Tren de aterrizaje TREN DE ATERRIZAJE.pdf · Función del trenes de aterrizaje Permitir el carreteo...

Estudio y principios

de funcionamiento

Tren de aterrizaje

Dpto. Aeronáutica – Facultad de Ingeniería – UNLP

Cátedra Mecanismos y Sistemas de Aeronaves - Pablo L. Ringegni

Desarrollo

Definición y Funciones

Elementos principales. Clasificación

Funcionamiento

Tipos

Neumáticos

Abosrción de impacto



Función del trenes de aterrizaje

Permitir el carreteo en pista taxi-libre (movilidad del avión de una a

otra parte de la pista), aterrizaje y despegue, teniendo en cuenta la

repartición de cargas y brindando confort a los pasajeros durante el

mismo.

Cambiar la dirección oblicua de aterrizaje en una dirección paralela

a la pista, absorbiendo la energía de impacto de la aeronave

mediante compresión del amortiguador (resorte neumático +

amortiguador) y deformación del neumático.

Transmitir las cargas a la estructura del avión

Absorber la energía de frenado durante el carreteo en pista.



Primera Clasificación Fijos

Retráctiles



Elementos principales de un tren de aterrizaje

Elementos estructurales

Sistemas de amortiguamiento (amortiguadores y neumáticos)

Sistemas de actuadores para el ascenso y descenso del mismo

(Retracción y despliegue)

Sistemas de indicación de posición y aviso

Compuertas

Sistema de frenos

Ruedas (Neumat. y llanta)

Brazos y Articulaciones

Ruedas

Pata

principal

Tipos:

• Deslizante

• Oscilante

A Leva

A Boggie




Pata Principal

(Clindro + vástago)

Tijera

o

Brazos de torsión

Eje de rotación

(ascenso y descenso)

Articulaciones de

torsion

Muñones

Toma de actuador principal

(ascenso y descenso)

Deslizantes


Deslizantes

Frenos

Actuador

traba

Actuador

subida / bajada

Brazos

Articulados

Pata




Deslizantes

Azteca Dpto. Aeronáutica – Facultad de Ingeniería – UNLP



Deslizantes




Oscilante a Leva

Actuador

(up / down)

Pata del tren

Amortiguador

Oleo -

neumático

Horquilla

Biela de

frenado




Oscilante a Leva

Biela de

frenado



Pata Principal

(Clindro + vástago)


Oscilante a Boggie




Amorti. y

Sist. posic

Actuador

Brazos

artic

Carga

lateral y

longit

Biela de

frenado

Oscilante a Boggie




Oscilante a Boggie



Funcionamiento del Tren de Aterrizaje

https://www.youtube.com/watch?v=h7rSa-xwPik

https://www.youtube.com/watch?v=K0h7pq3oxM8

https://www.youtube.com/watch?v=jwRl5GwUYN4



Tipos de tren de aterrizaje

Tren principal Tren de nariz

o delantero

Triciclo

Patín de cola

Convencional

Tren principal

Tren de nariz: (fijo o retráctil)

• Dirección del avión en tierra

• Soporta parte del peso del avión

• Propenso a los daños

• Aumenta la resistencia

• Peso considerable

• Mayor complejidad si es retráctil

• No muy apto para terrenos rugosos

• No apto para soportar el impacto inicial

en el aterrizaje

• Posee una o dos ruedas

• Ubicado delante del CG

Patín de cola:

• Componente sencillo

• Soporta muy poco peso del avión

• Un componente menos a retraer

• Bajo peso

Tren principal: (fijo o retráctil)

• Robusto

• Absorbe el impacto inicial en el

aterrizaje

• Posee una o más ruedas: f ( peso

de la aeronave)

• Ubicado detrás del CG



Tipos de tren de aterrizaje

90% de la carga en tren principal

10 % sobre la rueda de nariz



Ventajas Desventajas

Casi imposible levantar la

nariz

Propenso a daños (aún

en pistas regulares)

Facil de maniobrar en

tierra (taxi), despegue y

aterrizaje y Reduce

significativamente el “

ground looping”

