Un mecanismo de detención , o mecanismo de detención , es un sistema mecánico utilizado para desacelerar rápidamente una aeronave mientras aterriza . El mecanismo de detención en los portaaviones es un componente esencial de la aviación naval , y se utiliza con mayor frecuencia en los portaaviones CATOBAR y STOBAR . También se encuentran sistemas similares en los aeródromos terrestres para uso expedicionario o de emergencia. Los sistemas típicos consisten en varios cables de acero colocados a lo largo del área de aterrizaje de la aeronave, diseñados para ser atrapados por el gancho de cola de una aeronave. Durante una detención normal, el gancho de cola engancha el cable y la energía cinética de la aeronave se transfiere a sistemas de amortiguación hidráulica unidos debajo de la cubierta del portaaviones. Hay otros sistemas relacionados que utilizan redes para atrapar las alas o el tren de aterrizaje de las aeronaves . Estos sistemas de barricadas y barreras solo se utilizan para detenciones de emergencia para aeronaves sin ganchos de cola operables.
Los sistemas de cables de detención fueron inventados por Hugh Robinson [ ¿cuándo? ] y fueron utilizados por Eugene Ely en su primer desembarco en un barco, el crucero acorazado USS Pennsylvania , el 18 de enero de 1911. Estos primeros sistemas tenían cables que pasaban por poleas y se sujetaban a pesos muertos, como sacos de arena. Los cables de detención más modernos se probaron en el HMS Courageous en junio de 1931, diseñados por el comandante CC Mitchell . [1]
Los portaaviones modernos de la Armada de los EE. UU . tienen instalado el mecanismo de detención Mark 7 Mod 3, que tiene la capacidad de recuperar una aeronave de 50 000 libras (23 t) a una velocidad de acoplamiento de 130 nudos (240 km/h; 150 mph) en una distancia de 344 pies (105 m) en dos segundos. [2] : 52 El sistema está diseñado para absorber una energía máxima teórica de 47,5 millones de libras-pie (64,4 MJ) con el cable al máximo.
Antes de la introducción de la cubierta de vuelo en ángulo , se utilizaban dos sistemas (además de los cables de cubierta) para evitar que los aviones que aterrizaban chocaran con los aviones estacionados más adelante en la cubierta de vuelo: la barrera y la barricada. Si el gancho de cola del avión no lograba atrapar un cable, su tren de aterrizaje quedaría atrapado por una red de 3 a 4 pies de alto (0,91 a 1,22 m) conocida como barrera . Si el avión se atrapaba en un cable al tocar tierra, la barrera podía bajarse rápidamente para permitir que el avión rodara sobre ella. La red de seguridad final fue la barricada , una gran red de 15 pies de alto (4,6 m) que impedía que los aviones que aterrizaban chocaran con otros aviones estacionados en la proa. Las barreras ya no se utilizan, aunque los equipos de detención en tierra a veces se denominan "barricadas". Las barricadas todavía se utilizan a bordo de los portaaviones, pero solo se montan y se utilizan en emergencias.
Un frenado normal se logra cuando el gancho de frenado de un avión entrante se acopla a uno de los colgantes de la cubierta. [3] Cuando un avión que aterriza se acopla a un colgante de la cubierta, la fuerza del movimiento hacia adelante del avión que aterriza se transfiere a un cable de agarre, que se dirige a través de poleas hasta el motor de frenado, ubicado en una sala de máquinas debajo de la cubierta de vuelo o en cualquier lado de la pista. A medida que el colgante de la cubierta y el cable de agarre son retirados por el avión que se está deteniendo, la energía cinética del avión se transfiere a energía mecánica de los cables, y el motor de frenado transfiere la energía mecánica de los cables a energía hidráulica. Este sistema clásico de frenado hidráulico ahora está siendo reemplazado por uno que utiliza electromagnetismo donde la absorción de energía está controlada por un motor turboeléctrico. El motor de frenado produce una parada suave y controlada del avión que aterriza. Al completarse el frenado, el gancho de frenado del avión se desengancha del colgante de la cubierta, que luego se retrae a su posición normal.
