Tren de Aterrizaje
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Tren de aterrizaje: es el conjunto de ruedas, soportes, amortiguadores y otros equipos que un avión utiliza para aterrizar o maniobrar sobre una superficie. Aunque por su denominación, el tren de aterrizaje parece sugerir una única función a este sistema, realmente cumple varias funciones: sirve de soporte al aeroplano, posibilita el movimiento del avión en superficie (incluyendo despegues y aterrizajes) y amortigua el impacto del aterrizaje. Las operaciones en superficie exigen del tren de aterrizaje capacidades de direccionamiento y frenado y para amortiguar el aterrizaje debe ser capaz de absorber impactos de cierta magnitud.
Sumario
Características
Durante el aterrizaje, el tren debe absorber la energía cinética producida por el impacto. La cubierta es el primer elemento que absorbe tal impacto, pero no es suficiente; así el tren de aterrizaje debe poseer un sistema de amortiguación para poder disminuir el impacto.
La velocidad de descenso de un avión en el aterrizaje, en el momento de impacto con el suelo, es decisiva para la absorción de trabajo de los amortiguadores. La expresión "energía de descenso" se emplea frecuentemente y es la energía cinética arbitrariamente asociada con la velocidad vertical. El sistema debe absorber la energía cinética, equivalente a la caída libre del peso del avión desde 80 cm de altura.
El peso total del avión, su distribución sobre las ruedas principales y la proa ó popa, la velocidad vertical de aterrizaje, la cantidad de unidades de ruedas, las dimensiones y presión de las cubiertas y otros, son los factores que influyen sobre la amortiguación del choque y ésta debe ser tal que la estructura del avión no esté expuesta a fuerzas excesivas.
Entonces, la función del amortiguador del tren de aterrizaje es reducir la velocidad vertical del avión a cero, en tal forma que la reacción del suelo nunca exceda de un cierto valor, generalmente un múltiplo del peso del avión, en el aterrizaje.
Otra de las finalidades es permitir al avión que se desplace sobre tierra, tanto en carrera de despegue, aterrizaje y trasladarse de un lugar a otro llamado comúnmente (TAXI) y para poder estar posado sobre tierra.
Clasificación
Los trenes de aterrizaje de los aviones pueden ser clasificados en:
- Trenes fijos.
- Trenes retráctiles.
Los trenes fijos son los que, durante el vuelo se encuentran permanentemente expuestos a la corriente de aire. Se usan solamente en aviones pequeños, de baja velocidad donde el aumento de peso por agregado de un sistema de retracción influirá desfavorablemente sobre el peso total y la ganancia en velocidad no mejoraría mucho las performances.
Disposición del tren de aterrizaje
Existen dos disposiciones de tren de aterrizaje a saber:
- Tren Convencional
- Tren Triciclo
A su vez existen variantes a los dos anteriores que puede ser denominado como tren multiciclo o biciclo. El tren Convencional: esta constituido por dos montantes de aterrizaje debajo del ala o del fuselaje a la altura del ala y una rueda o patín de cola.
Este tipo de tren de aterrizaje posee varios inconvenientes que son:
- No permite buena visibilidad del piloto.
- Para despegar el empenaje horizontal[1]tiene que producir una cierta sustentación para que el avión quede en posición horizontal o sea la rueda de cola en el aire.
- Cuando el avión aterriza se puede correr el riesgo que un mal frenado puede hacer capotar o darse vuelta. Entonces cuando aterriza lo hace en dos puntos o sea que tocan los dos montantes delanteros.
El sistema de dirección se realiza por medio del patín de cola gobernado por cables o también se puede lograr el cambio de dirección aplicando el freno en uno de los montantes principales y dándole potencia en el caso del bimotor al motor opuesto que se aplicó el freno.
