MANUAL DE VUELO
Tren aterrizaje

Sistemas funcionales.

Tren de aterrizaje y frenos.

Aunque su nombre parece sugerir una única función, el sistema tren de aterrizaje engloba un conjunto de elementos que hacen posible mantener el peso del avión cuando está estacionado así como durante las operaciones en tierra (rodaje, despegue, etc.); extender o retraer el tren en su caso, amortiguar el impacto contra la superficie durante las operaciones de aterrizaje, amerizaje, etc. dirigirlo en el suelo y además frenarlo.

3.9.1   Composición del tren de aterrizaje.

Aunque el tipo y características del tren de aterrizaje depende del diseño del avión y su uso previsto, este sistema, fijado a la estructura de la aeronave se compone en general de:

En resumen, el tren de aterrizaje está formado por los soportes y fijaciones que lo unen a la estructura del avión, los dispositivos que amortiguan y/o absorben los impactos provocados por su contacto con las superficies, frenos, mecanismos de retracción, controles y dispositivos de advertencia, carenados, ruedas, sistema de direccionamiento, etc.

Tipología del tren principal y tren secundario (rueda direccional)

El tren de aterrizaje se dispone, con independencia de si es fijo o retractil, convencional o de tipo triciclo, en forma de triángulo isósceles, con dos patas situadas en los vértices de la base del triángulo formando el tren principal y una tercera pata (rueda de morro o rueda/patín de cola) en el ápice. Como es lógico, la distancia entre las patas del tren principal y la de este con la rueda de morro o patín de cola están calculadas para dotar al avión del máximo de estabilidad durante cualquier operación.

Disposición del tren de aterrizaje

3.9.2   Tren convencional.

Este sistema de tren de aterrizaje consta de dos ruedas principales y una rueda de cola, y debe el nombre de convencional a que muchos aviones antiguos se diseñaban con esta disposición porque el ala se encontraba en una posición muy adelantada en el fuselaje. Ya que el centro de gravedad se encuentra por detrás del tren principal, se requiere un tercer soporte de apoyo en la cola (rueda o patín de cola) lo que a veces lleva a denominarlo tren de rueda de cola o de patín de cola.

El patín ha quedado obsoleto en favor de la rueda, que además ofrece control direccional, de entre 15º a 20º a cada lado. La rueda se mueve conjuntamente con el timón de dirección y suele incorporar resortes antivibración y de amortiguación.

El morro del avión levantado con este tipo de tren permite el uso de una hélice más larga además de que la mayor distancia al suelo de la parte delantera del fuselaje ofrece ventajas cuando se opera en pistas no pavimentadas; es por eso y por el ahorro de peso de una rueda trasera ligera, que los aviones diseñados para operar en campos irregulares se fabrican con tren convencional.

Tren de aterrizaje convencional

Entre sus ventajas está su buena aerodinámica en caso de tren fijo (al ser la rueda de cola muy pequeña), muy robusto en caso de tren retráctil y de menor coste. Pero también posee varios inconvenientes:

Imagen de una avioneta Cessna 180

3.9.3   Tren triciclo.

El tren de aterrizaje tipo triciclo es el sustituto del tren convencional y es el que montan la mayoría de los aviones que se fabrican hoy en día, salvo casos concretos, pues ofrece ventajas sobre aquel, como es un manejo más fácil durante las operaciones en tierra y una mayor estabilidad durante el frenado del aeroplano.

El tren de aterrizaje tipo triciclo es el sustituto del tren convencional y es el que montan la mayoría de los aviones que se fabrican hoy en día, salvo casos concretos, pues ofrece ventajas sobre aquel, como es un manejo más fácil durante las operaciones en tierra y una mayor estabilidad durante el frenado del aeroplano.

En resumen, el tren triciclo se caracteriza por una rueda delantera ubicada en el morro del avión, que puede girar unos 20 o 30º a cada lado obedeciendo a los pedales en la cabina, en tanto las ruedas del tren principal se unen al aeroplano por detrás del centro de gravedad del avión, bien en el fuselaje a la altura del encastre de las alas o bien debajo de éstas.