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Los portaaviones modernos suelen tener tres o cuatro cables de detención colocados a lo largo del área de aterrizaje. Todos los portaaviones estadounidenses de la clase Nimitz , junto con el Enterprise , tienen cuatro cables, con la excepción del USS Ronald Reagan y el USS George HW Bush , que solo tienen tres. [4] Los portaaviones de la clase Gerald R. Ford también tendrán tres. Los pilotos apuntan al segundo cable para la configuración de tres cables o al tercer cable para la configuración de cuatro cables para reducir el riesgo de aterrizar en corto. Las aeronaves que aterrizan en un portaaviones están aproximadamente al 85% de la potencia máxima. En el aterrizaje, el piloto avanza los aceleradores a potencia militar (MIL). En los aviones F/A-18E/F Super Hornet y EA-18G Growler , el avión reduce automáticamente el empuje del motor al 70% una vez que se detecta la desaceleración de una detención exitosa. El piloto puede anular esta función seleccionando el postquemador máximo. Si el avión no logra atrapar un cable de detención, una situación conocida como " bolter ", el avión tiene suficiente potencia para continuar descendiendo por la cabina de vuelo en ángulo y volver a despegar. Una vez que el tren de detención detiene el avión, el piloto vuelve a poner los aceleradores en ralentí, levanta el gancho y se aleja.
Además de los CVN estadounidenses ( portaaviones nucleares ), el Charles de Gaulle francés , el Admiral Kuznetsov ruso , el Liaoning chino y el Vikramaditya indio son portaaviones activos o futuros instalados con equipos de detención.
Los aeródromos militares terrestres en los que operan aviones de combate o de entrenamiento a reacción también utilizan sistemas de tren de aterrizaje de emergencia, aunque no son obligatorios para todos los aterrizajes. En cambio, se utilizan para aterrizar aviones en pistas cortas o temporales, o en caso de emergencias que impliquen fallos en los frenos, problemas de dirección u otras situaciones en las que no sea posible o seguro utilizar toda la longitud de la pista. Hay tres tipos básicos de sistemas terrestres: tren de aterrizaje permanente, de expedición y de sobrecarrera.
En casi todos los aeródromos militares de los EE. UU. donde operan aviones de combate o de entrenamiento a reacción se instalan sistemas permanentes. Los sistemas expedicionarios son similares a los sistemas permanentes y se utilizan para el aterrizaje de aeronaves en pistas cortas o temporales. Los sistemas expedicionarios están diseñados para instalarse o desinstalarse en tan solo unas horas.
Los sistemas de seguridad que consisten en cables de gancho y/o redes elásticas, conocidas como barreras, se utilizan comúnmente como sistema de respaldo. Las redes de barrera atrapan las alas y el fuselaje de una aeronave y utilizan un motor de detención u otros métodos, como cadenas de ancla o haces de material textil tejido, para reducir la velocidad de la aeronave. En algunos aeródromos terrestres donde el área de detención es corta, se utiliza una serie de bloques de hormigón denominados sistemas de detención de materiales de ingeniería (EMAS). Estos materiales se utilizan para atrapar el tren de aterrizaje de una aeronave y reducir su velocidad mediante la resistencia a la rodadura y la fricción. Las aeronaves se detienen mediante la transferencia de energía necesaria para aplastar los bloques. A diferencia de otros tipos de sistemas de detención, el EMAS también se utiliza en algunos aeropuertos civiles donde el área de detención es más corta de lo que normalmente se permitiría.
La primera vez que se utilizó una barrera en un aeródromo militar fue durante la Guerra de Corea , cuando los aviones de combate tenían que operar desde aeródromos más cortos donde no había margen de error. El sistema utilizado era simplemente un trasplante de la barrera Davis que se utilizaba en los portaaviones de cubierta recta para evitar que cualquier avión que no pasara por los cables de detención se estrellara contra el avión estacionado delante del área de aterrizaje. Pero en lugar del sistema hidráulico más complejo que se utilizaba en los portaaviones para detener el avión cuando chocaba con la barrera, el sistema terrestre utilizaba pesadas cadenas de ancla de barco para detener el avión. [5]
Los principales sistemas que componen un equipo de detención típico son los cables de gancho o colgantes, los cables o cintas de compra, las poleas y los motores de detención. [6]
