Trenes de aterrizaje y sus características

A lo largo de la historia han surgido muchas clases de aviones, cada uno con unas características específicas para la labor que debían desempeñar: hidroaviones, aviones militares, aviones de gran tonelaje… Los sistemas asociados a cada modelo están optimizados para la función que deben desempeñar.

En esta sección nos vamos a centrar en el sistema del tren de aterrizaje. Para empezar, vemos que hay dos tipos principales: los «de patín de cola» y los «triciclos».

Disposición patín de cola

Los aviones con patín o rueda de cola fueron la norma en la aviación a principios del siglo XX. Se caracterizan por tener el tren principal en la parte delantera del avión y otra rueda o patín justo en la cola. A diferencia de los triciclos, el centro de gravedad se encuentra por detrás del tren principal y esto hace que su manejo en tierra sea inestable.

El manejo de este tipo de aviones en tierra requiere de unas habilidades de pilotaje superiores a las de los triciclos, porque son muy susceptibles al viento. Esto hace que tengamos distintos métodos de aterrizaje, dependiendo de la pista (longitud, pavimento) y la propia experiencia del piloto.

Básicamente tenemos dos métodos: el aterrizaje del tren principal y el aterrizaje a tres puntos.

  • El primer tipo es el preferido para aviones de mayor tamaño y peso como el DC-3. El aterrizaje del tren principal consiste en tomar con la cola en alto, dejando que el tren principal toque el suelo primero. Esto evita posibles rebotes del avión al tomar, cosa que podría ser peligrosa. También mejora sustancialmente la visibilidad de la pista en los primeros momentos, antes de que el avión pierda velocidad y la cola caiga. La desventaja de esta técnica es que, al aterrizar con mayor velocidad, requiere mayor longitud de pista. Además, frenar o maniobrar con la cola en alto requiere de unas buenas habilidades; la aplicación de una frenada excesiva podría provocar que el avión volcara. Además, si la cola cae demasiado rápido, el avión podría alzar el vuelo de nuevo al verse incrementado el ángulo de ataque.
  • El de tres puntos se considera la toma perfecta, pero es la más difícil de realizar. Lo ideal es tomar en velocidad de pérdida o dejar que el avión entre en pérdida justo encima de la pista (1 o 2 pies como máximo). La idea de esta técnica es que si por alguna razón el avión incrementara su ángulo de ataque, éste no se elevaría porque las alas ya no generarían sustentación suficiente. Al tomar a esta velocidad la distancia requerida es mínima.

La técnica a utilizar varia dependiendo de las condiciones. Como hemos comentado anteriormente, el viento cruzado es un factor a tener en cuenta ya que, al tener el centro de gravedad por detrás del tren principal, la cola tiene mucho peso y al tocar tierra tiende a adelantar el tren delantero provocando una pérdida de control direccional. Esto se conoce como groundloop.

Las técnicas para el despegue también tienen que tener en cuenta el viento. La gran diferencia con los triciclos es que inicialmente se debe forzar a la cola a mantenerse abajo. Una vez con velocidad se relaja la presión trasera en los controles y se deja que la cola ascienda. Finalmente, se vuelve a aplicar una ligera presión trasera para ayudar a despegar el tren principal. La ventaja respecto a los triciclos es que tenemos control del ángulo de ataque y se consiguen menores distancias de despegue.

El rodaje con un taildragger también se complica ya que al tener el morro alzado, éste nos imposibilita ver lo que tenemos en frente. Por ello, el piloto debe mirar por el lateral o rodar en zigzag.

Otras desventajas de esta disposición es que el fuselaje esta en pendiente y dificulta la carga de mercancías pesadas. Como curiosidad, muchos motores se alimentan de combustible por un sistema que depende puramente de la gravedad. Al estar el combustible por detrás (y más abajo) del motor, algunos aviones presentaban dificultades para arrancarlos. Para solventar estos problemas surgieron los triciclos.

Disposición en triciclo

Los aviones en triciclo o de tren de morro tienen estabilidad y tienden a corregir su trayectoria de forma natural. Esto ocurre al tener el centro de gravedad justo enfrente del tren principal, al contrario que los del tipo anterior. En general, se solucionan todos los problemas que presentaban los patines de cola y es por ello que es el sistema más utilizado en la actualidad.

Los problemas que surgen tienen que ver con el centrado del avión. Cuanto menos peso tenga la rueda de morro, menos efectiva será para cambiar de dirección y cuanto menos peso tenga el tren principal, menos efectiva será su frenada. Además, existe la posibilidad de añadir demasiado peso en la parte trasera y provocar que la cola del avión «caiga».

