelo del F9R Dev 1 del 17 de abril, que duró menos de 1 minuto, fue la primera prueba de aterrizaje vertical de una primera etapa recuperable del Falcon 9 v1.1 representativa de la producción, mientras que el vuelo de carga del 18 de abril a la ISS fue la primera oportunidad para que SpaceX evaluara el diseño de patas de aterrizaje plegables y propulsores mejorados que controlan la etapa durante su descenso inicial.
Sustitución completa de los sistemas del tren de aterrizaje
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