Típicamente, se obtiene una pequeña ganancia.

Los aviones más grandes utilizan tecnología antideslizante. El antideslizante funciona modulando la presión de los frenos para garantizar que los neumáticos nunca derrapen. Es importante comprender la relación entre la carga de un neumático, la presión de los frenos y la fuerza de retardo real. Primero, mira esta imagen:

Muestra cómo a medida que aumenta la presión y la rueda comienza a patinar un poco (girando a un ritmo ligeramente más lento que cuando gira libremente), el coeficiente de fricción aumenta considerablemente. Luego, después del deslizamiento del 10%, se alcanza el coeficiente máximo y, por lo tanto, se reduce la fuerza de retardo. Anti-skid tiene como objetivo mantener la relación de deslizamiento lo más cerca posible del 10%. Por lo tanto, la fuerza de retardo se maximiza.

Los frenos de los aviones son lo suficientemente fuertes como para bloquear completamente los neumáticos, pero esto es perjudicial (resulta en un 100 % de deslizamiento, por lo que tal vez un 20 % de pérdida de fuerza de retardo). Por lo tanto, pueden mantener un deslizamiento óptimo y, por lo tanto, utilizan todo el 'agarre' disponible.

Ahora, ¿qué le sucede a esta imagen si agrega ruedas?

• Si la rueda añadida no está frenada (como las ruedas delanteras), entonces pierde el frenado . De hecho, las ruedas frenadas tendrán una carga vertical reducida, por lo que proporcionarán menos fuerza de retardo. Es bastante inútil.
• Si añadimos ruedas con frenos, vemos una mínima ganancia. Veamos por qué.

Primero mire esta imagen de la sensibilidad de la carga de los neumáticos (esta muestra la fuerza lateral al tomar una curva, pero la fuerza longitudinal al frenar exhibe las mismas características):

Lo que es importante señalar, es que a medida que un neumático se carga más, su capacidad para generar fricción disminuye.

Ahora para un jumbo: cuando 20 ruedas comparten 500 toneladas de carga, cada neumático ve 25 t. con un coeficiente de fricción predeterminado de 0,8, cada neumático genera una fuerza de retardo de 20 t, por lo que un total de 400 t de fuerza de retardo.

Agreguemos 2 ruedas allí. Ahora cada rueda ve 22,7 t de carga. Su coeficiente de fricción ahora podría aumentar a 0,82, proporcionando así 18,6 t, para un total de 410 toneladas. ¡Ciertamente lejos de los 40 t que cabría esperar ingenuamente al agregar 2 ruedas con freno! Solo la sensibilidad de la carga nos proporciona una ganancia.

Entonces se convierte en el juego habitual de compensaciones. ¿Cuánta masa se gasta en un tren de aterrizaje y ruedas más grandes y frenos adicionales, en comparación con la ganancia de un frenado más fuerte (y, por lo tanto, patas del tren de aterrizaje aún más fuertes?)

Aparentemente, los muchachos de Airbus decidieron que el comercio se detuvo en 20 ruedas (porque 25 t de carga en un solo neumático es lo máximo que puede soportar el suelo ), pero ni siquiera se molestaron en frenarlas todas, si mal no recuerdo, solo 4 de las 6 ruedas de los boggies principales están frenados! Entonces, si desea mejorar la eficiencia de los frenos:

1. Instale mejores neumáticos en las ruedas frenadas
2. Frenar las ruedas principales no frenadas
3. Realice algunos cambios aerodinámicos inteligentes para aumentar la carga aerodinámica y la resistencia aerodinámica
4. Añade ruedas con freno (y prepárate para alojarlas en el cuerpo principal... ¡buena suerte!)
5. Frena las ruedas de morro (pero eso sería terriblemente difícil porque nunca fue diseñado para eso)

Aumentar el número de ruedas con frenos disminuirá la distancia de frenado ya que hay más fuentes de fricción para convertir la energía cinética. Duplicar la cantidad de ruedas por freno (creo que lo que está preguntando en la segunda parte de la pregunta) no disminuiría automáticamente la distancia de frenado ya que los frenos están limitados para absorber una cierta cantidad de energía, pero podría poner un más potente frena en un par de ruedas que en una sola rueda del mismo tamaño ya que hay más agarre.