Tren de aterrizaje tipo triciclo

La disposición de este tipo de tren cuenta al menos con estas ventajas:

3.9.4   Tren secundario.

La rueda secundaria, tanto en el caso del tren triciclo como en la rueda de cola, está conectada mediante un sistema de cables y poleas a los pedales de la cabina que dirigen el timón de dirección, de forma que se mueve a derecha o izquierda acompañando a este.

Tren secundario (rueda direccional)

Los pedales cuentan con un dispositivo de muelle que los retornan a su posición neutral a la vez que ayudan a mantener la rueda directriz centrada, aunque en algunos aviones ligeros (pocos) no es controlable sino que gira libremente lográndose orientarla durante el rodaje mediante frenado diferencial.

Los pedales en cabina están diseñados para una operación dual de manera que:

Dirección del avion en tierra mediante los pedales

En aviones pesados el giro de la rueda delantera se logra mediante un sistema hidráulico que sustituye a los cables y barras de los aviones pequeños.

3.9.5   Amortiguación.

El sistema de amortiguación tiene como finalidad disminuir la carga que supone la toma de tierra durante el aterrizaje así como la rodadura sobre terrenos irregulares, evitando el deterioro de la estructura del avión a la vez que aporta comodidad y seguridad a tripulación y pasaje.

Los primeros aeroplanos no disponían de tren de aterrizaje tal como lo conocemos sino que tenían unos patines deslizantes a los que como mucho se le adaptaban unas ruedas de bicicleta y acaso unas gomas elásticas. Tampoco necesitaban mucho más dado que, construidos de madera y tela, eran muy livianos y su velocidad muy limitada. A medida que su peso y velocidad se fueron incrementando fue evidente la necesidad de contar con un dispositivo que además de soportar el peso aliviara la maniobra de aterrizaje. Nacieron entonces, aunque sencillos, los primeros trenes de aterrizaje tal como los conocemos hoy.

Las estructuras rígidas fueron el primer tipo de tren de aterrizaje; la idea era muy simple: se soldaban directamente los soportes de las ruedas al fuselaje con el cual formaban un todo. La energía del impacto se transfería directamente al fuselaje y de paso al piloto y los pasajeros, de manera que aunque la velocidad no era muy alta, no debía ser agradable sentir un aterrizaje que no fuera “perfecto”, algo frecuente bien por la poca habilidad del piloto, bien por el estado del terreno, o por ambas cosas, teniendo en cuenta además que las ruedas solían ser macizas. Hoy en día estos tipos de tren no se ven salvo en aviones de museo que aún se mantienen en vuelo.

Imagen de un aeroplano Sophwith Camel

Para aminorar en parte la carga de impacto los diseñadores comenzaron a equipar los aviones con neumáticos inflables; estos absorbían parte de esa carga, pero a medida que se incrementaba el peso de los aviones y su velocidad de aterrizaje esta solución era insuficiente, por lo que se comenzaron a fabricar trenes que permitieran una mayor eficiencia en la absorción de impactos con las superficies.

Una forma de amortiguación de lo más común y extendida en aviación general por su simplicidad y bajo coste, es fabricar las patas del tren principal con un material fuerte y flexible a la vez que ligero. El acero, aluminio, u otros materiales compuestos, con que están construidas estas patas es ligero, pesa poco y no necesita apenas mantenimiento lo que hace que este tipo de tren esté muy generalizado.

Amortiguación por resorte

Cuando el avión toca el suelo, las patas del tren principal flexionan inicialmente como un resorte, tal como las antiguas ballestas o los muelles amortiguadores de un automóvil, disipando la mayoría de la carga de impacto y transfiriéndola al fuselaje a medida que retornan a su posición inicial.

El que este tipo de tren, fijo, anclado al fuselaje y amortiguación por resorte sea típico de las Cessna y de prácticamente todos los aeroplanos de plano alto es fácil de entender: para que el avión sea estable es necesaria una determinada distancia entre las ruedas del tren principal; como el fuselaje es estrecho y la solución de colocar las patas del tren en las alas no es viable, debido a su distancia al suelo, este formato de tren es la solución perfecta. Hay que notar que la rueda delantera cuenta con amortiguadores.