El tren Triciclo: esta constituido por dos montantes principales debajo del ala o del fuselaje y un montante en la nariz del avión. El montante de nariz posee un dispositivo de dirección. En realidad todos los aviones son triciclos, pero ésta denominación se ha generalizado para los que llevan la tercera rueda en la proa. El tren triciclo tiene la misma misión que el tren convencional, pero, simplifica la técnica del aterrizaje y permite posar el avión en tierra en posición horizontal, eliminando el peligro del capotaje, aún cuando se apliquen los frenos durante el aterrizaje. La estabilidad que proporciona el tren triciclo en el aterrizaje con viento de cola o viento cruzado, gracias a la posición del centro de gravedad (c.g.), delante de las ruedas principales y el recorrido en línea recta en el aterrizaje y decolaje, son las ventajas más importantes. Esta condición es de especial importancia para los aviones que deben aterrizar o decolar en pistas pequeñas, con viento de costado.
Centro de gravedad (c.g.)
Es el punto donde se encuentran todas las fuerzas. La ubicación del tren de aterrizaje con respecto al centro de gravedad es importante, ya que de ella depende que un avión obtenga malas o buenas condiciones de decolaje o aterrizaje. En un tren común con rueda de cola (convencional), el centro de gravedad (c.g.), debe encontrarse detrás de las ruedas principales, mientras que en un tren triciclo en el cual la tercera rueda se encuentra en al proa, debe estar situado ligeramente delante de las ruedas principales.
Los triciclos con rueda delantera poco cargada llevan traseras situadas a poca distancia del centro de gravedad. Un 90% de la carga descansa sobre el tren principal y solo un 10 % sobre la rueda de proa. Las ruedas de proa más cargadas permiten un frenado más eficaz y proporcionan una mayor estabilidad direccional en el aterrizaje.
Sistemas de Amortiguación
El sistema de amortiguación más elemental, esta constituido por el conjunto de cordones elásticos llamados comúnmente SANDOW o SPRING (monomotores pequeños). El movimiento de las patas de tren hacen estirar este elástico produciéndose el efecto de amortiguación.
Existen sistemas de amortiguación como los usados actualmente, constituidos por un cilindro donde juega un pistón cargado a resorte para acompañar el retorno del mismo, y de una mezcla de aire comprimido y líquido hidráulico para evitar los bruscos movimientos. En aviones pequeños, el tren de aterrizaje, que cumple también las funciones de amortiguación, es el llamado tipo CESSNA, sumamente efectivo y muy simple.
El montante de tren de aterrizaje principal está constituido por los siguientes elementos: Montante amortiguador: el cual tiene la función de transformar la energía cinética de descenso en incremento de presión de un líquido y un gas que se encuentra dentro de este (en el momento que el avión aterriza).
Este montante amortiguador está constituido por un cilindro que en su parte superior va tomado a la estructura del avión y por su parte inferior posee un pistón hueco que a su vez en su interior se desplaza otro pistón. En la parte superior del pistón hueco existen dos válvulas que permiten el pasaje de cierta cantidad de líquido. La empaquetadura es una goma que permite que el líquido no salga y se encuentre entre la pared del cilindro y el pistón y además previene el contacto metal a metal del conjunto.
Existen dos tipos de montante amortiguador que son:
- Óleo-neumático (Montante Telescópico): Este tipo de amortiguador utiliza aceite (líquido hidráulico) con nitrógeno, los cuales forman una emulsión utilizada como energía de absorción.
Primero el líquido hidráulico MIL-H-5606, con base de petróleo, es cargado por la válvula de recarga (filling valve) y luego el nitrógeno (gas incoloro que no forma humedad).
Los fluidos hidráulicos empleados actualmente en aeronáutica son dos:
- Fluidos sintéticos no inflamables (SKYDROL) (aviones grandes)
- Fluidos con base de petróleo (MIL-H-5606 y MIL-H-6083) (pequeños aviones)
- Óleo-resorte: este tipo de montante amortiguador es similar al anterior pero esta constituido por un cilindro, un pistón hueco y un pistón libre que apoya sobre un resorte el cual reemplaza al gas.