Otro inconveniente es que el tren de morro requiere de una estructura mucho más resistente que una simple rueda de cola o patín. Esto provoca que se le añada peso y que ofrezca mayor resistencia al aire debido a sus mayores dimensiones; lo que puede afectar al rendimiento de vuelo del avión. Es por ello que muchos fabricantes optan por un tren retráctil.

Tren de aterrizaje retráctil

La retracción del tren de aterrizaje tiene beneficios como: mayor rendimiento de vuelo y menos consumo de combustible. Sin embargo, el sistema asociado es algo complejo.

La fuerza mecánica necesaria para la retracción y extensión del tren proviene de motores hidráulicos o, incluso, manuales. Los sistemas hidráulicos se usan en los trenes de mayor tamaño (CRJ1000, A320, etc.) y los manuales son sistemas antiguos para trenes de aterrizaje pequeños. La mayoría de avionetas utilizan un motor eléctrico para presurizar un sistema hidráulico.

Está claro que los sistemas manuales son útiles, pero se vio que no eran prácticos de operar (excepto en los veleros). Por eso hoy en día solamente disponemos de sistemas hidráulicos. Entre las ventajas que tiene es que se pueden instalar actuadores relativamente pequeños y potentes.

Un tren retráctil debe asegurar que se mantiene en la posición deseada. No queremos que se desplieguen en vuelo o, lo que sería aún peor, que se retraigan en la toma de contacto. Para evitarlo hay unos mecanismos que evitan estos movimientos indeseados: los llamados uplocks y los downlocks.  Estos sistemas de anclaje están pensados para que si fallara el sistema hidráulico, estos no se movieran y el tren siguiera en su posición. Hay un actuador hidráulico que controla su movimiento.

Tren en Bogie

Los aviones de gran tonelaje (>180.000 Kg) acostumbran a llevar cuatro o incluso seis ruedas en un mismo tren. Esto es conocido en la industria como bogie.

Al añadirle más ruedas, el peso de la aeronave se distribuye mejor y el avión puede operar en las mismas pistas que lo haría un avión de menor tonelaje. Esto se calcula comparando el número ACN (Número de Clasificación de Aeronaves) con el PCN (Número de Clasificación del Pavimento). Antes de operar en un nuevo aeropuerto se debe cumplir:

Un inconveniente que surge al disponer de este tipo de tren es que, al girar, las últimas ruedas del bogie tienden a derrapar y, por tanto, su desgaste es mucho mayor durante el rodaje. Para solucionarlo, algunos bogies pueden girar respecto al eje longitudinal. En los B747 giran los bogies centrales hasta 13o, en el A380 o B777 solamente gira el último par de ruedas del bogie.

Disposiciones especiales

A pesar de que la gran mayoría de aviones disponen de los tipos de tren anteriormente mencionados, existe otro tipo menos común: la disposición en bicicleta y sus variantes.

Disposición en bicicleta

Este tipo consiste en tener dos ruedas alineadas por el eje longitudinal del avión. Además, en las alas hay dos ruedecillas que sirven para mantener el equilibrio lateral del avión en tierra.

El B-47 es un buen ejemplo de avión con tren de aterrizaje en bicicleta. (Fuente: aviation-history.com)

Podríamos decir que el tren de los veleros es un tipo de tren en bicicleta, aunque en este caso solo existe una rueda principal y un patín en cada punta de ala.

La principal ventaja de este tipo de tren es una menor resistencia al aire y se utiliza en aviones con fuselaje largo o gran alargamiento de las alas.

Con la disposición en bicicleta, los aterrizajes con viento cruzado son especialmente difíciles ya que se debe aterrizar lo más alineado posible a la pista y evitando cualquier viraje para proteger las alas.

El tren de aterrizaje del bombardero B-52 es un caso de avión con gran alargamiento y fuselaje estrecho que no admite la instalación de un tren en triciclo. Como alternativa, se optó por un modelo de tren en bicicleta. No obstante, para protegerlo en aterrizajes con viento cruzado, se modificó la disposición de los trenes.

Como resultado el B-52 tiene cuatro trenes —dos trenes alineados a la izquierda y dos alineados a la derecha—. Cada tren puede girar sobre su eje vertical, de modo que el B-52 puede tomar tierra manteniendo la deriva por el viento (crab angle, en inglés).

Vemos como a medida que pasan los años, la tecnología avanza permitiendo aviones con mayores dimensiones, distintos perfiles alares o mayores velocidades. Así, surge la necesidad de nuevos diseños en los sistemas de la aeronave como es, en este caso, el diseño del tren —se pasa del patín de cola al diseño en triciclo y después al tren retráctil—. Además se observa que para algunos casos especiales se deben tomar medidas completamente distintas para poder satisfacer las necesidades del nuevo diseño —caso del tren en bicicleta—.

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