No muy bueno para

terrenos irregulares. Se

puede dañar el tren de

nariz

Mas fácil de aterrizar, dado

que posee una actitud de

nariz mas baja

Pesado

Menos vulnerable a viento

cruzado (efecto veleta

respecto al tren ppal)

Mayor complejidad si

es retráctil

Aumenta la resistencia

Triciclo

Convencional

Ventajas Desventajas

Menos propenso a daños –

útil en superficies sin

pavimentar

Propenso a levantar la

nariz y daños

El ala posee un ángulo de

ataque más alto reduciendo

la distancia de despegue

Más vulnerable a vientos

cruzados (efecto veleta

respecto al tren ppal)

Menos resistencia en

configuración tren fijo

Mas difícil de maniobrar

(control de dirección) en

tierra, propenso a

“ground loops” en el

aterrizaje

Menos complejo si es

retráctil

Can be hard to taxi -

Dificultad de visión por

sobre la nariz en el

rodaje

Menos peso



NEUMÁTICOS DE USO AERONÁUTICO

Neumáticos

Principales requisitos

Estructura

Tipos de cubiertas

Temp y alta velocidad

Criterio de selección



Principales requisitos a cumplir:

Baja resistencia a la rodadura comparada con un patín

Buena adherencia con la pista durante el frenado

Altas velocidades (aterrizaje y despegue)

Buena resistencia al desgarro

El menor tamaño posible

Bajo peso



Estructura

Neumático diagonal

Neumático Radial



Tipos de cubiertas

Tipo I Este tipo de cubiertas con un suave contorno fue diseñada para aeronaves con

trenes de aterrizaje no retráctiles, aunque en la actualidad todavía están

disponibles, su uso no es tenido en cuenta en el diseño de aviones actuales por ser

consideradas obsoletas.

Tipo III – (baja presión)- ( 50 psi.)

Este tipo de cubiertas es utilizado sobre la mayoría de las aeronaves propulsadas por motores de pistón de hoy día (aeronaves livianas). El espesor de la sección es relativamente extenso en relación con el diámetro del talón. Por su característica de baja presión proveen buenas características de amortiguamiento.

Típico tamaño:6-6 (diámetro de la llanta)-(ancho).

Tipo II – (alta presión)

Al igual que el modelo anterior aun están disponibles y también son

consideradas obsoletas. El tipo II fue diseñado para aeronaves con trenes de

aterrizaje retráctiles. Luego serían reemplazadas por el tipo VII.



Tipo VII – (extra alta presión)-(100 a 250 psi.)

Este tipo es utilizado universalmente en aeronaves militares y civiles (jets y

turbopropulsores) actuales. Es una cubierta con altas capacidades de carga y poca

ancho. Algunos tamaños actuales de este tipo de neumáticos son puestos bajo la

designación de “New Design”

Típico tamaño: 164.4 (diámetro externo)(ancho).

New Design

Todas las cubiertas recientemente diseñadas, excepto las del Tipo III, son

clasificadas dentro de este tipo. Están siendo desarrolladas y construidas para

requerimientos de alta velocidad. Son utilizadas tanto para aeronaves comerciales

como militares.

Típico tamaño: 184.25-10 (diámetro externo)(ancho)(diámetro de la llanta).

Tipo VI – (baja presión)

Este tipo de neumáticos fue diseñado sólo para trenes de aterrizajes delanteros.



• Diseñadas y construidas para condiciones de operaciones de altas prestaciones y exigencias extremas

• Mantenimiento sea mínimo

• Costos no muy elevados.

• Debe soportar grandes cargas

• Velocidades elevadas (280-300 Km/h).

• No recomendable su uso en casos donde la temperatura de la superficie de la misma exceda los 225ºF (110ºC), o cuando la temperatura en la llanta (adyacente al neumático), producida por el frenado, exceda los 300ºF (150ºC).

Comparativo de los neumáticos según sus aplicaciones.

Cubiertas de uso aeronáutico:



Curvas de Neumáticos

Tipo de cubierta

Presión

de inflado

Rango normal aprox. de

deflexión: 33 a 38 %

= Aplastamiento (mm)



Selección de Neumáticos Fuerzas estáticas y dinámicas actuantes

c = distancia del baricentro hasta la pata principal, vista de costado.

b = distancia del baricentro hasta la pata de nariz; vista de costado.