En realidad, esto no se haría porque no es obligatorio, la longitud de la pista está determinada tanto por la longitud de despegue como por la distancia de frenado, podría reducir a la mitad la distancia de frenado de todos los aviones y no podría reducir la longitud de la pista.

Aquí hay algo en Physics.SE que puede resultarle interesante.

Se trata de la fuerza y ​​la masa, no del área de contacto.

Más ruedas, mismos frenos = sin cambios

Agregar más ruedas pero manteniendo la misma cantidad de frenos tendría un efecto insignificante en la distancia de frenado, ya que la fuerza total que pasa por las ruedas y los frenos sería la misma y el cambio de masa sería pequeño.

Habría más ruedas, pero cada una lleva una carga más pequeña, por lo que no hay fricción adicional entre las ruedas y el suelo. Puede haber algunas fuerzas adicionales de los cojinetes adicionales y algo de masa adicional de las ruedas, pero eso sería insignificante en términos de distancia de frenado.

Hay la misma cantidad de frenos, por lo que brindan la misma fuerza, por lo que no hacen ninguna diferencia.

Mismas ruedas, más frenos = distancia más corta (posiblemente)

Si añadimos frenos extra a cada rueda (o frenos más grandes) que nos permitan aplicar más fuerza a los discos, entonces tendremos más fuerza de frenado y por lo tanto el avión se detendrá en una distancia más corta.

Sin embargo, hay algunos problemas con esto:

• Calor: los frenos generan mucho calor que debe disiparse; más frenos o más grandes generarán más calor. Si los frenos se calientan demasiado, fallarán y es posible que no se detenga a tiempo.
• Límites estructurales: poner más fuerza a través de la estructura puede hacer que falle, lo que podría ser catastrófico.
• Ruedas: aplique mucha fuerza/calor a través de las ruedas y también pueden fallar. Eso puede explotar si el calor/las fuerzas son demasiado o simplemente patinar si se aplica demasiada fuerza demasiado rápido. Hay sistemas similares al ABS en automóviles para aviones que pueden ayudar con esto (Gracias a Michael por el enlace).

Más ruedas, más frenos = distancia más corta

Agregar más ruedas con más frenos resuelve los principales problemas con el escenario de "las mismas ruedas, más frenos".

¿Por qué los fabricantes de aviones no hacen esto? Bueno, todas esas ruedas y frenos adicionales son una masa que es costosa de transportar innecesariamente.

Es una compensación, como casi todo lo relacionado con el diseño de aeronaves.

Más ruedas + más frenos significa una distancia de frenado más corta. Pero...

Más ruedas significan más peso, bastante más, para acomodar el tren de aterrizaje adicional, el tren de retracción/extensión adicional, el almacenamiento adicional mientras está retraído, el mantenimiento adicional para todas esas cosas adicionales, etc. Eso significa menos clientes que pagan y costos operativos más altos. . Esto también significa más cosas que pueden salir mal.

Más frenado significa más cargas sujetas al cliente que paga. Recuerdo estar en un C130 cuando los pilotos practicaron su aterrizaje de campo corto: puntales de reversa completos justo antes del aterrizaje, frenado completo. Golpeamos (y me refiero a HIT) la pista con un sonido muy fuerte, luego fuimos empujados hacia adelante cuando el avión se detuvo muy rápidamente. Fue... dramático... divertido cuando tienes veintitantos años en entrenamiento militar, pero no estoy seguro de que a los clientes que pagan les guste eso.

Como han mencionado otros, la limitación también es la distancia de despegue. No sirve de mucho poder detenerse en 500 pies, si la distancia de despegue es de 2000 pies. Todavía necesitarás una pista larga si quieres sacar el avión del aeropuerto.

La única posibilidad sería la seguridad en caso de emergencia, pero el número de accidentes de aeronaves que podrían haberse evitado con más ruedas para frenar es extremadamente pequeño.

Los frenos de avión actuales están diseñados para cumplir con los requisitos, sin dejar de ser lo más ligeros y fiables posible.

No, y es por cómo funcionan los neumáticos.

Los límites son la adherencia de los neumáticos y la capacidad de frenado. Este último no es el factor limitante, sino la adhesión.