También conocidos como cables o alambres de detención, los cables colgantes transversales son cables de acero flexibles que se extienden a lo largo del área de aterrizaje para ser enganchados por el gancho de detención de un avión que se aproxima. En los portaaviones hay tres o cuatro cables, numerados del 1 al 4 desde la popa hacia la proa. Los cables colgantes están hechos de cuerda de alambre con un diámetro de 1, 1+1 ⁄ 4 o 1+3 ⁄ 8 pulgadas (25, 32 o 35 mm). Cada cable de acero está formado por numerosas hebras retorcidas alrededor de un núcleo central de cáñamo engrasado , que proporciona un "colchón" para cada hebra y también suministra lubricación del cable. Los extremos del cable están equipados con acoplamientos terminales diseñados para un desprendimiento rápido durante el reemplazo y se pueden separar y reemplazar rápidamente (en aproximadamente 2-3 minutos en portaaviones). [6] En los portaaviones estadounidenses, los cables de detención se retiran y reemplazan después de cada 125 aterrizajes detenidos. [7] A menudo se retiran cables individuales y se dejan "pelados" para realizar el mantenimiento de otros componentes del mecanismo de detención durante las recuperaciones de aeronaves (utilizando otros sistemas en línea). Los soportes de alambre elevan los colgantes de cubierta varias pulgadas para que puedan ser recogidos por el gancho de cola de un avión que aterriza. Los soportes de alambre en los portaaviones son simplemente resortes de hojas de acero curvados que pueden flexionarse para permitir que un avión se desplace sobre el colgante de cubierta instalado. En los sistemas terrestres, unos soportes de goma con forma de "donut" de 15 cm de diámetro elevan el cable de la superficie de la pista aproximadamente 7,5 cm. [8]
El cable de compra es un cable de acero que se parece mucho al cable de detención. Sin embargo, son mucho más largos y no están diseñados para quitarse fácilmente. Hay dos cables de compra por cable de detención, y se conectan a cada extremo del cable de detención. Los cables de compra conectan el cable de detención a los motores del mecanismo de detención y se "liberan" cuando el cable de detención se acopla al avión. Cuando un avión entrante se acopla al colgante de cubierta, el cable de compra transmite la fuerza del avión que aterriza desde el mecanismo de cubierta hasta el motor de detención. El colgante (cable de detención) se "encaja" (se fija) al cable de compra por medio de un bucle creado con zinc calentado a 1000 °F (538 °C). Esta fabricación a bordo se considera peligrosa y se informa que la Marina de los EE. UU. está probando el uso de una prensa automatizada para lograrlo de manera más segura. [2] : 56 [6] En los sistemas terrestres, se utilizan cintas de nailon pesadas en lugar de cables de compra, pero cumplen la misma función.
Se pueden colocar cables o cintas a través de poleas en la cabina de vuelo o a lo largo de la pista hasta los motores de frenado. Las poleas de amortiguación actúan como amortiguadores hidráulicos que permiten aumentar la velocidad de aterrizaje.
En 1957, el concepto de un pistón que se tira a través de un tubo de agua se propuso por primera vez como un sistema de engranaje de detención barato para bases aéreas terrestres. [9] A principios de la década de 1960, los británicos tomaron este concepto básico y desarrollaron un sistema de engranaje de detención de tipo rociador para uso tanto en tierra como en el mar. El motor tenía cilindros hidráulicos que se movían a través de una tubería llena de agua, con una tubería más pequeña al lado que tenía orificios de varios tamaños a lo largo de su longitud. La Marina Real afirmó que no había un límite de peso teórico, pero sí un límite de velocidad. [10]
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Cada tren de aterrizaje tiene sus propios sistemas de motor que absorben y disipan las energías desarrolladas cuando se detiene un avión que aterriza. En los portaaviones estadounidenses de la clase Nimitz , se utilizan sistemas hidroneumáticos, cada uno de los cuales pesa 43 toneladas cortas (39 t ), en los que el aceite se fuerza hidráulicamente a salir de un cilindro mediante un ariete conectado al cable de compra, a través de una válvula de control. [2] : 52 [6] Un desarrollo importante en el tren de aterrizaje fue la válvula de control de descentramiento constante, que controla el flujo de fluido desde el cilindro del motor hasta el acumulador y está diseñada para detener todos los aviones con la misma cantidad de descentramiento independientemente de la masa y la velocidad. El peso del avión lo establece el operador del motor de cada tren de aterrizaje. Durante las operaciones normales, se utiliza un "ajuste de peso único" para simplificar. Este peso suele ser el peso máximo de aterrizaje, o "máximo de trampa", para el avión. En ciertos casos, generalmente fallas del avión, que afectan la velocidad de aproximación, se utiliza un "ajuste de peso único" para garantizar la absorción de energía adecuada por parte del sistema. El oficial de vuelo del control principal de vuelo le indica al operador el peso de la aeronave. Luego, el operador ajusta la válvula de control de descentramiento constante al ajuste de peso adecuado para esa aeronave. El ajuste de presión para el motor del tren de aterrizaje de emergencia permanece a una presión constante de aproximadamente 400 psi (2800 kPa). La válvula de descentramiento constante (CROV) detiene la aeronave, a diferencia de la presión hidráulica. [ cita requerida ]