H = (W x ax ) / g = fuerza de desaceleración

ax/g = 0.35 para cemento seco y frenos simples.

ax/g = 0.45 para cemento seco y frenos anti bloqueo (anti-skid).

hcg = h = distancia vertical desde el suelo hasta el baricentro.

α = coeficiente de frenado brusco (2,5 a 3)



Para el caso estático se tiene los valores de reacciones o cargas

Estaticas en tren de nariz (Vn) y tren principal (Vm):

Para el caso que el avión toca pista y se desacelera se tiene

una sobrecarga en el tren de nariz: Vs

(se toma momento respecto a la rueda del tren principal)

Si se suman los casos anteriores para el tren de nariz se tiene VnT:

(VnT = carga total sobre el tren de nariz)

Si a este caso se le agrega la sobrecarga debido al frenado, para el

tren de nariz se tiene: (VnTd = carga dinámica total sobre el tren de nariz)

Para el TREN PRINCIPAL:

C= carga estática admisible sobre

el neumático

Q= Carga dinámica admisible

sobre el neumático

Para carga estática

Para carga dinámica

Para el TREN DE NARIZ:

Vmd = Carga dinámica en tren principal

(también llamada L en algunos textos)

Ng = factor de carga

Desarrollo

Pasos a seguir:

1. Ruedas del Tren Principal:

a) CARGA ESTATICA

Determinar la carga estática máxima soportada por cada pata del tren por ecuación de

equilibrio de fuerzas, donde se tendrá tantas reacciones como patas del tren. Se debe

conocer el peso del avión y la ubicación del centro de gravedad de la aeronave

Nota 1: Si la aeronave quiere ser certificada por la Norma FAR 25 se debe multiplicar

el valor de carga estática máxima por neumático por 1.07.

Nota 2: Si no se conoce la ubicación exacta del baricentro del aeroplano, asuma que

el valor de carga estática máxima que absorbe la pata del tren principal es un 90% del

valor Wto multiplicado por un factor que va entre 1.005 y 1.01.

Nota 3: Para diseño preliminar, multiplicar el peso de diseño por un factor de 1.25.

Una vez obtenida la carga estática máxima por pata se divide este valor por la cantidad

de ruedas que posea cada pata, obteniéndose así el valor de carga estática máxima por

rueda del tren.

b) CARGA DINAMICA

Determinar las carga dinámicas máxima soportada por cada pata del tren (Vmd)

c) Comparar las cargas determinadas con la carga admisible del neumático de cada

pata del tren Dpto. Aeronáutica – Facultad de Ingeniería – UNLP


2. Ruedas del Tren de Nariz:

a) Carga estática: Idem anterior para obtener el valor de carga máxima en la pata de

nariz y luego obtener el valor máximo por rueda.

Las notas 1, 2 y 3 también son utilizadas.

b) Carga dinámica: Determinar la carga máxima dinámica:

Para a) + b) se tiene:

c) Comparar las cargas determinadas con la carga admisible del neumático de cada

pata del tren

3. Velocidad Máxima de operación:

Para aterrizaje: Vt máx.= 1.2*VSL

Para despegue: Vt máx.= 1.1*VTO

VSL y VTO : velocidades máximas de servicio de aterrizaje y despegue respectivamente



ABSORBEDOR DE IMPACTO



Absorción del impacto

Dispositivos amortiguadores

Eficiencia

Amortiguadores Óleo-Neumáticos

Funcionamiento del A.O.N.

Normas

Dinámica de aterrizajes



Mecanismos de absorción de energía

Maniobra de Aterrizaje

Componente Horizontal Componente Vertical

Absorción de la energía

Frenos Frenos aerodinámicos Amortiguador

Reversores de flujo

Neumáticos

Dispositivo de laminación Compresión del gas



Dispositivos Amortiguadores

Los más usados:

Resortes metálicos o de goma

Líquido



Dispositivos Amortiguadores

Los más usados:

Vigas Cantilever

Neumático

Amortiguadores óleo-neumáticos Dpto. Aeronáutica – Facultad de Ingeniería – UNLP


Eficiencia

x

Fmax F(x)

Elemento Eficiencia η

Amortiguador Óleo Neumático 0.80 (0.75 a 0.95)