La adherencia es aproximadamente proporcional al peso sobre el neumático. Específicamente, área de parche de contacto (pulgadas cuadradas) x peso por pulgada cuadrada, pero nota que las pulgadas cuadradas se tienen en cuenta , dejando solo el peso en los neumáticos. Es más complicado que esto, esta es la versión de la escuela preparatoria, y hay que hacer algunos ajustes, pero ya se ha hecho. Y no ayuda mucho .

Toma mi auto (por favor). Tiene 600 libras en un neumático delantero. ¿Qué tan grande es el parche de contacto? Eso es realmente fácil: la presión de los neumáticos es de 30 PSI. 600 lb dividido por 30 lb/pulg. = 20 pulgadas cuadradas La presión de contacto es, lo adivinó, 30 libras por pulgada cuadrada.

¿Qué sucede si reduzco la presión de mis neumáticos a 20 PSI? Bien, ahora 600/20 = 30 pulgadas cuadradas de área de parche. Con área de contacto de 20 PSI.

¿Qué frena mejor? Está bastante cerca de un lavado. 30x20 ~= 20x30 =~ 600.

¿Qué pasa si agrego balasto de plomo a mi parte delantera? Ahora mi peso es de 750 lbs/llanta (un 25% más). ¡SI! Obtengo un 25% más de adherencia y, por lo tanto, de potencia de frenado. ¡Excepto que ahora tengo un 25% más de masa para detener! Así que no frena más rápidamente.

Bien, toma un 747 y reemplaza sus bogeys de 4 ruedas con bogeys mágicos de 6 ruedas que pesan lo mismo. 50% más ruedas, ¿verdad? 50% más de área de contacto, ¿verdad? No. Piensa en cómo se determina el área de contacto. La misma presión de los neumáticos, pero cada neumático soporta 2/3 del peso que antes, por lo que la zona de contacto tiene 2/3 del tamaño. Terminas con exactamente el mismo parche de contacto (en pulgadas cuadradas) y exactamente las mismas libras por pulgada cuadrada que tenías con los bogeys de 4 ruedas.

De todos modos, si desea aumentar la superficie de contacto en un 50 %, simplemente reduzca la presión de los neumáticos en un 33 %. Pero al igual que mi coche, eso tampoco te ayudaría.

Todos estos factores desaparecen (más o menos). El factor determinante en la adhesión es el peso sobre los bogeys .

Ojalá hubiera una manera de aumentar el peso sobre las ruedas sin aumentar la masa del vehículo .

Ahí está la respuesta. Es una superficie de elevación aerodinámica que empuja hacia abajo los neumáticos. esos autos van lo suficientemente rápido como para que el Marlboro sea aerodinámicamente efectivo. Esto funciona. El peso sobre los neumáticos aumenta, por lo que la adherencia aumenta en proporción. La masa del vehículo no aumenta, por lo que frena correspondientemente mejor.

Haz lo mismo en un avión. Inventa una forma de colocar un ala grande de algún tipo directamente sobre el engranaje principal. Y configurarlo para generar carga aerodinámica.

Sin embargo, no estoy seguro de cómo hacerlo. ¿Tal vez esto? ;-)

Absolutamente, correctamente diseñado, más ruedas y más frenos le permitirán detenerse menos.

Sin embargo, hay mucho más en el diseño del tren de aterrizaje y el sistema de frenos de lo que imaginas. La distancia y la fuerza de frenado son solo un factor que se considera como parte de ese diseño y es más o menos fijo para un estilo de avión en particular, ya que las longitudes de las pistas se definen más por el despegue que por el aterrizaje.

Otros factores que se equilibran para lograrlo incluyen, obviamente, el peso, el espacio perdido para guardar el tren de aterrizaje, el costo de fabricación, el costo de mantenimiento, la confiabilidad y, lo que es más importante, la disipación de calor. Detener un jet de cuerpo ancho genera MUCHO calor en los frenos que debe disiparse rápidamente para evitar el sobrecalentamiento y el fuego.

Doblar las ruedas puede, con frenos más fuertes agregados, obtener más frenado, pero ahora también debe tener un carro y accesorios de fuselaje más fuertes para absorber esa fuerza de frenado y, nuevamente, una bahía de rueda más grande.

La cantidad de freno que desee también depende de la comodidad del pasajero. Frene demasiado fuerte y estará expuesto a lesiones y demandas de los pasajeros.

Ese es un conjunto complejo de requisitos en conflicto. Agregar más ruedas y frenos facilitaría el frenado, pero a un costo significativo.