Los sistemas terrestres permanentes y de expedición suelen constar de dos motores de frenado situados a ambos lados de la pista. Los motores de frenado aplican fuerza de frenado a los carretes que sujetan las cintas de agarre, que a su vez reducen la velocidad del avión y lo detienen. Los dos métodos más comunes utilizados por los motores de frenado terrestres para aplicar la fuerza de frenado son el freno de fricción rotativo y los sistemas hidráulicos rotativos, o "torcedores de agua". El freno de fricción rotativo es simplemente una bomba hidráulica acoplada al carrete, que aplica una presión graduada a los frenos multidisco montados en el carrete. El sistema hidráulico rotativo es una turbina dentro de una carcasa llena de agua y glicol acoplada al carrete. La turbulencia generada en la mezcla de agua y glicol por la turbina durante el frenado proporciona la resistencia para reducir la velocidad del carrete y detener el avión. Una vez que el avión se libera del cable, las cintas y el cable se retraen mediante un motor de combustión interna o un motor eléctrico instalado en el motor de frenado. [ cita requerida ]
El descentramiento excesivo durante un aterrizaje forzoso es una condición conocida como "dos bloques". Este nombre se deriva del lenguaje naval cuando toda la línea ha sido tirada a través de un sistema de poleas, los dos bloques de poleas están en contacto, de ahí el "dos bloqueados". El descentramiento excesivo puede ser causado por ajustes incorrectos del mecanismo de detención, exceso de peso bruto de la aeronave, exceso de velocidad de acoplamiento de la aeronave o exceso de empuje de la aeronave aplicado durante el aterrizaje forzoso. Los aterrizajes descentrados también tienen el peligro de dañar el mecanismo de detención. [ cita requerida ]
Los electroimanes se utilizan en el nuevo sistema Advanced Arresting Gear (AAG) de los portaaviones estadounidenses. El sistema actual (arriba) se basa en la hidráulica para frenar y detener un avión que aterriza. Si bien el sistema hidráulico es eficaz, como lo demuestran más de cincuenta años de implementación, el sistema AAG ofrece una serie de mejoras. El sistema actual no puede capturar vehículos aéreos no tripulados (UAV) sin dañarlos debido a las tensiones extremas en la estructura del avión. Los UAV no tienen la masa necesaria para impulsar el gran pistón hidráulico que se utiliza para atrapar aviones tripulados más pesados. Al utilizar electromagnetismo, la absorción de energía se controla mediante un motor turboeléctrico. Esto hace que la trampa sea más suave y reduce el impacto en las estructuras de los aviones. Aunque el sistema tendrá el mismo aspecto desde la cabina de vuelo que su predecesor, será más flexible, seguro y confiable, y requerirá menos mantenimiento y tripulación. [11] Este sistema se está probando en el USS Gerald R. Ford y se instalará en todos los portaaviones de la clase Gerald R. Ford .
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La barricada es un sistema de recuperación de emergencia que se utiliza únicamente cuando no se puede realizar un arresto normal (colgante). La barricada normalmente se encuentra en estado de almacenamiento y se monta únicamente cuando es necesario. Para montar una barricada, se extiende a lo largo de la cubierta de vuelo entre puntales, que se elevan desde la cubierta de vuelo. El montaje de la barricada es una práctica habitual del personal de la cubierta de vuelo de los portaaviones estadounidenses; una tripulación bien entrenada puede realizar la tarea en menos de tres minutos. [6]
La cinta de barricada consta de correas de carga horizontales superiores e inferiores unidas entre sí en los extremos. Cinco correas de enganche verticales, espaciadas a 20 pies (6,1 m) de distancia, están conectadas a cada correa de carga superior e inferior. La cinta de barricada se eleva a una altura de aproximadamente 20 pies. La cinta de barricada se engancha a las alas del avión que aterriza, donde la energía se transmite desde la cinta de barricada a través del cable de agarre al motor de detención. Después de un detención de barricada, la cinta y los cables de cubierta se descartan y los puntales se bajan nuevamente a sus ranuras empotradas. Los enganches de barricada son raros, ya que los ganchos de cola están diseñados para ser extremadamente a prueba de fallas, y un avión que regresa del combate con daños tan graves probablemente no podría aterrizar. Este dispositivo se ha instalado en todos los portaaviones estadounidenses y en el Charles de Gaulle francés , mientras que los portaaviones brasileños CATOBAR y rusos e indios STOBAR solo tienen un equipo de detención convencional instalado. [ cita requerida ]