Neumáticos (ruedas) 0.4 a 0.47

Resortes de aire 0.6 a 0.65

Resorte metálico (cantilever beam) 0.5

Resorte metálico con amortiguador de

aceite

0.7

Amortiguador de aceite 0.70

Compresión de líquidos 0.75 a 0.85

xF

dxxF

x

max

0

)(

0,8

0,5



Amortiguadores Óleo-Neumáticos Tienen alto η

Son robustos

Poseen una mínima cantidad de piezas móviles

Funcionamiento sencillo y fáciles de mantener

Presentan una elevada relación Abs. Energía / Peso

Fuerza

desplazamiento



Funcionamiento

• Dos tubos, uno fijo y el otro deslizante

• Poseen un pistón que separa físicamente al gas del líquido hidráulico.

• Dispositivo de laminación, que es un pequeño orificio que regula su velocidad.

• Se disipa la energía cinética en forma de calor mediante tensiones de corte producidas en la laminación

Dispositivo

de

laminación



Dinámica de los aterrizajes

g

wwE tl

v2

2

)( ssttgmsv ssNPnE

inss sdesign 1

Componente vertical de la energía

Energía absorbida por el tren

Recomendación: agregar el valor de

desplazamiento 1 in más. stt

gms

tl

s sNPn

g

ww

s /2

2

ns : número de patas de aterrizaje del tren principal.

Pm: carga máxima estática sobre cada pata del tren

principal.

Ng: factor de carga, carga máxima dinámica (L) /

carga máxima estática de cada pata (Pm).

ηt: rendimiento del neumático (tire).

ηs: rendimiento del absorbedor (shock absorber)

st :máxima deflexión del neumático.

ss :recorrido del amortiguador.



Normas – Velocidad de descenso (Wt)

FAR 23 (Derivado de la FAR 23.725) : wt = entre 7 y 10 fps.

FAR 25 (FAR 25.732): wt = 12 fps

USAF: wt = 10 fps (13 para los de entrenamiento)

USN: wt = 10 fps para aviones de transporte

wt = 17 fps para aviones militares

wt = 22 fps para aviones militares portaviones

Normas – Factor de Carga FAR 23 Ng = 3.0

FAR 25 Ng =1.5 a 2.0

Transporte Militar Ng = 1.5 a 2.0

Aviones Cazas y de entrenamiento Ng = 3.0 a 8.0



SISTEMA DE FRENOS



Sistemas de freno

Función y tipos

Frenos de disco

Sistema hidráulico

Sistemas adicionales

Torque de frenado



Funciones

Detener el avión luego del aterrizaje

Controlar la velocidad del avión durante el

carreteo

Mantener estacionario al avión durante el

encendido de los motores y otras

situaciones que lo requieran

Correcciones diferenciales en la dirección

del avión



Tipos

Frenos de zapata (Aviones Pequeños)

Frenos de disco (Aviones de gran porte)



Metas de diseño

Alto valor de calor específico, con lo que se

obtiene una reducción del peso

Alto valor de conductividad térmica, lográndose

una transferencia de calor más uniforme y

rápida a través del material

Retención de la resistencia específica a alta

temperatura

Bajo mantenimiento



Frenos de Disco



Despiece



Pistones



Sistema hidráulico



Cálculo aproximado del

torque de frenado Condición

Especificaciones

Peso de aterrizaje de diseño

100 paradas a una desaceleración promedio de 10 ft/s2

Peso de aterrizaje máximo

5 paradas a una desaceleración promedio de 10 ft/s2

Despegue cancelado (RTO)

1 parada a una desaceleración promedio de 6 ft/s2

Diámetro interno

de la rueda [in]

Disco

Diámetro

interno [in]

Diámetro

externo [in]

Diámetro

medio [in]

16

8,75

13,75

11.25



Análisis Dinámico Condición de

peso de aterrizaje

máximo

Condición de diseño estática:

22 /3.3/10 smsfta

inLbinLb

rF

T medioFdinámico 1215342

25.11

2

43212

2

inLbinLbrE

T mediototal

Festático 86996625.5154662

VERIFICATT FestáticoFdinámico

LbKgNsmKgaWF g 4321219642192489/3.358330 2



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