Imagen de avioneta Cessna 170

Sin embargo, este tipo de tren no es fácilmente adaptable a los aeroplanos de aviación general con plano bajo, lo que lleva a colocar las patas del tren principal en las alas para mantener una distancia entre ruedas que asegure la estabilidad del avión. No solo eso sino que el sistema de amortiguación debe adaptarse a la nueva configuración.

La solución, muy extendida también en aviación general, consiste en dotar de amortiguadores no solo al tren secundario -rueda delantera- sino también a las patas del tren principal. Esta solución es típica de las Piper y otros aviones de plano bajo, y la única viable en trenes retráctiles y en grandes aviones.

Pata de tren de aterrizaje en el ala

Un amortiguador consiste en un cilindro, fijado por su extremo superior a la aeronave, dentro del cual se desliza arriba y abajo un pistón, cuyo extremo inferior se fija al soporte de la rueda del tren de aterrizaje.

La parte inferior se llena con fluido hidráulico y el espacio restante que queda en el cilindro superior se llena con aire comprimido o nitrógeno; el pistón incorpora una placa con uno o varios orificios que permiten al fluido hidráulico pasar de un lado a otro. A través de un orificio pasa una aguja cónica que al moverse arriba y abajo a la par que el pistón controla el paso del líquido hidráulico entre ambas partes.

La velocidad a la que el fluido hidráulico entra y sale de la cámara superior, o lo que es lo mismo la rapidez con la que ocurre la compresión y expansión del gas, está controlada por el paso que deja la aguja reguladora en el orificio. Esta restricción al paso del fluido hidráulico a través del orificio es la que amortigua el movimiento del pistón arriba y abajo.

Amortiguador hidráulico

En otros modelos el paso del líquido hidráulico de una a otra cámara se regula mediante unos cilindros concéntricos, cada uno con agujeros de distinto diámetro. A medida que el pistón sube lo hacen también los cilindros con agujeros más pequeños que van taponando parcialmente los agujeros más grandes dificultando así el tránsito del líquido. Cuando baja sucede lo contrario, bajan los cilindros con agujeros más pequeños dejando al descubierto los que tienen agujeros más grandes.

Con el avión desplazándose en tierra, el movimiento del amortiguador es poco pronunciado y el trasiego del líquido hidráulico entre cámaras es poco perceptible aunque suficiente para absorber las cargas ejercidas sobre el tren de aterrizaje.

En el despegue el amortiguador se extiende con lo cual el gas de la cámara superior se expande y fuerza al líquido a pasar a través del orificio procurando de esta manera que la extensión del amortiguador se haga con suavidad.

Durante el aterrizaje la compresión del amortiguador fuerza al fluido hidráulico a pasar hacia la cámara superior donde comprime al gas el cual hace de resorte para absorber el impacto de la toma de contacto.

Imagen de una vioneta Piper PA-28 Cherokee

3.9.6   Frenos.

El sistema de frenos tiene como objetivo aminorar la velocidad del aeroplano en tierra, tanto durante la rodadura como en la fase final del aterrizaje, y por supuesto pararlo.

Este sistema tiene dos características especiales: una, que solo se instala en el tren principal, nunca en las ruedas directrices; y dos, que cada rueda del tren principal (o conjunto de ruedas de un lado en trenes complejos) dispone de un sistema de frenado independiente.

En los primeros aviones, de tren fijo, era común el uso de zapatas para los frenos, muy similares a los de las bicicletas; los frenos de tambor fueron la siguiente evolución y más tarde los frenos de disco. Estos últimos consisten, lo mismo que en los automóviles, en un disco metálico acoplado a cada rueda, el cual se frena, y con él la rueda, al ser oprimido a ambos lados por unas pastillas de freno accionadas por un impulso hidráulico.

Freno de disco de aeronave

El líquido de frenos está contenido en un recipiente común; desde este depósito unos latiguillos llevan el líquido a dos bombines situados cada uno en la parte superior de los pedales. Al presionar sobre esa parte del pedal, el líquido contenido en el bombín de ese lado es bombeado hacia la rueda correspondiente; otro bombín en la rueda recibe esta presión y empuja a las pastillas las cuales oprimen al disco metálico y frenan la rueda. Al presionar el otro pedal, sucede lo mismo con el sistema de ese lado, y obviamente al presionar los dos pedales se opera sobre ambos sistemas. Es notorio pues, que cada pedal actúa sobre los frenos de la rueda de su lado, y que para actuar debe pisarse la parte de arriba de los pedales.