A su vez existen otros mecanismos que hacen posible que el tren cumpla con su función. Estos son:
- Control direccional del tren de aterrizaje
Puede ser controlado hidráulicamente por cilindros direccionales en aviones de gran porte o mecánicamente en aeronaves livianas, mediante el uso de cables de acero y varillas de transmisión de movimiento (rod).
Las denominadas tijeras de tren, también son unos de los principales elementos de transmisión de movimiento (tijera inferior y superior), así como también limitan la extensión del telescópico (pistón del amortiguador) cuando la aeronave deja de posarse sobre el suelo.
Los componentes más importantes del ensamble incluyen el montante amortiguador, las varillas de dirección, un mecanismo de retracción, rueda y un shimmy damper (amortiguador de bamboleo o vibraciones).
Función
El shimmy damper es una unidad hidráulica individual, que resiste repentinas cargas de torsión aplicadas a la rueda de nariz durante la operación en tierra, permitiendo un giro suave de la misma. El principal propósito de este componente es prevenir a la rueda de nariz de oscilaciones extremadamente ligeras hacia la izquierda o derecha durante la operación de despegue y aterrizaje; así mismo, una mala alineación, balanceo, una presión desigual en los neumáticos delanteros (tren dual), pernos, bujes desgastados y ajustes impropios, producirán una oscilación.
Operación
El shimmy damper ofrece resistencia a la vibración u oscilación forzando al líquido hidráulico a través de un orificio del pistón. El eje del pistón va sujeto a una parte fija de la aeronave, y el cilindro-alojamiento (housing) a el mecanismo de dirección de torsión de rueda de nariz, el cual se moverá cuando la rueda sea girada, causando un movimiento relativo entre el eje y el cilindro del amortiguador de bamboleo.
Si por ejemplo, la rueda experimenta una oscilación a la izquierda, el pistón del cilindro se desplazará también a la izquierda. Cierta cantidad de fluido pasará ligeramente desde el depósito de la cámara derecha hacia la izquierda.
El paso de líquido de una cámara a la otra estará limitado por el orificio del pistón y la resistencia que ofrece el mismo al desplazamiento amortiguará la oscilación.
Retracción y extensión del tren
La retracción y extensión del tren, y la suelta mecánica de los cierres de compuerta, están controlados por la palanca de control del tren de aterrizaje. Un sistema de energía hidráulica acciona el tren, las trabas de puertas, actuadores hidráulicos, frenos y el sistema direccional de rueda de nariz. Cabe destacar que la energía para retracción y extensión del tren también puede ser del tipo electro-mecánica, donde un motor de campo dividido acciona un eje sin fin, solidario a una caja principal de engranajes, accionada por dicho motor.
Condiciones necesarias y resistencia estructural
El diseño de un tren moderno involucra problemas técnicos de primer orden. Debe ser liviano y a la vez robusto, de construcción sencilla, de fácil mantenimiento y de producción económica. El peso de la estructura del tren no debe ser mayor del 6% del peso total del avión y del 4,5% en los aviones sin hélice. Su volumen debe ser mínimo y su trocha lo más ancha posible. El dispositivo de absorción de la energía o sistema de amortiguación debe ser tal, que el impacto de los choques fuertes no sea transmitido al resto del avión.
Debe tener buenas características en su estabilidad direccional, controlable en tierra a altas velocidades, tanto en el despegue como en el aterrizaje, con o sin viento y permitir virajes en tierra de radio reducido. El mecanismo para retraer el tren en vuelo debe ser sencillo y de funcionamiento seguro y disponer de un órgano de emergencia. El sistema de frenos debe ser eficaz, de poco desgaste y buena radiación del calor.
Consideraciones sobre el diseño
El último elemento constitutivo de la pata de tren, citaremos al sistema de frenos el cual puede ser a cinta o a disco, dependiendo del tipo de aeronave, alojándose siempre en el tren principal del avión.
Referencias
- ↑ es la parte de la cola del avión compuesta por estabilizador y timón de profundidad
Fuentes
- Tren de Aterrizaje
- Manual de Vuelo
- Enciclopedia de Aviación, "Mundo de la Aviación", año 1998.