Este sistema de frenos independientes supone una ayuda para dirigir al aeroplano en tierra, pues aplicando freno a una u otra rueda el piloto puede reforzar el giro de la rueda directriz.

Freno de aparcamiento. Para mantener el avión el avión frenado en el suelo, el sistema cuenta con un freno de aparcamiento (parking brake) que actúa sobre ambas ruedas. El mando de este freno varía de un avión a otro: puede ser un mando de varilla que teniendo los frenos pisados los bloca y se desactiva al volver a pisar los frenos (Cessna); una palanca que al tirar de ella bloca los frenos, con un botón para mantenerla en posición de bloqueo (Piper); o un dial que al girarse hacia un lado activa este freno y hacia el otro lo desactiva (Socata Tobago); etc. La denominación en inglés es "parking brake".

Freno de aparcamiento (parking brake) de un avión

Como en todos los demás sistemas, un buen uso de los frenos mejora la efectividad y alarga la vida de este sistema. Por ejemplo, en la carrera final del aterrizaje conviene dejar que el avión pierda algo de velocidad antes de aplicar los frenos, y al aplicar estos hacerlo por emboladas. Igualmente, hacer girar al avión sobre una rueda completamente frenada supone una tensión excesiva sobre las gomas de las ruedas.

Al principio del entrenamiento cuesta un poco acostumbrarse a este sistema de frenos, debido quizá a que los conductores de automóvil tenemos desarrollado el tacto del freno en el pie derecho pero no así en el izquierdo que solemos pisar a fondo. Todavía recuerdo a la Piper Tomahawk (Tomasa para los amigos) de mis primeros vuelos haciendo eses por la pista al aplicarle más frenada a una rueda, luego a la otra para corregir, etc.

Carenados. Una desventaja de los trenes fijos que hemos visto hasta ahora es que provocan un aumento de resistencia parásita en vuelo y, en consecuencia, un mayor gasto de combustible y una menor velocidad para una determinada potencia. Para disminuir estos efectos se construyen de la forma más aerodinámica posible y se le añaden carenados, los cuales consisten en revestimientos de fibra de vidrio, plástico u otro material ligero que se acopla a todas las ruedas del avión con fines aerodinámicos. El peso de un carenado es mucho menor y más barato que el de un sistema de retracción del tren de aterrizaje.

3.9.6   Tren retractil.

Aunque el tren de aterrizaje es fundamental para mantener y maniobrar el avión en el suelo y para aterrizar con seguridad, durante las demás etapas de vuelo es un armatoste que no tiene ninguna función y además provoca un aumento de la resistencia parásita, resistencia que se hace mayor cuanto mayor es la velocidad de la aeronave.

El tren de aterrizaje fijo, tal como su propio nombre indica, permanece siempre extendido y tiene la ventaja de su simplicidad combinada con un bajo mantenimiento, pudiendo tener cualquiera de las características (triciclo, convencional, amortiguación, etc.) vistas hasta ahora. Hasta un límite de velocidad desarrollada por una aeronave, el peso añadido de un sistema de extensión/retracción del tren no se compensa con la posible reducción de resistencia parásita; en este caso el tren fijo está indicado en cuanto a coste y mantenimiento.

Ahora bien, a medida que la velocidad aumenta el tren de aterrizaje genera una considerable resistencia parásita, lo que supone reducir la velocidad y aumentar el gasto de combustible hasta el punto que el tren retractil se convierte en el más adecuado para el aeroplano.

Tren retractil

El tren retractil funciona recogiendo las patas y las ruedas en unos receptáculos preparados al efecto, en el fuselaje o las alas para el tren principal, y en el fuselaje para la rueda de morro si el tren es de tipo triciclo; si el tren es de tipo convencional la rueda de cola no se recoge.

En algunos casos el tren se pliega en su alojamiento simplemente, pero algunos diseños cuentan con unas trampillas en el fuselaje que se cierran una vez el tren está recogido, o tienen unas chapas adosadas a las patas que acompañan a estas en su recogida, cerrando en ambos casos el receptáculo y acoplándose a la línea aerodinámica del aeroplano.

Además del mecanismo de extensión/retracción, el tren retráctil cuenta, lo mismo que el tren fijo, con su sistema de amortiguación, frenos en las ruedas, etc. Como es muy peligroso que un tren extendido se retraiga de forma espontánea al tocar con el suelo, el sistema incluye además un dispositivo de bloqueo de las patas del tren cuando está extendido.

La extensión y retracción del tren se realiza de forma eléctrica o hidráulica, en respuesta al accionamiento de una palanca situada en el cuadro de mandos, la cual tiene una forma de rueda muy peculiar. Para extender el tren se baja la palanca, y para retraerlo se sube. Unos indicadores luminosos al lado, encima o debajo de dicha palanca (uno por cada rueda) avisan si el tren esta retraído o si se encuentra extendido y blocado. Si las luces están apagadas el tren está arriba; si lucen en verde el tren está extendido y blocado, y si alguna se muestra en rojo es que la pata correspondiente o no está extendida o no está blocada.

Mando e indicadores de tren retráctil

Algunos aeroplanos disponen de un sistema manual que permite operar el tren mediante una manivela en caso de fallo del mecanismo. Los manuales de operaciones detallan los procedimientos a seguir en caso de fallo del tren, pero en general: (1) si el sistema es eléctrico revisar el breaker correspondiente; (2) si una luz no está encendida probar a poner en su lugar una de las que funcionan; (3) subir el tren y probar a bajarlo de nuevo; (4) bajar el tren mediante el sistema manual; (5) dar una pasada sobre la pista para que la torre compruebe visualmente si el tren está abajo, aunque esto no garantiza que el tren esté blocado, y (6) en último término prepararse para realizar un aterrizaje de emergencia.

Si la pata que falla es la delantera la situación no es muy mala aunque el aterrizaje exige buena pericia; si la pata que falla es una del tren principal la cosa es peor pues para tomar tierra en estas condiciones un piloto tiene que tener algo de funambulista; por último, si solo se ha extendido una pata, sea cual sea, lo menos peligroso es subir el tren y tomar tierra sin él.

Ni el tren puede extenderse por las buenas ni tampoco debe mantenerse abajo por encima de cierta velocidad, sino que debe respetarse el rango de velocidades indicado por el fabricante. No seguir esta recomendación puede suponer daños estructurales en el tren.

Para ahorrarnos el disgusto de aterrizar sin el tren desplegado, algunos aeroplanos disponen de indicadores (sonoros, luminosos o ambos) que cuando se cortan gases por debajo de cierto límite avisan de que el tren no está desplegado y blocado, pues parten del supuesto de que esa baja potencia es el preámbulo del aterrizaje.

3.9.8   Trenes con flotadores o esquies.

Puesto que es inusual que los lectores de estas páginas, lo mismo que su autor, disfruten de la experiencia de amerizar o tomar con esquíes, este capítulo se ha ceñido al extendido y habitual tren de rodadura.

En muchas ocasiones se clasifican los trenes en función de la superficie en que haya de desenvolverse, una clasificación como otra cualquiera. Bajo este particular punto de vista, se pueden clasificar en: trenes de rodadura (movimiento en tierra), trenes con flotadores (adaptados al agua) y trenes con esquíes (adaptados a la nieve). Algunos aviones son capaces de amerizar gracias a la forma de quilla de barco de la parte baja del fuselaje.

Aeronave con flotadores (Hidroavión)

Estos sistemas no son incompatibles entre sí, o sea que un aeroplano puede disponer de flotadores o esquíes y además tener tren de rodadura. No es raro que los aviones que disponen de flotadores o esquíes tengan además su tren normal de rodadura para no limitar exclusivamente sus operaciones a un solo medio. En este último caso, lo habitual es que uno de los sistemas sea retráctil para no interferir con el otro.

Aeronave con esquies

Puede interesar:
     Iberia - Rueda de un avión.
     Wikipedia - Tren de aterrizaje.

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